Darwinova kniha O původu druhů má dvě témata: důkazy o evoluci a jeho představy o tom, jak evoluce probíhala. Tento oddíl se zabývá druhým tématem.
Varianta
První dvě kapitoly knihy Původ se zabývají variabilitou domestikovaných rostlin a zvířat a variabilitou v přírodě.
Všechny živé organismy se liší. Každá populace, která byla zkoumána, ukazuje, že se zvířata a rostliny liší stejně jako lidé. s90 To je velký přírodní fakt a bez něj by evoluce neprobíhala. Darwin říkal, že stejně jako si člověk vybírá u hospodářských zvířat to, co chce, tak i v přírodě variace umožňují fungování přírodního výběru.
Vlastnosti jedince jsou ovlivněny dvěma faktory, dědičností a prostředím. Za prvé, vývoj je řízen geny zděděnými po rodičích. Za druhé, život přináší své vlastní vlivy. Některé věci jsou zcela dědičné, jiné částečně a některé nejsou dědičné vůbec.
Barva očí je zcela dědičná, je to genetický znak. Výška nebo váha jsou dědičné jen částečně a jazyk není dědičný vůbec. Jen pro upřesnění: to, že lidé umí mluvit, je dědičné, ale jakým jazykem mluví, záleží na tom, kde člověk žije a co ho učí. Další příklad: člověk zdědí mozek s poněkud proměnlivou kapacitou. Co se stane po narození, závisí na mnoha věcech, jako je domácí prostředí, vzdělání a další zkušenosti. Když je člověk dospělý, jeho mozek je takový, jaký z něj udělalo dědictví a životní zkušenosti.
Evoluce se týká pouze znaků, které lze zcela nebo částečně zdědit. Dědičné znaky se předávají z jedné generace na druhou prostřednictvím genů. Geny člověka obsahují všechny znaky, které zdědil po svých rodičích. Životní náhody se nepředávají. Také samozřejmě každý člověk žije poněkud jiný život: to rozdíly ještě zvětšuje.
Organismy v každé populaci se liší v reprodukční úspěšnosti. s81 Z hlediska evoluce se "reprodukční úspěšností" rozumí celkový počet potomků, kteří se dožijí rozmnožování a sami zanechají potomstvo.
Dědičná odchylka
Varianta může ovlivnit budoucí generace pouze tehdy, pokud se dědí. Díky práci Gregora Mendela víme, že velká část variability je dědičná. Mendelovy "faktory" se dnes nazývají geny. Výzkum ukázal, že téměř každý jedinec pohlavně se rozmnožujícího druhu je geneticky jedinečný. str. 204
Genetickou variabilitu zvyšují genové mutace. DNA se vždy nereprodukuje přesně. Dochází k vzácným změnám, které se mohou dědit. Mnoho změn v DNA způsobuje poruchy, některé jsou neutrální nebo dokonce výhodné. Tím vzniká genetická variabilita, která je zárodkem evoluce. Pohlavním rozmnožováním, křížením chromozomů při meióze, se variabilita šíří populací. Další události, jako je přírodní výběr a drift, snižují variabilitu. Populace ve volné přírodě tedy vždy obsahuje variabilitu, ale její detaily se neustále mění. str. 90
Přírodní výběr
Evoluce probíhá především přirozeným výběrem. Co to znamená? Zvířata a rostliny, které jsou nejvhodnější pro své prostředí, v průměru lépe přežívají. Dochází k boji o existenci. Ti, kteří přežijí, vytvoří další generaci. Jejich geny se budou předávat dál a geny těch, kteří se nerozmnožili, se předávat nebudou. To je základní mechanismus, který mění populaci a způsobuje evoluci.
Přírodní výběr vysvětluje, proč se živé organismy v průběhu času mění tak, aby měly takovou anatomii, funkce a chování, jaké mají. Funguje to takto:
- Všechny živé organismy mají takovou plodnost, že se jejich populace může neustále rychle zvětšovat.
- Vidíme, že velikost populací se v tomto rozsahu nezvyšuje. Většinou zůstávají počty přibližně stejné.
- Potraviny a další zdroje jsou omezené. Proto existuje konkurence o potraviny a zdroje.
- Žádní dva jedinci nejsou stejní. Proto nemají stejné šance na život a reprodukci.
- Velká část této variability může být dědičná. Rodiče tyto znaky předávají dětem prostřednictvím svých genů.
- Další generace může vzejít pouze z těch, které přežijí a rozmnoží se. Po mnoha takových generacích bude mít populace více užitečných genetických rozdílů a méně těch škodlivých. Přírodní výběr je ve skutečnosti procesem eliminace. s117 Eliminace je způsobena relativní vhodností jedinců a prostředí, ve kterém žijí.
Výběr v přírodních populacích
V současné době existuje mnoho případů, kdy byl prokázán přirozený výběr ve volně žijících populacích. Téměř každý zkoumaný případ maskování, mimikry a polymorfismu prokázal silný vliv selekce.
Síla selekce může být mnohem silnější, než se domnívali první populační genetici. Odolnost vůči pesticidům rychle rostla. Rezistence vůči warfarinu u norských potkanů (Rattus norvegicus) rychle rostla, protože ti, kteří přežili, tvořili stále větší část populace. Výzkum ukázal, že při absenci warfarinu byl rezistentní homozygot v 54% nevýhodě oproti normálnímu homozygotovi divokého typu. s182 Tato velká nevýhoda byla rychle překonána selekcí na rezistenci k warfarinu.
Savci obvykle nemohou pít mléko v dospělosti, ale lidé jsou výjimkou. Mléko je tráveno enzymem laktázou, který se vypíná, když savci přestanou přijímat mléko od matky. Schopnost člověka pít mléko v dospělosti je podpořena mutací laktázy, která tomuto vypnutí brání. Lidské populace mají vysoký podíl této mutace všude tam, kde je mléko ve stravě důležité. Rozšíření této "tolerance k mléku" je podporováno přírodním výběrem, protože pomáhá lidem přežít tam, kde je mléko dostupné. Genetické studie naznačují, že nejstarší mutace způsobující perzistenci laktázy dosáhly vysokých hodnot v lidských populacích až v posledních deseti tisících letech. Proto je perzistence laktázy často uváděna jako příklad nedávné evoluce člověka. Vzhledem k tomu, že perzistence laktázy je genetická, ale chov zvířat je kulturní znak, jedná se o koevoluci genů a kultury.
Adaptace
Adaptace je jedním ze základních fenoménů biologie. V procesu adaptace se organismus lépe přizpůsobuje svému prostředí.
Adaptace je jedním ze dvou hlavních procesů, které vysvětlují rozmanitost druhů, s nimiž se v biologii setkáváme. Druhým je speciace (rozdělení druhů nebo kladogeneze). Oblíbeným příkladem, který se dnes používá ke studiu vzájemného působení adaptace a speciace, je evoluce cichlid v afrických řekách a jezerech.
Když se mluví o adaptaci, často se tím myslí něco, co pomáhá zvířeti nebo rostlině přežít. Jednou z nejrozšířenějších adaptací u živočichů je vývoj oka. Dalším příkladem je adaptace koňských zubů na rozmělňování trávy. Další adaptací je maskování a také mimikry. Lépe přizpůsobení živočichové mají největší šanci přežít a úspěšně se rozmnožovat (přírodní výběr).
Dobrým příkladem je vnitřní parazit (např. motolice), který má velmi jednoduchou tělesnou stavbu, ale přesto je organismus vysoce přizpůsoben svému konkrétnímu prostředí. Z toho vidíme, že adaptace není jen záležitostí viditelných znaků: u takových parazitů probíhají kritické adaptace v životním cyklu, který je často poměrně složitý.
Omezení
Ne všechny vlastnosti organismu jsou adaptacemi. str. 251 Adaptace obvykle odrážejí minulý život druhu. Pokud druh v nedávné době změnil svůj způsob života, může se kdysi cenná adaptace stát zbytečnou a nakonec se stane ubývajícím pozůstatkem.
Adaptace nejsou nikdy dokonalé. Vždy existují kompromisy mezi různými funkcemi a strukturami v těle. Organismus jako celek žije a rozmnožuje se, a proto je to kompletní soubor adaptací, který se předává dalším generacím.
Genetický drift a jeho vliv
V populacích existují síly, které přidávají variabilitu do populace (např. mutace), a síly, které ji odstraňují. Genetický drift je název pro náhodné změny, které z populace odstraňují variabilitu. Genetický drift se zbavuje variability rychlostí 1/(2N), kde N = velikost populace. s. 29 Je to tedy "velmi slabá evoluční síla ve velkých populacích". s. 55.
Genetický drift vysvětluje, jak může náhoda ovlivnit evoluci překvapivě velkým způsobem, ale pouze tehdy, když jsou populace poměrně malé. Celkově působí tak, že se jedinci navzájem více podobají, a jsou tedy zranitelnější vůči nemocem nebo náhodným událostem v prostředí.
- Drift snižuje genetickou variabilitu populací, což může snížit schopnost populace přežít nové selekční tlaky.
- Genetický drift působí rychleji a v menších populacích má drastičtější následky. Malé populace obvykle vymírají.
- Genetický drift může přispět ke speciaci, pokud malá skupina přežije.
- Bottleneck události: když se velká populace náhle a drasticky zmenší v důsledku nějaké události, genetická rozmanitost se velmi sníží. Častými příčinami jsou infekce a extrémní klimatické jevy. Příležitostně mohou být ničivé invaze konkurenceschopnějších druhů.
♦ V 80./90. letech 20. století se lovem snížil počet tuleňů
sloních severních na pouhých 20 jedinců. Přestože se populace obnovila, její genetická variabilita je mnohem menší než u tuleňů jižních.
♦ Gepardi mají velmi malou variabilitu. Domníváme se, že tento druh byl někdy v nedávné době zredukován na malý počet jedinců. Protože mu chybí genetická variabilita, je ohrožen infekčními chorobami. - Zakladatelské události: k nim dochází, když se z větší populace oddělí malá skupina. Tato malá skupina pak žije odděleně od hlavní populace. Často se uvádí, že takovými fázemi prošel i lidský druh. Například když skupiny opustily Afriku a usadily se jinde (viz evoluce člověka). Zřejmě se u nás vyskytuje méně variací, než by se dalo očekávat z našeho celosvětového rozšíření.
Dobrým příkladem jsou také skupiny, které přicházejí na ostrovy vzdálené od pevniny. Tyto skupiny vzhledem ke své malé velikosti nemohou nést celou škálu alel, které se vyskytují v mateřské populaci.
Druhy
Způsob vzniku druhů je hlavní součástí evoluční biologie. Darwin vykládal "evoluci" (slovo, které zpočátku nepoužíval) jako druhování. Proto svou slavnou knihu nazval O původu druhů.
Darwin se domníval, že většina druhů vznikla přímo z již existujících druhů. Tomu se říká anageneze: nové druhy vznikly změnou starších druhů. Nyní si myslíme, že většina druhů vzniká rozdělením předchozích druhů: kladogeneze.
Rozdělení druhů
Dvě skupiny, které začínají stejně, se mohou také velmi lišit, pokud žijí na různých místech. Když se druh rozdělí na dvě zeměpisné oblasti, začíná proces. Každý z nich se přizpůsobuje své situaci. Po určité době se jedinci z jedné skupiny již nemohou rozmnožovat s druhou skupinou. Z jednoho druhu se vyvinuly dva dobré druhy.
Německý badatel Moritz Wagner během tříletého pobytu v Alžírsku ve 30. letech 19. století studoval nelétavé brouky. Každý druh se vyskytuje pouze v určitém úseku severního pobřeží mezi řekami, které sestupují z pohoří Atlas do Středozemního moře. Jakmile jeden z nich překročí řeku, objeví se jiný, ale blízce příbuzný druh. Později napsal:
"... [nový] druh [vznikne] pouze tehdy, když několik jedinců [překročí] hraniční hranice svého areálu... vytvoření nové rasy se nikdy nepodaří... bez dlouhého pokračujícího oddělování kolonistů od ostatních příslušníků jejich druhu".
To byl první příklad významu geografického oddělení. Dalším biologem, který považoval geografické oddělení za rozhodující, byl Ernst Mayr.
Jedním z příkladů přirozené speciace je ostroretka tříostná, mořská ryba, která po poslední době ledové pronikla do sladkých vod a založila kolonie v izolovaných jezerech a potocích. V průběhu asi 10 000 generací se u sticklebacků projevily velké rozdíly, včetně variací ploutví, změn v počtu nebo velikosti kostěných štítků, proměnlivé stavby čelistí a barevných odlišností.
Australští vombati se dělí na dvě hlavní skupiny: vombaty obecné a vombaty chlupaté. Oba druhy jsou si velmi podobné, až na chlupatost nosu. Jsou však přizpůsobeny odlišnému prostředí. Vombati obecní žijí v lesnatých oblastech a živí se převážně zelenou potravou s dostatkem vláhy. Často se živí ve dne. Vombati chlupatí žijí na horkých suchých pláních, kde se živí suchou trávou s velmi malým množstvím vody nebo dobrot. Jejich metabolický systém je pomalý a většinu dne prospí pod zemí.
Když se dvě skupiny, které začaly stejně, dostatečně liší, stávají se dvěma různými druhy. Součástí evoluční teorie je, že všechny živé organismy začínaly stejně, ale pak se během miliard let rozdělily na různé skupiny.