Jak funkcjonuje właściwie ewolucja?

Mate­riał gene­tyczny wszyst­kich żywych istot podlega ciągłym niewiel­kim zmia­nom. Jeśli mnoży się on, np. przed podzia­łem komó­rek, to nie zawsze jest odtwa­rzany w całko­wi­cie iden­tyczny sposób, ale czasami poja­wiają się odchy­le­nia (błędy syntezy), których w zasa­dzie nie da się unik­nąć. Są one znane jako mutacje.

Te odchy­le­nia zwykle nie mają znacze­nia, gdy są prze­ka­zy­wane potom­stwu. Ale czasami powo­dują również małe lub więk­sze zmiany, np. w prze­mia­nie mate­rii, wyglą­dzie lub zachowaniu.

Zmiany te mogą dać żyją­cym orga­ni­zmom korzy­ści, ale mogą być również neutralne lub nawet przy­nieść nieko­rzystne skutki. W dwóch ostat­nich przy­pad­kach szansa na to, że się rozprze­strze­nią, tj. zostaną prze­ka­zane dużej licz­bie potom­stwa, jest niewielka.

W szcze­gól­no­ści, jeśli zmia­nie będą towa­rzy­szyć wady, dotknięte nią jednostki będą mniej zdolne do prze­ciw­sta­wia­nia się konku­ren­tom w ich środo­wi­sku ekolo­gicz­nym i zginą lub przy­naj­mniej będą miały mniej­szy sukces repro­duk­cyjny. Jeśli nega­tywne skutki są bardzo poważne, prowa­dzi to do wygi­nię­cia nosi­cieli tej muta­cji. Aż do wpro­wa­dze­nia współ­cze­snej medy­cyny doty­czyło to również nieko­rzyst­nych muta­cji u ludzi.

Jeśli zmiany wywo­łane przez muta­cję są „neutralne”, zostaną prze­ka­zane w normalny sposób podczas rozmna­ża­nia się osob­nika. A jeśli nawet przy­niosą korzy­ści, dotknięta żywa istota ma więk­sze szanse na repro­duk­cję i spło­dze­nie więk­szej ilości potom­stwa. Ozna­cza to, że muta­cja jest również prze­ka­zy­wana więk­szej ilości potom­stwa. Oczy­wi­ście muta­cje, które mają pozy­tywne skutki, są znacz­nie rzad­sze niż te, które mają nega­tywne skutki.

Zmiany nie są zatem w żadnym wypadku celowe, ale dość przy­pad­kowe i całko­wi­cie nieukie­run­ko­wane. Są one jednak stabi­li­zo­wane w inwen­ta­rzu gene­tycz­nym popu­la­cji, jeśli przy­no­szą korzy­ści lub przy­naj­mniej nie przy­no­szą szkody w danych warun­kach środo­wi­sko­wych. Nazywa się to selek­cją.

Zmiany w mate­riale gene­tycz­nym zacho­dzą stale i wszę­dzie, a wyni­ka­jące z nich nowe cechy podle­gają selek­cji. W szcze­gól­no­ści zmiany warun­ków środo­wi­sko­wych zwięk­szają presję selek­cyjną na orga­ni­zmy. Przy­kła­dami są zmiany klima­tyczne (w wyniku epok lodow­co­wych, erup­cji wulka­nów, uderzeń metro­rytu), ale także zmiany innych żywych istot, które wystę­pują w tym samym środo­wi­sku i konku­rują o te same zasoby lub do których poży­wie­nia należy rozpa­try­wany organizm.

Począt­kowo jednak takie zmiany nie skut­kują nowymi gatun­kami, a jedy­nie odmia­nami. Nowy gatu­nek poja­wia się tylko wtedy, gdy osob­niki różnych odmian nie mogą już rozmna­żać się ze sobą (niezgod­ność). Może to opie­rać się na bardzo różnych mecha­ni­zmach, które w zasa­dzie prowa­dzą do jednej z nastę­pu­ją­cych dwóch sytuacji:

1. Komórka jajowa jednej odmiany nie może zostać zapłod­niona przez plem­nik innej odmiany, tak więc nie powstaje zygota.
2. Zapłod­nie­nie jest możliwe, ale z zygoty powstaje niezdolny do życia orga­nizm, albo orga­nizm żyje, ale z kolei nie jest zdolny do rozmnażania.

Pierw­szy przy­pa­dek wystę­puje na przy­kład wtedy, kiedy czas kwit­nie­nia uległ tak znacz­nemu prze­su­nię­ciu w przy­padku dwóch odmian gatun­ków roślin, że kwiaty żeńskie jednej odmiany więdną, zanim dojrzeje pyłek tej drugiej. Przy­kła­dami z króle­stwa zwie­rząt są zmiany w zacho­wa­niach godo­wych lub narzą­dach rozrod­czych, które prowa­dzą do tego, że zwie­rzęta nie chcą już lub nie są w stanie koja­rzyć się ze sobą.

Dobrze znanym przy­kła­dem drugiego przy­padku jest muł (powstaje w wyniku skrzy­żo­wa­nia ogiera osła z klaczą konia lub ogiera konia z klaczą osła), który (prze­waż­nie) nie może wydać potom­stwa. Jednak w więk­szo­ści przy­pad­ków orga­ni­zmy, które wyło­niły się z niezgod­nych komó­rek jajo­wych i plem­ni­ków, giną bardzo wcze­śnie, na przy­kład w wyniku zabu­rzeń rozmiesz­cze­nia chro­mo­so­mów podczas pierw­szych podzia­łów komórkowych.

Dopóki zacho­dzą inte­rak­cje płciowe między poten­cjal­nymi nowymi gatun­kami, nowy gatu­nek powsta­nie tylko w wyjąt­ko­wych przy­pad­kach. Izola­cja geogra­ficzna sprzyja temu proce­sowi. Dzieje się tak na przy­kład, gdy mosty lądowe między wyspami lub nawet częściami świata są zale­wane (dla stwo­rzeń lądo­wych) lub, gdy płyt­kie odcinki morza zamu­lają się (dla ryb i innych orga­ni­zmów morskich).
Szcze­gól­nie w wyniku wiel­kich maso­wych zagład w histo­rii Ziemi nastą­piło masowe formo­wa­nie się nowych gatun­ków, gdyż były one lepiej przy­sto­so­wane do zmie­nio­nych warun­ków, które dopro­wa­dziły do wygi­nię­cia i były w stanie zająć siedli­ska i nisze ekolo­giczne, które stały się wolne.

Rozwój różno­rod­no­ści biolo­gicz­nej w ciągu ostat­nich 600 milio­nów lat na podsta­wie badań kopal­nych orga­ni­zmów morskich. Po każdym maso­wym wymie­ra­niu liczba gatun­ków rosła stosun­kowo szybko.
Źródło: http://www.oekosystem-erde.de/html/massenaussterben.html. Ilustra­cja została zmie­niona wg. angiel­skiej Wiki­pe­dii (http://en.wikipedia.org/wiki/Biodiversity, prze­glą­dana 2 marca 2007) i jest oparta na danych z Rohde, R.A. & Muller, R.A. (2005): „Cykle w różno­rod­no­ści wyko­pa­lisk”. Naturę 434: 209–210. Licen­cja: GFDL.

Nawia­sem mówiąc, takie procesy formo­wa­nia się gatun­ków zacho­dzą bardzo wolno. Przyj­muje się, że między poja­wie­niem się odmiany a faktycz­nym wyod­ręb­nie­niem się nowego gatunku mija kilka dzie­się­cio­leci, a nawet miliony lat, w zależ­no­ści od tego, jak szybko nastę­pują po sobie poko­le­nia i jak zacho­dzą inte­rak­cje w orga­ni­zmie i ze środowiskiem.

Ewolu­cja nie jest proce­sem ukie­run­ko­wa­nym, a różnice wyni­kają z przy­pad­ko­wych zmian w geno­mie osob­ni­ków. Korzyst­nym zmia­nom sprzy­jają warunki środo­wi­skowe (selek­cja). Zmiany te rozprze­strze­niają się, gdy prze­ka­zy­wa­nie są obfi­temu potom­stwu. Jeśli zmiany prowa­dzą do tego, że osob­niki jednej odmiany są w stanie rozmna­żać się tylko ze sobą, ale już nie z innymi odmia­nami, poja­wia się nowy gatu­nek. [MM]