Introduktion till evolution
Del av en serie om |
Evolutionsbiologi |
---|
Inom biologi är evolution förändringsprocessen i alla former av liv över generationer , och evolutionär biologi är studiet av hur evolution sker. Biologiska populationer utvecklas genom genetiska förändringar som motsvarar förändringar i organismernas observerbara egenskaper . Genetiska förändringar inkluderar mutationer , som orsakas av skador eller replikationsfel i organismers DNA . När den genetiska variationen av en population driver slumpmässigt över generationer, leder naturligt urval gradvis till att egenskaper blir mer eller mindre vanliga baserat på den relativa reproduktionsframgången för organismer med dessa egenskaper.
Jordens ålder är cirka 4,5 miljarder år. De tidigaste obestridda bevisen på liv på jorden är från minst 3,5 miljarder år sedan. Evolution försöker inte förklara livets ursprung (som täcks istället av abiogenes ), men den förklarar hur tidiga livsformer utvecklades till det komplexa ekosystem som vi ser idag. Baserat på likheterna mellan alla nutida organismer, antas allt liv på jorden ha sitt ursprung genom gemensam härkomst från en sista universell förfader från vilken alla kända arter har avvikit genom evolutionsprocessen.
Alla individer har ärftligt material i form av gener som de fått från sina föräldrar, som de för vidare till valfri avkomma. Bland avkommor finns variationer av gener på grund av introduktionen av nya gener via slumpmässiga förändringar som kallas mutationer eller genom omflyttning av befintliga gener under sexuell reproduktion . Avkomman skiljer sig från föräldern på mindre slumpmässiga sätt. Om dessa skillnader är till hjälp, är det mer sannolikt att avkomman överlever och fortplantar sig. Detta innebär att fler avkommor i nästa generation kommer att ha den hjälpsamma skillnaden och individer kommer inte att ha lika chanser till reproduktiv framgång. På så sätt blir egenskaper som gör att organismer bättre anpassade till sina levnadsförhållanden vanligare i efterkommande populationer. Dessa skillnader ackumuleras vilket resulterar i förändringar inom befolkningen. Denna process är ansvarig för de många olika livsformerna i världen.
Den moderna förståelsen av evolution började med publiceringen 1859 av Charles Darwins On the Origin of Species . Dessutom Gregor Mendels arbete med växter till att förklara genetikens ärftliga mönster . Fossila upptäckter inom paleontologi , framsteg inom populationsgenetik och ett globalt nätverk av vetenskaplig forskning har gett ytterligare detaljer om evolutionens mekanismer. Forskare har nu en god förståelse för ursprunget till nya arter ( speciation ) och har observerat artsbildningsprocessen i laboratoriet och i naturen. Evolution är den huvudsakliga vetenskapliga teorin som biologer använder för att förstå livet och används inom många discipliner, inklusive medicin , psykologi , bevarandebiologi , antropologi , kriminalteknik , jordbruk och andra social-kulturella tillämpningar.
Enkel översikt
De viktigaste idéerna om evolution kan sammanfattas enligt följande:
- Livsformer förökar sig och har därför en tendens att bli fler .
- Faktorer som predation och konkurrens motverkar individers överlevnad.
- Varje avkomma skiljer sig från sina föräldrar på mindre, slumpmässiga sätt.
- Om dessa skillnader är fördelaktiga, är det mer sannolikt att avkomman överlever och fortplantar sig.
- Detta gör det troligt att fler avkommor i nästa generation kommer att ha fördelaktiga skillnader och färre kommer att ha skadliga skillnader.
- Dessa skillnader ackumuleras över generationer, vilket resulterar i förändringar inom befolkningen.
- Med tiden kan populationer delas eller förgrena sig till nya arter.
- Dessa processer, gemensamt kända som evolution, är ansvariga för de många olika livsformer som ses i världen.
Naturligt urval
På 1800-talet var naturhistoriska samlingar och museer populära. De europeiska expansions- och sjöexpeditionerna anställde naturforskare , medan curatorer för stora museer visade upp bevarade och levande exemplar av livets varianter. Charles Darwin var en engelsk examen utbildad och utbildad i naturhistoria. Sådana naturhistoriker skulle samla, katalogisera, beskriva och studera de stora samlingarna av exemplar som lagras och förvaltas av curatorer på dessa museer. Darwin tjänstgjorde som fartygsnaturforskare ombord på HMS Beagle , tilldelad en femårig forskningsexpedition runt om i världen. Under sin resa observerade och samlade han ett överflöd av organismer och var mycket intresserad av de olika livsformerna längs Sydamerikas kuster och de närliggande Galápagosöarna .
Darwin fick omfattande erfarenhet när han samlade och studerade livsformers naturhistoria från avlägsna platser. Genom sina studier formulerade han idén att varje art hade utvecklats från förfäder med liknande egenskaper. 1838 beskrev han hur en process som han kallade naturligt urval skulle få detta att hända.
Storleken på en befolkning beror på hur mycket och hur många resurser som kan försörja den. För att befolkningen ska behålla samma storlek år efter år måste det finnas en jämvikt eller balans mellan befolkningsstorleken och tillgängliga resurser. Eftersom organismer producerar mer avkomma än deras miljö kan stödja, kan inte alla individer överleva ur varje generation. Det måste finnas en konkurrenskraftig kamp om resurser som hjälper till att överleva. Som ett resultat insåg Darwin att det inte var enbart slumpen som avgjorde överlevnaden. Istället beror en organisms överlevnad på skillnaderna mellan varje enskild organism, eller "drag", som hjälper eller hindrar överlevnad och reproduktion. Välanpassade individer lämnar sannolikt fler avkommor än sina mindre välanpassade konkurrenter. Egenskaper som hindrar överlevnad och reproduktion skulle försvinna över generationer. Egenskaper som hjälper en organism att överleva och föröka sig skulle ackumuleras under generationer. Darwin insåg att individers ojämlika förmåga att överleva och fortplanta sig kunde orsaka gradvisa förändringar i befolkningen och använde termen naturligt urval för att beskriva denna process.
Observationer av variationer hos djur och växter låg till grund för teorin om naturligt urval. Till exempel observerade Darwin att orkidéer och insekter har en nära relation som tillåter pollinering av växterna. Han noterade att orkidéer har en mängd olika strukturer som attraherar insekter, så att pollen från blommorna fastnar på insekternas kroppar. På så sätt transporterar insekter pollenet från en hane till en orkidéhona. Trots orkidéernas utarbetade utseende är dessa specialiserade delar gjorda av samma grundläggande strukturer som utgör andra blommor. I sin bok Fertilization of Orchids (1862) föreslog Darwin att orkidéblommorna anpassades från redan existerande delar genom naturligt urval.
Darwin forskade och experimenterade fortfarande med sina idéer om naturligt urval när han fick ett brev från Alfred Russel Wallace som beskrev en teori mycket lik hans egen. Detta ledde till en omedelbar gemensam publicering av båda teorierna. Både Wallace och Darwin såg livets historia som ett släktträd , där varje gaffel i trädets lemmar var en gemensam förfader. Lemmarnas spetsar representerade moderna arter och grenarna representerade de gemensamma förfäderna som delas mellan många olika arter. För att förklara dessa relationer sa Darwin att allt levande var släkt, och detta innebar att allt liv måste härstamma från några få former, eller till och med från en enda gemensam förfader. Han kallade denna process härkomst med modifikation .
Darwin publicerade sin teori om evolution genom naturligt urval i On the Origin of Species 1859. Hans teori betyder att allt liv, inklusive mänskligheten , är en produkt av fortgående naturliga processer. Implikationen att allt liv på jorden har en gemensam förfader har mött invändningar från vissa religiösa grupper . Deras invändningar står i kontrast till nivån av stöd för teorin av mer än 99 procent av dem inom forskarvärlden idag.
Naturligt urval likställs vanligtvis med de starkastes överlevnad , men detta uttryck har sitt ursprung i Herbert Spencers principer för biologi 1864, fem år efter att Charles Darwin publicerade sina originalverk. Survival of the fittest beskriver processen med naturligt urval felaktigt, eftersom naturligt urval inte bara handlar om överlevnad och det är inte alltid de starkaste som överlever.
Källa till variation
Darwins teori om naturligt urval lade grunden för modern evolutionsteori, och hans experiment och observationer visade att organismerna i populationerna varierade från varandra, att en del av dessa variationer var nedärvda och att dessa skillnader kunde påverkas av naturligt urval. Han kunde dock inte förklara källan till dessa variationer. Liksom många av sina föregångare trodde Darwin felaktigt att ärftliga egenskaper var en produkt av användning och obruk, och att egenskaper som förvärvats under en organisms livstid kunde överföras till dess avkomma. Han letade efter exempel, som att stora markmatande fåglar fick starkare ben genom träning och svagare vingar från att inte flyga tills de, som strutsen, inte kunde flyga alls. Detta missförstånd kallades arvet av förvärvade karaktärer och var en del av teorin om transmutation av arter som lades fram 1809 av Jean-Baptiste Lamarck . I slutet av 1800-talet blev denna teori känd som Lamarckism . Darwin producerade en misslyckad teori som han kallade pangenesis för att försöka förklara hur förvärvade egenskaper kan ärvas. På 1880-talet August Weismanns experiment att förändringar från användning och obruk inte kunde ärvas, och lamarckismen föll gradvis från favör.
Gregor Mendels banbrytande genetikarbete . Mendels experiment med flera generationer av ärtväxter visade att arv fungerar genom att separera och blanda om ärftlig information under bildandet av könsceller och rekombinera den informationen under befruktningen. Det här är som att blanda olika händer med spelkort , där en organism får en slumpmässig blandning av hälften av korten från en förälder och hälften av korten från den andra. Mendel kallade informationsfaktorerna ; men de blev senare kända som gener. Gener är de grundläggande enheterna för ärftlighet i levande organismer. De innehåller information som styr organismers fysiska utveckling och beteende.
Gener är gjorda av DNA . DNA är en lång molekyl som består av individuella molekyler som kallas nukleotider . Genetisk information är kodad i sekvensen av nukleotider, som utgör DNA:t, precis som sekvensen av bokstäverna i ord bär information på en sida. Generna är som korta instruktioner uppbyggda av "bokstäverna" i DNA-alfabetet. Sammantaget ger hela uppsättningen av dessa gener tillräckligt med information för att fungera som en "instruktionsmanual" för hur man bygger och driver en organism. Instruktionerna som stavas av detta DNA-alfabet kan dock ändras genom mutationer, och detta kan förändra instruktionerna som bärs i generna. Inuti cellen bärs generna i kromosomer , som är paket för att bära DNA. Det är omblandningen av kromosomerna som resulterar i unika kombinationer av gener hos avkomman. Eftersom gener interagerar med varandra under utvecklingen av en organism, kan nya kombinationer av gener producerade av sexuell reproduktion öka populationens genetiska variation även utan nya mutationer. Den genetiska variationen hos en population kan också öka när medlemmar av den populationen korsar sig med individer från en annan population vilket orsakar genflöde mellan populationerna. Detta kan introducera gener i en population som inte fanns tidigare.
Evolution är ingen slumpmässig process. Även om mutationer i DNA är slumpmässiga, är naturligt urval inte en slumpprocess: miljön avgör sannolikheten för reproduktionsframgång. Evolution är ett oundvikligt resultat av ofullständigt kopierande, självreplikerande organismer som reproducerar sig under miljarder år under selektivt tryck från miljön. Resultatet av evolutionen är inte en perfekt designad organism. Slutprodukterna av naturligt urval är organismer som är anpassade till sin nuvarande miljö. Naturligt urval innebär inte framsteg mot ett slutmål . Evolution strävar inte efter mer avancerade , intelligentare eller mer sofistikerade livsformer. Till exempel, loppor (vinglösa parasiter) härstammar från en bevingad, förfäders skorpionfluga , och ormar är ödlor som inte längre kräver lemmar – även om pytonslangar fortfarande växer små strukturer som är resterna av deras förfaders bakben. Organismer är bara resultatet av variationer som lyckas eller misslyckas, beroende på miljöförhållandena vid den tiden.
Snabba miljöförändringar orsakar vanligtvis utrotning. Av alla arter som har funnits på jorden är 99,9 procent nu utrotade. Sedan livet började på jorden har fem stora massutrotningar lett till stora och plötsliga fall i mångfalden av arter. Den senaste händelsen, Krita-Paleogen-utrotningen, inträffade för 66 miljoner år sedan.
Genetisk drift
Genetisk drift är en orsak till förändringar i allelfrekvens inom populationer av en art. Alleler är olika varianter av specifika gener. De bestämmer saker som hårfärg , hudton , ögonfärg och blodgrupp ; med andra ord, alla genetiska egenskaper som varierar mellan individer. Genetisk drift introducerar inte nya alleler till en population, men det kan minska variationen inom en population genom att ta bort en allel från genpoolen. Genetisk drift orsakas av slumpmässig provtagning av alleler. Ett verkligt slumpmässigt urval är ett urval där inga yttre krafter påverkar det som väljs ut. Det är som att dra kulor av samma storlek och vikt men av olika färger från en brun papperspåse. I vilken avkomma som helst är de närvarande allelerna prover av de tidigare generationernas alleler, och slumpen spelar en roll i huruvida en individ överlever för att fortplanta sig och för att föra ett prov av sin generation vidare till nästa. Den alleliska frekvensen för en population är förhållandet mellan kopiorna av en specifik allel som delar samma form jämfört med antalet alla former av allelen som finns i populationen.
Genetisk drift påverkar mindre populationer mer än den påverkar större populationer.
Hardy–Weinberg-principen
Hardy -Weinberg-principen säger att under vissa idealiserade förhållanden, inklusive frånvaron av selektionstryck, kommer en stor population inte att ha någon förändring i frekvensen av alleler när generationer går. En population som uppfyller dessa villkor sägs vara i Hardy–Weinberg-jämvikt. I synnerhet Hardy och Weinberg visat att dominanta och recessiva alleler inte automatiskt tenderar att bli mer respektive mindre frekventa, som man tidigare trott.
Villkoren för Hardy-Weinbergs jämvikt inkluderar att det inte får finnas några mutationer, immigration eller emigration , som alla direkt kan ändra allelfrekvenser. Dessutom måste parningen vara helt slumpmässig, där alla hanar (eller honor i vissa fall) är lika önskvärda kompisar. Detta säkerställer en sann slumpmässig blandning av alleler. En befolkning som är i Hardy–Weinberg-jämvikt är analog med en kortlek ; oavsett hur många gånger kortleken blandas, läggs inga nya kort till och inga gamla tas bort. Korten i kortleken representerar alleler i en populations genpool.
I praktiken kan ingen population vara i perfekt Hardy-Weinberg-jämvikt. Populationens ändliga storlek, i kombination med naturligt urval och många andra effekter, gör att de alleliska frekvenserna förändras över tiden.
Befolkningsflaskhals
En populationsflaskhals uppstår när populationen av en art minskar drastiskt under en kort tidsperiod på grund av yttre krafter. I en sann populationsflaskhals gynnar reduktionen inte någon kombination av alleler; det är helt slumpmässigt vilka individer som överlever. En flaskhals kan minska eller eliminera genetisk variation från en population. Ytterligare drifthändelser efter flaskhalshändelsen kan också minska populationens genetiska mångfald . Bristen på mångfald som skapas kan göra att befolkningen utsätts för andra selektiva påfrestningar.
Ett vanligt exempel på en populationsflaskhals är den nordliga elefantsälen . På grund av överdriven jakt under hela 1800-talet reducerades populationen av den nordliga elefantsälen till 30 individer eller färre. De har återhämtat sig helt, med det totala antalet individer på cirka 100 000 och växer. Effekterna av flaskhalsen är dock synliga. Sälarna är mer benägna att ha allvarliga problem med sjukdomar eller genetiska störningar, eftersom det nästan inte finns någon mångfald i populationen.
Grundareffekt
Grundareffekten uppstår när en liten grupp från en befolkning splittras och bildar en ny befolkning, ofta genom geografisk isolering . Denna nya populations allelfrekvens skiljer sig förmodligen från den ursprungliga populationens och kommer att förändra hur vanliga vissa alleler är i populationerna. Befolkningens grundare kommer att bestämma den genetiska sammansättningen, och potentiellt överlevnaden, för den nya befolkningen i generationer.
Ett exempel på grundareffekten finns i Amish- migrationen till Pennsylvania 1744. Två av grundarna av kolonin i Pennsylvania bar den recessiva allelen för Ellis-van Crevelds syndrom . Eftersom Amish tenderar att vara religiösa isolat, blandar de sig, och genom generationer av denna praxis är frekvensen av Ellis-van Crevelds syndrom hos Amish-folket mycket högre än frekvensen i den allmänna befolkningen.
Modern syntes
Den moderna evolutionära syntesen är baserad på konceptet att populationer av organismer har betydande genetisk variation orsakad av mutation och genom rekombination av gener under sexuell reproduktion. Den definierar evolution som förändringen i allelfrekvenser inom en population orsakad av genetisk drift, genflöde mellan subpopulationer och naturligt urval. Naturligt urval framhålls som evolutionens viktigaste mekanism; stora förändringar är resultatet av en gradvis ackumulering av små förändringar under långa tidsperioder.
Den moderna evolutionära syntesen är resultatet av en sammanslagning av flera olika vetenskapliga områden för att skapa en mer sammanhållen förståelse av evolutionsteorin. På 1920-talet Ronald Fisher , JBS Haldane och Sewall Wright Darwins teori om naturligt urval med statistiska modeller av Mendelsk genetik , och grundade disciplinen populationsgenetik. På 1930- och 1940-talen gjordes ansträngningar för att slå samman populationsgenetik, observationer från fältnaturforskare om fördelningen av arter och underarter, och analys av fossilregistret till en enhetlig förklaringsmodell. Tillämpningen av genetikens principer på naturligt förekommande populationer, av forskare som Theodosius Dobzhansky och Ernst Mayr , förde förståelsen av evolutionens processer fram. Dobzhanskys verk från 1937 Genetics and the Origin of Species hjälpte till att överbrygga klyftan mellan genetik och fältbiologi genom att presentera populationsgenetikernas matematiska arbete i en form som var mer användbar för fältbiologer, och genom att visa att vilda populationer hade mycket mer genetisk variation med geografiskt isolerade underarter och reservoarer av genetisk mångfald i recessiva gener än vad de tidiga populationsgenetikernas modeller hade tillåtit. Mayr introducerade, på basis av en förståelse för gener och direkta observationer av evolutionära processer från fältforskning, det biologiska artbegreppet, som definierade en art som en grupp av korsande eller potentiellt korsande populationer som är reproduktivt isolerade från alla andra populationer. Både Dobzhansky och Mayr betonade vikten av att underarter reproduktivt isoleras av geografiska barriärer vid uppkomsten av nya arter. Paleontologen George Gaylord Simpson hjälpte till att införliva paleontologi med en statistisk analys av fossilregistret som visade ett mönster som överensstämmer med den förgrenade och icke-riktade utvecklingsvägen för organismer som förutspåtts av den moderna syntesen.
Bevis för evolution
Vetenskapliga bevis för evolution kommer från många aspekter av biologin och inkluderar fossiler , homologa strukturer och molekylära likheter mellan arternas DNA.
Fossil rekord
Forskning inom paleontologiområdet , studiet av fossiler, stödjer tanken att alla levande organismer är släkt. Fossiler ger bevis på att ackumulerade förändringar i organismer under långa tidsperioder har lett till de olika former av liv vi ser idag. Ett fossil i sig avslöjar organismens struktur och förhållandet mellan nuvarande och utdöda arter, vilket gör att paleontologer kan konstruera ett släktträd för alla livsformer på jorden.
Georges Cuviers arbete . Cuvier noterade att i sedimentär bergarter innehöll varje lager en specifik grupp fossiler. De djupare lagren, som han föreslog skulle vara äldre, innehöll enklare livsformer. Han noterade att många livsformer från det förflutna inte längre är närvarande idag. Ett av Cuviers framgångsrika bidrag till förståelsen av fossilregistret var att etablera utrotning som ett faktum. I ett försök att förklara utrotning föreslog Cuvier idén om "revolutioner" eller katastrofer där han spekulerade i att geologiska katastrofer hade inträffat under hela jordens historia och utplånat ett stort antal arter. Cuviers teori om revolutioner ersattes senare av uniformitära teorier, särskilt de av James Hutton och Charles Lyell som föreslog att jordens geologiska förändringar var gradvisa och konsekventa. Men aktuella bevis i fossilregistret stöder konceptet med massutrotningar. Som ett resultat har den allmänna idén om katastrofism återuppstått som en giltig hypotes för åtminstone några av de snabba förändringarna i livsformer som förekommer i fossilregistren.
Ett mycket stort antal fossil har nu upptäckts och identifierats. Dessa fossiler fungerar som ett kronologiskt register över evolutionen. Fossilregistret ger exempel på övergångsarter som visar förfäders kopplingar mellan tidigare och nuvarande livsformer. En sådan övergångsfossil är Archeopteryx , en forntida organism som hade de distinkta egenskaperna hos en reptil (som en lång benig svans och koniska tänder ) men som också hade egenskaper hos fåglar (som fjädrar och ett önskeben ). Implikationen från ett sådant fynd är att moderna reptiler och fåglar uppstod från en gemensam förfader.
Jämförande anatomi
Jämförelsen av likheter mellan organismer av deras form eller utseende av delar, kallad deras morfologi , har länge varit ett sätt att klassificera liv i närbesläktade grupper. Detta kan göras genom att jämföra strukturen hos vuxna organismer i olika arter eller genom att jämföra mönstren för hur celler växer, delar sig och till och med migrerar under en organisms utveckling.
Taxonomi
Taxonomi är den gren av biologi som namnger och klassificerar alla levande varelser. Forskare använder morfologiska och genetiska likheter för att hjälpa dem att kategorisera livsformer baserat på förfäders relationer. Till exempel orangutanger , gorillor , schimpanser och människor alla till samma taxonomiska grupp som kallas en familj - i detta fall familjen som kallas Hominidae . Dessa djur är grupperade tillsammans på grund av likheter i morfologi som kommer från gemensamma anor (kallad homologi ).
Starka bevis för evolution kommer från analysen av homologa strukturer: strukturer i olika arter som inte längre utför samma uppgift men som delar en liknande struktur. Så är fallet med däggdjurens framben . Frambenen på en människa, katt , val och fladdermus har alla slående lika benstrukturer. Men var och en av dessa fyra arters framben utför en annan uppgift. Samma ben som konstruerar en fladdermuss vingar, som används för flygning, konstruerar också en vals simfötter, som används för att simma. En sådan "design" är föga meningsfull om de är orelaterade och unikt konstruerade för sina specifika uppgifter. Evolutionsteorin förklarar dessa homologa strukturer: alla fyra djuren delade en gemensam förfader och var och en har genomgått förändring under många generationer. Dessa förändringar i struktur har producerat framben anpassade för olika uppgifter.
Anatomiska jämförelser kan dock vara missvisande, eftersom inte alla anatomiska likheter indikerar ett nära samband. Organismer som delar liknande miljöer kommer ofta att utveckla liknande fysiska egenskaper, en process som kallas konvergent evolution . Både hajar och delfiner har liknande kroppsformer, men är bara avlägset släkt - hajar är fiskar och delfiner är däggdjur. Sådana likheter är ett resultat av att båda populationerna utsätts för samma selektiva tryck . Inom båda grupperna har förändringar som underlättar simningen gynnats. Sålunda utvecklade de med tiden liknande utseenden (morfologi), även om de inte är nära besläktade.
Embryologi
I vissa fall ger anatomisk jämförelse av strukturer i embryon från två eller flera arter bevis för en delad förfader som kanske inte är uppenbar i de vuxna formerna. När embryot utvecklas kan dessa homologier gå förlorade att se, och strukturerna kan ta på sig olika funktioner. En del av grunden för att klassificera ryggradsdjursgruppen (som inkluderar människor), är närvaron av en svans (som sträcker sig bortom anus) och svalg slitsar . Båda strukturerna uppträder under något skede av embryonal utveckling men är inte alltid uppenbara i vuxen form.
På grund av de morfologiska likheterna som finns i embryon av olika arter under utvecklingen, antogs det en gång att organismer återupprättar sin evolutionära historia som ett embryo. Man trodde att mänskliga embryon passerade genom en amfibie och sedan ett reptilstadium innan de fullbordade sin utveckling som däggdjur. En sådan re-enactment, ofta kallad rekapitulationsteori , stöds inte av vetenskapliga bevis. Vad som dock förekommer är att de första utvecklingsstadierna är likartade i breda grupper av organismer. I mycket tidiga skeden, till exempel, verkar alla ryggradsdjur extremt lika, men liknar inte exakt någon förfädersart. Allt eftersom utvecklingen fortsätter framträder specifika egenskaper ur detta grundläggande mönster.
Vestigiala strukturer
Homologi inkluderar en unik grupp av delade strukturer som kallas rudimentella strukturer . Vestigial hänvisar till anatomiska delar som är av minimalt, om något, värde för den organism som besitter dem. Dessa uppenbarligen ologiska strukturer är rester av organ som spelade en viktig roll i förfädernas former. Så är fallet med valar, som har små rudimentella ben som verkar vara rester av benbenen från deras förfäder som gick på land. Människor har också rudimentala strukturer, inklusive öronmusklerna , visdomständerna , blindtarmen , svansbenet , kroppshår ( inklusive gåshud ) och det semilunarvecket i ögonvrån .
Biogeografi
Biogeografi är studiet av arternas geografiska utbredning. Bevis från biogeografi, särskilt från biogeografin av oceaniska öar , spelade en nyckelroll i att övertyga både Darwin och Alfred Russel Wallace om att arter utvecklades med ett förgrenat mönster av gemensam härkomst. Öar innehåller ofta endemiska arter, arter som inte finns någon annanstans, men dessa arter är ofta släkt med arter som finns på den närmaste kontinenten. Dessutom innehåller öar ofta kluster av närbesläktade arter som har väldigt olika ekologiska nischer , det vill säga har olika sätt att försörja sig i miljön. Sådana kluster bildas genom en process av adaptiv strålning där en enda förfäders art koloniserar en ö som har en mängd olika öppna ekologiska nischer och sedan diversifierar sig genom att utvecklas till olika arter anpassade för att fylla dessa tomma nischer. Väl studerade exempel inkluderar Darwins finkar , en grupp av 13 finkarter som är endemiska på Galápagosöarna, och Hawaiian honungskrypare , en grupp fåglar som en gång, före utrotning orsakad av människor, räknade 60 arter som fyllde olika ekologiska roller, alla härstammade från en en finkliknande förfader som anlände till Hawaiiöarna för cirka 4 miljoner år sedan. Ett annat exempel är Silversword-alliansen , en grupp fleråriga växtarter, också endemiska på Hawaiiöarna, som lever i en mängd olika livsmiljöer och finns i en mängd olika former och storlekar som inkluderar träd, buskar och markkramar, men som kan hybridiseras med varandra och med vissa tarweed- arter som finns på Nordamerikas västkust ; det verkar som om en av dessa tarweeds koloniserade Hawaii i det förflutna och gav upphov till hela Silversword-alliansen.
Molekylärbiologi
Varje levande organism (med eventuellt undantag för RNA- virus ) innehåller DNA-molekyler som bär genetisk information. Gener är de bitar av DNA som bär denna information, och de påverkar egenskaperna hos en organism. Gener bestämmer en individs allmänna utseende och i viss mån deras beteende. Om två organismer är nära besläktade kommer deras DNA att vara väldigt lika. Å andra sidan, ju mer avlägset besläktade två organismer är, desto fler skillnader kommer de att ha. Till exempel är bröder nära släkt och har väldigt likt DNA, medan kusiner delar ett mer avlägset förhållande och har mycket fler skillnader i sitt DNA. Likheter i DNA används för att bestämma relationerna mellan arter på ungefär samma sätt som de används för att visa relationer mellan individer. Att till exempel jämföra schimpanser med gorillor och människor visar att det finns så mycket som 96 procents likhet mellan människors och schimpansers DNA. Jämförelser av DNA indikerar att människor och schimpanser är närmare släkt med varandra än vad båda arterna är med gorillor.
Området molekylär systematik fokuserar på att mäta likheterna i dessa molekyler och att använda denna information för att räkna ut hur olika typer av organismer är relaterade genom evolutionen. Dessa jämförelser har gjort det möjligt för biologer att bygga ett relationsträd för livets utveckling på jorden. De har till och med tillåtit forskare att reda ut relationerna mellan organismer vars gemensamma förfäder levde för så länge sedan att inga verkliga likheter kvarstår i organismernas utseende.
Artificiellt urval
Artificiellt urval är kontrollerad förädling av husdjur och växter. Människor bestämmer vilket djur eller växt som ska fortplanta sig och vilken av avkomman som kommer att överleva; sålunda avgör de vilka gener som kommer att föras vidare till framtida generationer. Processen med artificiellt urval har haft en betydande inverkan på utvecklingen av husdjur. Till exempel har människor producerat olika typer av hundar genom kontrollerad avel. Skillnaderna i storlek mellan Chihuahua och Grand Danois är resultatet av artificiellt urval. Trots deras dramatiskt annorlunda fysiska utseende, utvecklades de och alla andra hundar från några få vargar som tämjdes av människor i det som nu är Kina för mindre än 15 000 år sedan.
Artificiellt urval har producerat en mängd olika växter. När det gäller majs (majs) tyder nya genetiska bevis på att domesticering inträffade för 10 000 år sedan i centrala Mexiko. [ opålitlig källa? ] Före domesticeringen var den ätbara delen av den vilda formen liten och svår att samla in. Idag Maize Genetics Cooperation • Stock Center en samling av mer än 10 000 genetiska varianter av majs som har uppstått genom slumpmässiga mutationer och kromosomala variationer från den ursprungliga vildtypen.
Vid artificiellt urval är den nya rasen eller sorten som uppstår den med slumpmässiga mutationer som är attraktiva för människor, medan i naturligt urval är den överlevande arten den med slumpmässiga mutationer som är användbara för den i sin icke-mänskliga miljö. I både naturligt och artificiellt urval är variationerna ett resultat av slumpmässiga mutationer, och de bakomliggande genetiska processerna är i huvudsak desamma. Darwin observerade noggrant resultatet av artificiellt urval hos djur och växter för att bilda många av sina argument till stöd för naturligt urval. Mycket av hans bok On the Origin of Species baserades på dessa observationer av de många varianterna av tamduvor som härrör från artificiellt urval. Darwin föreslog att om människor kunde uppnå dramatiska förändringar i husdjur under korta perioder, så skulle naturligt urval, givet miljoner år, kunna producera de skillnader som ses i levande varelser idag.
Samevolution
Samevolution är en process där två eller flera arter påverkar varandras utveckling. Alla organismer påverkas av livet omkring dem; Men i samevolution finns det bevis för att genetiskt bestämda egenskaper hos varje art är direkt ett resultat av interaktionen mellan de två organismerna.
Ett omfattande dokumenterat fall av samevolution är förhållandet mellan Pseudomyrmex , en typ av myra , och akacian , en växt som myran använder för mat och skydd. Relationen mellan de två är så intim att den har lett till utvecklingen av speciella strukturer och beteenden i båda organismerna. Myran försvarar akacian mot växtätare och rensar skogsbotten från fröna från konkurrerande växter. Som svar har växten utvecklat svullna taggar som myrorna använder som skydd och speciella blomdelar som myrorna äter. En sådan samevolution innebär inte att myrorna och trädet väljer att bete sig på ett altruistiskt sätt. Snarare gynnade var och en av små genetiska förändringar i både myra och träd i en population. Förmånen gav en något större chans att egenskapen förs vidare till nästa generation. Med tiden skapade successiva mutationer den relation vi observerar idag.
Speciation
Givet de rätta omständigheterna, och tillräckligt med tid, leder evolutionen till uppkomsten av nya arter. Forskare har kämpat för att hitta en exakt och allomfattande definition av arter . Ernst Mayr definierade en art som en population eller grupp av populationer vars medlemmar har potential att blanda sig naturligt med varandra för att producera livskraftiga, fertila avkommor. (Ledamöterna av en art kan inte producera livskraftiga, fertila avkommor med medlemmar av andra arter). Mayrs definition har vunnit bred acceptans bland biologer, men gäller inte organismer som bakterier , som förökar sig asexuellt .
Speciation är den härstamningsdelande händelsen som resulterar i att två separata arter bildas från en enda gemensam förfäderspopulation. En allmänt accepterad metod för artbildning kallas allopatrisk artbildning . Allopatrisk artbildning börjar när en population blir geografiskt åtskild. Geologiska processer, såsom uppkomsten av bergskedjor, bildandet av kanjoner eller översvämningar av landbroar genom förändringar i havsnivån kan resultera i separata populationer. För att artbildning ska ske måste separationen vara betydande, så att genetiskt utbyte mellan de två populationerna störs helt. I sina separata miljöer följer de genetiskt isolerade grupperna sina egna unika evolutionära vägar. Varje grupp kommer att ackumulera olika mutationer samt utsättas för olika selektiva tryck. De ackumulerade genetiska förändringarna kan resultera i separerade populationer som inte längre kan korsas om de återförenas. Barriärer som förhindrar interavel är antingen prezygotiska (förhindrar parning eller befruktning) eller postzygotiska (barriärer som uppstår efter befruktning). Om korsning inte längre är möjlig kommer de att betraktas som olika arter. Resultatet av fyra miljarder år av evolution är mångfalden av liv runt omkring oss, med uppskattningsvis 1,75 miljoner olika arter som existerar idag.
Vanligtvis är artbildningsprocessen långsam och sker under mycket långa tidsperioder; sålunda är direkta observationer inom mänskliga livslängder sällsynta. Artbildning har dock observerats i dagens organismer, och tidigare artbildningshändelser registreras i fossiler. Forskare har dokumenterat bildandet av fem nya arter av ciklider från en enda gemensam förfader som isolerades för mindre än 5 000 år sedan från moderbeståndet i Nagubago-sjön. Bevisen för artbildning i detta fall var morfologi (fysiskt utseende) och brist på naturlig korsning. Dessa fiskar har komplexa parningsritualer och en mängd olika färger; de smärre modifieringarna som införts i den nya arten har förändrat valet av partner och de fem former som uppstod kunde inte övertygas om att korsa sig.
Mekanism
Evolutionsteorin är allmänt accepterad bland det vetenskapliga samfundet och tjänar till att länka samman biologins olika specialområden. Evolution ger biologiområdet en solid vetenskaplig bas. Betydelsen av evolutionsteorin sammanfattas av Theodosius Dobzhansky som " ingenting i biologin är vettigt förutom i ljuset av evolutionen. " Ändå är evolutionsteorin inte statisk. Det finns mycket diskussion inom vetenskapssamfundet om mekanismerna bakom den evolutionära processen. Till exempel diskuteras fortfarande i vilken takt utvecklingen sker. Dessutom finns det motstridiga åsikter om vilken som är den primära enheten för evolutionär förändring – organismen eller genen.
Förändringshastigheten
Darwin och hans samtida såg evolution som en långsam och gradvis process. Evolutionära träd bygger på idén att djupgående skillnader i arter är resultatet av många små förändringar som ackumuleras under långa perioder.
Gradualismen hade sin grund i geologerna James Hutton och Charles Lyells verk. Huttons uppfattning antyder att djupgående geologiska förändringar var den kumulativa produkten av en relativt långsam pågående drift av processer som fortfarande kan ses i drift idag, till skillnad från katastrof som främjade idén att plötsliga förändringar hade orsaker som inte längre kan ses på jobbet. Ett enhetligt perspektiv antogs för biologiska förändringar. En sådan uppfattning kan tyckas motsäga fossilregistret, som ofta visar tecken på att nya arter plötsligt dyker upp och sedan kvarstår i den formen under långa perioder. På 1970-talet utvecklade paleontologerna Niles Eldredge och Stephen Jay Gould en teoretisk modell som antyder att evolutionen, även om den är en långsam process i mänskliga termer, genomgår perioder av relativt snabb förändring (som sträcker sig mellan 50 000 och 100 000 år) omväxlande med långa perioder av relativ stabilitet. Deras teori kallas punctuated equilibrium och förklarar fossilregistret utan att motsäga Darwins idéer.
Enhet för förändring
En vanlig enhet för urval i evolutionen är organismen. Naturligt urval sker när en individs reproduktionsframgång förbättras eller minskas av en ärftlig egenskap, och reproduktionsframgången mäts med antalet en individs överlevande avkomma. Synen på organismen har utmanats av en mängd olika biologer såväl som filosofer. Richard Dawkins föreslår att mycket insikt kan uppnås om vi ser på evolution ur genens synvinkel; det vill säga att naturligt urval fungerar som en evolutionär mekanism på såväl gener som organismer. I sin bok från 1976, The Selfish Gene , förklarar han:
Individer är inte stabila saker, de är flyktiga. Även kromosomerna blandas till glömska, som korthänder strax efter att de har delats ut. Men själva korten överlever blandningen. Korten är generna. Generna förstörs inte genom att gå över, de byter bara partner och marscherar vidare. Självklart marscherar de vidare. Det är deras sak. De är replikatorerna och vi är deras överlevnadsmaskiner. När vi har tjänat vårt syfte kastas vi åt sidan. Men gener är invånare i geologisk tid: gener är för evigt.
Andra ser att urval fungerar på många nivåer, inte bara på en enda nivå av organism eller gen; till exempel efterlyste Stephen Jay Gould ett hierarkiskt perspektiv på urval.
Se även
Bibliografi
- Bowler, Peter J. (2003). Evolution: The History of an Idea (3:e fullständiga rev. och utökad upplaga). Berkeley, CA: University of California Press . ISBN 978-0-520-23693-6 . LCCN 2002007569 . OCLC 49824702 .
- Campbell, Neil A. ; Reece, Jane B. (2002). "Befolkningens utveckling" . Biologi . Vol. 6:a. San Francisco, Kalifornien: Benjamin Cummings . ISBN 978-0-8053-6624-2 . LCCN 2001047033 . OCLC 47521441 .
- Carroll, Sean B. ; Grenier, Jennifer K.; Weatherbee, Scott D. (2005). Från DNA till mångfald: Molecular Genetics and the Evolution of Animal Design (2:a upplagan). Malden, MA: Blackwell Publishing . ISBN 978-1-4051-1950-4 . LCCN 2003027991 . OCLC 53972564 .
- Coyne, Jerry A. (2009). Varför evolution är sant . New York: Viking . ISBN 978-0-670-02053-9 . LCCN 2008033973 . OCLC 233549529 .
- Dalrymple, G. Brent (2001). "Jordens ålder under det tjugonde århundradet: ett problem (för det mesta) löst". I Lewis, CLE; Knell, SJ (red.). Jordens tidsålder: från 4004 f.Kr. till 2002 e.Kr. Geological Society, London, Special Publications . Geologiska föreningens specialpublikation. Vol. 190. London: Geological Society of London . s. 205–221. Bibcode : 2001GSLSP.190..205D . doi : 10.1144/gsl.sp.2001.190.01.14 . ISBN 978-1-86239-093-5 . LCCN 2003464816 . OCLC 48570033 . S2CID 130092094 .
- Darwin, Charles (1859). Om arternas ursprung med hjälp av naturligt urval, eller bevarandet av gynnade raser i kampen för livet ( 1:a uppl.). London: John Murray . LCCN 06017473 . OCLC 741260650 .
- Darwin, Charles (1872). Arternas ursprung med hjälp av naturligt urval, eller bevarandet av gynnade raser i kampen för livet ( 6:e upplagan). London: John Murray. LCCN 13003393 . OCLC 228738610 .
- Darwin, Charles (2005). Darwin: The Indelible Stamp: The Evolution of an Idea . Redigerad, med förord och kommentarer av James D. Watson . Philadelphia, PA: Running Press . ISBN 978-0-7624-2136-7 . OCLC 62172858 .
- Dawkins, Richard (1976). Den själviska genen (första upplagan). New York: Oxford University Press . ISBN 978-0-19-857519-1 . LCCN 76029168 . OCLC 2681149 .
- Diamond, Jared (1992). The Third Chimpanzee: The Evolution and Future of the Human Animal (1:a upplagan). New York: HarperCollins . ISBN 978-0-06-018307-3 . LCCN 91050455 . OCLC 24246928 .
- Ewens, Warren J. (2004). Matematisk populationsgenetik . Tvärvetenskaplig tillämpad matematik. Vol. jag . Teoretisk introduktion (2:a uppl.). New York: Springer-Verlag New York . ISBN 978-0-387-20191-7 . LCCN 2003065728 . OCLC 53231891 .
- Farber, Paul Lawrence (2000). Finding Order in Nature: The Naturalist Tradition from Linnaeus to EO Wilson . Johns Hopkins Introductory Studies in the History of Science. Baltimore, MD: Johns Hopkins University Press . ISBN 978-0-8018-6390-5 . LCCN 99089621 . OCLC 43115207 .
- Futuyma, Douglas J. (1998). Evolutionär biologi (3:e upplagan). Sunderland, MA: Sinauer Associates . ISBN 978-0-87893-189-7 . LCCN 97037947 . OCLC 37560100 .
- Futuyma, Douglas J. (2005a). Evolution . Sunderland, MA: Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-187-3 . LCCN 2004029808 . OCLC 57311264 .
- Futuyma, Douglas J. (2005b). "The Nature of Natural Selection" (PDF) . I Cracraft, Joel; Bybee, Rodger W. (red.). Evolutionsvetenskap och samhälle: Att utbilda en ny generation . Colorado Springs, CO: Biological Sciences Curriculum Study . ISBN 978-1-929614-23-3 . OCLC 64228003 . Arkiverad från originalet (PDF) 2015-07-18 . Hämtad 2014-12-06 . "Revised Proceedings of the BSCS, AIBS Symposium November 2004, Chicago, IL"
- Gould, Stephen Jay (1980). The Panda's Thumb: More Reflections in Natural History (1:a upplagan). New York: WW Norton & Company . ISBN 978-0-393-01380-1 . LCCN 80015952 . OCLC 6331415 .
- Gould, Stephen Jay (1995). Dinosaurie i en höstack: Reflektioner i naturhistoria . New York: Harmony Books. ISBN 978-0-517-70393-9 . LCCN 95051333 . OCLC 33892123 .
- Gould, Stephen Jay (2002). Evolutionsteorins struktur . Cambridge, MA: Belknap Press vid Harvard University Press . ISBN 978-0-674-00613-3 . LCCN 2001043556 . OCLC 47869352 .
- Larson, Edward J. (2004). Evolution: The Remarkable History of a Scientific Theory . New York: Modern Library . ISBN 978-0-679-64288-6 . LCCN 2003064888 . OCLC 53483597 .
- Lyell, Charles (1830). Principer för geologi, att vara ett försök att förklara de tidigare förändringarna av jordens yta, genom hänvisning till orsaker som nu är i drift . London: John Murray. LCCN 45042424 . OCLC 670356586 .
- Mayr, Ernst (1970). Populationer, arter och evolution: en sammanfattning av djurarter och evolution . Cambridge, MA: Belknap Press vid Harvard University Press. ISBN 978-0-674-69010-3 . LCCN 79111486 . OCLC 114063 .
- Mayr, Ernst (2001). Vad evolution är . New York: Basic Books. ISBN 978-0-465-04426-9 . LCCN 2001036562 . OCLC 47443814 .
- McKinney, Michael L. (1997). "Hur undviker sällsynta arter utrotning? En paleontologisk syn". I Kunin, William E.; Gaston, Kevin J. (red.). The Biology of Rarity: Orsaker och konsekvenser av sällsynta—vanliga skillnader ( 1:a upplagan). London; New York: Chapman & Hall . ISBN 978-0-412-63380-5 . LCCN 96071014 . OCLC 36442106 .
- Miller, G. Tyler; Spoolman, Scott E. (2012). Miljövetenskap (14:e upplagan). Belmont, CA: Brooks/Cole . ISBN 978-1-111-98893-7 . LCCN 2011934330 . OCLC 741539226 .
- National Academy of Sciences (1998). Undervisning om evolution och vetenskapens natur . Washington, DC: National Academies Press . ISBN 978-0-309-06364-7 . LCCN 98016100 . OCLC 245727856 . Hämtad 2015-01-10 .
- National Academy of Sciences; Institutet för medicin (2008). Vetenskap, evolution och kreationism . Washington, DC: National Academies Press. ISBN 978-0-309-10586-6 . LCCN 2007015904 . OCLC 123539346 . Hämtad 2014-07-31 .
- Raup, David M. (1992) [Ursprungligen publicerad 1991]. Utrotning: dåliga gener eller otur? . Ny vetenskapsman . Vol. 131. Inledning av Stephen Jay Gould. New York: WW Norton & Company. s. 46–49. ISBN 978-0-393-30927-0 . LCCN 90027192 . OCLC 28725488 . PMID 11540932 .
- Raven, Peter H. ; Johnson, George B. (2002). Biologi (6:e upplagan). Boston, MA: McGraw-Hill . ISBN 978-0-07-112261-0 . LCCN 2001030052 . OCLC 45806501 .
- Tattersall, Ian (1995). The Fossil Trail: Hur vi vet vad vi tror att vi vet om mänsklig evolution . New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-506101-7 . LCCN 94031633 . OCLC 30972979 .
- Weichert, Charles K.; Presch, William (1975). Beståndsdelar av Chordate Anatomy . New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-069008-0 . LCCN 74017151 . OCLC 1032188 .
Vidare läsning
- Charlesworth, Brian ; Charlesworth, Deborah (2003). Evolution: En mycket kort introduktion . Mycket korta introduktioner. Oxford; New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-280251-4 . LCCN 2003272247 . OCLC 51668497 .
- Ellis, R. John (2010). How Science Works: Evolution: A Student Primer . Dordrecht; New York: Springer . doi : 10.1007/978-90-481-3183-9 . ISBN 978-90-481-3182-2 . LCCN 2009941981 . OCLC 465370643 .
- Horvitz, Leslie Alan (2002). The Complete Idiot's Guide to Evolution . Indianapolis, IN: Alpha Books . ISBN 978-0-02-864226-0 . LCCN 2001094735 . OCLC 48402612 .
- Krukonis, Greg; Barr, Tracy L. (2008). Evolution For Dummies . Hoboken, NJ: John Wiley & Sons . ISBN 978-0-470-11773-6 . LCCN 2008922285 . OCLC 183916075 .
- Pallen, Mark J. (2009). The Rough Guide to Evolution . Grovguider Referensguider. London; New York: Rough Guides . ISBN 978-1-85828-946-5 . LCCN 2009288090 . OCLC 233547316 .
- Sís, Peter (2003). Livets träd: En bok som skildrar Charles Darwins liv, naturforskare, geolog och tänkare ( första upplagan). New York: Farrar, Straus och Giroux . ISBN 978-0-374-45628-3 . LCCN 2002040706 . OCLC 50960680 .
- Thomson, Keith (2005). Fossils: En mycket kort introduktion . Mycket korta introduktioner. Oxford; New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-280504-1 . LCCN 2005022027 . OCLC 61129133 .
- Villarreal, Luis (2005). Virus och livets utveckling . ASM Tryck.
- Zimmer, Carl (2010). The Tangled Bank: An Introduction to Evolution . Greenwood Village, CO: Roberts & Company Publishers. ISBN 978-0-9815194-7-0 . LCCN 2009021802 . OCLC 403851918 .
externa länkar
- "Introduktion till evolution och naturligt urval" . Khan Academy . Hämtad 2015-01-06 .
- Brain, Marshall (25 juli 2001). "Hur evolution fungerar" . HowStuffWorks . Hämtad 2015-01-06 .
- "The Talk.Origins Archive: Evolution FAQs" . TalkOrigins Arkiv . Houston, TX: The TalkOrigins Foundation, Inc. Hämtad 2015-01-12 .
- "Understanding Evolution: din enda resurs för information om evolution" . University of California, Berkeley . Hämtad 2015-01-08 .