Biologische evolutietheorieën, proces, tests en voorbeelden

De biologische evolutie Het is de verandering in de eigenschappen van organismengroepen in de loop van de generaties. Groepen organismen van dezelfde soort staan ​​bekend als "biologische populaties".

In wezen zegt de moderne neodarwinistische evolutietheorie dat dit bestaat uit een geleidelijke verandering van levensvormen. Dit begon - vermoedelijk - met een molecuul met de mogelijkheid om zichzelf ongeveer 3 te repliceren.5 miljard jaar.

Bron: Chensiyuan [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]

Met het verstrijken van de tijd trad een tak van de lijnen op en ontstonden er nieuwe en diverse soorten. De mechanismen voor deze evolutionaire verandering zijn natuurlijke selectie en genafdrijf.

Evolutionaire biologie probeert de oorsprong van biologische diversiteit te begrijpen en hoe het onderhoudt. Zoals een centrale wetenschap in de biologie is, wordt het algemeen beschouwd als een verenigende gedachte, die de verschillende disciplines van biologische wetenschappen integreert.

Deze verenigende eigenschap van evolutionaire biologie was gekenmerkt in de beroemde zin van Theodosius Dobzhansky: "Niets is logisch in de biologie, als het niet in het licht van evolutie is".

Tegenwoordig heeft de evolutionaire biologie genoten van alle vooruitgang in de wetenschap, waardoor fylogenieën kunnen worden herbouwd met behulp van talloze moleculaire en krachtige kenmerken statistische analyse.

[TOC]

Wat is het evolutieproces?

Evolutie is een term die voortkomt uit Latijnse wortels Evolvere, wat zich vertaalt als het implementeren of onthullen van een verborgen potentieel. Tegenwoordig roept het woord evolutie gewoon een verandering op. Het is waarschijnlijk deel uit van ons dagelijkse lexicon om te verwijzen naar veranderingen in een object of in een persoon.

Biologische evolutie verwijst echter naar veranderingen in groepen organismen door de passage van generaties. Deze algemene definitie van evolutie wordt gebruikt door Futuyma (2005). Het is belangrijk om te benadrukken dat organismen zoals zoals personen Ze evolueren niet, terwijl groepen organismen dat wel doen.

In de biologie worden de set individuen van dezelfde soort die naast elkaar bestaan ​​in de tijd en in de ruimte populaties genoemd. Om een ​​verandering in een populatie te beschouwen als evolutionair, moet deze van de ene generatie naar de andere worden doorgegeven door het genetische materiaal.

Wetenschappelijke theorieën over evolutie

Sinds onheuglijke tijden heeft de mens een intrinsieke nieuwsgierigheid gevoeld naar de oorsprong van het leven en het bestaan ​​van de enorme diversiteit die organische wezens aanwezig zijn.

Terwijl de Britse naturalist Charles Darwin (1809-1882) een aanzienlijke impact had op de ontwikkeling van deze wetenschap, zullen we de voorgestelde theorieën onderzoeken voor en na zijn bijdragen.

Vóór Darwin: het creationisme en de onveranderlijkheid van de soort

Vóór Darwin werden de naturalisten en andere wetenschappers gekenmerkt door een creationistisch denken te handhaven met betrekking tot de oorsprong van de soort.

Essentialistische visioenen werden afgehandeld, waarbij elke soort een onveranderlijke essentie had en de variatie die we in de groep hebben waargenomen, waren alleen te wijten aan onvolkomenheden van het zijn. Deze conceptie werd beheerd ten tijde van Plato en Aristoteles.

Enige tijd later begonnen christenen letterlijk de passages van de Bijbel te interpreteren, en begonnen te begrijpen dat organische wezens werden gecreëerd in een enkele gebeurtenis door een bovennatuurlijke entiteit. Deze conceptie stond in de loop van de tijd geen veranderingen toe, omdat ze onder goddelijke perfectie waren gecreëerd.

In de 18e eeuw was het doel van de naturalisten om het goddelijke plan te catalogiseren dat God had geschapen. Linneo vestigde bijvoorbeeld de bases van de huidige taxonomie na deze gedachtegang.

Vervolgens werd deze visie uitgedaagd door verschillende denkers. De meest relevante pre-life theorie van die tijd werd geformuleerd door Jean Baptiste Lamarck. Voor hem was elke soort individueel ontstaan ​​door spontane generatie en was in staat om in de loop van de tijd te "vooruitgang" of te verbeteren.

Een van de meest relevante principes van Lamarck was de erfenis van de verworven karakters. Deze naturalist geloofde dat de verschillende functies die we gedurende ons leven verwerven konden worden doorgegeven aan onze nakomelingen.

Onder de Lamarkiaanse visie moest een bodybuilder die al zijn spiergroepen hard werkt, kinderen hebben met ontwikkelde spieren. Hetzelfde principe is van toepassing met de niet -gebruik van de organen.

Darwin en Wallace bijdragen aan evolutiebiologie: natuurlijke selectie

De naam van Charles Darwin verschijnt meestal in de meeste biologische teksten, ongeacht zijn specialiteit. Darwin heeft een revolutie teweeggebracht in de biologie en wetenschappen in het algemeen, met een ongelooflijke - vergelijkbare omvang, bijvoorbeeld met de bijdragen van Newton.

In zijn jeugd handhaafde Darwin een trouwe gedachte aan bijbelse leringen. Darwin was echter begeleid door een religieus denken en trok echter belangstelling voor de natuurwetenschappen, dus het was omgeven door de slimste wetenschappelijke geesten van het moment.

De reis in de beagle

Darwin's leven nam een ​​wending toen hij op jonge leeftijd een reis begon aan boord van de H. M. S. Beagle, een Brits schip dat verschillende regio's van Zuid -Amerika zou verkennen. Na een reis die een paar jaar duurde, observeerde en verzamelde Darwin een enorme diversiteit aan Zuid -Amerikaanse fauna en flora.

Dankzij zijn optimale financiële situatie was Darwin in staat zijn leven exclusief te wijden aan zijn werk in de biologische wetenschappen. Na uitgebreide meditaties - en ook lezingen over economie - genereerde Darwin zijn theorie van natuurlijke selectie.

Kan u van dienst zijn: kenmerken van levende wezens

Natuurlijke selectie is een eenvoudig en tegelijkertijd krachtig idee, een belangrijk evolutionair mechanisme - hoewel niet de enige, zoals we later zullen zien.

Dit idee werd niet alleen afgeleid door Darwin. Een jonge naturalist genaamd Alfred Wallace bereikte onafhankelijk zeer vergelijkbare ideeën. Wallace communiceerde met Darwin, en beide presenteerden de theorie van evolutie door natuurlijke selectie samen.

Het ontstaan ​​van soorten

Vervolgens presenteert Darwin zijn meesterwerk: “Het ontstaan ​​van soorten”, Dat zijn theorie in detail en met robuust bewijs weergeeft. Dit boek heeft zes edities waarin Darwin zijn hele leven werkte.

Natuurlijke selectietheorie beweert dat als er een nuttige en erfelijke variatie is in een populatie van individuen, er een differentiële reproductie zal zijn tussen de functiehouders. Deze zullen de neiging hebben om meer nakomelingen te genereren, waardoor de eigenschapfrequentie in de bevolking wordt verhoogd.

Bovendien stelde Darwin ook gemeenschappelijke afkomst voor: alle soorten zijn uiteenlopend in de evolutionaire tijd van een gemeenschappelijke voorouder. Aldus kunnen alle organische wezens worden weergegeven in de grote levensboom.

After Darwin: Neodarwinisme en synthese

Onmiddellijk na de publicatie van "De oorsprong", Een grote controverse brak uit tussen de belangrijkste wetenschappers van die tijd. In de loop der jaren werd de theorie echter geleidelijk geaccepteerd.

Er waren biologen die Darwiniaanse ideeën nooit accepteerden, dus gegenereerden ze hun eigen evolutietheorieën, nu bijna volledig in diskrediet gebracht. Een voorbeeld hiervan zijn onder andere neo-llackisme, orthogenese en mutationisme.

Tussen het jaar 30 en 40 werden alle anti-levenstheorieën weggegooid met de komst van de evolutionaire synthese. Dit bestond uit de unie van Darwiniaanse ideeën met de bijdragen van een reeks genetici en paleontologen zoals Fisher, Haldane, Mayr en Wright, onder anderen.

Synthese slaagde erin om evolutietheorieën te verenigen met correcte genetische principes, omdat een van de moeilijkheden die Darwin tijdens zijn werk moest ervaren, was de onwetendheid van genen als overervingdeeltjes.

Bewijs van evolutie: gewoon een theorie?

Tegenwoordig is biologische evolutie een feit dat wordt ondersteund door robuust en overvloedig bewijs. Hoewel biologen niet twijfelen aan de waarheidsgetrouwheid van het proces, horen we in het dagelijks leven meestal dat evolutie "slechts een theorie" is - met pejoratieve connotaties.

Dit verkeerd begrijpende deel van het feit dat de term "theorie" verschillende betekenissen heeft in de wetenschap en in het dagelijks leven. Voor de meeste mensen is een theorie een onzekere voorspelling van een feit, gekenmerkt door zwakke funderingen. Voor een wetenschapper is een theorie een lichaam van consistente en gestructureerde ideeën op de juiste manier.

In navolging van deze volgorde van ideeën kunnen we concluderen dat evolutie een gemaakt, En er zijn mechanismen om het uit te leggen, zoals theorie van natuurlijke selectie. De meest opvallende bewijzen van het evolutieproces zijn de volgende.

Homologie

Twee processen of structuren zijn homoloog als deze eigenschap rechtstreeks van een gemeenschappelijke voorouder is geërfd. In de evolutiebiologie is homologie een fundamenteel punt, omdat dit de enige kenmerken zijn die ons toestaan.

Morfologische homologieën

Een zeer beroemd voorbeeld van homologie zijn de botten van de extremiteiten van de tetrapoden. Laten we drie dieren nemen die verschillen in hun modaliteit van voortbeweging om te begrijpen waarom homologie een robuust bewijs is van het evolutieproces: mensen, walvissen en vleermuizen.

Deze drie groepen delen een structureel basisplan in hun vorige extremiteiten, omdat ze het hebben geërfd van een gemeenschappelijke voorouder. Dat wil zeggen, een voorouderlijke tetropod had een humerus, gevolgd door een straal en een kubus, en uiteindelijk een reeks Falanges.

Er is geen functionele reden waarom drie dieren met zulke verschillende levensstijl hetzelfde botplan in hun ledematen moeten delen.

Als het leven is ontworpen, is er geen reden om een ​​waterorganisme te bouwen, één vliegen en een land met hetzelfde plan. Geen ingenieur - hoe onervarenheid ook.

De meest logische manier om dit uit te leggen is door de gemeenschappelijke afkomst. De drie erfde dit structurele plan van een voorouder en leden aan de adaptieve wijzigingen die we vandaag waarnemen: vleugels, vinnen en armen.

Moleculaire homologieën

Homologie is niet beperkt tot anatomische kenmerken van een levend wezen. Ze kunnen ook op moleculair niveau worden bewezen. De genetische informatie van levende wezens wordt opgeslagen in DNA en vertaalt zich in drieling: drie nucleotiden komen overeen met een aminozuur.

Een universele moleculaire homologie is het lezen van deze genetische code, omdat vrijwel alle organische wezens deze taal delen - hoewel er zeer specifieke uitzonderingen zijn.

Het fossiele record

Wanneer Darwin zijn natuurlijke selectietheorie voorstelt, stelt hij dat alle geleidelijke overgangsvormen niet aanwezig zijn in het fossiele register omdat het onvolledig is. De tegenstanders van Darwiniaanse ideeën zien daarentegen de discontinuïteit van de registratie als een test tegen de theorie.

We moeten niet vergeten dat het proces van fossilisatie van een organisch wezen een onwaarschijnlijke gebeurtenis is, in combinatie met de kans dat een monster in goede staat wordt gevonden. Om deze redenen zijn minder dan 1% van alle vormen die ze ooit hebben geleefd, vertegenwoordigd in het fossiele register.

Kan u van dienst zijn: prebiotische evolutie: waar het is gebeurd en wat nodig is

Desondanks zijn zeer goed bewaarde fossielen gevonden die dient als een "venster naar het verleden". Een van de beroemdste is Archeopteryx. In dit fossiel benadrukken ze de tussenliggende kenmerken tussen een reptiel en een vogel. We hebben ook verschillende mensachtige fossielen die ons in staat hebben gesteld om de evolutie van mensen opnieuw op te bouwen.

Er zijn enkele alternatieve theorieën voorgesteld om de discontinuïteit van de registratie te verklaren, zoals de theorie van het onderbroken evenwicht.

Biogeografie

Hoewel de evolutie wordt ondersteund door bewijsmateriaal van vele takken van kennis, was het de biogeografie die Darwin overtuigde van de waarheidsgetrouwheid van het evolutieproces.

De verdeling van levende organismen op planeet Aarde is niet homogeen, en veel aspecten van dit patroon kunnen worden verklaard door de evolutietheorie - en niet door de speciale scheppingshypothese.

Wanneer we de fauna van de oceanische eilanden onderzoeken (geïsoleerde elementen die nog nooit contact hebben gehad met het vasteland), zien we dat de soortensamenstelling erg eigenaardig is. Dit is bijvoorbeeld te zien op de eilanden in de Noord -Atlantische Oceaan, genaamd Bermuda Islands.

Inheemse gewervelde dieren (niet -zaadpartijen) zijn onder andere zeer weinig, voornamelijk vogels, trekvleermuizen en hagedissen. Sommige van deze soorten vertonen een belangrijke relatie met de fauna van Noord -Amerika. Anderen daarentegen zijn endemisch voor het eiland en worden niet in een andere regio gevonden.

Dit distributiepatroon is compatibel met de evolutieprocessen, omdat het gebied specifiek is gekoloniseerd met dieren met vluchtcapaciteit en grote afstanden verspreidt.

Evolutie in actie: voorbeeld van evolutie

Een ander misverstand in de evolutiebiologie is dat het gerelateerd is aan een extreem langzaam proces.

Hoewel het waar is dat om complexe aanpassingen te verkrijgen zoals krachtige kaken of ogen met uitstekende visioenen, zouden we een paar miljoenen jaren moeten wachten, zijn er bepaalde evolutieprocessen die we kunnen waarnemen met onze eigen ogen in een relatief korte periode van tijd.

Vervolgens zullen we het geval van de mot analyseren Biston betularia Als een voorbeeld van evolutie in actie. Later zullen we het hebben over de resistentie tegen antibiotica en pesticiden, een ander voorbeeld van evolutie die we in een korte tijd kunnen waarnemen.

Industrieel melanisme en Biston betularia

Een van de meest opvallende voorbeelden in de evolutiebiologie is industrieel melanisme. Dit fenomeen werd gedocumenteerd tijdens de industriële revolutie en slaagde erin een relatie tot stand te brengen tussen de variatie in de kleur van de mot Biston betularia en de besmetting van zijn habitat.

De mot presenteert twee morfologieën: een helder en een donker. Vóór vervuiling was de dominante variant de heldere mot, vermoedelijk omdat deze op de heldere beet van berken zat en onopgemerkt kon blijven door hun potentiële roofdieren: vogels.

Met de komst van de industriële revolutie verhoogt de vervuiling aanzienlijke niveaus. De cortex van de bomen begon een steeds donkere kleuring te nemen en dit genereerde een verandering in de frequenties van de lichte en donkere varianten van de motten.

De donkere mot was een tijdje de dominante variant, omdat het beter verborgen zou kunnen zijn in de zwarte schors.

Vervolgens werden programma's voor milieureiniging geïmplementeerd die hielpen bij het verminderen van vervuiling van het milieu. Dankzij de efficiëntie van deze programma's begonnen de bomen hun eerste karakteristieke kleur opnieuw te nemen.

Zoals we kunnen intuïteren, veranderde de frequentie van de motten opnieuw, omdat hij de duidelijke variant is. Het evolutieproces werd dus gedocumenteerd in een periode van 50 jaar.

Evolutiemechanismen

Biologische evolutie is een proces dat twee stappen omvat: het genereren van variatie en vervolgens de differentiële reproductie van variaties, hetzij door natuurlijke selectie of door genafdrijf. Om deze reden mogen de term natuurlijke selectie en evolutie niet door elkaar worden gebruikt - omdat ze dat niet zijn.

Onder het perspectief van de evolutie van de populatiegenetica is de verandering van allelische frequenties in de loop van de tijd binnen een populatie. De krachten die allelische frequenties veranderen, zijn dus selectie, drift, mutatie en migratie.

Natuurlijke selectie

Zoals we eerder al zeiden, was de grootste bijdrage van Darwin aan de biologie om de natuurlijke selectietheorie voor te stellen. Dit is sterk verkeerd begrepen en verkeerd voorgesteld door de media, waardoor het wordt geassocieerd met verkeerde zinnen zoals: "het overleven van de meest geschikte".

Voorwaarden voor natuurlijke selectie

Natuurlijke selectie is een eenvoudig idee, met prachtige resultaten. Als een systeem aan de volgende kenmerken voldoet, zal het - onvermijdelijk - evolueren door natuurlijke selectie:

- Variabiliteit: een voorwaarde sinus qua non Om evolutie te laten plaatsvinden, moet er variatie zijn binnen de populatie.

Leden variëren bijvoorbeeld in hun kleuring, bont, hoogte, enz. We kunnen de variatie op verschillende niveaus vinden: morfologisch, cellulair, biochemist en moleculair. Naarmate we op het niveau dalen, zien we dat de variatie toeneemt.

- Haalbaarheid: In eenvoudige bewoordingen is inpakken de gelijkenis van ouders met hun nakomelingen. Formeel wordt het gedefinieerd als het aandeel van de fenotypische variantie als gevolg van genetische variatie en wordt het tot expressie gebracht met de vergelijking: h² = V_G / (V_G + V_EN), waar v_G Het is de genetische variantie en V_EN De omgevingsvariantie.

Kan u van dienst zijn: glyceraldehyde: structuur, kenmerken, functies

- Associatie met hem Fitness: Ten slotte moet de erfelijke functie het agentschap verlenen dat het een voordeel heeft in de geschiktheid. Deze term wordt gebruikt in de evolutionaire biologie om het vermogen van een organisme te kwantificeren om te overleven en zich voort te planten, waardoor vruchtbare nakomelingen achterblijven.

Dus wanneer aan deze drie voorwaarden wordt voldaan, zijn de organismen met de voordelige eigenschappen meer kans om zich voort te planten dan de leden van de bevolking die hetzelfde missen.

Gene is afgeleid

Gene drift is de verandering in allelische frequenties die plaatsvindt door de steekproeffout van gameten van de ene generatie naar de andere. Dat wil zeggen, het is een stochastische of willekeurige gebeurtenis. Dit fenomeen is significant wanneer de effectieve studiepopulatie klein is.

In statistieken zijn de steekproeffout de discrepanties die bestaan ​​tussen de theoretische voorspelling en het experimenteel verkregen. Als we bijvoorbeeld 50 zwarte korrels en 50 rode korrels in een zak hebben, zouden we verwachten dat als we 10 willekeurig nemen, de verwachte aandeel 5 zwarte en 5 rode korrels is.

Het zou echter niet vreemd zijn als het experimentele resultaat 6 zwarten en 4 rood, of 7 zwart en 3 rood is. Dit is de steekproeffout.

Volgens de neutrale theorie van de moleculaire evolutie worden de meeste mutaties gefixeerd door afleiding en hebben ze geen effecten op de geschiktheid van het individu.

Net als bij natuurlijke selectie, is er in genafwijking alleen differentiële reproductie van individuen dat het in dit geval toevallig is - terwijl het in natuurlijke selectie is door een kenmerk dat zijn verhoogt geschiktheid.

Evolutionaire biologietoepassingen

Evolutionaire biologie heeft een reeks toepassingen, zowel voor geneeskunde, landbouw, natuurbeschermingsbiologie als voor andere disciplines.

Geneesmiddel

Evolutietheorie is een essentiële wetenschap op het gebied van geneeskunde. Het stelt ons bijvoorbeeld in staat om het resultaat te voorspellen van het willekeurige gebruik van antibiotica voor de behandeling van infectieziekten.

Wanneer we een antibioticum onnodig toepassen of geen medische behandeling culmineren, zullen we niet -resistente varianten elimineren, maar resistente individuen zullen hun frequentie in de bacteriepopulatie verhogen.

Momenteel is de kwestie van bacteriële resistentie tegen de meeste antibiotica een wereld van belang en zorg. Het bewustzijn van het gebruik van antibiotica is een manier om deze complicatie te verminderen.

Bijvoorbeeld bacteriën Staphylococcus aureus Het is gebruikelijk, is de operatiekamers en veroorzaakt infecties bij patiënten tijdens operaties.

Tegenwoordig is bacteriën volledig resistent tegen een reeks antibiotica, zoals penicilline, ampicilline en aanverwante medicijnen. Hoewel er nieuwe antibiotica zijn gegenereerd om het tegen te gaan, zijn medicijnen steeds minder efficiënt.

De weerstandscrisis is een van de meest dramatische voorbeelden van evolutie, die we met onze eigen ogen kunnen waarnemen, dus het dient ook als bewijs van het evolutieproces.

Landbouw en vee

Hetzelfde evolutionaire principe kan worden geëxtrapoleerd naar het gebruik van pesticiden voor de eliminatie van ongedierte, in culturen met aanzienlijk economisch belang. Als hetzelfde type pesticide lange tijd wordt toegepast, zullen we de voorkeur geven aan de toename van resistente varianten.

Evenzo proberen boeren de "beste" dieren te verkrijgen, om de productie te maximaliseren (melk, vlees, enz.). Deze boeren selecteren de personen die zij in praktische termen het meest nuttig vinden. Met de overgang van generaties lijken individuen op wat door de mens gewenst is.

Dit menselijke kunstmatige selectieproces lijkt op natuurlijke selectie, in termen van differentiaal reproductief succes. Met het opmerkelijke verschil dat er in de natuur geen co -sentencer is.

Conserveringsbiologie

In natuurbeschermingskwesties, het begrip van fenomenen zoals "knelpunten" en afnemen in geschiktheid veroorzaakt door endogamie maakt het mogelijk om ze te vermijden en instandhoudingsplannen te genereren die de geschiktheid en houd de bevolking "gezond".

Referenties

1. Audesirk, T., AudeseK, g., & Byers, B. EN. (2004). Biologie: wetenschap en natuur. Pearson Education.
2. Darwin, c. (1859). Over de oorsprong van soorten door middel van natuurlijke selectie. Murray.
3. Freeman, s., & Herron, J. C. (2002). Evolutionaire analyse. Prentice Hall.
4. Futuyma, D. J. (2005). Evolutie. Sinauer.
5. Hall, B. K. (ED.)). (2012). Homologie: de hiërarchische basis van vergelijkende biologie. Academische pers.
6. Hickman, c. P., Roberts, l. S., Larson, a., Ober, W. C., & Garrison, c. (2001). Geïntegreerde priorms van zoölogie. McGraw-Hill.
7. Kardong, K. V. (2006). Gewervelde dieren: vergelijkende anatomie, functie, evolutie. McGraw-Hill.
8. Kliman, r. M. (2016). Encyclopedie van evolutiebiologie. Academische pers.
9. Losos, J. B. (2013). The Princeton Guide to Evolution. Princeton University Press.
10. Reece, J. B., Urry, l. NAAR., Kaïn, m. L., Wasserman, s. NAAR., Minorsky, p. V., & Jackson, r. B. (2014). Campbell Biology. Pearson.
11. Rijst, s. NAAR. (2009). Encyclopedie van evolutie. Informeren publiceren.
12. Russell, p., Hertz, p., & McMillan, B. (2013). Biologie: de dynamische wetenschap. Nelson Education.
13. Soler, m. (2002). Evolutie: de basis van de biologie. South Project.
14. Starr, c., Evers, c., & Starr, L. (2010). Biologie: concepten en toepassingen zonder fysiologie. Cengage leren.
15. Wake, D. B., Wakker worden, m. H., & Spectht, c. D. (2011). HOMOPLASY: van het detecteren van een patroon tot het detecteren van proces en het mechanisme van evolutie. Wetenschap, 331(6020), 1032-1035.