Wróć do informacji o e-podręczniku Udostępnij materiał Wydrukuj

Jeszcze na początku XIX wieku panowało powszechne przekonanie, że wszystkie występujące na Ziemi gatunki powstały jednocześnie i od tego czasu pozostają niezmienne. Nieliczne wątpliwości, związane na przykład z odkryciami szczątków prehistorycznych zwierząt, nie zapowiadały jeszcze rewolucji w myśleniu o pochodzeniu gatunków, której autorem był Karol Darwin.

RJHCFbFCgu3cx1
Karol Darwin
Już wiesz
  • wszystkie organizmy na Ziemi są ze sobą spokrewnione;

  • istnieją dowody na wspólne pochodzenie organizmów.

Nauczysz się
  • wskazywać genetyczne i ekologiczne czynniki mające wpływ na powstawanie gatunków;

  • wyjaśniać zasady działania doboru naturalnego;

  • podawać przykłady doboru sztucznego;

  • porównywać dobór naturalny z doborem sztucznym;

  • wyjaśniać, jak powstają gatunki.

iujqk69LEB_d5e194

1. Karol Darwin i jego badania

Jednym z pierwszych naukowców, którzy podjęli się wyjaśnienia źródła ogromnej różnorodności gatunków żyjących na Ziemi teraz i w przeszłości, był Karol Darwin. Jego badania prowadzone podczas wyprawy naukowej dookoła świata, jaką odbył na statku Beagle w latach 1831‑1836, zostały zwieńczone sformułowaniem teorii ewolucji i stały się podstawą do dalszych poszukiwań. Teoria ewolucji wywarła ogromny wpływ na wszystkie dziedziny nauk przyrodniczych.

R10MFGzLL7zQb1
Źródło: Dariusz Adryan, licencja: CC BY 3.0.

W swojej podróży Darwin miał okazję m.in. do badania zwierząt, roślin, skamieniałości i układów skał. Jego obserwacje dotyczyły cech organizmów będących przystosowaniem do tak rozmaitych środowisk, jak wilgotne lasy Brazylii, trawiaste obszary Argentyny czy potężne szczyty Andów.

Najważniejsze obserwacje Darwin poczynił na Wyspach Galapagos. Zobaczył tam nieznane dotychczas legwany morskie, gigantyczne żółwie słoniowe i pingwiny równikowe. Zwierzęta takie nie były znane z żadnych innych miejsc na Ziemi.

Podczas pobytu na Wyspach Galapagos Darwin porównywał rośliny i zwierzęta zasiedlające te tereny oraz ląd Ameryki Południowej. Zauważył, że pomimo podobieństw, gatunki zwierząt z wysp i stałego lądu wyraźnie się różnią. Dostrzegł również różnice wśród zwierząt zamieszkujących poszczególne wyspy archipelagu. Jedną z grup, które zwróciły jego uwagę były darwinki (zięby Darwina), różniące się m.in. kształtem i rozmiarem dzioba, co było wynikiem przystosowania tych ptaków do pozyskiwania różnego pokarmu. Na podstawie budowy dzioba Darwin wyróżnił wśród nich m.in. zięby owocożerne, liściożerne, owadożerne.

ROIXt4HVQnRnr1
Źródło: John Gould, QWerk (https://commons.wikimedia.org), Aleksandra Ryczkowska, licencja: CC BY 3.0.

Darwin, próbując znaleźć stosowne wyjaśnienie różnorodności darwinek z Wysp Galapagos, przyjął, że w dalekiej przeszłości każda z wysp została zasiedlona przez ptaki, które zdołały przedostać się ze stałego lądu Ameryki Południowej. Nieco odmienne warunki życia na wyspach spowodowały, że ptaki musiały dostosować się do dostępnego tam pokarmu i różnicować się, dając początek nowym gatunkom.

Po powrocie do Anglii przyrodnik przez wiele lat opracowywał zgromadzone podczas wyprawy okazy i analizował poczynione obserwacje. Rezultatem tych prac było sformułowanie teorii doboru naturalnegodobór naturalnyteorii doboru naturalnego wyjaśniającej przyczyny ewolucji, opublikowane w dziele „O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego”, wydanym w roku 1859.

Polecenie 1

Podaj przykłady modyfikowania cech różnych organizmów przez czynniki środowiska. Zastanów się, czy cechy te są dziedziczne. Uzasadnij odpowiedź.

iujqk69LEB_d5e263

2. Jak działa dobór naturalny?

Teoria doboru naturalnego zaproponowana przez Karola Darwina i uzupełniona przez badania nad istotą dziedziczenia oparta jest na faktach wywodzących się z obserwacji świata przyrody. Można łatwo zauważyć, że:

  • gatunki wydają więcej potomstwa, niż może przetrwać w środowisku i więcej niż potrzeba do zastąpienia rodziców; spośród wielu złożonych jaj, urodzonych młodych czy rozsianych nasion tylko niewielka część stanie się dojrzałymi osobnikami i wyda potomstwo;

  • osobniki jednego gatunku nie są identyczne, różnią się od siebie wieloma cechami, np. rozmiarami ciała, umaszczeniem, sprawnością, podatnością na choroby;

  • w danym środowisku pojawiają się dziesiątki, setki a czasem tysiące organizmów potomnych, a zasoby środowiska są ograniczone, co wywołuje bardzo silną konkurencję wewnątrzgatunkową;

  • w konkurencji zwyciężają tylko te organizmy, które odznaczają się najkorzystniejszymi cechami, czyli mają korzystny w danych warunkach zestaw genów; to one pozostawiają po sobie więcej potomstwa; geny organizmów gorzej przystosowanych są eliminowane wraz ze śmiercią osobników.

Warunki środowiska powodują więc selekcję osobników, w wyniku której w populacji pozostają geny (i przystosowania) w danych warunkach korzystne. Populacja przeżywa, choć giną lub nie przekazują potomstwu swoich genów osobniki gorzej przystosowane.

R1Xzsmw92dGwP1
Źródło: Andrzej Bogusz, licencja: CC BY 3.0.

Selekcjonerem organizmów jest środowisko (czynniki abiotyczne i biotyczne). Dobór naturalny jest przypadkowy, jego efektem jest nasilenie konkurencji organizmów o zasoby środowiska. Zmiany w populacjach wywołane doborem powodują utrwalenie cech ułatwiających przetrwanie w środowisku. Jeśli dobór naturalny działa na populacje danego gatunku dostatecznie długo (np. sto tysięcy lat), a ich osobniki zostaną rozdzielone przez trudną do pokonania barierę (np. wody oceanu czy wysokie góry), to mogą powstać populacje o nieco odmiennych cechach. Różnice między nimi mogą się pogłębiać z pokolenia na pokolenie. Gdy rozdzielone populacje ponownie się zetkną, ich osobniki mogą różnić się tak bardzo, że nie będą mogły się krzyżować i wydawać potomstwa. Staną się więc odrębnymi gatunkami.

Ważne!

Dobór naturalny to mechanizm ewolucji biologicznej, który daje szansę na przetrwanie i pozostawienie licznego potomstwa osobnikom dobrze przystosowanym. Dzięki doborowi naturalnemu korzystne cechy są utrwalane w populacji.

Polecenie 2

Zakładając, że jedna ryba składa co roku 500 tys. jaj, oszacuj, ile potomstwa mogłaby pozostawić po sobie w ciągu 5 lat jedna samica. Określ, ile osobników potomnych wystarczyłoby, gdyby żaden z nich nie ginął przedwcześnie, aby utrzymać stałą liczbę osobników gatunku.

Polecenie 3

Które ślimaki mają muszle ubarwione w taki sposób, by były one słabo widoczne dla drapieżników?

R3xGohYUCVRnl1
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., Liz Lister (https://www.flickr.com), Kristine Paulus (https://www.flickr.com), Kabir Bakie (http://commons.wikimedia.org), Didier Descouens (http://commons.wikimedia.org), Erik Veldhuis (http://commons.wikimedia.org), Rubén Díaz Caviedes (https://www.flickr.com), Norbert Nagel (http://commons.wikimedia.org), Gary Rogers (http://www.geograph.org.uk), licencja: CC BY-SA 2.0.
Polecenie 4

Wymień zasoby środowiska, o które konkurują ze sobą osobniki jednego lęgu bociana białego. Wyjaśnij, dlaczego bociany, gdy w maju pojawiają się silne opady śniegu, wyrzucają z gniazda część potomstwa.

Ciekawostka

Przez Polskę przebiegają granice zasięgu słowika rdzawego i słowika szarego. Oba gatunki powstały stosunkowo niedawno, gdy dwie populacje ich wspólnego przodka zostały rozdzielone przez ostatnie zlodowacenie Europy. Po cofnięciu się lodowca okazało się, że te dwie grupy ptaków różnią się tak znacznie wyglądem, zachowaniem i wymogami siedliskowymi, że funkcjonują już jako dwa różne gatunki.

iujqk69LEB_d5e353

3. Dobór naturalny a dobór sztuczny

Obserwacje dotyczące zróżnicowania organizmów w obrębie gatunku prowadzono na długo przed Darwinem. Już pierwsi hodowcy dostrzegli, że na przykład wśród bydła każdy osobnik nieznacznie różni się od pozostałych i do rozrodu przeznaczali te osobniki, które lepiej spełniały ich aktualne potrzeby: dawały więcej mleka lub więcej mięsa. W ciągu kolejnych lat krzyżowali ze sobą wyłącznie te osobniki, które miały pożądane cechy. Taka metoda, nazywana doborem sztucznymdobór sztucznydoborem sztucznym (lub sztuczną selekcją), prowadzi do wzmocnienia wybranej cechy w populacji, np. uzyskania większych i bardziej soczystych owoców, bogatych w cukier korzeni buraka cukrowego, nasion zbóż o większej zawartości skrobi, bardziej umięśnionych świń, szybszych koni. W wyniku doboru sztucznego uprawiane rośliny i hodowane zwierzęta zaczęły się różnić od swoich dzikich przodków.

Drogą doboru sztucznego powstały liczne odmiany zbóż, kapusty, pomidorów, drzew i krzewów owocowych, rośliny o ozdobnych kwiatach oraz rasy psów, kotów, koni, krów, owiec czy kóz.

R1OQSIgtnaqWF1
Źródło: Aleksandra Ryczkowska, Derek Bakken (https://www.flickr.com), Amber Rosenbaugh (https://www.flickr.com), Mood210 (http://commons.wikimedia.org), Tommy Gildseth (http://commons.wikimedia.org), Brian Snelson (https://www.flickr.com), choco@Nerima (https://www.flickr.com), Jakub Hałun (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 2.0.

Dobór sztuczny nie jest przypadkowy, to człowiek decyduje, które organizmy będą się rozmnażać i jakimi cechami będą obdarzone.

Ciekawostka

Zdarza się, że dobór sztuczny, oprócz cech atrakcyjnych dla hodowców, utrwala też cechy niepożądane. Na przykład hodowcy psów otrzymali rasę angielskich buldogów o płaskich, krótkich pyskach, które utrudniają psom oddychanie. Z kolei białe koty o niebieskich oczach są szczególnie narażone na wrodzoną głuchotę.

R1JsLdwaNk3nW1
Źródło: Pleple2000 (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0.
Porównanie doboru naturalnego z doborem sztucznym

Cecha

Dobór naturalny

Dobór sztuczny

miejsce działania

środowisko naturalne

hodowla zwierząt lub uprawa roślin

działanie

przypadkowe

zamierzone przez człowieka

cechy organizmu

korzystne dla organizmu w danych warunkach

korzystne dla człowieka

przeżywalność osobników

przeżywanie osobników najlepiej dostosowanych do środowiska

przeżywanie osobników wybranych przez człowieka

czas trwania

długi, zwykle setki tysięcy lub miliony lat

krótki, kilkadziesiąt, kilkaset, kilka tysięcy lat

znaczenie

podstawowy proces ewolucyjny

podstawowy proces wykorzystywany w hodowli i uprawie

Ciekawostka

Krzyżowanie osobników należących do różnych gatunków jest najczęściej nieskuteczne, dlatego mieszańce międzygatunkowe, zwłaszcza u zwierząt, zdarzają sie rzadko. Przykładem międzygatunkowego mieszańca klaczy konia i ogiera osła jest muł – zazwyczaj niepłodny.

R11Yjs2eeQqPT1
Źródło: Iván Salvía, edycja: Aleksandra Ryczkowska, licencja: CC BY 3.0.
iujqk69LEB_d5e426

Słowniczek

dobór naturalny
dobór naturalny

mechanizm ewolucji działający w środowisku naturalnym, który sprawia, że w walce o ograniczone zasoby środowiska przeżywają i rozmnażają się osobniki najlepiej przystosowane; w wyniku doboru naturalnego utrwalają się zestawy genów warunkujących cechy korzystne dla przetrwania w danych warunkach środowiska

dobór sztuczny
dobór sztuczny

selekcja i krzyżowanie osobników o cechach pożądanych przez człowieka; ich celem jest utrwalenie lub wzmocnienie określonych właściwości roślin lub zwierząt; tą drogą powstało wiele odmian roślin i ras zwierząt

iujqk69LEB_d5e502

Podsumowanie

  • Ewolucja biologiczna zachodzi dzięki nadmiernej rozrodczości organizmów, zmienności osobników jednego gatunku, konkurencji o ograniczone zasoby środowiska i selekcji organizmów niedostosowanych.

  • Dobór naturalny zachodzi pod wpływem czynników środowiska – przeżywają i skutecznie się rozmnażają tylko osobniki najlepiej dostosowane, które potrafią zdobyć zasoby konieczne do przeżycia.

  • Dobór sztuczny stosują hodowcy, wybierając do rozrodu osobniki o pożądanych cechach, dzięki czemu powstają nowe rasy zwierząt i odmiany roślin.

  • Powstawanie nowych gatunków jest wynikiem długo trwającej izolacji dwóch lub większej liczby populacji tego samego gatunku, na które działa dobór naturalny.

Praca domowa
Polecenie 5.1

Wyjaśnij, czy cecha korzystna do przetrwania w danym czasie i środowisku okaże się korzystna także w przyszłości.

Polecenie 5.2

Opisz, jak działa dobór naturalny.

Polecenie 5.3

Opisz, na czym polega dobór sztuczny i podaj kilka jego przykładów.

iujqk69LEB_d5e570

Zadania

Ćwiczenie 1
R1PWk2nnhUSbZ1
zadanie interaktywne
Źródło: Alicja Kasińska, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
R1aGZOWEeLuE21
zadanie interaktywne
Źródło: Alicja Kasińska, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
ReXnsj9rZbh3x1
zadanie interaktywne
Źródło: Alicja Kasińska, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 4
RaKpktBF3CGFB1
zadanie interaktywne
Źródło: Alicja Kasińska, licencja: CC BY 3.0.