MATERIAŁY Z KURSU KWALIFIKACYJNEGO

Transkrypt

1 Wszystkie materiały tworzone i przekazywane przez Wykładowców NPDN PROTOTO są chronione prawem autorskim i przeznaczone wyłącznie do użytku prywatnego. MATERIAŁY Z KURSU KWALIFIKACYJNEGO

2 E W O L U C J A

3 EWOLUCJA świata organicznego jest to nieodwracalny, historyczny, przebiegający w różnym tempie proces powstawania, zmieniania i różnicowania się grup organizmów, trwający równolegle i zależnie od zmian zachodzących w środowisku i powodujący przystosowanie do owych zmian poprzez wymieranie mniej przystosowanych, a przeżycie bardziej przystosowanych form istot żywych.

4 Ewolucjonizm jest nauką, której przedmiotem badań jest ewolucja organiczna. Ewolucjonizm to nauka zajmująca się całokształtem zagadnień związanych z rozwojem życia na Ziemi. Przedmiotem badań ewolucjonizmu jest ewolucja, oznaczająca proces ciągłych zmian organizmu w kierunku coraz lepszego przystosowania się do środowiska. Zadaniem ewolucjonizmu jest: * ustalanie drzew filogenetycznych (rodowych) dla poszczególnych gatunków, * określanie pochodzenia organizmów, * ustalanie pokrewieństwa między organizmami, * badanie możliwych dróg powstawania życia.

5

6 Dowody ewolucji Dowodami ewolucji nazywamy fakty z różnych dziedzin nauk biologicznych, przemawiające za słusznością ewolucji. Dowody ewolucji podzielono na dwie grupy: dowody bezpośrednie oraz dowody pośrednie. Dowody bezpośrednie Są to dowody, które świadczą o przebiegu ewolucji bezpośrednio. Takimi dowodami są dane paleontologiczne (skamieniałości), analiza których wskazuje na kolejność pojawiania się w historii Ziemi form od najprostszych do coraz bardziej skomplikowanych. Dane paleontologiczne pozwalają śledzić drogi, jakimi przebiegał proces ewolucyjny.

7 Najcenniejszymi dowodami bezpośrednimi są: szczątki kopalne fragmenty organizmów występujących w poprzednich okresach geologicznych. Pozwalają ustalić wygląd oraz poziom rozwoju tych organizmów, odciski powstały jako ślady twardych elementów w miękkim podłożu, odlewy powstały jako odlewo-formy szkieletu, który z czasem był wymyty przez wodę, ślady ruchu ślady odcisku na podłożu piaszczystym lub mulistym, które uległy skamienieniu, kaprolity szczątki odchodów zwierząt, inkuzje zachowanie całych niezmienionych organizmów w bursztynie, lodowcu, iłach z woskiem ziemnym.

8 Do szczególnych dowodów bezpośrednich zaliczają ewolucjoniści organizmy lub ich szczątki stanowiące ogniwa pośrednie między gromadami. Takimi formami pośrednimi są: Ichtiostega stanowi ogniwo pośrednie między rybami i płazami. Seymuria forma pośrednia między płazami i gadami. Archeopteryx praptak, posiadający cechy gadów i płazów. Do dzisiaj żyją formy przejściowe lub występują pojedynczo, tworząc gatunki reliktowe, nazywane inaczej żywymi skamieniałościami. Takimi gatunkami są: Latimeria występuje w Oceanie Indyjskim. Obecnie jedyny gatunek ryb trzonopłetwych. Rogaząb jeden z trzech przedstawicieli ryb dwudysznych, żyjących w wodach słodkich okresowo zanikających. Hatterie gady występujące w Nowej Zelandii. Miłorząb dwuklapowy gatunek liściasty wśród nagonasiennych.

9 Na podstawie dowodów bezpośrednich, ewolucjoniści ustalają chronologię dziejów wykorzystując: metodę fluorową badając zawartość fluoru w szczątkach organicznych, metodę opartą na rozpadzie pierwiastków promieniotwórczych (izotopów). Ta metoda pozwala określić wiek bezwzględny. Badany jest rozpad uranu 238, który trwa 4.51 mld lat; potasu 40 rozpad trwa 1,3 mld lat; węgla 14 rozpad trwa 5,73 tys. lat. metodę opartą na paleomagnetyzmie. Pole magnetyczne Ziemi wielokrotnie ulegało zmianom wywołując zmiany w skałach zawierających żelazo, metodę stratygraficzną pozwalającą ocenić wiek względny. Oparta jest na badaniu skamieniałości przewodnich. Są to organizmy, które żyły krótko na rozległych obszarach. Znajdowane są tylko w pewnych warstwach geologicznych, nie spotyka się tych organizmów w warstwach NPDN PROTOTO wyżej - i niżej leżących.

10 Dowody pośrednie Pozwalają określić przebieg ewolucji oraz wspólne pochodzenie form żywych na podstawie analizy podobieństw istniejących dzisiaj organizmów. Dane z zakresu różnych nauk pozwalają przedstawić dowody pośrednie ewolucji. Dziedziny nauk, z których ewolucjoniści czerpią dowody pośrednie to: biochemia, fizjologia, anatomia, embriologia.

11 Narządy szczątkowe Narządy szczątkowe - u form współczesnych zredukowane, u przodków dobrze rozwinięte narządy. U człowieka narządami szczątkowymi są np. kość ogonowa, zęby mądrości, wyrostek robaczkowy. Obecność narządów szczątkowych byłaby niewytłumaczalna, gdyby organizmy nie zmieniały się w czasie, ponieważ jednak ewolucja miała miejsce logiczne jest ich występowanie. Atawizmy - pierwotne lub wtórne występowanie cechy charakterystycznej dla odległych przodków osobnika. Przykładem atawizmu jest np. odruch czepny u noworodków.

12 Narządy analogiczne Narządy analogiczne to bardzo podobne do siebie narządy, ale nie na skutek wspólnego pochodzenia, ale w skutek pełnienia podobnych funkcji i czynności w organizmie, przykładem jest skrzydło owada i ptaka. Podobna sytuacja mogła zajść w przypadku organizmów bytujących w podobnych siedliskach, ale zupełnie ze sobą nie spokrewnionych, np. delfin mimo, że żyje w wodzie i posiada opływowy kształt ciała nie jest rybą a ssakiem. Narządy analogiczne skrzydło ptaka oraz skrzydło ważki

13 Narządy homologiczne Narządy homologiczne - o wspólnym pochodzeniu i planie budowy, ale różne może być ich wykorzystanie. Przykładem są łuski rogowe u gadów i pióra ptaków. Dla taksonomia ustalenie homologii w budowie jest podstawowym kryterium klasyfikacji do danej grupy systematycznej. Narządy homologiczne szkielety kończyny przedniej kręgowców

14 Anatomia porównawcza Porównanie budowy serca kręgowców (wg Wiśniewski, 1977)

15 Dowody z zakresu biochemii i fizjologii Dowody z zakresu biochemii i fizjologii, wskazujące na pokrewieństwo i wspólne pochodzenie wszystkich organizmów. Przykładami są: uniwersalność kodu genetycznego, zbliżony skład krwi i limfy u wszystkich organizmów, podobna struktura białek. Większość komórek przeprowadza cykl Krebsa, posiada mitochondria i cytochromy. W komórkach eukariotycznych bardzo podobny jest przebieg podziału komórkowego (mitozy). O podobieństwie biochemicznym organizmów świadczy m.in.: identyczna budowa cząsteczek biopolimerów białek,lipidów, węglowodanów, kwasów nukleinowych, ATP; uniwersalny kod genetyczny; przebieg replikacji DNA, transkrypcji RNA i translacji; proces mitozy i mejozy; budowa komórkowa organizmów; te same enzymy katalizujące; przebieg procesu oddychania wewnątrzkomórkowego u organizmów tlenowych; skład chemiczny i pochodzenie chlorofilu oraz hemoglobiny; skład płynów ustrojowych zwierząt; podobieństwo czynników grupowych krwi (AB0 i Rh) u naczelnych; wpływ hormonów na przemianę materii.

16 Dowody z embriologii Dowody z embriologii, czyli z rozwoju zarodka i płodu. Najlepiej znaczenie tego typu dowodów tłumaczy prawo biogenetyczne, mówiące iż w trakcie ontogenezy, czyli rozwoju osobniczego, organizm przechodzi przez główne etapy, które w filogenezie, czyli w rozwoju rodowym przechodził cały ród. Oczywiście w rozwoju osobniczym występują również cechy właściwe tylko zarodkom, związane z przystosowaniem do warunków w jakich występują a nie stwierdzane w rozwoju rodowym. Dodatkowo, wszystkie etapy rozwoju zarodkowego zwierząt (bruzdkowanie, gastrulacja i organogeneza) przebiegają w tej samej kolejności, a z konkretnych listków zarodkowych powstają zawsze konkretne układy i narządy, np. z ektodermy naskórek i układ nerwowy.

17 Teorie ewolucji Idee ewolucyjne (transformistyczne) pojawiały się w czasach starożytnych (u Greków). Jednak do początku XIX wieku panował kreacjonizm. Chrześcijańska wizja pradziejów przyjmowała niezmienność gatunków, podając, że wszystkie formy życia zostały (wg Księgi Rodzaju) stworzone przed kilkoma tysiącami lat przez Boga w ciągu 6 dni.

18 Teoria ewolucji wg J. Lamarcka Teoria J. B. Lamarcka ( ) była pierwszą teorią ewolucji. Jednak nie wzbudziła dużego zainteresowania współczesnych mu przyrodników. Teoria ta zakładała że: * prymitywne formy życia ciągle tworzą się z materii nieożywionej, z organizmów prostych powstają bardziej złożone, które można uszeregować w tzw. drabinę jestestw żywych, * wszystkie organizmy są obdarzone siłą, która prowadzi je do coraz większej złożoności. Teoria wyjaśniała powstawanie adaptacji u zwierząt podając dwa prawa. Pierwsze prawo Lamarcka: narządy używane rozwijają się, a nie używane ulegają redukcji jest to tendencją do postępu. Drugie prawo Lamarcka określa dziedziczenie cech. Według Lamarcka cechy uzyskane poprzez używanie lub nieużywanie mogą być przekazane potomstwu, o ile wystąpią u obojga rodziców. Teoria J. B. Lamarcka obecnie ma tylko historyczne znaczenie. Aktualna teza podana przez tego ewolucjonistę była stwierdzeniem, że organizmy kształtują się pod wpływem środowiska.

19 Teoria ewolucji K. Darwina Nazywana jest teorią doboru naturalnego; została ogłoszona w 1859 roku. Podobne wnioski (pracujący niezależnie) w tym samym czasie wyciągnął A. Wallace. Dlatego teorię doboru naturalnego nazywamy teorią Darwina-Wallace a. Teoria ta zakłada: Gatunki wykazują zmienność osobniczą, czyli każdy osobnik różni się od pozostałych. Zmienność jest przekazywana przez komórki rozrodcze osobnikom potomnym (również cechy nabyte w ciągu życia osobnika). Organizmy charakteryzują się duża rozrodczością, jednak ogólna ilość osobników utrzymuje się na stałym poziomie, ponieważ działają czynniki (abiotyczne i biotyczne) ograniczające wzrost liczebności. Dysproporcja między liczbą powstających w każdym pokoleniu osobników a liczbą tych, które mogą przeżyć i wydać potomstwo stwarza konkurencję nazywaną walką o byt. W warunkach konkurencji zwyciężają te osobniki, które okazują się najlepiej przystosowane do danego środowiska. Jest to dobór naturalny (tzw. selekcja), czyli przetrwanie najstosowniejszego. Zwycięstwo w walce o byt objawia się nie tylko możliwością przeżycia lecz pozostawieniem większej liczby potomstwa. Dobór naturalny nadaje procesom NPDN PROTOTO ewolucyjnym - kierunek zgodny z wymogami środowiska.

20 Karol DARWIN Teoria powstawania nowych gatunków drogą doboru naturalnego (1859): Ponieważ rodzi się więcej organizmów niż jest w stanie przeżyć, organizmy konkurują ze sobą, prowadząc walkę o byt. W procesach rozmnażania przychodzi na świat znacznie więcej organizmów, aniżeli może się wyżywić i utrzymać przy życiu. Cechą charakterystyczną organizmów żywych jest zmienność. Niektóre cechy różniące jedne organizmy od drugich ułatwiają utrzymanie się przy życiu w walce o byt, inne natomiast są niekorzystne i powodują wyeliminowanie nosicieli. W ten sposób przeżywa najlepiej przystosowany, co stanowi istotę doboru naturalnego. Osobniki, które przeżyły rozmnażają się przekazując swoje cechy potomstwu. Dzięki temu z pokolenia na pokolenie następuje coraz lepsze przystosowanie do środowiska. Jeśli środowisko się zmienia, zmieniają się również przystosowania kolejnych pokoleń.

21 Podróż HMS Beagle W połowie lipca 1837 Darwin zaczął prowadzić notatnik "B" zatytułowany Transmutation of Species. Na stronie 36 nad jego pierwszym drzewem ewolucyjnym widnieją słowa I think ("myślę")

22 SYNTETYCZNA TEORIA EWOLUCJI - neodarwinizm - łączy odkrycia genetyki, systematyki i paleontologii w spójną teorię wywodzącą się z teorii Darwina. Syntetyczna teoria ewolucji: Populacje naturalne charakteryzuje zmienność losowa, nieadaptacyjna, której źródłem są mutacje i rekombinacje. Populacje zmieniają się z pokolenia na pokolenie wskutek zmian frekwencji alleli, spowodowanych doborem naturalnym, dryfem genetycznym i przepływem genów. Większość wariantów adaptacyjnych daje niewielki efekt fenotypowy, dlatego obserwowane zmiany są stopniowe. Wzrost różnorodności organizmów zachodzi wskutek specjacji, która polega zwykle na stopniowym powstawaniu izolacji rozrodczej między populacjami. Te same procesy, jeśli trwają dostatecznie długo, powodują tak duże zmiany w organizmach, że istnieją podstawy do nadania im wyższej rangi taksonomicznej (rodzaju, rodziny itd.). Głównym reprezentantem tego kierunku był niemiecki biolog i genetyk August Weismann.

23 Syntetyczna teoria ewolucji (STE) Powstała ok. 100 lat po teorii Darwina. Interpretuje zjawiska ewolucji zgodnie z założeniami genetyki populacyjnej. Za twórców STE uważa się wielu naukowców, który zapoczątkowali oraz rozwinęli ten kierunek ewolucjonizmu. Są to np. R. Fisher, S. Wright. J. Haldon, G. Simpson, J. Huxley, E. Mayr. STE zakłada, że pierwotnym źródłem przemian ewolucyjnych są mutacje. Jednak większość z nich polega na drobnych zmianach, które poprzez rekombinacje genetyczne prowadzą do zgromadzenia dużej zmienności w populacjach. Oznacza to, że różnorodność genetyczna populacji wynika z gromadzenia się alleli powstających w wyniku mutacji. Zaś ewolucja polega na zmianach częstości alleli w kolejnych pokoleniach. Według STE, jednostką dziedziczności jest gen, który jest nośnikiem innowacji (ulega mutacji). Natomiast obiektem ewolucji jest populacja (nie gen, ani osobnik), w której dobór naturalny powoduje zmiany w składzie genetycznym puli genowej.

24 Prawidłowości ewolucji Ewolucja charakteryzuje się pewnymi cechami, które nazwano prawidłowościami. Nie można ich traktować na równi z prawami np. fizyki gdyż odnoszą się do procesów mniej regularnych i mają charakter opisowy pozwalający uchwycić pewne często powtarzające się tendencje ewolucyjne. Jednak prawidłowości te nie dają możliwości przewidywania przyszłej drogi ewolucyjnej danej linii rodowej. Postępowość jest rozwojem prowadzącym do doskonalenia organizmu. Celem doskonalenia jest podwyższenie poziomu wydajności biologicznej organizmów, prowadzące do lepszego opanowania środowiska albo uniezależnienia się od jego wpływów. Niektórzy ewolucjoniści za miarę postępowości grupy gatunku uważają: - występowanie licznych odmian w obrębie gatunku - dużą rozmaitość opanowanych środowisk, - obfitość gałęzi ewolucyjnych, jakie grupa ta wydała w historii Ziemi. Postępowość to morfo-fizjologiczne zmiany prowadzące do komplikowania lub uwsteczniania budowy i funkcji narządów. Nieodwracalność. W ewolucji nie występuje proces powrotu do form pierwotnych. Nawet jeśli zmieni się środowisko, przyjmując cechy pierwotnego, to i tak ewolucja ma charakter postępowy. Kierunkowość. Kierunek ewolucji jest związany z postępowością. Ewolucja może być jednokierunkowa albo wielokierunkowa. Tempo. Jest to szybkość przebiegu ewolucji. Na tempo ewolucji wpływa wiele czynników. Są to: częstość zachodzenia mutacji, długość życia osobników, rekombinacje genetyczne, wielkość populacji, wpływ innych organizmów na populacje, a przede wszystkim szybkość zmian w środowisku. Poszczególne grupy systematyczne pojawiły się w pewnym okresie historii Ziemi, jednak po jakimś czasie wymarły, inne trwają do dziś. Ta różnica wynika z umiejętności przystosowania się do zmian zachodzących w środowisku. NPDN Umiejętność PROTOTO - oraz szybkość przystosowania grup systematycznych jest różna, dając szansę - B.Hucaluk-Pacek przeżycia lub wyginięcia.

25 Mechanizmy ewolucji - czynniki wywołujące proces ewolucji organizmów Zmienność genetyczna pierwotna - powstająca w wyniku mutacji - jej efektem są nowe warianty genów (allele) Zmienność wtórna - powstająca w wyniku rekombinacji - jej efektem są nowe genotypy (nowe zestawy alleli) Dziedziczenie Zjawiska losowe - dryf genetyczny - zmiana frekwencji poszczególnych alleli wywołuje proces ewolucji w obrębie populacji tego samego gatunku. Dobór naturalny = selekcja - prowadzi do zmian przystosowawczych powodujących, że zmienność określonej populacji odpowiada wymogom środowiska, które ta populacja zajmuje; prowadzi zatem do powstania zróżnicowania genetycznego między populacjami.

26 Dobór naturalny Dobór naturalny określany jest jako selekcja. Eliminuje z populacji osobniki o niepożądanych cechach, pozostawiając przy życiu osobniki najlepiej przystosowane. Prowadzenie selekcji przez człowieka nazywamy selekcją sztuczną. Warunkiem działania selekcji jest występowanie zmienności genetycznej w populacji. Selekcja bezpośrednio działa na fenotypy, ale pośrednio wpływa na genotyp. Wyróżniamy trzy typy selekcji: selekcja stabilizująca nazywana normalizującą. Faworyzowane są cechy o wartościach średnich dla danej populacji, a eliminowane cechy skrajne. Ta selekcja działa w populacji, która: - żyje w nie zmieniających się warunkach, - osiągnęła wysoki poziom przystosowania, w której zmienność genetyczna utrzymywana jest na stałym poziomie i nie prowadzi do zmian ewolucyjnych. selekcja kierunkowa faworyzuje cechy o wartościach odbiegających od aktualnej średniej dla danej populacji. Selekcja ta powoduje przesunięcie średniej wartości cechy w określonym kierunku. W czasie działania tej selekcji maleje zmienność genetyczna populacji. selekcja rozdzielająca nazywana różnicującą, faworyzuje równocześnie dwie różne wartości cechy, odbiegające od aktualnej średniej dla danej populacji. Następuje selekcja form pośrednich. Taki typ selekcji działa w populacji zasiedlającej niejednorodne środowisko, powodując rozbicie populacji na jednostki dobrze przystosowane do poszczególnych siedlisk. Populacja charakteryzuje NPDN się wysoką PROTOTO zmiennością - genetyczną.

27

28 Dryf genetyczny Dryf genetyczny oznacza nieregularne wahania częstości występowania genów. Dotyczy małych populacji, w których może doprowadzić do całkowitej eliminacji jednego z alleli doprowadzając do homozygotyczności. Dryf powoduje przypadkowe zmiany rozkładu cech. Przykładem dryfu genetycznego jest efekt założyciela, który oznacza małą populację powstałą z osobników wyjściowych, tzw. założycieli. Powstała populacja odbiega pod względem składu genetycznego od populacji macierzystej, ponieważ osobniki wyjściowe (tzw. założyciele) zawierają tylko część puli genowej populacji.

29 Mutacje W populacji wszystkie występujące osobniki tworzą pulę genową, czyli sumę wszystkich genów na wszystkie cechy populacji. Podłożem ewolucji są zmiany w puli genowej populacji. Zmiany te następują w wyniku: - mutacji, polegającej na nagłej zmianie materiału genetycznego (genie, chromosomie). Powstają nowe odmiany genu (allele), a w konsekwencji nowe gatunki tworzące się w wyniku działania selekcji faworyzującej mutacje korzystne, - w wyniku napływu nowych genów z innej populacji. Zmiany w materiale genetycznym powodują tworzenie nowych odmian, gatunków. Są przyczyną ewolucji.

30 Izolacje Odgrywają ważną rolę w ewolucji organizmów. Są warunkiem powstawania nowych gatunków. Izolacje ograniczają krzyżowanie się populacji uniemożliwiając przepływ genów między nimi. Istnieją różne typy izolacji: Izolacja geograficzna powoduje oddzielenie przestrzenne populacji barierami zewnętrznymi (morze, góry). Izolacja rozrodcza powoduje oddzielenie populacji barierami wewnętrznymi, wynikającymi z budowy, fizjologii oraz trybu życia. Istnieje szereg czynników izolacji rozrodczej działających na różnych etapach rozrodu. Są to: izolacja siedliskowa partnerzy są przystosowani do innych siedlisk, izolacja sezonowa partnerzy mają inną porę rozrodu, izolacja mechaniczna różnice w budowie narządów rozrodczych.

31 Drogi powstawania gatunków Gatunek jest podstawową jednostką klasyfikacji organizmów, stanowi zbiór osobników podobnych do siebie (w takim stopniu, w jakim podobne jest potomstwo tych samych rodziców), swobodnie się krzyżujących, wydających na świat płodne potomstwo. Osobniki tworzące gatunek podlegają ewolucji. Najczęściej różnicują się na jednostki podrzędne nazywane odmianami, rasami. Tworzenie nowych gatunków specjacja odbywa się w wyniku specjacji właściwej, polegającej na zwiększaniu się liczby gatunków przez wyodrębnienie się jednego lub kilku gatunków z gatunku istniejącego. Gatunek wyjściowy istnieje nadal lub zanika. Powstanie nowych gatunków w wyniku specjacji właściwej następuje pod wpływem izolacji geograficznej, a następnie rozrodczej. Proces ten dotyczy powstawania gatunków z populacji izolowanych przestrzennie, oddzielonych od siebie barierami takimi jak: łańcuchy górskie, morza, strefy klimatyczne. Izolacja może powstać również w wyniku migracji grupy osobników na nowe tereny (np. wyspa) lub wytworzenie barier na terenie zamieszkiwanym przez dany gatunek, powodując rozbicie go na populację. Każda z izolowanych populacji przystosowuje się na drodze selekcji (doboru naturalnego) do innych warunków środowiskowych, a ostatecznie doprowadzi do różnic genetycznych między populacjami i powstania nowego gatunku. Specjacja filetyczna natomiast polega na przekształceniu się istniejącego gatunku w inny gatunek. Zmiany zachodzą stopniowo NPDN w warunkach PROTOTO względnie - stałego środowiska.

32 Powstanie wszechświata Żyjemy w ciągle zmieniającym się wszechświecie złożonym z miliardów populacji gwiazd zwanych galaktykami. Obecnie istnieje kilka hipotez dotyczących powstania wszechświata. Hipoteza wybuchu (opisana przez G. Gamowa) nazywana Big-Bang. Według tej hipotezy świat powstał ok miliardów lat temu w czasie nieprawdopodobnie wielkich eksplozji pierwotnego atomu. Ten jeden punkt rozszerzył się w cały wciąż rosnący wszechświat. Wówczas w miliardowej części sekundy powstały: przestrzeń, czas i materia, rządzące się określonymi prawami. W ułamku sekundy powstała materia pod postacią różnych izotopów wodoru (prot, deuter, tryt). Siły wzajemnego przyciągania atomów wodoru powodowały powstanie obłoków tego gazu (o średnicy miliardów kilometrów), które dzięki oziębianiu, kondensacji i siły przyciągania kurczyły się. Masa zapadających się obłoków powodowała powstanie w ich centrum wielkich ciśnień i wysokiej temperatury. Wyzwalało się dużo energii jądrowej pod postacią ciepła i światła, a gazowa kula tworzyła gwiazdę. Izotopy wodoru tworzyły hel, który w panujących warunkach ulegał dalszym przekształceniom tworząc: węgiel, neon, sód, magnez, glin. Powstałe pierwiastki łączyły się z obłokami wodorowego pyłu tworząc zaczyn dla nowych gwiazd i planet. Hipoteza ekspansji kontrakcji. Opisuje wszechświat jako twór pulsujący, który po okresie rozszerzania rozpocznie etap kurczenia. Hipoteza statyczna przedstawia wszechświat, w którym materia wciąż powstaje. Wszechświat przez cały czas rozszerza się, ale zagęszczenie w nim materii pozostaje takie samo.

33 Już od dawna ludzie zastanawiali się, skąd pochodzi życie. Powstawały różne wyjaśnienia tego procesu: Życie jest nadprzyrodzonym aktem stworzenia kreacjonizm. Powstaje nagle, spontanicznie z substancji nieożywionej proces nazwano samorództwem. Życie pochodzi z kosmosu, z którego w gotowej formie i postaci dostało się na Ziemię. Dopiero pod koniec XIX wieku grupa chemików i przyrodników zaczęła zastanawiać się nad możliwością powstania związków organicznych z prostych nieorganicznych. Wcześniej uważano, że związki organiczne mogą być wytwarzane jedynie przez organizmy żywe. W tym czasie F. Wohler w warunkach laboratoryjnych wytworzył pierwszy związek organiczny (mocznik). Kolejnym etapem w wyjaśnianiu tworzenia życia była hipoteza A. J. Oparina (1922 r.), w której radziecki biochemik wyjaśnia tworzenie pierwszych związków organicznych na Ziemi z prostych związków węgla: CO2 i CH4 (metan). Ponieważ pierwotna atmosfera zawierała: CO2, amoniak, parę wodną oraz była pod wpływem promieniowania nadfioletowego, zaczęły się tworzyć różnorodne związki organiczne. Dużą rolę w przekształcaniu prostych związków organicznych w związki bardziej złożone odegrała energia słoneczna pod postacią promieniowania ultrafioletowego i ciepła. Podobne znaczenie miały wyładowania elektryczne, promieniowanie kosmiczne oraz energia pochodząca z rozpadu izotopów promieniotwórczych. Przeprowadzono w różnych laboratoriach doświadczenia symulujące warunki panujące w początkowych etapach istnienia planety (pierwsze takie doświadczenie wykonał Muller). Doświadczenia dowiodły powstanie około 100 związków (o różnym stopniu złożoności) organicznych z nieorganicznych. Takie pierwotne agregaty cząsteczek białka otoczone kroplami tłuszczu nazwano koacerwatami. Następnie tworzyły one mikroskopijne kulki tzw. mikrosfery, posiadające zdolność wchłaniania pewnych substancji ze środowiska. Wchłonięte substancje mogły następnie podlegać różnym reakcjom chemicznym. Powstały protobionty, pierwsze struktury ponadcząsteczkowe. Pierwsze żywe organizmy powstały jako jednokomórkowe heterotroficzne prokarionty około 3 miliardów lat temu (znaleziono skamieniałe organizmy podobne do bakterii na terenie Afryki Południowej). Kolejne zmiany polegały na wytworzeniu organizmów fotosyntetyzujących, które zaczęły wytwarzać tlen cząsteczkowy gromadzący się w atmosferze (około 2 miliardów lat temu). Prawdopodobnie około 1 miliarda lat NPDN temu powstały PROTOTO organizmy, - które można uznać za komórki, ponieważ otoczone były błoną komórkową i zawierały - B.Hucaluk-Pacek jądro komórkowe.

34 Doświadczenie Muller a

35 Etapy antropogenezy Ewolucja człowieka przebiegała w ciągu ostatniego miliona lat. Człowiek pochodzi od grupy lądowych nadrzewnych ssaków, żyjących na terenie Afryki. Zwierzęta te żyły wśród drzew i poruszały się ruchem wahadłowym, przenosząc się z gałęzi na gałąź za pomocą rąk. W toku dalszej ewolucji potomkowie tych zwierząt, nazywani prokonsulami (osobnik wielkości pawiana), rozpoczęli życie na ziemi dając początek grupie organizmów o niezwykle powiększonym mózgu. Był to przodek człowieka, tzw. ramapitek. Występował na bardzo rozległych terenach ok milionów lat temu. Miał silnie umięśnione żuchwy, zredukowane kły. Żył na sawannach lub w laso-sawannach. Przednie kończyny wykorzystywał do polowań, obrony. Kolejnym osobnikiem w rozwoju człowieka był australopitek żył ok. 2 milionów lat temu, prawdopodobnie w jaskiniach. Miał wyprostowaną postawę. Jego twarz była krótka, szeroka z cofniętym czołem. Przednie zęby drobne. Produkował prymitywne narzędzia z kości, kamieni. Homo habilis to tzw. człowiek zręczny. Dał początek homo erectusowi, nazywanemu pitekantropem. Miał całkowicie wyprostowaną postawę ciała. Jego twarz pozbawiona podbródka była wysunięta ku przodowi. Posiadał nad oczodołami ciężki wał kostny. Żył na terenach stepowo-leśnych. Zakładał obozowiska, rozniecał ogień. Posługiwał się mową artykułowaną. Następnie był homo sapiens neandertalens, tzw. neandertalczyk. Tworzył społeczeństwa składające się z małych grup rodzinnych. Miał postawę ciała wyprostowaną. Żył w jaskiniach. Korzystał z ognia. Wytwarzał urozmaicone narzędzia, zajmował się łowiectwem. Zauważalne były u niego zaczątki kultury oraz praktyk medycznych. Grzebał zwłoki bliskich. Około 300 tys. lat temu nagle wyginął. Kromańczyk żył współcześnie z neandertelczykami, prawdopodobnie przyczyniając się do ich wyginięcia. Charakteryzował się kształtem twarzy zbliżonym do współczesnego człowieka, długą czaszką bez łuków brwiowych, wysokim czołem. Tworzył narzędzia z kości, kamieni, liczne ozdoby oraz ubrania. Kromańczyk był bezpośrednim przodkiem homo sapiens sapiens (człowieka współczesnego). Homo sapiens sapiens człowiek współczesny żyjący od 45 tys. lat temu do dziś. Cechy ludzkie pionowa postawa ciała (kręgosłup ma wygięcie lędźwiowe, powodując ułożenie środka ciężkości nad miednicą) rozwój mózgo- i trzewioczaszki, która tworzy twarzoczaszkę z żuchwą zawierającą brodę, redukcja łuków brwiowych, redukcja szczęk ukształtowanie uzębienia umożliwiającego spożywanie pokarmu roślinnego i zwierzęcego używanie rąk do pracy i manipulacji korzystanie z mowy artykułowanej myślenie abstrakcyjne pozwalające na pracę twórczą. Powstały odmiany (rasy) gatunku homo sapiens. Wyróżniamy: rasę białą ma skórę różowobiałą lub żółtawobiałą; włosy proste lub kręcone, jasne lub ciemne; wąski nos; silne rzeźbiony profil twarzy; usta wąskie. rasę żółtą ma skórę żółtawobiałą lub beżowożółtą; włosy proste, ciemne, grube; profil twarzy płaski; grubą podściółkę tłuszczową w pobliżu powiek, małe oczy, rasę czarną ma skórę ciemną; włosy wełniste czarne; nos szeroki, krótki o dużych nozdrzach; grube, mięsiste usta; w profilu twarzy wysunięte szczęki.

36

37 BIOGENEZA - proces powstawania życia na Ziemi. Etapy powstawania życia na Ziemi (uczniowie bardzo chętnie słuchają i dzielą się swoją wiedzą (lub zbiorami) na ten temat Ewolucja prebiologiczna - abiogenna synteza prostych związków organicznych. Powstawanie polimerów prostych związków (powstawanie układów złożonych: polisacharydy, białka, kwasy nukleinowe) Powstanie struktur błoniastych oddzielających makrocząsteczki od środowiska - powstanie prakomórki - zapewnienie mikrośrodowiska dla przebiegu specyficznych reakcji chemicznych charakterystycznych dla systemów ożywionych. Powstanie aparatu genetycznego - możliwość powielania pierwotnych kwasów nukleinowych i pierwotnych polipeptydów w warunkach abiotycznych i możliwość przekazywania informacji umożliwiającej powielanie komórki. Powstanie mechanizmu dostarczającego energii.

38 Etapy ewolucji organizmów na kuli ziemskiej Życie na planecie mogło powstać dopiero po zaistnieniu odpowiednich warunków. Organizmy przeszły przemiany ewolucyjne od form najprostszych do wysoko zorganizowanych oraz rozumnych (człowiek). Dowody na istnienie kolejnych etapów ewolucji organizmów można znaleźć wśród skamieniałości oraz żyjących reliktów. Dzięki nim można odtworzyć kolejne etapy rozwoju organizmów na Ziemi. Kolejne etapy rozwoju organizmów podzielono na ery oraz okresy, w których przedstawiono rozwój roślin i zwierząt. Rozwoje tych grup nie pokrywają się ze sobą, Etapy rozwoju świata roślin: Pierwszą erą, w której istniały rośliny była: era eofityczna trwała od powstania życia do 415 milionów lat temu. Występowały bakterie, sinice, glony, era paleofityczna od mln lat temu; pierwsze rośliny lądowe, psylofity, mchy, rozwój paprotników, era mezofityczna od milionów lat temu; rozwój roślin nagonasiennych (od nasiennych, paprotników do iglastych), pojawienie się roślin kwiatowych, era kenofityczna od 100 milionów lat temu do dzisiaj; rozwój okrytonasiennych Etapy rozwoju świata zwierząt: Era prekambryjska 3,5 miliarda do 570 milionów lat temu; powstają organizmy jedno-, wielokomórkowe, bezkręgowce. Era paleozoiczna od mln lat temu; bezkręgowce, pierwsze ryby, płazy, owady, gady. Era mezozoiczna od milionów lat temu; rozkwit gadów, pierwsze ssaki, ptaki. Era kenozoiczna od 65 mln lat temu do dnia dzisiejszego; rozwój ssaków, owadów, małych gadów, rozwój człowieka.

39

40

41 * Wybierz, które pary są narządami homologicznymi, a które analogicznymi: A. skrzydło bociana - skrzydło ważki B. oko ośmiornicy - oko okonia C. skrzydło nietoperza - płetwa wieloryba D. cierń kaktusa - kolec róży E. kończyna grzebiąca kreta - kopyto konia * Ewolucjonizm to: A. Teoria wedle, której życie powstało z materii nieożywionej i w miarę rozmnażania uległo przemianom do różnych gatunków, w tym człowieka. B. Wniosek z naukowego doświadczenia Darwina potwierdzony niezbywalnymi dowodami. C. Nauka o życiu i przeobrażaniu gatunków D. Założenie, że w miarę upływu czasu człowiek w istotny sposób zaczyna stopniowo odróżniać się od małpy PODSUMOWANIE * Dopasuj rodzaj doboru do charakterystyki: 1. Ten typ doboru eliminuje z populacji osobniki nieprzystosowujące się do zmian zachodzących w środowisku. 2. Ten typ doboru eliminuje osobniki o średnim natężeniu cechy 3. Ten typ doboru faworyzuje fenotypy, które najlepiej przystosowują się do zmian. 4. Ten typ doboru powoduje przesunięcie rozkładu częstości cechy w stronę jednej z wartości skrajnych. Do wyboru: kierunkowy, różnicujący, selekcyjny, stabilizujący * Podstawową naturalną jednostką życia na Ziemi jest: a) królestwo b) typ c) rodzaj d) gatunek * Bezpośrednich danych pozwalających wnioskować o ewolucji dostarcza: a) paleontologia b) embriologia c) fizjologia i biochemia NPDN PROTOTO d) - taksonomia

42 Literatura: Ewa Pyłka-Gutowska Biologia. Vademecum Maturzysty ; Wydawnictwo Oświata ; Warszawa 2002; Henryk Wiśniewski Biologia dla klas III liceum ogólnokształcącego o profilu podstawowym i biologiczno-chemicznym, AGMEN; Warszawa E. P. Salomon, C. A. Ville i inni Biologia ; MULTICO Oficyna Wydawnicza; Warszawa P. Hoser Anatomia i fizjologia człowieka ; WSiP; Warszawa 1995 A. Rajski Zoologia Tom 1 i 2; PWN; Warszawa 1994 W. Czechowski, W. Gajewski, G. Garbaczewska, E. Nowakowski, P. Trojan, Z. Starcik BIOLOGIA ; Państwowe wydawnictwo Rolnicze i Leśne; Warszawa 1989 Zasoby Internetu