Darwinovo delo O izvoru vrst ima dve temi: dokaze o evoluciji in njegove zamisli o tem, kako se je evolucija odvijala. V tem poglavju je obravnavano drugo vprašanje.
Različica
Prvi dve poglavji Izvora obravnavata različnost udomačenih rastlin in živali ter različnost v naravi.
Vsa živa bitja se spreminjajo. Vsaka preučevana populacija kaže, da se živali in rastline razlikujejo tako kot ljudje. str. 90 To je veliko naravno dejstvo, brez katerega ne bi prišlo do evolucije. Darwin je dejal, da tako kot človek pri svojih živalih na kmetiji izbere tisto, kar želi, tako tudi v naravi variacije omogočajo delovanje naravne selekcije.
Na značilnosti posameznika vplivata dve stvari, dednost in okolje. Prvič, razvoj nadzorujejo geni, ki jih podedujemo od staršev. Drugič, življenje prinaša svoje vplive. Nekatere stvari so v celoti podedovane, druge delno, nekatere pa sploh niso podedovane.
Barva oči je v celoti podedovana; gre za genetsko lastnost. Višina ali teža sta le delno dedni, jezik pa sploh ni deden. Da bo jasno: dejstvo, da ljudje lahko govorijo, je podedovano, kakšen jezik govorijo, pa je odvisno od tega, kje oseba živi in kaj jo učijo. Še en primer: človek podeduje možgane z nekoliko spremenljivo zmogljivostjo. Kaj se zgodi po rojstvu, je odvisno od mnogih stvari, kot so domače okolje, izobrazba in druge izkušnje. Ko je oseba odrasla, so njeni možgani takšni, kot so jih ustvarili dediči in življenjske izkušnje.
Evolucija se nanaša le na lastnosti, ki jih je mogoče v celoti ali delno podedovati. Dedne lastnosti se prenašajo iz ene generacije v drugo prek genov. Geni posameznika vsebujejo vse lastnosti, ki jih podeduje od svojih staršev. Življenjske naključja se ne prenašajo. Poleg tega seveda vsaka oseba živi nekoliko drugačno življenje: to povečuje razlike.
Organizmi v vsaki populaciji se razlikujejo po razmnoževalnem uspehu. str. 81 Z vidika evolucije "razmnoževalni uspeh" pomeni skupno število potomcev, ki dočakajo razmnoževanje in pustijo potomce.
Podedovana sprememba
Spremembe lahko vplivajo na prihodnje generacije le, če so podedovane. Zaradi dela Gregorja Mendla vemo, da se veliko variacij deduje. Mendlove "dejavnike" zdaj imenujemo geni. Raziskave so pokazale, da je skoraj vsak posameznik v spolno razmnožujoči se vrsti genetsko edinstven.
Genetsko variabilnost povečujejo genske mutacije. DNK se ne razmnožuje vedno natančno. Pojavljajo se redke spremembe, ki se lahko dedujejo. Mnoge spremembe v DNK povzročajo napake; nekatere so nevtralne ali celo ugodne. Tako nastane genetska variabilnost, ki je seme evolucije. Spolno razmnoževanje s križanjem kromosomov med mejozo širi variacije v populaciji. Drugi dogodki, kot sta naravna selekcija in zdrs, zmanjšujejo variabilnost. Tako je v populaciji v naravi vedno prisotna variabilnost, vendar se podrobnosti vedno spreminjajo. str. 90
Naravni izbor
Evolucija deluje predvsem z naravnim izborom. Kaj to pomeni? Živali in rastline, ki so najbolj prilagojene svojemu okolju, bodo v povprečju bolje preživele. Poteka boj za obstoj. Tisti, ki preživijo, ustvarijo naslednjo generacijo. Njihovi geni se bodo prenesli naprej, geni tistih, ki se niso razmnožili, pa ne. To je osnovni mehanizem, ki spreminja populacijo in povzroča evolucijo.
Naravni izbor pojasnjuje, zakaj se živi organizmi sčasoma spreminjajo in imajo takšno anatomijo, funkcije in vedenje, kot jih imajo. Deluje takole:
- Vsa živa bitja so tako rodovitna, da se lahko njihova populacija hitro povečuje v nedogled.
- Vidimo, da se velikost populacij ne povečuje v tolikšni meri. Večinoma ostajajo približno enake.
- Hrana in drugi viri so omejeni. Zato obstaja konkurenca za hrano in vire.
- Niti dva posameznika nista enaka. Zato ne bodo imeli enakih možnosti za življenje in razmnoževanje.
- Veliko teh sprememb je lahko podedovanih. Starši takšne lastnosti prenesejo na otroke s svojimi geni.
- Naslednja generacija lahko pride le iz tistih, ki preživijo in se razmnožujejo. Po več generacijah bo populacija imela več koristnih genetskih razlik in manj škodljivih. Naravni izbor je pravzaprav proces izločanja. str. 117 Izločanje je posledica relativne primernosti med posamezniki in okoljem, v katerem živijo.
Selekcija v naravnih populacijah
Dokazano je, da se naravna selekcija v divjih populacijah pojavlja v številnih primerih. Skoraj vsak primer kamuflaže, mimikrije in polimorfizma je pokazal močne učinke selekcije.
Sila selekcije je lahko veliko močnejša, kot so mislili prvi populacijski genetiki. Odpornost na pesticide se je hitro povečala. Odpornost na varfarin pri norveških podganah (Rattus norvegicus) je hitro rasla, ker so tiste, ki so preživele, predstavljale vedno večji del populacije. Raziskave so pokazale, da je bil v odsotnosti varfarina odporni homozigot v 54-odstotnem slabšem položaju od običajnega homozigota divjega tipa. p182 To veliko pomanjkljivost je selekcija za odpornost na varfarin hitro odpravila.
Sesalci kot odrasli običajno ne morejo piti mleka, vendar so ljudje izjema. Mleko prebavlja encim laktaza, ki se izklopi, ko sesalci prenehajo prejemati mleko od matere. Človeška sposobnost pitja mleka v odrasli dobi je posledica mutacije laktaze, ki preprečuje ta izklop. Človeške populacije imajo visok delež te mutacije povsod, kjer je mleko pomembno v prehrani. Širjenje te "tolerance na mleko" spodbuja naravna selekcija, saj ljudem pomaga preživeti tam, kjer je mleko na voljo. Genetske študije kažejo, da so najstarejše mutacije, ki povzročajo obstojnost laktaze, v človeških populacijah dosegle visoke ravni šele v zadnjih deset tisoč letih. Zato se obstojnost laktaze pogosto navaja kot primer nedavne človeške evolucije. Ker je obstojnost laktaze genetska, živinoreja pa kulturna lastnost, gre za gensko-kulturno koevolucijo.
Prilagoditev
Prilagajanje je eden od osnovnih bioloških pojavov. S procesom prilagajanja postane organizem bolje prilagojen svojemu življenjskemu okolju.
Prilagajanje je eden od dveh glavnih procesov, ki pojasnjujeta raznolikost vrst v biologiji. Drugi je speciacija (delitev vrst ali kladogeneza). Najljubši primer, ki se danes uporablja za preučevanje medsebojnega vpliva prilagajanja in speciacije, je evolucija rib vrste cichlid v afriških rekah in jezerih.
Ko ljudje govorijo o prilagajanju, imajo pogosto v mislih nekaj, kar živali ali rastlini pomaga preživeti. Ena najbolj razširjenih prilagoditev pri živalih je razvoj očesa. Drug primer je prilagoditev konjskih zob na mletje trave. Prilagoditev je tudi kamuflaža in mimikrija. Bolje prilagojene živali imajo največ možnosti za preživetje in uspešno razmnoževanje (naravni izbor).
Dober primer je notranji parazit (npr. glista), ki ima zelo preprosto telesno zgradbo, a je kljub temu zelo prilagojen svojemu okolju. Iz tega je razvidno, da prilagoditev ni le stvar vidnih lastnosti: pri takšnih parazitih se ključne prilagoditve odvijajo v življenjskem ciklu, ki je pogosto precej zapleten.
Omejitve
Vse značilnosti organizma niso prilagoditve. str. 251 Prilagoditve običajno odražajo preteklo življenje vrste. Če je vrsta nedavno spremenila svoj način življenja, lahko nekoč dragocena prilagoditev postane neuporabna in se sčasoma skrči.
Prilagoditve niso nikoli popolne. Med različnimi funkcijami in strukturami v telesu vedno obstajajo kompromisi. Organizem kot celota živi in se razmnožuje, zato se celoten sklop prilagoditev prenaša na prihodnje generacije.
Genetski zdrs in njegov učinek
V populacijah obstajajo sile, ki v populacijo vnašajo spremembe (na primer mutacije), in sile, ki jih odstranjujejo. Genetski zdrs je ime za naključne spremembe, ki iz populacije odstranjujejo variabilnost. Genetski zdrs odstranjuje variacije s hitrostjo 1/(2N), kjer je N = velikost populacije. str. 29 Zato je "v velikih populacijah zelo šibka evolucijska sila". str. 55
Genetski zdrs pojasnjuje, kako lahko naključje presenetljivo močno vpliva na evolucijo, vendar le, kadar so populacije precej majhne. Na splošno je njegov učinek ta, da so si posamezniki med seboj bolj podobni in zato bolj ranljivi za bolezni ali naključne dogodke v okolju.
- Z odmikanjem se zmanjša genetska variabilnost populacij, kar lahko zmanjša sposobnost populacije, da preživi nove selekcijske pritiske.
- Genetski zdrs deluje hitreje in ima v manjših populacijah bolj drastične posledice. Majhne populacije običajno izumrejo.
- Genetski zdrs lahko prispeva k speciaciji, če majhna skupina preživi.
- Dogodki ozkega grla: ko se velikost velike populacije nenadoma in drastično zmanjša zaradi nekega dogodka, se genetska raznolikost zelo zmanjša. Pogosti vzroki so okužbe in ekstremni podnebni dogodki. Občasno so lahko uničujoče tudi invazije konkurenčnejših vrst.
♦ V letih 1880/90 se je zaradi lova populacija severnega slonjega tjulnja
zmanjšala na samo približno 20 osebkov. Čeprav se je populacija obnovila, je njena genetska variabilnost veliko manjša kot pri južnem slonjem tjulnju.
♦ Gepardi imajo zelo majhno variabilnost. Menimo, da se je število gepardov v zadnjem času zmanjšalo na majhno število. Ker nima dovolj genetske variabilnosti, jo ogrožajo nalezljive bolezni. - Dogodki ustanovitve: do njih pride, ko se iz večje populacije izloči majhna skupina. Mala skupina nato živi ločeno od glavne populacije. Za človeško vrsto se pogosto navaja, da je šla skozi takšne faze. Na primer, ko so skupine zapustile Afriko in se naselile drugje (glej Razvoj človeka). Očitno imamo manj variacij, kot bi pričakovali glede na našo razširjenost po vsem svetu.
Dobri primeri so tudi skupine, ki pridejo na otoke, oddaljene od celine. Te skupine zaradi svoje majhnosti ne morejo prenesti celotnega razpona alelov, ki jih je mogoče najti v matični populaciji.
Vrste
Način nastanka vrst je pomemben del evolucijske biologije. Darwin je "evolucijo" (te besede sprva ni uporabljal) razumel kot razlikovanje vrst. Zato je svojo slavno knjigo O nastanku vrst poimenoval "O nastanku vrst".
Darwin je menil, da je večina vrst nastala neposredno iz že obstoječih vrst. Temu pravimo anageneza: nove vrste nastajajo s spreminjanjem starejših vrst. Zdaj menimo, da večina vrst nastane z delitvijo prejšnjih vrst: kladogeneza.
Delitev vrst
Dve skupini, ki sta na začetku enaki, se lahko tudi zelo razlikujeta, če živita v različnih krajih. Ko se vrsta razdeli na dve geografski območji, se začne proces. Vsaka se prilagodi svojim razmeram. Čez nekaj časa se posamezniki iz ene skupine ne morejo več razmnoževati z drugo skupino. Iz ene vrste sta se razvili dve dobri vrsti.
Nemški raziskovalec Moritz Wagner je v tridesetih letih 19. stoletja v Alžiriji tri leta preučeval hrošče, ki ne letijo. Vsaka vrsta je omejena na del severne obale med rekami, ki se z gorovja Atlas spuščajo v Sredozemsko morje. Takoj ko prestopimo reko, se pojavi druga, a tesno sorodna vrsta. Kasneje je zapisal:
"... [nova] vrsta bo [nastala] le, ko bo nekaj posameznikov [prestopilo] mejne meje svojega areala... oblikovanje nove rase ne bo nikoli uspelo... brez dolgotrajne ločitve kolonistov od drugih pripadnikov njihove vrste".
To je bil zgodnji prikaz pomena geografske ločenosti. Drugi biolog, ki je menil, da je geografska ločitev ključnega pomena, je bil Ernst Mayr.
Primer naravnega razmnoževanja je triperesna paličnjak, morska riba, ki se je po zadnji ledeni dobi naselila v sladke vode in si ustvarila kolonije v izoliranih jezerih in potokih. V približno 10 000 generacijah so se paličnjaki močno razlikovali, vključno z variacijami plavuti, spremembami v številu ali velikosti kostnih ploščic, spremenljivo zgradbo čeljusti in barvnimi razlikami.
Avstralski vombati se delijo na dve glavni skupini: navadne vombate in kosmate vombate. Obe vrsti sta si zelo podobni, razen dlakavosti nosu. Vendar sta prilagojena različnim okoljem. Navadni vombati živijo v gozdnatih območjih in se prehranjujejo predvsem z zeleno hrano z veliko vlage. Pogosto se hranijo podnevi. Vombati z dlakavim nosom živijo na vročih in suhih ravnicah, kjer se prehranjujejo s suho travo, v kateri je zelo malo vode ali dobrot. Njihov presnovni sistem je počasen in večino dneva prespijo pod zemljo.
Ko se dve skupini, ki sta bili na začetku enaki, dovolj razlikujeta, postaneta dve različni vrsti. Del teorije evolucije je, da so se vsa živa bitja začela enako, nato pa so se v milijardah let razdelila v različne skupine.