Darwinovská evolúcia

Pod pojmom biologická evolúcia rozumieme proces zmeny organizmov v čase, ktorý prebiehal vďaka neustálemu striedaniu generácií v odbobí trvajúcom mnoho miliónov rokov. Vedný odbor zaoberajúci sa evolúciou a procesmi vzniku nových druhov sa nazýva evolučná biológia.

Myšlienka vzniku a postupnej zmeny živých foriem zamestnávala už filozofov v antickom Grécku, avšak ARISTOTELES (384-322 p.n.l.) a PLATÓN (427-347 p.n.l.), ktorí najviac ovplyvnili západnú civilizáciu, takúto myšlienku neuznávali.

V 18. storočí CARL VON LINNÉ (1707-1778) pripustil, že nové druhy by mohli vznikať krížením existujúcich druhov (čím čiastočne ustúpil zo svojho pôvodného stanoviska, že druhov musí byť toľko, koľko ich bolo stvorených).

Na prelome 18. a 19. storočia si GEORGES CUVIER (1769-1832), zakladateľ paleontológie, všimol že jednotlivé typy fosílií nachádzajúce sa v okolí Paríža sú vždy charakteristické pre tú-ktorú geologickú vrstvu. Vysvetlil si to tak, že v minulosti dochádzalo k opakovaným katastrofám, ktoré potom zmenili zastúpenie živočíšnych druhov. Táto teória sa nazývala teória katakliziem. Na druhej strane geológovia ako JAMES HUTTON (1726-1797) a CHARLES LYELL (1797-1875) prišli s myšlienkou, že biosféra nebola formovaná katastrofami, ale pomalými a postupnými procesmi, ktoré museli trvať dlhšie ako 6000 rokov, čo bol vek Zeme stanovený niektorými teológmi.

Jeden z najvýznamnejších ideových predchodcov modernej evolučnej teórie bol francúzsky prírodovedec JEAN BAPTISTE DE LAMARCK (1744-1829). Lamarck bol zástancom myšlienky, že organizmy môžu počas svojho života získavať nové vlastnosti a charakteristiky, ktoré sa potom prenášajú dedením na ďalšie generácie. Pri zmene prostredia sa menia aj potreby živočíchov, takže sú nútené meniť, prispôsobovať svoje správanie. V priebehu sledu generácií tak dochádza k premene (transmutácii) organizmu na nový druh, lepšie prispôsobený zmenenému prostrediu. Svoje názory publikoval v roku 1809. Teória dedičnosti získaných vlastností dostala po ňom názov lamarckizmus.

Princípy darwinizmu

Pôvodnú teóriu fylogenetickej evolúcie sformuloval britský prírodovedec CHARLES DARWIN (1731-1802). Podľa neho dostala aj názov darwinizmus alebo darwinovská evolúcia. Podnety pre svoju teóriu dostal ako prírodovedec vedeckej expedície okolo sveta na lodi Beagle. S úžasom zisťoval rozmanitosť živých organizmov ako aj to, že na rôznych miestach Zeme žijú rôzne organizmy, aj keď podmienky môžu byť podobné. V roku 1835 výprava dorazila na súostrovie Galapágy, kde Darwin zbieral vzorky rastlín a živočíchov. Po návrate do Londýna si pri spracovávaní materiálu všimol, že má pred sebou trinásť druhov veľmi podobných drobných vtákov, piniek podčeľade Geospizinae, ktoré sa líšili len vo veľkosti, stavbe a tvare zobáka.

Darwin tu skoro presne popisuje princíp evolučného procesu dnes zvaného adaptívna radiácia, ktorý sa považuje za predstupeň vzniku nových druhov. Príklad adaptívnej radiácie na Galapágoch sa dostal do povedomia pod názvom Darwinove pinky. Podobné závery vychádzali aj z pozorovania ostrovných druhov korytnačiek a iných plazov.

Syntézu svojich teórií Darwin publikoval v roku 1859 vo svojej známej knihe O pôvode druhov (celým názvom O pôvode druhov cestou prírodného výberu, alebo uchovávanie zvýhodnených rás v boji o život).

Darwinova teória má tri hlavné princípy:

  1. Organizmy sa rozmnožujú geometrickým radom, ale len malé percento z nich prežije až do dospelosti.
  2. Jedince v populácii sú mierne odlišné (variabilné) a dochádza medzi nimi k neustálej konkurencii, ktorú Darwin nazval "boj o prežitie".
  3. Prežitie týchto jedincov nie je náhodné. Dochádza teda k prírodnému výberu, následkom ktorého prežijú a rozmnožujú sa tie jedince, ktoré sú lepšie prispôsobené daným podmienkam prostredia.

Darwin vo svojej práci hovorí aj o pohlavnom výbere. Pohlavný výber je proces, v ktorom si jedince vyberajú sexuálneho partnera. Výber prebieha na základe znakov, ktoré súvisia so zdravím a plodnosťou partnera. Často však vedie ku vzniku znakov, ktoré nemajú adaptívny význam pre svojho nositeľa, dokonca mu môžu byť čiastočne na obtiaž (napr. príliš dlhý farebný chvost páva je nápadný pre predátora a sťažuje únik), tieto obtiaže sú však kompenzované úspechom v párení (a tým aj plodení potomstva).

Vo veľkochovoch a šľachtiteľstve dochádza k tzv. umelému výberu. Robí ho človek vyberaním takých jedincov do kríženia, aby potomstvo získalo žiadané vlastnosti.

Neodarwinizmus

Darwin nevedel nič o génoch ani genetike. V 30. a 40. rokoch 20. storočia došlo k veľkému zjednoteniu Darwinových teórií s novými poznatkami z genetiky, založenej GREGOROM MENDELOM, a molekulárnej biológie. Zjednotená predstava o molekulárnej hybnej sile evolúcie a o procesoch prírodného výberu takto vzniknutých variant sa nazýva neodarwinizmus alebo neodarwinovská syntéza.

Zistilo sa, že zdrojom variability organizmov v populácii sú mutácie, ktoré sú náhodné. Môžu vznikať pod vplyvom chybného kopírovania DNA, fyzikálnych podmienok (napr. žiarenie), alebo vplyvom iných organizmov (baktérií a vírusov). Takáto genotypová variabilita (variabilita štruktúry génov) je potom základom variability fenotypovej (variability znakov, ktoré sa navonok prejavujú), ktorá je podrobená prírodnému výberu. Proces neustáleho vzniku mutácií sa dnes pokladá za hlavnú hybnú silu evolúcie a dostal preto názov molekulárny motor.

Ľudský genóm obsahuje približne len 1,5% DNA, ktorá priamo nesie informáciu pre syntézu proteínov. Zvyšok pripadá na regulačné oblasti, ale aj tak je vyše 50% DNA, ktorá sa nevyužíva a hromadia sa v nej mutácie (slúži de facto ako "nárazník" pre mutácie, ktoré sa tak zväčša vyhnú dôležitým oblastiam). Zato je ľudská DNA plná nefunkčných sekvencií, ktoré ostali po bývalých infekciách retrovírusmi (vírusy, ktoré na svoje rozmnožovanie využívajú integráciu svojej genetickej informácie do DNA bunky).

Na tomto mieste by som chcel vysvetliť jeden zásadný fakt týkajúci sa evolúcie. Evolúcia nemá dopredu stanovený cieľ! Tento fakt vysvetľuje britský etológ a evolučný teoretik RICHARD DAWKINS (nar. 1941) vo svojej knihe Slepý hodinár (The Blind Watchmaker). Mutácie v DNA vznikajú neustále. Ich uchovanie závisí od toho, do akej miery zasiahnu fenotyp jedinca. V konečnom dôsledku prírodný výber, založený na selekcii podľa Darwinovej koncepcie, umožní prežiť do reprodukčného veku takým jedincom, ktorí sú najprispôsobivejší momentálnym prírodným podmienkam.

Tieto postupné zmeny DNA viedli napokon aj k vytvoreniu línie človeka. Treba si však uvedomiť, že evolúcia smerom ku komplexite nebola naprogramovaná dopredu, ale je výsledkom momentálnych adaptívnych výhod z minulosti. Človek mal aj istú dávku šťastia, že sa jeho vývojová línia za celé obdobie neprerušila. Komplexita organizmu je však z evolučného hľadiska veľmi krehkou záležitosťou. Na druhej strane existuje mnoho jednoduchých organizmov (baktérie, parazity), ktoré obývajú veľkú plochu planéty v obrovskom počte, čo im ako biologickým druhom dáva väčšiu šancu prežiť v prípade náhlych environmentálnych zmien. Nemožno preto považovať človeka za najdokonalejšiu živú bytosť, ktorá tvorí vrchol evolučného procesu!

Vznik nových druhov

Biologický druh tvoria jedince, ktoré sú schopné sa medzi sebou krížiť a dávať životaschopné a plodné potomstvo. Jedince rovnakého druhu majú rovnaký karyotyp, čo je informácia o počte, tvare a veľkosti chromozómov.

Pojem speciácia (lat. species = druh) súvisí so vznikom nových druhov. Keďže prírodné podmienky sa menia (v čase aj v priestore), budú aj požiadavky na organizmy vždy odlišné a organizmy musia preto vždy čeliť novým výzvam. Dnes existuje množstvo vysvetlení a možností, ako môže vzniknúť nový druh:

  1. Jednou z možností je alopatrická speciácia, ktorá predpokladá geografickú izoláciu (bariéru) medzi dvoma populáciami toho istého druhu (ostrovy, horské masívy). Na oboch územiach môže selekčný tlak spôsobiť také genetické odlišnosti u jedincov oboch populácií, že sa už neskôr nebudú môcť medzi sebou krížiť.
  2. Naproti tomu sympatrická speciácia prebieha vo vnútri populácie bez geografickej izolácie. Hovoríme, že sa medzi novovytvorenými druhmi vytvorila biologická bariéra (rôzne sexuálne správanie, na ktoré jedince iného druhu nereagujú, rôzny čas kvitnutia rastlín a podobne). Takéto populácie sa taktiež začnú vyvíjať nezávisle na sebe, pretože sa ich jedince nemôžu krížiť. U rastlín často súvisí tento fenomén so vznikom genómových mutácií - polyploidie.

V prírode sa dajú pozorovať rôzne štádiá procesu vzniku nových druhov. Niekedy aj dosť odlišné organizmy sú krížiteľné a majú plodné potomstvo, naopak inokedy podobné organizmy sú krížiteľné len s problémami (dávajú málo plodné, neplodné, alebo neživotaschopné potomstvo). Ak sú organizmy nekrížiteľné, ide o rôzne druhy, ale ak sú krížiteľné, môže ísť, ale nemusí o ten istý druh (napr. mulica je potomok samice somára a samca koňa, mul je potomok samca somára a samice koňa, zendok je sterilný hybrid zebry a somára atď., naproti tomu pes a vlk sú považované za jeden druh, lebo dávajú plodné potomstvo).

Dôkazy evolúcie

Najstaršími dôkazmi o evolúcii sú fosílne nálezy (tzv. "prechodné články"), ktoré študuje paleontológia, a výsledky porovnávacej anatómie. Fyzika prispela k súčasným poznatkom o evolúcii hlavne metódami datovania fosílnych nálezov na základe rádioaktívneho rozpadu prvkov, geológia zase poznatkami o ukladaní geologických vrstiev, pohybe kontinentov, zmenách klímy, zloženia atmosféry Zeme a podobne. Novšie dôkazy poskytuje hlavne molekulárna biológia (porovnávanie sekvencií DNA), ale aj biochémia, fyziológia, ekológia alebo etológia.