EVOLUȚIA BIOLOGICĂ: TEORII, PROCESE, DOVEZI ȘI EXEMPLE - BIOLOGIE - 2025

Evoluția biologică este schimbarea proprietăților grupurilor de organisme în decursul generațiilor. Grupurile de organisme din aceeași specie sunt cunoscute sub numele de „populații biologice”.

În esență, teoria modernă a neo-darwiniană a evoluției spune că evoluția constă într-o schimbare treptată a formelor de viață. A început - probabil - cu o moleculă cu capacitatea de a se reproduce în urmă cu aproximativ 3,5 miliarde de ani.

Sursa: chensiyuan

De-a lungul timpului, s-a produs o ramificare de linii și au apărut specii noi și diverse. Mecanismele acestei schimbări evolutive sunt selecția naturală și derivarea genelor.

Biologia evolutivă urmărește să înțeleagă originea diversității biologice și modul în care este menținută. Deoarece este o știință centrală în biologie, este considerată în general ca o gândire unificatoare, care integrează diferitele discipline ale științelor biologice.

Această proprietate unificatoare a biologiei evolutive a fost marcată în celebra frază a lui Theodosius Dobzhansky: „nimic nu are sens în biologie, decât în ​​lumina evoluției”.

Astăzi, biologia evolutivă s-a bucurat de toate progresele științei, permițând reconstrucția filogeniilor folosind numeroase caractere moleculare și analize statistice puternice.

Care este procesul evolutiv?

Evoluția este un termen derivat din rădăcinile latine evolvere, care se traduce prin desfășurarea sau revelarea unui potențial ascuns. Astăzi, cuvântul evoluție evocă pur și simplu o schimbare. Este probabil o parte din lexicul nostru zilnic să ne referim la schimbări la un obiect sau la o persoană.

Cu toate acestea, evoluția biologică se referă la modificările grupurilor de organisme prin trecerea generațiilor. Această definiție generală a evoluției este folosită de Futuyma (2005). Este important de menționat că organismele ca indivizi nu evoluează, în timp ce grupurile de organisme o fac.

În biologie, setul de indivizi din aceeași specie care coexistă în timp și spațiu se numesc populații. Pentru ca o schimbare a unei populații să fie considerată evolutivă, ea trebuie transmisă de la o generație la alta prin materialul genetic.

Teoriile științifice despre evoluție

Din vremuri imemoriale, ființa umană a simțit o curiozitate intrinsecă cu privire la originea vieții și la existența enormei diversități pe care ființele organice o prezintă.

Deoarece naturalistul britanic Charles Darwin (1809-1882) a avut un impact semnificativ asupra dezvoltării acestei științe, vom examina teoriile propuse înainte și după contribuțiile sale.

Înainte de Darwin: creaționismul și imuabilitatea speciilor

Înainte de Darwin, naturaliștii și alți oameni de știință erau caracterizați de o gândire creaționistă cu privire la originea speciilor.

Au fost tratate viziuni esențialiste, unde fiecare specie avea o esență imuabilă și variația pe care am observat-o în grup se datora doar imperfecțiunilor ființei. Această concepție a fost tratată pe vremea lui Platon și a lui Aristotel.

Timp mai târziu, creștinii au început să interpreteze în mod literal pasajele Bibliei, înțelegând că ființele organice au fost create într-un singur eveniment de o entitate supranaturală. Această concepție nu a permis schimbarea speciilor de-a lungul timpului, deoarece acestea au fost create sub desăvârșirea divină.

În secolul al XVIII-lea, obiectivul naturaliștilor a fost catalogarea planului divin pe care Dumnezeu la creat. De exemplu, Linnaeus a pus bazele taxonomiei actuale urmând această linie de gândire.

Mai târziu această părere a fost contestată de diverși gânditori. Cea mai relevantă teorie pre-darwiniană a vremii a fost formulată de Jean Baptiste Lamarck. Pentru el, fiecare specie își avea originea individual prin generare spontană și era capabilă să „progreseze” sau să se îmbunătățească în timp.

Unul dintre principiile cele mai relevante stabilite de Lamarck a fost moștenirea personajelor dobândite. Acest naturalist credea că diferitele trăsături pe care le dobândim de-a lungul vieții noastre pot fi transmise urmașilor noștri.

De exemplu, sub viziunea lui Lamarkian, un culturist care muncește din greu toate grupele sale musculare, a trebuit să aibă copii cu mușchi dezvoltați. Același principiu s-ar aplica și cu utilizarea dezorganizării.

Contribuțiile lui Darwin și Wallace la biologia evolutivă: selecția naturală

Numele lui Charles Darwin apare în majoritatea textelor de biologie, indiferent de specialitatea sa. Darwin a revoluționat biologia și știința în general, într-o măsură incredibilă - comparabil, de exemplu, cu contribuțiile lui Newton.

În tinerețe, Darwin a păstrat o gândire fidelă învățăturilor biblice. Cu toate acestea, însoțit de o gândire religioasă, Darwin și-a exprimat interesul pentru științele naturii, motiv pentru care s-a înconjurat de cele mai strălucitoare minți științifice ale momentului.

Călătoria pe Beagle

Viața lui Darwin a luat o schimbare când la o vârstă fragedă a început o călătorie la bordul HMS Beagle, o navă britanică care avea să exploreze diferite regiuni din America de Sud. După o călătorie care a durat câțiva ani, Darwin a observat și a colectat o enormă diversitate de faună și floră din America de Sud.

Datorită situației sale financiare optime, Darwin a putut să-și dedice viața exclusiv activității sale în științele biologice. După meditații ample - și, de asemenea, prelegeri despre economie - Darwin și-a generat teoria selecției naturale.

Selecția naturală este o idee simplă și puternică, fiind un mecanism evolutiv important - deși nu este singurul, așa cum vom vedea mai târziu.

Această idee nu a fost dedusă exclusiv de Darwin. Un tânăr naturalist pe nume Alfred Wallace a venit independent cu idei foarte similare. Wallace a comunicat cu Darwin, iar cei doi au prezentat teoria evoluției prin selecție naturală.

Originea speciilor

Mai târziu, Darwin prezintă capodopera sa: „Originea speciilor”, care își desfășoară teoria în detaliu și cu dovezi solide. Această carte are șase ediții la care a lucrat Darwin de-a lungul vieții.

Teoria selecției naturale susține că, dacă există o variație utilă și ereditară într-o populație de indivizi, va exista o reproducere diferențiată între posesorii caracteristicii. Acestea vor avea tendința de a genera mai mulți urmași, crescând astfel frecvența trăsăturii în populație.

Mai mult, Darwin a propus și strămoși comuni: toate speciile s-au divergent în timp evolutiv de la un strămoș comun. Astfel, toate ființele organice pot fi reprezentate în marele copac al vieții.

După Darwin: Neo-darwinism și sinteză

Imediat după publicarea „The Origin”, a izbucnit o mare controversă printre cei mai importanți oameni de știință ai vremii. Cu toate acestea, pe măsură ce anii au trecut, teoria a fost acceptată treptat.

Au existat biologi care nu au acceptat niciodată ideile darwiniene, așa că și-au generat propriile teorii evolutive, astăzi aproape complet discreditate. Exemple în acest sens sunt neo-lamarkismul, ortogeneza și mutaționismul, printre altele.

Între anii 30 și 40 toate teoriile anti-darwiniste au fost aruncate odată cu apariția sintezei evolutive. Aceasta a constat în unirea ideilor darwiniene cu contribuțiile unei serii de genetici și paleontologi precum Fisher, Haldane, Mayr și Wright, printre altele.

Sinteza a reușit să unifice teoriile evolutive cu principii genetice corecte, deoarece una dintre dificultățile pe care Darwin a trebuit să le experimenteze în timpul lucrărilor sale a fost ignoranța genelor ca particule de moștenire.

Dovadă pentru evoluție: doar o teorie?

Astăzi, evoluția biologică este un fapt susținut de dovezi solide și abundente. Deși biologii nu se îndoiesc de veridicitatea procesului, în viața de zi cu zi auzim că evoluția este „doar o teorie” - cu detonări peiorative.

Această neînțelegere provine din faptul că termenul „teorie” are semnificații diferite în știință și în viața de zi cu zi. Pentru majoritatea oamenilor, o teorie este o predicție incertă a unui fapt, caracterizată printr-un fundament slab. Pentru un om de știință, o teorie este un corp de idei coerente și structurate corespunzător.

Urmând această ordine de idei, putem concluziona că evoluția este un fapt și există mecanisme care să o explice, precum teoria selecției naturale. Cele mai marcante dovezi ale procesului evolutiv sunt următoarele.

Omologia

Două procese sau structuri sunt omoloage dacă trăsătura menționată a fost moștenită direct de la un strămoș comun. În biologia evolutivă, omologia este un punct fundamental, deoarece sunt singurele caracteristici care ne permit să reconstruim relațiile strămoș-descendenți între grupuri.

Omologii morfologice

Un exemplu foarte cunoscut de omologie sunt oasele membrelor tetrapodelor. Să luăm trei animale care diferă în modul lor de locomoție pentru a înțelege de ce omologia este o dovadă robustă a procesului evolutiv: oameni, balene și lilieci.

Aceste trei grupuri împărtășesc un plan structural de bază în primele lor limbi, pentru că l-au moștenit de la un strămoș comun. Adică, un tetrapod ancestral avea un humerus, urmat de o rază și o ulnă și, în final, o serie de falange.

Nu există niciun motiv funcțional pentru care trei animale cu astfel de stiluri de viață disparate ar trebui să împărtășească același plan de oase la membrele lor.

Dacă viața ar fi fost concepută, nu există niciun motiv pentru a construi un organism acvatic, un zbor și un organism terestru cu același plan. Niciun inginer - oricât de neexperimentat - nu ar crea un organism zburător și un înot în același mod.

Cel mai logic mod de a explica acest lucru este prin strămoși comuni. Toți trei au moștenit acest plan structural de la un strămoș și au suferit modificările adaptative pe care le vedem astăzi: aripi, aripioare și brațe.

Omologii moleculare

Homologiile nu se limitează la trăsăturile anatomice ale unei ființe vii. Ele pot fi evidențiate și la nivel molecular. Informațiile genetice ale ființelor vii sunt stocate în ADN și sunt traduse sub formă de triplete: trei nucleotide corespund unui aminoacid.

O omologie moleculară universală este citirea acestui cod genetic, deoarece practic toate ființele organice împărtășesc acest limbaj - deși există excepții foarte specifice.

Registrul fosilelor

Când Darwin își propune teoria selecției naturale, el susține că toate formele de tranziție treptate nu sunt prezente în evidența fosilelor, deoarece sunt incomplete. În schimb, opozanții ideilor darwiniene văd discontinuitatea înregistrării drept dovadă împotriva teoriei.

Trebuie să ne amintim că procesul de fosilizare al unei ființe organice este un eveniment improbabil, împreună cu probabilitatea ca un specimen să fie găsit în stare bună. Din aceste motive, mai puțin de 1% din toate formele care au trăit vreodată sunt reprezentate în evidența fosilelor.

În ciuda acestui fapt, s-au găsit fosile foarte bine conservate care servesc drept „fereastră spre trecut”. Unul dintre cele mai cunoscute este Archeopteryx. În această fosilă se evidențiază caracteristicile intermediare dintre o reptilă și o pasăre. La fel, avem mai multe fosile de hominizi care ne-au permis să reconstruim evoluția oamenilor.

Câteva teorii alternative au fost propuse pentru a explica discontinuitatea registrului, cum ar fi teoria echilibrului punctuat.

Biogeografie

Deși evoluția este susținută de dovezi din multe ramuri ale cunoașterii, biogeografia a fost cea care l-a convins pe Darwin de veridicitatea procesului evolutiv.

Distribuția organismelor vii pe planeta Pământ nu este omogenă și multe aspecte ale acestui tipar pot fi explicate prin teoria evolutivă - și nu prin ipoteza creației speciale.

Când examinăm fauna insulelor oceanice (elemente izolate care nu au avut niciodată contact cu continentul), descoperim că compoziția speciilor este foarte particulară. De exemplu, acest lucru poate fi văzut pe insule situate în Atlanticul de Nord, numite Insulele Bermude.

Vertebratele (non-marine) native din zonă sunt foarte puține, în principal păsări, lilieci migratori și șopârlele, printre altele. Unele dintre aceste specii arată o relație semnificativă cu fauna din America de Nord. Alții, din partea lor, sunt endemici ai insulei și nu se găsesc în nicio altă regiune.

Acest model de distribuție este compatibil cu procesele evolutive, deoarece zona este specific colonizată cu animale capabile de zbor și de a dispersa distanțe mari.

Evoluție în acțiune: exemplu de evoluție

O altă neînțelegere în biologia evolutivă este că este legată de un proces extrem de lent.

Deși este adevărat că pentru a obține adaptări complexe, cum ar fi fălcile puternice sau ochii cu viziune excelentă, ar trebui să așteptăm câteva milioane de ani, există anumite procese evolutive pe care le putem observa cu proprii noștri într-o perioadă relativ scurtă de timp.

În continuare, vom analiza cazul molii betoniene Biston ca exemplu de evoluție în acțiune. Mai târziu vom vorbi despre rezistența la antibiotice și pesticide, un alt exemplu de evoluție pe care îl putem observa într-un timp scurt.

Melanismul industrial și

Unul dintre cele mai proeminente exemple în biologia evolutivă este melanismul industrial. Acest fenomen a fost documentat în timpul revoluției industriale și a reușit să stabilească o relație între variația colorației moliei Biston betularia și contaminarea habitatului său.

Moliul are două morfologii: una lumină și una întunecată. Înainte de contaminare, varianta dominantă era molia ușoară, probabil pentru că s-a cocoțat pe scoarța ușoară a mesteacanilor și putea trece neobservată de potențiali prădători - păsările.

Odată cu apariția revoluției industriale, poluarea a crescut la niveluri semnificative. Coaja copacilor a început să ia o culoare din ce în ce mai întunecată și acest lucru a generat o schimbare a frecvențelor variantelor deschise și întunecate ale molilor.

Moliul întunecat a fost varianta dominantă pentru o perioadă, deoarece s-ar putea ascunde mai bine în scoarța înnegrită.

Ulterior, au fost implementate programe de curățare a mediului care au contribuit la reducerea poluării mediului. Datorită eficienței acestor programe, copacii au început să își recapete culoarea caracteristică inițială.

După cum putem ghici, frecvența molii s-a schimbat din nou, varianta clară fiind cea dominantă. Astfel, procesul evolutiv a fost documentat într-o perioadă de 50 de ani.

Mecanisme de evoluție

Evoluția biologică este un proces care implică două etape: generarea variației și apoi reproducerea diferențială a variațiilor, fie prin selecție naturală, fie prin derivă genetică. Din acest motiv, termenii selecție naturală și evoluție nu trebuie folosiți în mod interschimbabil - pentru că nu sunt așa.

Din perspectiva geneticii populației, evoluția este schimbarea frecvențelor alelice în timp în cadrul unei populații. Astfel, forțele care schimbă frecvențele alelelor sunt selecția, deriva, mutația și migrația.

Selecție naturală

După cum am menționat anterior, cea mai mare contribuție a lui Darwin la biologie a fost propunerea teoriei selecției naturale. Acest lucru a fost puternic interpretat greșit și prezentat greșit de către mass-media, asocindu-l cu expresii greșite, cum ar fi: „supraviețuirea celui mai potrivit”.

Condiții pentru ca selecția naturală să apară

Selecția naturală este o idee simplă, cu rezultate magnifice. Dacă un sistem îndeplinește următoarele caracteristici, acesta va evolua - inevitabil - prin selecția naturală:

Aplicații biologice evolutive

Biologia evolutivă are o serie de aplicații, atât pentru medicină, agricultură, biologie de conservare, cât și pentru alte discipline.

Medicament

Teoria evoluției este o știință esențială în domeniul medicinei. De exemplu, ne permite să prezicem rezultatul utilizării indiscriminate a antibioticelor pentru tratamentul bolilor infecțioase.

Atunci când aplicăm un antibiotic inutil sau nu completăm tratamentul medical, vom elimina variantele nerezistente, dar indivizii rezistenți își vor crește frecvența în populația bacteriană.

În prezent, problema rezistenței bacteriene la majoritatea antibioticelor este un subiect de interes și îngrijorare la nivel mondial. Creșterea gradului de conștientizare cu privire la utilizarea antibioticelor este o modalitate de a diminua această complicație.

De exemplu, bacteriile Staphylococcus aureus sunt frecvente în sălile de operație și provoacă infecții la pacienți în timpul intervențiilor chirurgicale.

Astăzi, bacteriile sunt pe deplin rezistente la o serie de antibiotice, cum ar fi penicilina, ampicilina și medicamentele aferente. Deși au fost generate antibiotice noi pentru a-l contracara, medicamentele sunt din ce în ce mai puțin eficiente.

Criza de rezistență este unul dintre cele mai dramatice exemple de evoluție, pe care le putem observa cu proprii noștri ochi, deci servește și ca dovadă a procesului evolutiv.

Agricultură și zootehnie

Același principiu evolutiv poate fi extrapolat la utilizarea pesticidelor pentru eliminarea dăunătorilor, în culturile cu importanță economică semnificativă. Dacă același tip de pesticid este aplicat timp îndelungat, vom favoriza creșterea variantelor rezistente.

În mod similar, fermierii încearcă să obțină cele mai "bune" animale care să maximizeze producția (de lapte, carne etc.). Acești crescători selectează persoanele pe care le consideră cele mai utile din punct de vedere practic. Pe măsură ce generațiile trec, indivizii seamănă tot mai mult cu ceea ce este dorit de oameni.

Acest proces de selecție artificială umană seamănă cu selecția naturală, în ceea ce privește succesul reproductiv diferențial. Cu diferența notabilă că, în natură, nu există nicio entitate de selecție.

Biologia conservării

În ceea ce privește problemele de conservare, înțelegerea fenomenelor precum „blocajele” și scăderea stării de fitness cauzate de consangvinizare face posibilă evitarea acestora și generarea unor planuri de conservare care să sporească starea de fitness și să mențină populația „sănătoasă”.

Referințe

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biologie: știință și natură. Pearson Education.
2. Darwin, C. (1859). Despre originile speciilor prin selecție naturală. Murray.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Analiza evolutivă. Sala Prentice.
4. Futuyma, DJ (2005). Evoluţie. Sinauer.
5. Hall, BK (Ed.). (2012). Homologie: Baza ierarhică a biologiei comparative. Presă academică.
6. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Principii integrate ale zoologiei. McGraw-Hill.
7. Kardong, KV (2006). Vertebrate: anatomie comparativă, funcție, evoluție. McGraw-Hill.
8. Kliman, RM (2016). Enciclopedia biologiei evolutive. Presă academică.
9. Losos, JB (2013). Ghidul Princeton către evoluție. Presa universitară Princeton.
10. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Campbell Biology. Pearson.
11. Rice, SA (2009). Enciclopedia evoluției. Editura Infobase.
12. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologie: Știința dinamică. Nelson Education.
13. Soler, M. (2002). Evoluție: baza Biologiei. Proiectul Sud.
14. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Biologie: concepte și aplicații fără fiziologie. Cengage Learning.
15. Wake, DB, Wake, MH, & Specht, CD (2011). Homoplazia: de la detectarea unui model la procesul de determinare și mecanism al evoluției. Știință, 331 (6020), 1032-1035.