Prawidłowości w ewolucji

Cała ogromna różnorodność form życia występujących na naszej planecie rozwinęła się podczas długiej historii Ziemi z jednego rodzaju lub kilku rodzajów prostych organizmów. Oznacza to, że pozornie nie spokrewnione organizmy, takie jak np. śluzowce i wieloryby, są w rzeczywistości dalekimi krewnymi pochodzącymi od wspólnego przodka. Wszystkie żyjące dziś organizmy powstały z dawnych organizmów w procesie stopniowej dywergencji, opisanej po raz pierwszy przez Darwina jako proces dziedziczenia zmodyfikowanych cech, czyli ewolucja.

Ewolucja polega na zmianach genetycznych dokonujących się z czasem w populacjach organizmów, dotyczy bowiem nie zmian pojedynczego organizmu, lecz zmian cech populacji w wielu kolejnych pokoleniach. Suma wszystkich genów występujących w danej populacji stanowi jej pulę genów. Uwzględniając koncepcję puli genów, możemy też powiedzieć, że ewolucja polega na zmianach częstości występowania genów w puli genów.

Koncepcja ewolucji jest kamieniem węgielnym biologii, pozwala bowiem zrozumieć ogromne zróżnicowanie świata organizmów żywych. Biolodzy, nie wątpiąc w istnienie ewolucji, starają się w swych badaniach i dociekaniach zgłębić jej rzeczywiste mechanizmy.

Mimo że ewolucja jest jednym ciągłym procesem, rozpatrywać ją można w kilku skalach. Podstawą ewolucji jest, jak to już kilkakrotnie podkreślano specjacja, czyli proces powstawania nowych gatunków. Proces ten nazywany jest mikroewolucją.

Powstawanie i różnicowanie się wyższych od gatunku jednostek systematycznych, na przykład rodzin, nazywane jest makroewolucją. Na makroewolucję składają się liczne specjacje. W drodze dalszego różnicowania powstały najwyższe jednostki systematyczne (gromady, typy) świata organizmów żywych. Proces ten nazywany jest megaewolucją. Przykładem megaewolucji jest ewolucja jednej z grup słodkowodnych ryp trzonopłetwych prowadząca do powstania płazów. Przy omawianiu procesów ewolucyjnych w skali makroewolucji i megaewolucji trzeba zawsze pamiętać, że ich podstawą jest mikroewolucja, czyli powstawanie konkretnych gatunków. W procesie ewolucyjnym można dostrzec również dwa rodzaje różnych przystosowawczych przemian, zachodzących na różnych płaszczyznach. Jeden rodzaj przemian to aromorfozy, czyli ogólne zmiany organizacji i funkcji organizmów żywych, mające powszechne znaczenie przystosowawcze. Aromorfozą było na przykład wytworzenie błon płodowych w jaju gadów, łożyska u ssaków lub powstanie dwóch komór w sercu ptaków i ssaków i związana z tym stałocieplność. Tego typu ogólne zmiany przystosowawcze były bardzo rzadkie w rozwoju filogenetycznym świata żywego. W obrębie nowego typu przystosowawczego, będącego wynikiem aromorfozy, tworzą się przystosowania do określonych warunków życia – idioadaptacje, nie prowadzące do osiągnięcia wyższego poziomu ogólnych procesów życiowych.

Zmiany idioadaptacyjne prowadzą do zasiedlania odmiennych środowisk, a więc radiacji adaptatywnej. Uzyskane bowiem w wyniku przemian aromorfotycznych cechy zapewniają gatunkom przewagę selekcyjną nad prymitywniejszymi konkurentami. Równolegle ze zmianami idioadaptacyjnymi o dużym znaczeniu pojawiają się zmiany drobne, mające znaczenie dla jednego lub kilku gatunków, na przykład barwy ochronne i budowa ciała imitująca otoczenie (zjawiska mimikry czy rogowe lub kostne utwory chroniące przed atakiem drapieżników). Pojawia się także wąska specjalizacja, np. uwstecznienie oczu u zwierząt jaskiniowych lub żyjących pod ziemią.

Ewolucja jest procesem postępowym, a postęp biologiczny związany jest z przeżywaniem grup najlepiej przystosowanych, w pełniejszy sposób wykorzystujących zasoby środowiska. Można zatem mówić o coraz doskonalszych sposobach przystosowania się organizmów i ich grup do określonych warunków, a także uważać, że każda aktualnie żyjąca forma jest w swoim typie szczytowym osiągnięciem dotychczasowej ewolucji.

Nieodłączną częścią procesu ewolucyjnego jest wymieranie gatunków i większych grup systematycznych. Jest ono spowodowane tymi samymi czynnikami co rozwój ewolucyjny, a więc walką o byt i doborem naturalnym. Wymierają bowiem te gatunki, które w wyniku ewolucji innych gatunków i stopniowych zmian środowiska utraciły swoje dominujące właściwości przystosowawcze w stosunku do biotycznych i abiotycznych warunków środowiska. Proces wygasania jest z reguły procesem powolnym, poprzedzonym stopniowym zmniejszaniem się zasięgu występowania wymierającego gatunku i jego liczebności. Wymieranie wyższych jednostek systematycznych (rodzajów, rodzin, rzędów) jest konsekwencją wygaśnięcia składających się na nie gatunków. Przykładem grup które bądź wymarły całkowicie, bądź reprezentowane są obecnie przez nieliczne gatunki lub gatunki reliktowe to wielkie gady mezozoiczne, koniowate reprezentowane współcześnie przez zaledwie kilka gatunków, hatteria z Nowej Zelandii czy miłorząb dwuklapowy.

Nieodwracalność ewolucji jest wynikiem zmienności mutacyjnej i doboru. Zmiana warunków życia prowadzi do uwstecznienia narządów zbędnych lub o ujemnej wartości przystosowawczej do nowych warunków. Jeżeli gatunek potomny powróci do środowiska pierwotnego, to odtworzenie dawnego narządu jest już niemożliwe. Doskonałą ilustracją prawa nieodwracalności ewolucji jest ewolucja morskich żółwi skórzastych. Powstały one z gadów lądowych i w pierwszym okresie swego rozwoju posiadały pancerz kostny. Po przejściu do życia w wodach otwartych pancerz ten w wyniku przemian ewolucyjnych prawie zupełnie zanikł. W dalszych dziejach rozwoju tej grupy potomkowie żółwi morskich ponownie zasiedlili wody przybrzeżne, gdzie pancerz znów stał się przystosowaniem pożytecznym. Jednak nie został odtworzony dawny pancerz kostny, lecz powstał
nowy – skórzasty. Dzisiejsi przedstawiciele tej grupy żyją w strefie otwartego morza i mają zredukowane oba pancerze – kostny i skórzasty.

Ewolucja jest procesem różnokierunkowym. Wynika to z powszechnego mechanizmu ewolucji, którym jest powstawanie nowych gatunków wskutek dywergencji (rozbieżność cech). Większość odgałęziających się form organizmów wymierała, a tylko część podlegała dalszej ewolucji. Taki przebieg ewolucji przedstawiany jest często w postaci drzewa rodowego.

Ewolucja jest także procesem historycznym, zachodzi bowiem w określonym czasie.

Ewolucja ma również swoje określone tempo. Miarą tempa ewolucji jest czas przekształcania się jednego gatunku (rodzaju) w inny, czyli szybkość, z jaką zachodzą zmiany w liniach rozwojowych. Czas ten jest bardzo różny u rozmaitych grup, a nawet wśród rożnych linii rozwojowych tej samej grupy organizmów. Tempo ewolucji może się także zmieniać w różnych okresach, na przykład gady ewoluowały w erze mezozoicznej bardzo szybko, natomiast w erze kenozoicznej tempo ich ewolucji uległo znacznemu zwolnieniu. Ewolucja ssaków przebiegała odwrotnie, gdyż przez ponad 100 mln lat trwania ery mezozoicznej ssaki zmieniały się nieznacznie, by w erze kenozoicznej gwałtownie przyśpieszyć tempo ewolucji.