Procesowi ewolucji ulega nie pojedynczy organizm, który żyje określony czas, ale cała populacja. Osobniki tworzące populacje danego gatunku mogą się ze sobą swobodnie krzyżować, dzięki czemu występuje przepływ genów. Suma wszystkich genów osobników należących dodanej populacji tworzy jej pulę genową.
Stan populacji, w którym częstość występowania genów utrzymuje się bez zmian z pokolenia na pokolenie, opisuje prawo Hardy’ego-Weinberga.
Czynnikami warunkującymi proces ewolucji są mutacje, dobór naturalny, migracje, dryf genetyczny:
Mutacje oraz zmienność rekombinacyjna stanowią przyczynę zmienności genetycznej i mają charakter losowy. Zmienność rekombinacyjna jest wynikiem mieszania się materiału genetycznego, natomiast mutacje spowodowane są zmianami w samym materiale genetycznym.
Dobór naturalny poprzez selekcję eliminuje osobniki o allelach warunkujących cechy niekorzystne. Wyróżnia się trzy typy doboru naturalnego.
– Dobór stabilizujący przy nie zmieniających się warunkach abiotycznych i biotycznych środowiska eliminuje osobniki o skrajnych wartościach danej cechy.
– Dobór kierunkowy przy stałym kierunku zmian warunków abiotycznych i biotycznych faworyzuje osobniki o skrajnych wartościach cechy, eliminując osobniki o cechach mających przeciwne wartości skrajne.
– Dobór rozrywający występuje w zróżnicowanym siedlisku, gdzie faworyzuje osobniki o skrajnych wartościach cechy, usuwając osobniki o wartościach pośrednich.
Migracje obejmują imigracje i emigracje. Polegają na przemieszczeniu się organizmów do wewnątrz lub na zewnątrz populacji. Dzięki temu występuje przepływ genów między populacjami, którego efektem jest zmniejszanie się między nimi różnic.
Dryf genetyczny polega na przypadkowej zmianie częstości alleli w puli genowej. Ze zjawiskiem dryfu genetycznego związany jest tzw. efekt założyciela oraz efekt wąskiego gardła.
Efekt założyciela pojawia się podczas powstawania nowej populacji z niewielkiej liczby osobników, które po odłączeniu się od populacji macierzystej uległy przemieszczeniu na nowy obszar /np. kolonizacja niezasiedlonej wyspy/. Efekt wąskiego gardła występuje wówczas, gdy znaczne zmniejszenie liczebności populacji nastąpi na skutek kataklizmu.
Powstawanie gatunku
Gdy różnicowanie się puli genowej populacji wewnątrz gatunku stanie się dostatecznie duże, może nastąpić przekształcenie populacji w niezależne gatunki. W obrębie gatunku występuje w zasadzie swobodna wymiana genów. Stąd gatunek to zbiór osobników, które posiadają wspólną pulę genową. Dlatego też brak przepływu genów między populacjami prowadzi do specjacji, czyli powstania gatunku.
Warunkiem specjacji, obok zróżnicowania genetycznego gatunku uwarunkowanego powstawaniem mutacji i działaniem doboru naturalnego, jest izolacja, która uniemożliwia krzyżowanie się osobników należących do różnych populacji danego gatunku.
Ze względu na przyczyny izolacji wyróżnia się izolacje geograficzne oraz rozrodcze.
• Izolacje geograficzne spowodowane są rozdzieleniem przestrzennym populacji, np. przez występowanie różnych barier /góry, rzeki, morza, pustynie/.
• Izolacje rozrodcze uwarunkowane są przez różne czynniki, które mimo braku fizycznego rozdzielenia między populacjami uniemożliwiają krzyżowanie i wydawanie płodnego potomstwa:
– izolacja ekologiczna polega na zajmowaniu odrębnych siedlisk przez populacje;
– izolacja sezonowa uwarunkowana jest rytmem życiowym organizmów, np. różnym okresem tarła, różną porą kwitnienia;
– izolacja etologiczna wynika z różnych form zachowań w okresie godowym;
– izolacja anatomiczna spowodowana jest niezgodnością w budowie narządów rozrodczych;
– izolacja genetyczna związana jest z obumieraniem gamet, zygot lub zarodników w narządach rozrodczych, bezpłodnością mieszańców.
Ze względu na liczbę powstających gatunków wyróżnia się specjację radiacyjną i filetyczną. Specjacja filetyczna polega na stopniowym przekształceniu się jednego gatunku w drugi. Specjacja radiacyjna zachodzi częściej i spowodowana jest rozgałęzieniem się linii rozwojowych jednego gatunku, co prowadzi do wyodrębnienia się dwóch nowych gatunków.
Prawidłowości ewolucji
Ewolucja przebiega na wielu poziomach.
Mikroewolucja zachodzi na poziomie populacji, wewnątrz gatunku i polega na powstaniu nowych form, odmian, ras. Specjacja prowadzi do powstania gatunku. Makroewolucja prowadzi do wyodrębnienia się nowych rodzajów i rodzin, a megaewolucja nowych gromad i królestw.
Wyodrębnianiu się dużych jednostek systematycznych sprzyjają aromorfozy, czyli zasadnicze zmiany w budowie i funkcjach życiowych umożliwiające opanowanie nowych środowisk lub zdobycie nowych form aktywności życiowych, np. stałocieplność. Gatunek, u którego takie zmiany nastąpiły, ulega różnokierunkowemu różnicowaniu się, czyli radiacji adaptatywnej /przystosowawczej/, polegającej na wytworzeniu szeregu odrębnych grup rozwojowych przystosowanych do odmiennych środowisk, a wywodzących się z jednego gatunku wyjściowego, np. radiacja gadów w erze mezozoicznej. Przystosowanie się do bytowania w ściśle określonym środowisku, opanowanym wcześniej na skutek aromorfozy, umożliwiają idioadaptacje, np. przystosowanie się ssaków do życia w różnorodnych środowiskach.
Ewolucja stanowi jeden ciągły proces, a różnice między jej poziomami polegają na różnym zakresie przemian i czasie ich trwania oraz rozmaitych drogach ich przebiegu.
Proces ewolucji charakteryzuje:
– nieodwracalność zmian;
– zróżnicowane tempo, uzależnione od właściwości organizmu oraz warunków środowiska;
– wielokierunkowość i nieprzewidywalność;
– progresywność /postępowość/, która prowadzi zarówno do zwiększenia się różnorodności biologicznej organizmów, jak i zwiększania się stopnia ich złożoności;
– wymieranie szczepów, które występuje obok równoczesnego powstania nowych gatunków.
Procesy ewolucji składają się na filogenezę organizmów /rozwój rodowy/.