Życie i jego ewolucja Andrzej Łukasik Zakład Ontologii i Teorii Poznania Instytut Filozofii UMCS

Życie i jego ewolucja

Andrzej Łukasik

Zakład Ontologii i Teorii Poznania

Instytut Filozofii UMCS

http://bacon.umcs.lublin.pl/~lukasik

www.filozofia.umcs.lublin.pl

Podstawowe zagadnienia

Istota i definicja życia

Pochodzenie życia

Materia ożywiona a nieożywiona

Natura życia

Biologiczna ewolucja życia

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Cechy organizmów żywych

Budulcem organizmów żywych jest materii nieożywiona, odpowiednio zorganizowana – zdolna do samoregulacji i rozwoju

Dla życia niezbędna jest wymiana energii z otoczeniem

Metabolizm – przemiany o charakterze chemicznym zużywające energię z otoczenia, pozwalające utrzymać wyższy poziom

uporządkowania (niższą entropię) niż otoczenie

Proces rozmnażania – powstają organizmy niemal identyczne z tym, który przekazuje im życie

Reakcja na bodźce z otoczenia, ruch, wzrost masy i rozmiarów ciała, rozwój (wzrost złożoności) organizmu, rozród,

mechanizm dziedziczenia (przekazywanie informacji genetycznej), ewolucja


Definicja życia (jedna z wielu)

„Życie jest ciągłym i postępowym procesem organizowania się całościowych, hierarchicznie zorganizowanych systemów

względnie odosobnionych, obdarzonych zdolnością do samozachowania się, przebudowywania w czasie zgodnie z własną

informacją gatunkową, do rozwoju osobniczego i rodowego, rozmnażania i przystosowania się do otoczenia”

(S. Ślaga, zagadnienia filozoficzne współczesnej nauki, s. 323)

Problem: brak ścisłego kryterium rozróżnienia ożywione/nieożywione

Np. wirusy – „pogranicze życia” (rozmnażanie się ale brak przemiany materii)


Mechanicyzm - witalizm

Czy fenomen życia całkowicie można wyjaśnić na podstawie praw fizyki i chemii, czy należy odwołać się do czynników pozafizycznych?


Mechanicyzm Witalizm

Redukcja wszystkich zjawisk do fizycznych Antyredukcjonizm: istnieje niematerialna siła życiowa (vis vitalis), stanowiąca istotę życia

Redukcja teorii fizycznych do mechaniki Opis mechaniczny nie wystarcza do uchwycenia istoty życia

Atomizm grecki, Kartezjusz, La Mettrie Arystoteles (forma substancjalna jako dusza ciała), Platon, neotomizm, H. Driesch – entelechia jako niematerialny pierwiastek

Komórka, gen jako „elementarna jednostka życia”

! Upadek filozofii mechanicyzmu ! Neguje naturalizm metodologiczny, niemożliwość empirycznej weryfikacji

Redukcjonizm – antyredukcjonizm

Współczesna postać sporu o naturę życia (płaszczyzna metodologiczna)

Pytanie o status metodologiczny i autonomię biologii jako nauki o życiu


Redukcjonizm Antyredukcjonizm

Redukcja biologii do fizyki i chemii Autonomia biologii

F. Crick, J. Watson – założenie możliwości fizyko-chemicznego wyjaśnienia życia Wyjaśnienie procesów życiowych przez czynniki

fizyczne i chemiczne Sprowadzenie pojęć i praw biologicznych do

fizycznych i chemicznych

W. E. Ritter – holistyczny i teleolonomiczny charakter orgamizmu (organizmalizm)Nieredukowalność organizmu do „sumy części”

Sukcesy genetyki – odczytanie DNA, wyjaśnienie mechanizmu dziedziczenia, metody analityczne

L. Von Bertallanfy – teoria systemów: kategorie złożoności, uporządkowania, wewnętrznej dynamiki, termodynamika nieliniowa

Emergentyzm

Zjawisko jest emergentne, jeśli nie da się opisać analizując jedynie części składowe, w wyniku oddziaływania między elementami pojawiają się jakościowo nowe formy organizacji (układy nieliniowe)

Pochodzenie życia

Kreacjonizm – życie pochodzi bezpośrednio od Boga

Samorództwo – proste formy życia powstają bezpośrednio z materii nieorganicznej (Arystoteles, Paracelsus)

Panwitalizm – życie jest odwieczne (Le Roy, Teilhard de Chardin)

Kosmozoidy – życie przywędrowało na Ziemią z kosmosu (H. Richter, XIX w., radiospermia – S. Arrhenius, XX w., F. Hoyle – panspermia

kometarna, panspermia kierowana – F. Crick, L. Orgel)

Abiogeneza – życie powstało z materii nieożywionej (współczesna przyrodnicza teoria genezy życia)


Przyrodnicza teoria genezy życia (abiogeneza)

Podstawa: biologia, biochemia, genetyka, biologia, astronomia, paleontologia,

Początek: Wielki Wybuch ok. 13,8 mld lat temu

Ewolucja chemiczna – tuż po Wielkim Wybuchu powstają hadrony, leptonu i jądra lekkich pierwiastków (H, He), cięższe pierwiastki powstają we

wnętrzach gwiazd

Tworzą się proste związki chemiczne (CO2, CH4, NH3 – w pyłowo-gazowych skupiskach w pobliżu gorących gwiazd, z których powstały planety)

Ewolucja biochemiczna – z tlenków, soli, kwasów powstają proste organiczne związki węgla (wchodzą w skład każdego organizmu żywego),

powstanie pierwszych aminokwasów (podstawowy budulec białek), rola wyładowań atmosferycznych w syntezie aminokwasów, powstanie białek

zdolnych do reprodukcji kwasów nukleinowych (DNA)

Ewolucja biologiczna – powstanie pierwszych mikroorganizmów zdolnych do przemiany materii i rozmnażania się („pierwotna zupa” – bakterie,

produkcja tlenu, życie „wyszło na ląd po ok 3 miliardach lat)



Czas (mln lat temu)

Wydarzenie „Data”

4 600 Powstanie Ziemi 1 stycznia

3 800 Najstarsze skały na Ziemi 5 marca

3 800-3 600 Powstanie życia 5-21 marca

3 600 Zaawansowane organizmy jednokomórkowe 21 marca

2 000 Pojawienie się w atmosferze znaczących ilości tlenu 26 lipca

650 Wielokomórkowe organizmy w oceanach 10 listopada

590440250650,10,005

Złożone organizmy roślinne i zwierzęce w oceanachŻycie przenosi się na lądPojawienie się dinozaurówZniknięcie dinozaurów, początek dominacji ssakówPierwszy człowiek rozumnyPoczątek historii pisanej

14 listopada21 listopada12 grudnia26 grudnia31 grudnia, 23”4931 grudnia, 23:59

Ewolucja jako fakt i jako teoria

Ewolucja jest faktem – naukowo stwierdzony proces zmienności gatunków

Teorie ewolucji – teorie naukowe wyjaśniające zmienność gatunków

Uwaga: fałszywość określonej teorii ewolucji nie zaprzecza faktowi ewolucji (np. to, że istnieją różne teorie grawitacji – Newtona,

Einsteina… nie zaprzecza faktowi grawitacji – ciała spadają na Ziemię – niektóre teorie np. Arystotelesa okazały się fałszywe, ale

grawitacja jest faktem)


Przesłanki i cele teorii ewolucji

Przesłanki:

Podobieństwa budowy organizmów żywych jako wyraz ich wspólnego pochodzenia (pokrewieństwa ewolucyjnego)

Bardziej złożone gatunki rozwijają się z form prostszych

Obecnie istniejące gatunki nie istniały uprzednio albo istniały w innej postaci

W szeregu pokoleń mogą pojawić się nowe cechy dziedziczne

Cele – teoria ewolucji powinna wyjaśnić:

Zmienność organizmów jako proces historyczny

Uszeregować fazy rozwojowe roślin i zwierząt (dane paleontologiczne)

Zidentyfikować prawa rządzące zmiennością gatunków i sformułować teorie wyjaśniające tę zmienność


Charakterystyka procesów ewolucyjnych

Ewolucji podlegają populacje (zespół organizmów danego gatunku, żyjących w tym samym środowisku, zdolnych do

rozmnażania się i wpływania na pozostałą część populacji)

Ewolucja jest niepowtarzalna i nieodwracalna

Procesy ewolucyjne są uwarunkowane działaniem doboru naturalnego (przystosowanie się gatunków do środowiska

naturalnego)

Postęp ewolucyjny – zmiany fizjologiczne, zdolność do opanowania środowiska, zwiększenie liczby potomstwa

Ewolucja to proces ciągły i stopniowy, dokonuje się ze zmienną szybkością


Lamarkizm

Jean-Baptiste de Lamarck, Filozofia zoologiczna, 1809

Teoria spekulatywna, niepoparta badaniami empirycznymi

Środowisko wymusza zmiany potrzeb organizmów, co prowadzi do zmian w zachowaniu, skutkuje to zmianą ukształtowania

narządów i całych organizmówPrawo używania i nieużywania narządów: narządy często używane wzmacniają się, narządy nieużywane zanikająPrawo dziedziczenia cech nabytych: cechy nabyte przez obojga rodziców w rozwoju osobniczym są przekazywane

potomstwuMechanizmem rozwoju lub zaniku narządów oraz dziedziczeniem cech nabytych staruje wewnętrzna aktywna dążność

organizmów do zmian

Uwagi: genetyka dowodzi, że teza o dziedziczeni cech nabytych nie jest słuszna


Darwinizm

Karol Darwin, O powstawaniu gatunków, 1859

Teoria oparta na badaniach i obserwacjach przyrody (pięcioletnia podróż dookoła świata, 1831-1836)

Obserwacja świata przyrody prowadzi do następujących wniosków

Bezkierunkowa, powszechna zmienność wszystkich organizmów – osobniki tego samego gatunku nie są identyczne, różnią

się wieloma cechami

Stała nadprodukcja osobników – rodzi się wiele osobników, przeżywają tylko niektóre (znaczna część organizmów umiera –

istnieją w przyrodzie mechanizmy selekcji)

Na danym terenie liczba osobników i gatunków jest w przybliżeniu taka sama


Mechanizmy ewolucji:

Walka o byt: ciągła rywalizacja o ograniczone zasoby środowiska

Dobór naturalny: przeżywają osobniki najlepiej przystosowane do warunków życia w określonym środowisku

Walka o byt i dobór naturalny decydują, że kolejnym pokoleniom przekazywane są cechy najlepiej przystosowanych osobników.


Genetyka

Nauka o dziedziczności – w jaki sposób cechy rodziców są dziedziczone przez potomstwo (początki – Georg Mendel 1856 –

doświadczenia polegające na krzyżowaniu różnych odmian grochu)

Gen – podstawowa jednostka dziedziczenia, nośnik informacji biologicznej przekazywanej potomstwu (wzrost, kolor oczu, kolor

skóry…)

Genotyp – zestaw wszystkich genów danego organizmu

Fenotyp – zestaw wszystkich cech określanych przez geny

DNA – kwas dezoksyrybonukleinowy, nośnik informacji genetycznej, zbudowany z powtarzających się prostych elementów

(nukleotydów); sekwencja nukleotydów decyduje o niepowtarzalności kodu genetycznego

Chromosomy – zawierają cały materiał genetyczny


Mutacja – (kluczowe pojęcie współczesnej genetyki i syntetycznej teorii ewolucji) – nagła, skokowa zmiana w materiale

genetycznym (DNA) organizmu. Przypadkowa zmiana powodowana przez czynniki zewnętrzne (mutageny – np. promieniowanie)

Podział mutacji ze względu na wywołane skutki:

Korzystne

Obojętne

Niekorzystne

Letalne (śmiertelne)

Podział mutacji ze względu na mechanizm powstawania:

Genowe (zmiana sekwencji nukleotydów w kodzie DNA określonego genu)

Chromosomowe (zmiana struktury określonego chromosomu)

Genomowe (zmiana liczby chromosomów)


Rekombinacja – proces w wyniku którego następuje wymiana materiału genetycznego (podczas podziału lub losowego łączenia

się komórek płciowych)

Transfer genów – geny pochodzące z jednego organizmu są sołączane do genów innego organizmu


Podstawowe tezy współczesnej teorii ewolucji:

Dziedziczenie cech dokonuje się zgodnie z zasadami genetyki

Proces dziedziczenia nie jest absolutnie dokładny – dlatego dokonuje się ewolucja; organizmy podlegają zmianom

Zmienność organizmów dokonuje się przez mutacje, rekombinacje i transfer genów

Selekcja wynika z ograniczonych zasobów środowiska (mechanizm doboru naturalnego)

Dobór naturalny eliminuje mutanty o skrajnych o skrajnych cechach (czynnik stabilizujący)

Dobór naturalny – przeżywają i wydają potomstwo osobniki lepiej przystosowane do danych warunków środowiska – w

populacji utrwalają się cechy tych osobników


Mechanizmy ewolucji

[syntetyczna teoria ewolucji łączy osiągnięcia genetyki, innych nauk biologicznych z teorią Darwina]

Zmienność genetyczna

-Mutacje

-Rekombinacje

-Transfer genów

Dobór naturalny

-Kierunkowy (przesunięcie części genów w określonym kierunku)

-Stabilizujący (eliminacja mutantów o skrajnych właściwościach)

-Rozdzielający (eliminacja cech przejściowych)

Dryft genetyczny (zmiana częstości występowania dennego genu w populacji)


Bariery izolacyjne (zahamowanie lub ograniczenie przepływu informacji genetycznej pomiędzy populacjami tego samego

gatunku)

Bariery geograficzne

Bariery ekologiczne (brak odpowiednich warunków do krzyżowania się populacji na tym samym terenie)

Bariery rozrodcze (określone genotypowo różnice w sposobach rozmnażania się osobników tego samego gatunku w

różnych populacjach)

Syntetyczna teoria ewolucji jest paradygmatem nauk biologicznych


Pytania kontrolne



Literatura

Życie i jego ewolucja Andrzej Łukasik Zakład Ontologii i Teorii Poznania Instytut Filozofii UMCS

Documents

Transcript of Życie i jego ewolucja Andrzej Łukasik Zakład Ontologii i Teorii Poznania Instytut Filozofii UMCS