Współczesna synteza ewolucyjna

Współczesna synteza ewolucyjna dotyczy ewolucji. Wyjaśnia ona, jak odkrycia Gregora Mendla pasują do teorii ewolucji drogą doboru naturalnego Karola Darwina. Mendel odkrył, w jaki sposób dziedziczymy nasze geny.

Do kluczowych biologów, którzy przyczynili się do powstania syntezy należeli: Julian Huxley, Theodosius Dobzhansky, Ernst Mayr, Ronald Fisher, J.B.S. Haldane, Sewall Wright, G.G. Simpson, E.B. Ford, Bernhard Rensch i G. Ledyard Stebbins.

Teoria

Nowoczesna synteza uaktualniła ideę Darwina. Wypełniła ona lukę między różnymi typami biologów: genetykami, przyrodnikami i paleontologami.

Stanowi on, że:

Ewolucja może być wyjaśniona przez to, co wiemy o genetyce i to, co widzimy u zwierząt i roślin żyjących w naturze.
Różnorodność genów (alleli) występujących w naturalnych populacjach jest kluczowym czynnikiem ewolucji.
Dobór naturalny jest głównym mechanizmem zmian. Nawet bardzo niewielka przewaga może być istotna, kontynuowana z pokolenia na pokolenie. Walka o byt zwierząt i roślin w środowisku naturalnym powoduje dobór naturalny. Tylko te, które przeżyją i rozmnożą się, przekazują swoje geny następnemu pokoleniu.
Okazuje się, że siła doboru naturalnego w przyrodzie była większa niż nawet Darwin się spodziewał.
Ewolucja jest stopniowa: następuje selekcja naturalna i gromadzą się małe zmiany genetyczne. Z pokolenia na pokolenie gatunki zmieniają się tylko w niewielkim stopniu. Od czasu do czasu zdarzają się duże zmiany, ale są one bardzo rzadkie. Dryf genetyczny jest zwykle mniej ważny niż dobór naturalny. Może być ważny w małych populacjach.
W paleontologii staramy się zrozumieć zmiany zachodzące w skamieniałościach na przestrzeni czasu. Sądzimy, że te same czynniki, które działają dziś, działały również w przeszłości.
Wraz ze zmianą okoliczności, tempo ewolucji może być szybsze lub wolniejsze, ale przyczyny są takie same.

Koncepcja, że nowe gatunki pojawiają się po rozdzieleniu się populacji jest przedmiotem wielu dyskusji. Izolacja geograficzna często prowadzi do specjacji. W przypadku roślin, poliploidalność musi być uwzględniona w każdym poglądzie na temat specjacji.

"Ewolucja polega głównie na zmianach w częstotliwościach alleli między jednym pokoleniem a drugim".

To pokazuje, jak niektórzy biolodzy widzą syntezę.

Niemal wszystkie aspekty syntezy były niekiedy kwestionowane, z różnym skutkiem. Nie ma jednak wątpliwości, że synteza była wielkim przełomem w biologii ewolucyjnej. Wyjaśniła wiele nieporozumień i była bezpośrednio odpowiedzialna za stymulowanie wielu badań po II wojnie światowej.

Po syntezie

Od czasu syntezy pojawiło się wiele odkryć w naukach o ziemi i biologii. Wymienione tutaj są niektóre z tych tematów, które są istotne dla ewolucyjnej syntezy, i które wydają się solidnie oparte.

Zrozumienie historii Ziemi

Ziemia jest sceną, na której odgrywany jest spektakl ewolucyjny. Darwin studiował ewolucję w kontekście geologii Charlesa Lyella, ale obecnie znamy więcej geologii historycznej.

Wiek Ziemi został skorygowany w górę. Obecnie szacuje się go na 4,56 miliarda lat, co stanowi około jedną trzecią wieku wszechświata. Fanerozoik zajmuje tylko ostatnią 1/9 tego czasu.

Idea dryfu kontynentalnego Alfreda Wegenera została zaakceptowana około 1960 roku. Kluczową zasadą tektoniki płyt jest to, że litosfera istnieje jako oddzielne i odrębne płyty tektoniczne. Płyty te powoli przemieszczają się na leżącej pod nimi astenosferze. Odkrycie to łączy zjawiska takie jak wulkany, trzęsienia ziemi, orogeny i dostarcza danych do wielu pytań paleogeograficznych. Jedno z głównych pytań wciąż pozostaje niejasne: kiedy rozpoczęła się tektonika płyt?

Nasze rozumienie ewolucji atmosfery Ziemi poszło do przodu. Zastąpienie tlenu dwutlenkiem węgla w atmosferze nastąpiło w proterozoiku. Było to prawdopodobnie spowodowane przez sinice, których kolonie skamieniały w postaci stromatolitów. To Wielkie Wydarzenie Utleniające doprowadziło do ewolucji organizmów tlenowych. Doprowadziło też do pierwszych wielkich zlodowaceń.

Geolodzy znaleźli i zbadali skamieniałości życia mikrobowego. Skały te zostały datowane na około 3,465 miliarda lat temu. Walcott był pierwszym geologiem, który zidentyfikował prekambryjskie skamieniałe bakterie, na podstawie mikroskopowego badania cienkich skrawków skał. Uważał on również, że stromatolity są pochodzenia organicznego. Jego pomysły nie były wówczas akceptowane, ale obecnie mogą być doceniane jako wielkie odkrycia.

Informacje o paleoklimatach są coraz bardziej dostępne i wykorzystywane w paleontologii. Jeden z przykładów: w proterozoiku, po wielkiej redukcji _CO2 w atmosferze, miały miejsce masowe epoki lodowcowe. Te epoki lodowcowe były niezmiernie długie i doprowadziły do załamania mikroflory. Zobacz też okres kriogeniczny i Ziemię kuli śnieżnej.

Katastrofizm i masowe wymierania. Nastąpiła częściowa reintegracja katastrofizmu, a znaczenie masowych wymierań w ewolucji na wielką skalę jest obecnie widoczne. Wymierania zaburzają relacje między wieloma formami życia i mogą usuwać formy dominujące oraz wyzwalać przepływ radiacji adaptacyjnej wśród grup, które pozostały. Przyczyny obejmują uderzenia meteorytów (skrzyżowanie K-T; wymieranie w końcu ordowiku); zalewanie prowincji bazaltowych (pułapki dekanalne na skrzyżowaniu K/T; pułapki syberyjskie na skrzyżowaniu P-T); oraz inne, mniej dramatyczne procesy.

Wnioski: Nasza obecna wiedza o historii Ziemi silnie sugeruje, że wielkoskalowe wydarzenia geofizyczne wpłynęły na makroewolucję i megaewolucję. Terminy te odnoszą się do ewolucji powyżej poziomu gatunku, włączając w to takie wydarzenia jak masowe wymieranie, promieniowanie adaptacyjne i główne przejścia w ewolucji.

Odkrycia skamielin

Począwszy od końca XX wieku naukowcy prowadzili wykopaliska w tych częściach świata, które wcześniej były słabo zbadane. Pojawiło się też nowe uznanie dla skamieniałości odkrytych w XIX wieku, ale wtedy niedocenianych. Dokonano wielu wybitnych odkryć, a niektóre z nich mają wpływ na teorię ewolucji.

Odkrycie biota Jehol: dinobiry i wczesne ptaki z dolnej kredy Liaoning, północno-wschodnie Chiny. Dowodzi to, że ptaki rzeczywiście wyewoluowały z koelurozaurów - dinozaurów teropodów.
Studia nad tetrapodami macierzystymi z górnego dewonu.
Wczesne etapy ewolucji wielorybów.
Ewolucja płastug (Pleuronectiformes), takich jak gładzica, sola, turbot i halibut. Ich młode są idealnie symetryczne, ale podczas metamorfozy głowa ulega przemodelowaniu. Jedno oko przesuwa się na drugą stronę, w pobliże drugiego oka. Niektóre gatunki mają oboje oczu po lewej stronie (turbot), niektóre po prawej (halibut, sola); wszystkie żyjące i kopalne płastugi do tej pory mają stronę "oczną" i stronę "ślepą". Darwin przewidział stopniową migrację oka w toku ewolucji, odzwierciedlającą metamorfozę form żywych.
Niedawne badania dwóch gatunków kopalnych z eocenu wykazały, że "składanie planu budowy płastug odbywało się stopniowo i stopniowo". Etapy pośrednie były w pełni zdolne do życia: formy te obejmowały dwa etapy geologiczne i zostały znalezione w miejscach, z których pochodzą również płastugi z pełną asymetrią czaszki. Ewolucja płastug mieści się dokładnie w ramach syntezy ewolucyjnej.

Evo-devo

Ważna praca nad genetyką doprowadziła do nowego podejścia do rozwoju zwierząt. Dziedzina ta nosi nazwę ewolucyjnej biologii rozwoju, w skrócie evo-devo.

Istnieją wyraźne dowody na to, że znaczna część rozwoju jest ściśle kontrolowana przez specjalne systemy genetyczne obejmujące geny hox. W swoim wykładzie noblowskim E.B. Lewis powiedział: "Ostatecznie, porównanie [kompleksów kontrolnych] w całym królestwie zwierząt powinno dać obraz tego, jak organizmy, jak również [geny kontrolne] ewoluowały".

W 2000 roku specjalna sekcja Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) została poświęcona evo-devo, a cały numer Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution z 2005 roku był poświęcony kluczowym tematom evo-devo, takim jak innowacje ewolucyjne i nowości morfologiczne.

Przegląd pola dla ogólnego czytelnika podaje przykłady.