Moderní evoluční syntéza: jak Mendel a Darwin vysvětlili evoluci

Moderní syntéza Darwinovu myšlenku aktualizovala. Překlenula propast mezi různými typy biologů: genetiky, přírodovědci a paleontology.

Uvádí se v něm, že:

1. Evoluci lze vysvětlit na základě toho, co víme o genetice, a na základě toho, co vidíme u zvířat a rostlin žijících ve volné přírodě.
2. Rozmanitost genů (alel) v přírodních populacích je klíčovým faktorem evoluce.
3. Hlavním mechanismem změn je přírodní výběr. I velmi malá výhoda může být důležitá a pokračovat generaci za generací. Boj o existenci zvířat a rostlin ve volné přírodě způsobuje přírodní výběr. Pouze ti, kteří přežijí a rozmnoží se, předávají své geny další generaci.
   Zjistili jsme, že síla přírodního výběru v přírodě byla větší, než očekával i Darwin.
4. Evoluce probíhá postupně: dochází k přirozenému výběru a k malým genetickým změnám. Druhy se z jedné generace na druhou mění jen málo. K velkým změnám sice čas od času dochází, ale jsou velmi vzácné. Genetický drift je obvykle méně důležitý než přirozený výběr. Může být důležitý v malých populacích.
5. V paleontologii se snažíme pochopit změny fosilií v průběhu času. Domníváme se, že stejné faktory, které působí dnes, působily i v minulosti.
6. Se změnou okolností se může tempo vývoje zrychlovat nebo zpomalovat, ale příčiny zůstávají stejné.

Myšlenka, že po rozdělení populací vznikají nové druhy, je předmětem mnoha diskusí. Geografická izolace často vede ke speciaci. U rostlin musí být polyploidie zahrnuta do jakéhokoli pohledu na speciaci.

"Evoluce spočívá především ve změnách frekvencí alel mezi jednotlivými generacemi."

To ukazuje, jak někteří biologové vidí syntézu.

Téměř všechny aspekty syntézy byly někdy s různým úspěchem zpochybněny. Není však pochyb o tom, že syntéza byla velkým mezníkem v evoluční biologii. Vyjasnila mnoho nejasností a byla přímo zodpovědná za podnět k velkému výzkumu po druhé světové válce.

Po syntéze došlo k několika objevům v oblasti věd o Zemi a biologie. Zde jsou uvedena některá z nich, která jsou relevantní pro evoluční syntézu a která se zdají být rozumně podložená.

Pochopení historie Země

Země je jevištěm, na kterém se odehrává evoluční hra. Darwin studoval evoluci v kontextu geologie Charlese Lyella, ale my dnes známe spíše historickou geologii.

• Stáří Země bylo revidováno směrem nahoru. Nyní se odhaduje na 4,56 miliardy let, což je přibližně třetina stáří vesmíru. Fanerozoikum zabírá pouze poslední 1/9 této doby.

• Myšlenka Alfreda Wegenera o kontinentálním driftu byla přijata kolem roku 1960. Klíčovým principem deskové tektoniky je, že litosféra existuje jako samostatné a oddělené tektonické desky. Tyto desky se pomalu pohybují po podkladové astenosféře. Tento objev spojuje jevy, jako jsou vulkány, zemětřesení, orogeneze, a poskytuje údaje pro mnoho paleogeografických otázek. Jedna z hlavních otázek je stále nejasná: kdy začala desková tektonika?

• Naše znalosti o vývoji zemské atmosféry pokročily. K záměně kyslíku za oxid uhličitý v atmosféře došlo v proterozoiku. Pravděpodobně ji způsobily sinice, jejichž kolonie zkameněly jako stromatolity. Tato Velká okysličovací událost vedla k vývoji aerobních organismů. Vedla také k prvním velkým dobám ledovým.

• Geologové našli a studovali fosilie mikrobiálního života. Tyto horniny byly datovány do doby před 3,465 miliardy let. Walcott byl prvním geologem, který na základě mikroskopického zkoumání tenkých plátků hornin identifikoval předkambrické fosilní bakterie. Domníval se také, že stromatolity jsou organického původu. Jeho myšlenky nebyly v té době přijaty, ale dnes je lze ocenit jako velký objev.

• Informace o paleoklimatu jsou stále dostupnější a využívají se v paleontologii. Jeden příklad: v proterozoiku nastaly rozsáhlé doby ledové, které následovaly po velkém snížení obsahu CO₂ v atmosféře. Tyto doby ledové byly nesmírně dlouhé a vedly ke zhroucení mikroflóry. Viz také období kryogénu a Země sněhových koulí.

• Katastrofismus a masová vymírání. Došlo k částečné reintegraci katastrofismu a nyní je zřejmý význam hromadných vymírání ve velkoplošné evoluci. Události vymírání narušují vztahy mezi mnoha formami života a mohou odstranit dominantní formy a uvolnit tok adaptivní radiace mezi skupinami, které zůstaly. Mezi příčiny patří dopady meteoritů (přechod K-T; vymírání na konci ordoviku); záplavy čedičových provincií (Dekanské pasti na přechodu K/T; Sibiřské pasti na přechodu P-T) a další méně dramatické procesy.

Závěr: Naše současné znalosti historie Země jasně naznačují, že makroevoluci a megaevoluci ovlivnily geofyzikální události velkého rozsahu. Tyto termíny se vztahují k evoluci nad úrovní druhů, včetně takových událostí, jako je masové vymírání, adaptivní radiace a hlavní přechody v evoluci.

Fosilní nálezy

Od konce 20. století vědci prováděli vykopávky v těch částech světa, které předtím nebyly téměř vůbec prozkoumány. Nově byly také doceněny zkameněliny objevené v 19. století, které však v té době nebyly doceněny. Bylo učiněno mnoho vynikajících objevů a některé z nich mají vliv na evoluční teorii.

• Objev jeholské bioty: dinosauři a raní ptáci ze spodní křídy Liaoningu v severovýchodní Číně. To ukazuje, že ptáci se skutečně vyvinuli z coelurosaurních teropodních dinosaurů.
• Studie kmenových tetrapodů ze svrchního devonu.
• Rané fáze vývoje velryb.
• Vývoj platýsů (pleuronectiformes), jako jsou platýs, jazyk mořský, kambala a platýs. Jejich mláďata jsou dokonale symetrická, ale během metamorfózy dochází k přestavbě hlavy. Jedno oko se přesune na druhou stranu, do blízkosti druhého oka. Některé druhy mají obě oči na levé straně (kambala), některé na pravé (platýs, jazyk mořský); všechny dosud žijící i fosilní platýsi mají "okatou" a "slepou" stranu. Darwin předpověděl postupný vývoj oka, který odráží metamorfózu živých forem.
  Nedávné zkoumání dvou fosilních druhů z eocénu ukazuje, že "sestavování tělesného plánu platýsů probíhalo postupně, krok za krokem". Mezistupně byly plně životaschopné: tyto formy se pohybovaly v rozmezí dvou geologických etap a byly nalezeny na lokalitách, z nichž pocházejí i ploštěnky s plnou lebeční asymetrií. Evoluce platýsů spadá přímo do evoluční syntézy.

Evo-devo

Důležité práce v oblasti genetiky vedly k novému přístupu k vývoji zvířat. Tento obor se nazývá evoluční vývojová biologie, zkráceně evo-devo.

Existuje jasný důkaz, že velká část vývoje je úzce řízena speciálními genetickými systémy zahrnujícími hox geny. E. B. Lewis ve své přednášce o Nobelově ceně řekl: "Srovnání [řídicích komplexů] v celé živočišné říši by nakonec mělo poskytnout obraz toho, jak se organismy i [řídicí geny] vyvíjely."

V roce 2000 byla evo-devo věnována zvláštní sekce časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) a celé číslo časopisu Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution z roku 2005 bylo věnováno klíčovým tématům evo-devo - evoluční inovaci a morfologické novosti.

Přehled oboru pro běžného čtenáře uvádí příklady.

• Evoluce
• Přírodní výběr
• Evoluční vývojová biologie