معلومة

هياكل متشابهة تحت لامارك

هياكل متشابهة تحت لامارك



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

قرأت أن نظرية لامارك لا تشرح البنى المتماثلة.

لكن ماذا عن الافتراضات التالية في ظل نظريات لامارك:

  • يطور السكان التكيف مع بيئتهم
  • جزء من السكان الذين تم تكييفهم يبتعدون
  • يتم نقل التكيف إلى نسل السكان
  • جميع نسل السكان الأصليين لديهم التكيف ، بغض النظر عما إذا كان أسلافهم قد ابتعدوا أم لا

أليس هذا التكيف هو بنية متجانسة؟


أتفق معك في أنني لا أستطيع أن أفهم لماذا لا تستطيع فرضية لامارك تفسير وجود بنى متماثلة.

الرابط الذي تقدمه يدعي أيضًا أن فرضية Larmarck ستفشل في تفسير "أنماط التنوع الجغرافي الحيوي". في حين أن هذا التعبير غامض بعض الشيء ، إلا أنني سأفشل في فهم سبب فشل فرضية لامارك في تفسير أنماط التنوع البيولوجي الجغرافي.

تشير صياغة السيناريوهات الخاصة بك (غياب مصطلح الانتواع اللوبي ، استخدام مصطلح "يطور" بدلاً من "يتطور" من مجرد "يتكيف") إلى أنك قد تستفيد من دورة تمهيدية في علم الأحياء التطوري مثل ما هو قصير وجيد دورة من جامعة كاليفورنيا في بيركلي تسمى فهم التطور


18.1 فهم التطور

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • صف كيف طور العلماء نظرية التطور الحالية
  • حدد التكيف
  • اشرح التطور المتقارب والمتشعب
  • وصف الهياكل المتجانسة والأثرية
  • ناقش المفاهيم الخاطئة حول نظرية التطور

يصف التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي آلية لكيفية تغير الأنواع بمرور الوقت. قدم العلماء والفلاسفة والباحثون وغيرهم اقتراحات وناقشوا هذا الموضوع قبل أن يبدأ داروين في استكشاف هذه الفكرة. أكد الفيلسوف اليوناني الكلاسيكي أفلاطون في كتاباته أن الأنواع كانت ثابتة ولا تتغير ، ومع ذلك كان هناك أيضًا يونانيون القدماء الذين عبروا عن أفكار تطورية. في القرن الثامن عشر ، أعاد عالم الطبيعة جورج لويس لوكليرك كونت دي بوفون تقديم أفكار حول تطور الحيوانات ولاحظ أن المناطق الجغرافية المختلفة لها مجموعات نباتية وحيوانية مختلفة ، حتى عندما تكون البيئات متشابهة. تقبل البعض في هذا الوقت أيضًا وجود أنواع منقرضة.

خلال القرن الثامن عشر أيضًا ، اقترح جيمس هوتون ، الجيولوجي وعالم الطبيعة الاسكتلندي ، أن التغيير الجيولوجي حدث تدريجيًا من خلال تراكم التغييرات الصغيرة من العمليات التي تعمل اليوم على مدى فترات طويلة من الزمن. يتناقض هذا مع الرأي السائد بأن جيولوجيا الكوكب كانت نتيجة لأحداث كارثية حدثت خلال ماض قصير نسبيًا. قام عالم الجيولوجيا في القرن التاسع عشر تشارلز لايل بنشر وجهة نظر هوتون. صديق داروين. كانت أفكار ليل مؤثرة على تفكير داروين: أعطت فكرة ليل عن عمر الأرض الأكبر مزيدًا من الوقت للتغيير التدريجي في الأنواع ، وقدمت عملية التغيير تشبيهًا لهذا التغيير. في أوائل القرن التاسع عشر ، نشر جان بابتيست لامارك كتابًا يشرح بالتفصيل آلية التغيير التطوري. نشير الآن إلى هذه الآلية على أنها وراثة للخصائص المكتسبة التي تسبب البيئة من خلالها تعديلات في الفرد ، أو يمكن للنسل استخدام أو عدم استخدام بنية خلال حياته ، وبالتالي إحداث تغيير في النوع. في حين أن الكثيرين فقدوا مصداقية هذه الآلية للتغيير التطوري ، كان لأفكار لامارك تأثير مهم على الفكر التطوري.

تشارلز داروين والاختيار الطبيعي

في منتصف القرن التاسع عشر ، قام اثنان من علماء الطبيعة ، تشارلز داروين وألفريد راسل والاس ، بوضع تصور للآلية الفعلية للتطور ووصفها بشكل مستقل. الأهم من ذلك ، قضى كل عالم طبيعي وقتًا في استكشاف العالم الطبيعي في رحلات استكشافية إلى المناطق الاستوائية. من 1831 إلى 1836 ، سافر داروين حول العالم هـ. بيجل، بما في ذلك المحطات في أمريكا الجنوبية وأستراليا والطرف الجنوبي من إفريقيا. سافر والاس إلى البرازيل لجمع الحشرات في غابات الأمازون المطيرة من 1848 إلى 1852 وإلى أرخبيل الملايو من 1854 إلى 1862. وشملت رحلة داروين ، مثل رحلات والاس اللاحقة إلى أرخبيل الملايو ، محطات توقف في العديد من سلاسل الجزر ، وآخرها جزر غالاباغوس غرب الاكوادور. في هذه الجزر ، لاحظ داروين أن أنواعًا من الكائنات الحية في جزر مختلفة كانت متشابهة بشكل واضح ، ومع ذلك كانت لها اختلافات واضحة. على سبيل المثال ، تتكون العصافير الأرضية التي تعيش في جزر غالاباغوس من عدة أنواع ذات شكل منقار فريد (الشكل 18.2). كان للأنواع الموجودة على الجزر سلسلة متدرجة من أحجام وأشكال المنقار مع اختلافات صغيرة جدًا بين الأنواع الأكثر تشابهًا. لاحظ أن هذه العصافير تشبه إلى حد بعيد نوعًا آخر من العصافير في البر الرئيسي لأمريكا الجنوبية. تخيل داروين أن الأنواع الجزرية قد تكون من الأنواع المعدلة من أحد الأنواع الأصلية في البر الرئيسي. بعد إجراء مزيد من الدراسة ، أدرك أن مناقير كل عصفور تساعد الطيور في الحصول على نوع معين من الطعام. على سبيل المثال ، تحتوي العصافير التي تأكل البذور على مناقير أقوى وأكثر سمكًا لتكسير البذور ، كما أن العصافير الآكلة للحشرات تحتوي على مناقير تشبه الرمح لطعن فرائسها.

لاحظ كل من والاس وداروين أنماطًا متشابهة في الكائنات الحية الأخرى وطوروا بشكل مستقل نفس التفسير لكيفية ولماذا يمكن أن تحدث مثل هذه التغييرات. أطلق داروين على هذه الآلية الانتقاء الطبيعي. الانتقاء الطبيعي ، أو "البقاء للأصلح" ، هو التكاثر الأكثر غزارة للأفراد ذوي الصفات المواتية التي تنجو من التغير البيئي بسبب تلك السمات. هذا يؤدي إلى التغيير التطوري.

على سبيل المثال ، لاحظ داروين وجود مجموعة من السلاحف العملاقة في أرخبيل غالاباغوس ذات أعناق أطول من تلك التي تعيش في الجزر الأخرى ذات الأراضي المنخفضة الجافة. تم "اختيار" هذه السلاحف لأنها تستطيع الوصول إلى أوراق أكثر والوصول إلى طعام أكثر من تلك ذات الأعناق القصيرة. في أوقات الجفاف التي يتوفر فيها عدد أقل من الأوراق ، فإن تلك التي يمكن أن تصل إلى عدد أكبر من الأوراق لديها فرصة أفضل للأكل والبقاء على قيد الحياة من تلك التي لا تستطيع الوصول إلى مصدر الغذاء. وبالتالي ، من المرجح أن تكون السلاحف طويلة العنق أكثر نجاحًا في الإنجاب وتمرير سمة العنق الطويلة إلى نسلها. بمرور الوقت ، فقط السلاحف طويلة العنق ستكون موجودة في السكان.

جادل داروين بأن الانتقاء الطبيعي كان نتيجة حتمية لثلاثة مبادئ تعمل في الطبيعة. أولاً ، إن معظم خصائص الكائنات الحية موروثة ، أو تنتقل من الأب إلى الأبناء. على الرغم من عدم معرفة أحد ، بما في ذلك داروين ووالاس ، كيف حدث هذا في ذلك الوقت ، فقد كان فهمًا مشتركًا. ثانيًا ، يتم إنتاج نسل أكثر مما يستطيع البقاء على قيد الحياة ، لذا فإن موارد البقاء والتكاثر محدودة. القدرة على التكاثر في جميع الكائنات الحية تفوق توافر الموارد لدعم أعدادهم. وبالتالي ، هناك منافسة على هذه الموارد في كل جيل. جاء فهم كل من داروين ووالاس لهذا المبدأ من قراءة مقال الاقتصادي توماس مالتوس الذي شرح هذا المبدأ فيما يتعلق بالسكان البشريين. ثالثًا ، يختلف النسل فيما بين بعضهم البعض فيما يتعلق بخصائصهم وتلك الاختلافات موروثة. استنتج داروين ووالاس أن النسل ذو الخصائص الموروثة التي تسمح لهم بالمنافسة بشكل أفضل على الموارد المحدودة سيبقون على قيد الحياة ويكون لديهم ذرية أكثر من أولئك الأفراد الذين لديهم اختلافات أقل قدرة على المنافسة. لأن الخصائص موروثة ، سيتم تمثيل هذه السمات بشكل أفضل في الجيل القادم. سيؤدي هذا إلى تغيير في السكان عبر الأجيال في عملية أطلق عليها داروين اسم النسب مع التعديل. في النهاية ، يؤدي الانتقاء الطبيعي إلى تكيف أكبر للسكان مع بيئتهم المحلية. إنها الآلية الوحيدة المعروفة للتطور التكيفي.

في عام 1858 ، قدم داروين والاس (الشكل 18.3) أوراقًا في جمعية لينيان بلندن ناقشت فكرة الانتقاء الطبيعي. كتاب داروين العام التالي ، حول أصل الأنواع، تم نشره. أوجز كتابه بتفصيل كبير حججه للتطور عن طريق الانتقاء الطبيعي.

من الصعب ويستغرق وقتًا طويلاً توثيق وتقديم أمثلة للتطور عن طريق الانتقاء الطبيعي. تعد عصافير غالاباغوس مثالاً ممتازًا. درس بيتر وروزماري جرانت وزملاؤهما مجموعات عصفور غالاباغوس كل عام منذ عام 1976 وقدموا أدلة مهمة على الانتقاء الطبيعي. وجد برنامج المنح تغيرات من جيل إلى آخر في توزيع شكل المنقار مع طائر الحسون الأرضي المتوسط ​​في جزيرة دافني ميجور في غالاباغوس. لقد ورثت الطيور تباينًا في شكل منقارها مع وجود فواتير عميقة لدى البعض منها ، بينما يمتلك البعض الآخر منقارًا أرق. خلال الفترة التي كان هطول الأمطار فيها أعلى من المعتاد بسبب ظاهرة النينيو ، كان هناك نقص في البذور الصلبة الكبيرة التي أكلتها الطيور ذات المنقار الكبير ، ومع ذلك ، كان هناك وفرة من البذور الرخوة الصغيرة التي أكلتها الطيور صغيرة المنقار. . لذلك ، كانت الطيور ذات المنقار الصغيرة قادرة على البقاء والتكاثر. في السنوات التي أعقبت ظاهرة النينيو ، قام برنامج المنح بقياس أحجام المنقار لدى السكان ووجدوا أن متوسط ​​حجم الفاتورة كان أصغر. نظرًا لأن حجم الفاتورة هو سمة موروثة ، فإن الآباء الذين لديهم فواتير أصغر لديهم نسل أكبر وتطورت الفاتورة إلى حجم أصغر بكثير. مع تحسن الظروف في عام 1987 وأصبحت البذور الأكبر متوفرة بشكل أكبر ، توقف الاتجاه نحو متوسط ​​حجم الفاتورة الأصغر.

الاتصال الوظيفي

عالم أحياء ميداني

كثير من الناس يتنزهون أو يستكشفون الكهوف أو يغوصون أو يتسلقون الجبال للاستجمام. غالبًا ما يشارك الناس في هذه الأنشطة أملاً في رؤية الحياة البرية. يمكن أن يكون الاستمتاع بالخارج أمرًا ممتعًا ومنشطًا بشكل لا يصدق. ماذا لو استلزم عملك العمل في البرية؟ يعمل علماء الأحياء الميدانيون بالتعريف في الهواء الطلق في "المجال". يشير مصطلح الحقل في هذه الحالة إلى أي مكان في الهواء الطلق ، حتى تحت الماء. يركز عالم الأحياء الميداني عادةً على البحث على نوع معين أو مجموعة من الكائنات الحية أو موطن واحد (الشكل 18.4).

يتضمن أحد أهداف العديد من علماء الأحياء الميدانيين اكتشاف أنواع جديدة غير مسجلة. لا تعمل هذه النتائج فقط على توسيع فهمنا للعالم الطبيعي ، ولكنها تؤدي أيضًا إلى ابتكارات مهمة في مجالات مثل الطب والزراعة. يمكن للأنواع النباتية والميكروبية ، على وجه الخصوص ، أن تكشف عن معرفة طبية وغذائية جديدة. يمكن أن تلعب الكائنات الحية الأخرى أدوارًا رئيسية في النظم البيئية أو تتطلب الحماية في حالة نادرة. عند اكتشافها ، يمكن للباحثين استخدام هذه الأنواع المهمة كدليل على اللوائح والقوانين البيئية.

عمليات وأنماط التطور

لا يمكن أن يحدث الانتقاء الطبيعي إلا إذا كان هناك تباين أو اختلافات بين الأفراد في مجموعة سكانية. الأهم من ذلك ، يجب أن يكون لهذه الاختلافات بعض الأسس الجينية وإلا فلن يؤدي الاختيار إلى التغيير في الجيل التالي. هذا أمر بالغ الأهمية لأن الأسباب غير الجينية يمكن أن تسبب تباينًا بين الأفراد مثل طول الفرد بسبب التغذية الأفضل بدلاً من الجينات المختلفة.

يأتي التنوع الجيني في مجتمع ما من آليتين رئيسيتين: الطفرة والتكاثر الجنسي. الطفرة ، تغيير في الحمض النووي ، هي المصدر النهائي للأليلات الجديدة ، أو الاختلاف الجيني الجديد في أي مجموعة. يمكن أن يكون للتغييرات الجينية التي تسببها الطفرة واحدة من ثلاث نتائج على النمط الظاهري. تؤثر الطفرة على النمط الظاهري للكائن الحي بطريقة تجعله أقل لياقة - احتمالية أقل للبقاء على قيد الحياة أو نسل أقل. قد ينتج عن الطفرة نمط ظاهري له تأثير مفيد على اللياقة. لن يكون للعديد من الطفرات أي تأثير على ملاءمة النمط الظاهري. نحن نسمي هذه الطفرات المحايدة. قد يكون للطفرات أيضًا مجموعة كاملة من أحجام التأثير على ملاءمة الكائن الحي التي تعبر عنها في نمطها الظاهري ، من تأثير صغير إلى تأثير كبير. يؤدي التكاثر الجنسي أيضًا إلى التنوع الجيني: عندما يتكاثر الوالدان ، تتجمع مجموعات فريدة من الأليلات لإنتاج أنماط وراثية فريدة وبالتالي أنماط ظاهرية في كل نسل.

نطلق على السمة الوراثية التي تساعد على بقاء الكائن الحي وتكاثره في بيئته الحالية التكيف. يصف العلماء مجموعات من الكائنات الحية تتكيف مع بيئتها عندما يحدث اختلاف جيني بمرور الوقت مما يزيد أو يحافظ على "ملاءمة" السكان لبيئتهم. أقدام خلد الماء المكيفة هي تكيف للسباحة. الفراء الكثيف لنمر الثلج هو تكيف للعيش في البرد. سرعة الفهد السريعة هي تكيف للقبض على الفريسة.

يعتمد ما إذا كانت السمة مواتية أم لا على الظروف البيئية الحالية. لا يتم اختيار نفس السمات دائمًا لأن الظروف البيئية يمكن أن تتغير. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك نوعًا من النباتات نمت في مناخ رطب ولم تكن بحاجة إلى الحفاظ على المياه. تم اختيار الأوراق الكبيرة لأنها سمحت للنبات بالحصول على المزيد من الطاقة من الشمس. تتطلب الأوراق الكبيرة مزيدًا من الماء للحفاظ عليها أكثر من الأوراق الصغيرة ، وتوفر البيئة الرطبة ظروفًا مواتية لدعم الأوراق الكبيرة. بعد آلاف السنين ، تغير المناخ ، ولم يعد هناك فائض من المياه في المنطقة. تحول اتجاه الانتقاء الطبيعي بحيث تم اختيار النباتات ذات الأوراق الصغيرة لأن هؤلاء السكان كانوا قادرين على الحفاظ على المياه للبقاء على قيد الحياة في الظروف البيئية الجديدة.

أدى تطور الأنواع إلى تباين هائل في الشكل والوظيفة. في بعض الأحيان ، يؤدي التطور إلى ظهور مجموعات من الكائنات الحية تختلف اختلافًا هائلاً عن بعضها البعض. نسمي نوعين يتطوران في اتجاهات متنوعة من نقطة مشتركة تطور متباين. يمكننا أن نرى مثل هذا التطور المتباين في أشكال الأعضاء التناسلية للنباتات المزهرة التي تشترك في نفس التشريح الأساسي ، ومع ذلك ، يمكن أن تبدو مختلفة تمامًا نتيجة الاختيار في بيئات فيزيائية مختلفة والتكيف مع أنواع مختلفة من الملقحات (الشكل 18.5).

في حالات أخرى ، تتطور أنماط ظاهرية مماثلة بشكل مستقل في الأنواع ذات الصلة البعيدة. على سبيل المثال ، تطورت الرحلة في كل من الخفافيش والحشرات ، وكلاهما له هياكل نشير إليها باسم الأجنحة ، وهي تكيفات مع الطيران. ومع ذلك ، فقد تطورت أجنحة الخفافيش والحشرات من هياكل أصلية مختلفة تمامًا. نسمي هذه الظاهرة التطور المتقارب ، حيث تتطور الصفات المتشابهة بشكل مستقل في الأنواع التي لا تشترك في الأصل المشترك. جاء النوعان لنفس الوظيفة ، وهما الطيران ، لكنهما قاما بذلك بشكل منفصل عن بعضهما البعض.

تحدث هذه التغييرات الجسدية على مدى فترات زمنية هائلة وتساعد في تفسير كيفية حدوث التطور. يعمل الانتقاء الطبيعي على الكائنات الحية الفردية ، والتي يمكنها بعد ذلك تشكيل نوع كامل. على الرغم من أن الانتقاء الطبيعي قد يعمل في جيل واحد على الفرد ، إلا أنه قد يستغرق آلاف أو حتى ملايين السنين حتى يتطور النمط الجيني لنوع بأكمله. لقد تغيرت الحياة على الأرض واستمرت في التغير على مدى هذه الفترات الزمنية الطويلة.

دليل التطور

الدليل على التطور مقنع وواسع النطاق. بالنظر إلى كل مستوى من مستويات التنظيم في الأنظمة الحية ، يرى علماء الأحياء توقيع التطور الماضي والحاضر. كرس داروين جزءًا كبيرًا من كتابه ، على ال أصل الأنواع، لتحديد الأنماط في الطبيعة التي كانت متوافقة مع التطور ، ومنذ داروين ، أصبح فهمنا أوضح وأوسع.

الحفريات

تقدم الأحافير دليلًا قويًا على أن الكائنات الحية من الماضي ليست مثل تلك الموجودة اليوم ، وتظهر الحفريات تطورًا في التطور. يحدد العلماء عمر الحفريات ويصنفونها من جميع أنحاء العالم لتحديد متى تعيش الكائنات الحية بالنسبة لبعضها البعض. يروي سجل الحفريات الناتج قصة الماضي ويظهر تطور الشكل على مدى ملايين السنين (الشكل 18.6). على سبيل المثال ، استعاد العلماء سجلات مفصلة للغاية توضح تطور البشر والخيول (الشكل 18.6). تشترك زعنفة الحوت في مورفولوجيا مماثلة لملحقات الطيور والثدييات (الشكل 18.7) مما يشير إلى أن هذه الأنواع تشترك في سلف مشترك.

علم التشريح وعلم الأجنة

نوع آخر من الأدلة على التطور هو وجود الهياكل في الكائنات الحية التي تشترك في نفس الشكل الأساسي. على سبيل المثال ، تشترك جميع العظام في ملاحق الإنسان والكلاب والطيور والحيتان في نفس البنية الكلية (الشكل 18.7) الناتجة عن أصلها في ملاحق سلف مشترك. بمرور الوقت ، أدى التطور إلى تغييرات في أشكال وأحجام الأنواع المختلفة للعظام ، لكنها حافظت على نفس الشكل العام. يطلق العلماء على هذه الأجزاء المترادفة هياكل متجانسة.

توجد بعض الهياكل في الكائنات الحية التي ليس لها وظيفة واضحة على الإطلاق ، ويبدو أنها أجزاء متبقية من سلف مشترك سابق. نسمي هذه الهياكل غير المستخدمة بدون هياكل أثرية وظيفية. ومن الأمثلة الأخرى على الهياكل الأثرية الأجنحة على الطيور التي لا تطير ، والأوراق على بعض الصبار ، وعظام الأرجل الخلفية في الحيتان. ليست كل أوجه التشابه تمثل بنى متجانسة. كما هو موضح في تحديد العلاقات التطورية ، عندما تحدث خصائص متشابهة بسبب قيود بيئية وليس بسبب علاقة تطورية وثيقة ، فهي تشابه أو تماثل. على سبيل المثال ، تستخدم الحشرات أجنحة لتطير مثل الخفافيش والطيور ، لكن بنية الجناح والأصل الجنيني مختلفان تمامًا. هذه هياكل متشابهة (الشكل 20.8).

ارتباط بالتعلم

شاهد هذا الفيديو لاستكشاف العظام في جسم الإنسان.

دليل آخر على التطور هو تقارب الشكل في الكائنات الحية التي تشترك في بيئات مماثلة. على سبيل المثال ، تم اختيار أنواع الحيوانات غير ذات الصلة ، مثل الثعلب القطبي الشمالي و ptarmigan ، التي تعيش في المنطقة القطبية الشمالية للأنماط الظاهرية البيضاء الموسمية خلال فصل الشتاء لتختلط مع الثلج والجليد (الشكل 18.8). تحدث أوجه التشابه هذه ليس بسبب أصل مشترك ، ولكن بسبب ضغوط اختيار مماثلة - فوائد عدم رؤيتها للحيوانات المفترسة.

علم الأجنة ، دراسة تشريح تطور الكائن الحي إلى شكله البالغ ، يوفر أيضًا دليلًا على الارتباط بين مجموعات الكائنات الحية المتباينة على نطاق واسع الآن. يمكن أن يؤدي التغيير والتبديل الطفري في الجنين إلى مثل هذه النتائج المتضخمة لدى البالغين والتي تميل إلى الحفاظ على تكوين الجنين. نتيجة لذلك ، غالبًا ما تظهر الهياكل الغائبة في بعض المجموعات في أشكالها الجنينية وتختفي عندما تصل إلى شكل البالغين أو الأحداث. على سبيل المثال ، تُظهر جميع أجنة الفقاريات ، بما في ذلك البشر ، شقوقًا خيشومية وذيولًا في مرحلة ما من مراحل نموها المبكرة. تختفي هذه في البالغين من المجموعات الأرضية ولكن الأشكال البالغة من المجموعات المائية مثل الأسماك وبعض البرمائيات تحافظ عليها. أجنة القردة العليا ، بما في ذلك البشر ، لها بنية ذيل أثناء نموها تفقدها عند ولادتها.

الجغرافيا الحيوية

يتبع التوزيع الجغرافي للكائنات الحية على الكوكب أنماطًا يمكننا تفسيرها بشكل أفضل من خلال التطور بالاقتران مع حركة الصفائح التكتونية عبر الزمن الجيولوجي. تم توزيع المجموعات العريضة التي نشأت قبل تفكك شبه القارة العملاقة بانجيا (قبل حوالي 200 مليون سنة) في جميع أنحاء العالم. تظهر المجموعات التي نشأت منذ الانفصال بشكل فريد في مناطق من الكوكب ، مثل النباتات والحيوانات الفريدة في القارات الشمالية التي تشكلت من شبه القارة الكبرى لوراسيا والقارات الجنوبية التي تشكلت من شبه القارة العملاقة جندوانا. كان وجود أعضاء عائلة النباتات Proteaceae في أستراليا وجنوب إفريقيا وأمريكا الجنوبية سائدًا قبل تفكك شبه القارة الجنوبية Gondwana.

يعكس التنوّع الجرابي في أستراليا وغياب الثدييات الأخرى عزلة أستراليا الطويلة. يوجد في أستراليا وفرة من الأنواع المتوطنة - أنواع لا توجد في أي مكان آخر - وهو أمر نموذجي للجزر التي يمنع عزلها عن طريق مساحات من المياه الأنواع من الهجرة. بمرور الوقت ، تتباعد هذه الأنواع تطوريًا إلى أنواع جديدة تبدو مختلفة تمامًا عن أسلافها التي قد تكون موجودة في البر الرئيسي. تعتبر جرابيات أستراليا ، وعصائر غالاباغوس ، والعديد من الأنواع في جزر هاواي فريدة من نوعها في نقطة نشأتها الواحدة ، ومع ذلك فهي تظهر علاقات بعيدة مع الأنواع الموروثة من الأجداد في البر الرئيسي.

البيولوجيا الجزيئية

مثل الهياكل التشريحية ، تعكس الهياكل الجزيئية للحياة النسب مع التعديل. تعكس عالمية الحمض النووي دليلًا على وجود سلف مشترك لجميع أشكال الحياة. تنعكس الانقسامات الأساسية في الحياة بين الشفرة الجينية وتكرار الحمض النووي والتعبير في الاختلافات الهيكلية الرئيسية في الهياكل المحافظة بخلاف ذلك مثل مكونات الريبوسوم وهياكل الأغشية. بشكل عام ، ينعكس الارتباط بين مجموعات الكائنات الحية في تشابه تسلسلات الحمض النووي الخاصة بهم - وهو بالضبط النمط الذي نتوقعه من النسب والتنويع من سلف مشترك.

سلطت تسلسلات الحمض النووي الضوء أيضًا على بعض آليات التطور. على سبيل المثال ، من الواضح أن تطور الوظائف الجديدة للبروتينات يحدث عادةً بعد أحداث الازدواج الجيني التي تسمح بحرية تعديل نسخة واحدة عن طريق الطفرة أو الانتقاء أو الانجراف (التغييرات في مجموعة جينات السكان الناتجة عن الصدفة) ، بينما تستمر النسخة الثانية لإنتاج بروتين وظيفي.

المفاهيم الخاطئة عن التطور

على الرغم من أن نظرية التطور أثارت بعض الجدل عندما اقترحها داروين لأول مرة ، فقد قبلها علماء الأحياء بشكل شبه عالمي ، وخاصة علماء الأحياء الأصغر سنًا ، في غضون 20 عامًا بعد نشرها. على ال أصل الأنواع. ومع ذلك ، فإن نظرية التطور مفهوم صعب وتكثر المفاهيم الخاطئة حول كيفية عملها.

ارتباط بالتعلم

يعالج هذا الموقع بعض المفاهيم الخاطئة الرئيسية المرتبطة بنظرية التطور.

التطور مجرد نظرية

يتجاهل نقاد نظرية التطور أهميتها من خلال الخلط المتعمد بين الاستخدام اليومي لكلمة "نظرية" والطريقة التي يستخدم بها العلماء الكلمة. في العلم ، نفهم "النظرية" على أنها مجموعة من التفسيرات التي تم اختبارها والتحقق منها بدقة لمجموعة من الملاحظات حول العالم الطبيعي. العلماء لديهم نظرية الذرة ، نظرية الجاذبية ، ونظرية النسبية ، كل منها يصف حقائق مفهومة عن العالم. بالطريقة نفسها ، تصف نظرية التطور حقائق حول العالم الحي. على هذا النحو ، نجت نظرية في العلوم من الجهود الكبيرة لتشويه سمعتها من قبل العلماء. في المقابل ، فإن "النظرية" في اللغة العامية هي كلمة تعني تخمينًا أو تفسيرًا مقترحًا. هذا المعنى أقرب إلى المفهوم العلمي لـ "الفرضية". عندما يقول نقاد التطور إنها "مجرد نظرية" ، فإنهم يشيرون إلى أن هناك القليل من الأدلة التي تدعمها وأنها لا تزال في طور الاختبار الصارم. هذا وصف خاطئ.

الأفراد يتطورون

التطور هو التغيير في التركيب الجيني للسكان بمرور الوقت ، وتحديداً عبر الأجيال ، الناتج عن التكاثر التفاضلي للأفراد الذين لديهم أليلات معينة. من الواضح أن الأفراد يتغيرون على مدار حياتهم ، ولكن هذا تطور ويتضمن تغييرات مبرمجة بواسطة مجموعة الجينات التي اكتسبها الفرد عند الولادة بالتنسيق مع بيئة الفرد. عند التفكير في تطور خاصية ما ، ربما يكون من الأفضل التفكير في تغيير متوسط ​​قيمة الخاصية في المجتمع بمرور الوقت. على سبيل المثال ، عندما يؤدي الانتقاء الطبيعي إلى تغيير حجم المنقار في العصافير الأرضية المتوسطة في جزر غالاباغوس ، فإن هذا لا يعني أن الفواتير الفردية على العصافير تتغير. إذا كان المرء يقيس متوسط ​​حجم الفاتورة بين جميع الأفراد في السكان في وقت واحد ثم يقيسه في عدد السكان بعد عدة سنوات ، فإن متوسط ​​القيمة سيكون مختلفًا نتيجة للتطور. على الرغم من أن بعض الأفراد قد يظلون على قيد الحياة من المرة الأولى إلى الثانية ، إلا أنه سيظل لديهم نفس حجم الفاتورة ، ومع ذلك ، سيكون هناك العديد من الأفراد الجدد الذين يساهمون في التحول في متوسط ​​حجم الفاتورة.

التطور يشرح أصل الحياة

من سوء الفهم الشائع أن التطور يتضمن شرحًا لأصول الحياة. بالمقابل ، يعتقد بعض نقاد النظرية أنها لا تستطيع تفسير أصل الحياة. لا تحاول النظرية تفسير أصل الحياة. تشرح نظرية التطور كيف تتغير المجموعات السكانية بمرور الوقت وكيف تنوع الحياة أصل الأنواع. لا تسلط الضوء على بدايات الحياة بما في ذلك نشأة الخلايا الأولى التي تحدد الحياة. الأهم من ذلك ، يعتقد علماء الأحياء أن وجود الحياة على الأرض يحول دون احتمال أن الأحداث التي أدت إلى الحياة على الأرض يمكن أن تكرر نفسها لأن المراحل الوسيطة ستصبح على الفور غذاء للكائنات الحية الموجودة.

ومع ذلك ، بمجرد أن تكون آلية الوراثة موجودة في شكل جزيء مثل الحمض النووي إما داخل خلية أو خلية ما قبل الخلية ، فإن هذه الكيانات ستخضع لمبدأ الانتقاء الطبيعي. ستزيد عمليات إعادة الإنتاج الأكثر فاعلية في التردد على حساب القائمين بإعادة الإنتاج غير الكفؤة. في حين أن التطور لا يفسر أصل الحياة ، فقد يكون لديه ما يقوله عن بعض العمليات التي تعمل بمجرد أن اكتسبت كيانات ما قبل الحياة خصائص معينة.

تتطور الكائنات الحية على الغرض

تعتبر عبارات مثل "الكائنات الحية تتطور استجابة لتغير في البيئة" شائعة جدًا ، ولكن مثل هذه العبارات يمكن أن تؤدي إلى نوعين من سوء الفهم. أولاً ، لا تفسر العبارة على أنها تعني أن الكائنات الحية الفردية تتطور. العبارة هي اختصار لعبارة "يتطور السكان استجابة لبيئة متغيرة". ومع ذلك ، قد ينشأ سوء فهم ثانٍ من خلال تفسير العبارة على أنها تعني أن التطور مقصود إلى حد ما. ينتج عن البيئة المتغيرة أن بعض الأفراد في المجتمع ، أولئك الذين لديهم أنماط ظاهرية معينة ، يستفيدون وبالتالي ينتجون نسلاً أكثر نسبيًا من الأنماط الظاهرية الأخرى. ينتج عن هذا تغيير في السكان إذا تم تحديد الخصائص وراثيًا.

من المهم أيضًا أن نفهم أن التباين الذي يعمل عليه الانتقاء الطبيعي موجود بالفعل في مجتمع ولا ينشأ استجابة لتغير بيئي. على سبيل المثال ، سيؤدي تطبيق المضادات الحيوية على مجموعة من البكتيريا ، بمرور الوقت ، إلى تحديد مجموعة البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. المقاومة ، التي يسببها الجين ، لم تنشأ عن طريق الطفرة بسبب تطبيق المضاد الحيوي. كان جين المقاومة موجودًا بالفعل في مجموعة جينات البكتيريا ، على الأرجح بتردد منخفض. المضاد الحيوي ، الذي يقتل الخلايا البكتيرية بدون جين المقاومة ، يختار بقوة الأفراد المقاومين ، لأن هؤلاء سيكونون هم الوحيدون الذين نجوا وانقسموا. أثبتت التجارب أن الطفرات لمقاومة المضادات الحيوية لا تنشأ نتيجة للمضادات الحيوية.

بمعنى أوسع ، التطور ليس موجهاً نحو الهدف. لا تصبح الأنواع "أفضل" بمرور الوقت. إنهم ببساطة يتتبعون بيئتهم المتغيرة بالتكيفات التي تزيد من تكاثرهم في بيئة معينة في وقت معين. ليس للتطور هدف جعل الأنواع أسرع أو أكبر أو أكثر تعقيدًا أو حتى أكثر ذكاءً ، على الرغم من شيوع هذا النوع من اللغة في الخطاب الشعبي. ما هي الخصائص التي تتطور في نوع ما هي دالة للتنوع الحالي والبيئة ، وكلاهما يتغير باستمرار بطريقة غير اتجاهية. قد تكون السمة التي تلائم بيئة واحدة في وقت واحد قاتلة في وقت ما في المستقبل. هذا ينطبق بشكل جيد على الحشرات والأنواع البشرية.


تشارلز داروين والاختيار الطبيعي

في منتصف القرن التاسع عشر ، تم تصور الآلية الفعلية للتطور ووصفها بشكل مستقل من قبل اثنين من علماء الطبيعة: تشارلز داروين وألفريد راسل والاس. الأهم من ذلك ، قضى كل عالم طبيعي وقتًا في استكشاف العالم الطبيعي في رحلات استكشافية إلى المناطق الاستوائية. من 1831 إلى 1836 ، سافر داروين حول العالم هـ. بيجل، بما في ذلك المحطات في أمريكا الجنوبية وأستراليا والطرف الجنوبي من إفريقيا. سافر والاس إلى البرازيل لجمع الحشرات في غابات الأمازون المطيرة من 1848 إلى 1852 وإلى أرخبيل الملايو من 1854 إلى 1862. وشملت رحلة داروين ، مثل رحلات والاس اللاحقة إلى أرخبيل الملايو ، محطات توقف في العديد من سلاسل الجزر ، وآخرها جزر غالاباغوس غرب الاكوادور. في هذه الجزر ، لاحظ داروين أن أنواعًا من الكائنات الحية في جزر مختلفة كانت متشابهة بشكل واضح ، ومع ذلك كانت لها اختلافات واضحة.

الشكل 1. لاحظ داروين أن شكل المنقار يختلف باختلاف أنواع العصافير. افترض أن منقار الأجداد قد تكيف مع مرور الوقت لتجهيز العصافير للحصول على مصادر غذائية مختلفة.

على سبيل المثال ، تتكون العصافير الأرضية التي تسكن جزر غالاباغوس من عدة أنواع ذات شكل منقار فريد (الشكل 1). كان للأنواع الموجودة على الجزر سلسلة متدرجة من أحجام وأشكال المنقار مع اختلافات صغيرة جدًا بين الأنواع الأكثر تشابهًا. لاحظ أن هذه العصافير تشبه إلى حد بعيد نوعًا آخر من العصافير في البر الرئيسي لأمريكا الجنوبية. تخيل داروين أن الأنواع الجزرية قد تكون من الأنواع المعدلة من أحد الأنواع الأصلية في البر الرئيسي. بعد إجراء مزيد من الدراسة ، أدرك أن مناقير كل حسون تساعد الطيور في الحصول على نوع معين من الطعام. على سبيل المثال ، تحتوي العصافير التي تأكل البذور على مناقير أقوى وأكثر سمكًا لتكسير البذور ، كما أن العصافير الآكلة للحشرات تحتوي على مناقير تشبه الرمح لطعن فرائسها.

لاحظ كل من والاس وداروين أنماطًا متشابهة في الكائنات الحية الأخرى وطوروا بشكل مستقل نفس التفسير لكيفية ولماذا يمكن أن تحدث مثل هذه التغييرات. أطلق داروين على هذه الآلية الانتقاء الطبيعي. الانتقاء الطبيعي، المعروف أيضًا باسم "البقاء للأصلح" ، هو التكاثر الأكثر غزيرًا للأفراد الذين يتمتعون بسمات مواتية والذين ينجون من التغيير البيئي بسبب تلك السمات التي تؤدي إلى التغيير التطوري.

على سبيل المثال ، لاحظ داروين أن مجموعة من السلاحف العملاقة الموجودة في أرخبيل غالاباغوس لها أعناق أطول من تلك التي تعيش في الجزر الأخرى ذات الأراضي المنخفضة الجافة. تم "اختيار" هذه السلاحف لأنها تستطيع الوصول إلى المزيد من الأوراق والحصول على طعام أكثر من تلك ذات الأعناق القصيرة. في أوقات الجفاف التي يتوفر فيها عدد أقل من الأوراق ، فإن تلك التي يمكن أن تصل إلى عدد أكبر من الأوراق لديها فرصة أفضل للأكل والبقاء على قيد الحياة من تلك التي لا تستطيع الوصول إلى مصدر الغذاء. وبالتالي ، من المرجح أن تكون السلاحف طويلة العنق أكثر نجاحًا في الإنجاب وتمرير سمة العنق الطويلة إلى نسلها. بمرور الوقت ، فقط السلاحف طويلة العنق ستكون موجودة في السكان.

جادل داروين بأن الانتقاء الطبيعي كان نتيجة حتمية لثلاثة مبادئ تعمل في الطبيعة. أولاً ، إن معظم خصائص الكائنات الحية موروثة ، أو تنتقل من الأب إلى الأبناء. على الرغم من عدم معرفة أحد ، بما في ذلك داروين ووالاس ، كيف حدث هذا في ذلك الوقت ، فقد كان فهمًا مشتركًا. ثانيًا ، يتم إنتاج نسل أكثر مما يستطيع البقاء على قيد الحياة ، لذا فإن موارد البقاء والتكاثر محدودة. القدرة على التكاثر في جميع الكائنات الحية تفوق توافر الموارد لدعم أعدادهم. وبالتالي ، هناك منافسة على هذه الموارد في كل جيل. جاء فهم كل من داروين ووالاس لهذا المبدأ من قراءة مقال بقلم الخبير الاقتصادي توماس مالتوس الذي ناقش هذا المبدأ فيما يتعلق بالسكان البشريين. ثالثًا ، يختلف النسل فيما بين بعضهم البعض فيما يتعلق بخصائصهم وتلك الاختلافات موروثة. استنتج داروين ووالاس أن النسل ذو الخصائص الموروثة التي تسمح لهم بالمنافسة بشكل أفضل على الموارد المحدودة سيبقون على قيد الحياة ويكون لديهم ذرية أكثر من أولئك الأفراد الذين لديهم اختلافات أقل قدرة على المنافسة. لأن الخصائص موروثة ، سيتم تمثيل هذه السمات بشكل أفضل في الجيل القادم. سيؤدي هذا إلى تغيير في السكان عبر الأجيال في عملية أطلق عليها داروين اسم النسب مع التعديل. في نهاية المطاف ، يؤدي الانتقاء الطبيعي إلى تكيف أكبر للسكان مع بيئتهم المحلية ، فهو الآلية الوحيدة المعروفة للتطور التكيفي.

أوراق داروين والاس (الشكل 2) التي تقدم فكرة الانتقاء الطبيعي تمت قراءتها معًا في عام 1858 قبل جمعية لينيان في لندن. كتاب داروين العام التالي ، حول أصل الأنواع، تم نشره. أوجز كتابه بتفصيل كبير حججه للتطور عن طريق الانتقاء الطبيعي.

الشكل 2. كتب كل من (أ) تشارلز داروين و (ب) ألفريد والاس أوراق علمية عن الانتقاء الطبيعي تم تقديمها معًا أمام جمعية لينيان في عام 1858.

إن إثباتات التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي تستغرق وقتًا طويلاً ويصعب الحصول عليها. تم عرض أحد أفضل الأمثلة في الطيور ذاتها التي ساعدت في إلهام نظرية داروين: عصافير غالاباغوس. درس بيتر وروزماري جرانت وزملاؤهما مجموعات عصفور غالاباغوس كل عام منذ عام 1976 وقدموا مظاهرات مهمة للانتقاء الطبيعي. وجدت المنح تغيرات من جيل إلى آخر في توزيع أشكال المنقار مع طائر الحسون الأرضي المتوسط ​​في جزيرة دافني ميجور في غالاباغوس. لقد ورثت الطيور تباينًا في شكل المنقار حيث يكون لبعض الطيور منقار عميقة واسعة بينما يكون لدى البعض الآخر منقار أرق. خلال فترة كان هطول الأمطار فيها أعلى من المعتاد بسبب ظاهرة النينيو ، تم تقليل عدد البذور الصلبة الكبيرة التي أكلتها الطيور ذات المنقار الكبير ، ومع ذلك ، كانت هناك وفرة من البذور الرخوة الصغيرة التي أكلتها الطيور صغيرة المنقار. لذلك ، كان البقاء والتكاثر أفضل بكثير في السنوات التالية للطيور ذات المنقار الصغير. في السنوات التي أعقبت ظاهرة النينيو ، قام برنامج المنح بقياس أحجام المنقار لدى السكان ووجدوا أن متوسط ​​حجم الفاتورة كان أصغر. نظرًا لأن حجم الفاتورة هو سمة موروثة ، فإن الآباء الذين لديهم فواتير أصغر كان لديهم نسل أكثر وتطور حجم الفواتير ليصبح أصغر. مع تحسن الظروف في عام 1987 وأصبحت البذور الأكبر متوفرة بشكل أكبر ، توقف الاتجاه نحو متوسط ​​حجم الفاتورة الأصغر.

الاتصال الوظيفي

عالم أحياء ميداني

الشكل 3. عالم أحياء ميداني يهدئ الدب القطبي لدراسته. (الائتمان: كارين رود)

كثير من الناس يتنزهون أو يستكشفون الكهوف أو يغوصون أو يتسلقون الجبال للاستجمام. غالبًا ما يشارك الناس في هذه الأنشطة أملاً في رؤية الحياة البرية. يمكن أن يكون الاستمتاع بالخارج أمرًا ممتعًا ومنشطًا بشكل لا يصدق. ماذا لو كان عملك أن تكون بالخارج في البرية؟ يعمل علماء الأحياء الميدانيون بالتعريف في الهواء الطلق في "المجال". يشير مصطلح الحقل في هذه الحالة إلى أي مكان في الهواء الطلق ، حتى تحت الماء. يركز عالم الأحياء الميداني عادةً على البحث على نوع معين ، أو مجموعة من الكائنات الحية ، أو موطن واحد (الشكل 3).

يتضمن أحد أهداف العديد من علماء الأحياء الميدانيين اكتشاف أنواع جديدة لم يتم تسجيلها مطلقًا. لا تعمل هذه النتائج فقط على توسيع فهمنا للعالم الطبيعي ، ولكنها تؤدي أيضًا إلى ابتكارات مهمة في مجالات مثل الطب والزراعة. يمكن للأنواع النباتية والميكروبية ، على وجه الخصوص ، أن تكشف عن معرفة طبية وغذائية جديدة. يمكن أن تلعب الكائنات الحية الأخرى أدوارًا رئيسية في النظم البيئية أو تعتبر نادرة وتحتاج إلى الحماية. عند اكتشافها ، يمكن استخدام هذه الأنواع المهمة كدليل على اللوائح والقوانين البيئية.


دليل التطور

غالبًا ما تكون الهياكل الأثرية متجانسة مع الهياكل التي تعمل بشكل طبيعي في الأنواع الأخرى. لذلك ، يمكن اعتبار الهياكل الأثرية دليلاً على التطور ، وهي العملية التي تنشأ من خلالها السمات الوراثية المفيدة في السكان على مدى فترة طويلة من الزمن. يمكن أن يعزى وجود الأعضاء الأثرية إلى التغيرات في البيئة وأنماط سلوك الكائن الحي المعني. نظرًا لأن وظيفة الهيكل لم تعد مفيدة للبقاء على قيد الحياة ، فإن احتمالية أن يرث النسل المستقبلي الشكل & quot الطبيعي & quot للهيكل يتناقص.

يمكن مقارنة النسخ الأثرية للهيكل بالنسخة الأصلية للهيكل في الأنواع الأخرى من أجل تحديد تماثل البنية الأثرية. تشير الهياكل المتماثلة إلى أصل مشترك مع تلك الكائنات التي لها نسخة وظيفية من الهيكل.


هياكل متشابهة في ظل لامارك - علم الأحياء

المفاهيم المبكرة للتطور: جان بابتيست لامارك

لم يكن داروين أول عالم طبيعي يقترح أن الأنواع تغيرت بمرور الوقت إلى أنواع جديدة وأن الحياة ، كما نقول الآن ، تتطور. في القرن الثامن عشر ، بدأ بوفون وغيره من علماء الطبيعة في تقديم فكرة أن الحياة ربما لم تكن ثابتة منذ الخلق. بحلول نهاية القرن الثامن عشر ، كان علماء الأحافير قد تضخموا مجموعات الحفريات في أوروبا ، وقدموا صورة للماضي تتعارض مع عالم طبيعي غير متغير. وفي عام 1801 ، اتخذ عالم الطبيعة الفرنسي جان بابتيست بيير أنطوان دي مونيه ، شوفالييه دي لامارك ، خطوة مفاهيمية عظيمة واقترح نظرية كاملة للتطور.

بدأ لامارك مسيرته العلمية كعالم نبات ، ولكن في عام 1793 أصبح أحد الأساتذة المؤسسين لمتحف التاريخ الطبيعي الوطني كخبير في اللافقاريات. كان عمله في تصنيف الديدان والعناكب والرخويات وغيرها من المخلوقات الخالية من العظم سابقًا لعصره.

كائنات مدفوعة إلى مزيد من التعقيد
كان هذا النوع من التطور ، الذي اشتهر به لامارك اليوم ، واحدًا فقط من آليتين اقترحهما. مع تكيف الكائنات الحية مع محيطها ، دفعتها الطبيعة أيضًا بلا هوادة إلى الأعلى من الأشكال البسيطة إلى الأشكال المعقدة بشكل متزايد. مثل بوفون ، اعتقد لامارك أن الحياة بدأت من خلال التكاثر التلقائي. لكنه ادعى أن أشكال الحياة البدائية الجديدة نشأت على مدار تاريخ الحياة الميكروبات اليوم كانت ببساطة "الأطفال الجدد في الكتلة".

التطور بالعمليات الطبيعية
كان لامارك يقترح أن الحياة تأخذ شكلها الحالي من خلال العمليات الطبيعية ، وليس من خلال التدخلات المعجزة. بالنسبة لعلماء الطبيعة البريطانيين على وجه الخصوص ، المنغمسين في علم اللاهوت الطبيعي ، كان هذا مروعًا. لقد اعتقدوا أن الطبيعة كانت انعكاسًا لتصميم الله الخيري. بالنسبة لهم ، بدا أن لامارك كان يدعي أن ذلك كان نتيجة قوى بدائية عمياء. رفض البعض لأسباب دينية ونبذهم علماء مثل كوفييه لافتقار حججه إلى الصرامة الاستنتاجية ، مات لامارك في عام 1829 في فقر وغموض.

لكن مفهوم التطور لم يمت معه. سيدافع عالم الطبيعة الفرنسي جيفروي سانت هيلير عن نسخة أخرى من التغيير التطوري في عشرينيات القرن التاسع عشر ، وقد كتب الكاتب البريطاني روبرت تشامبرز حجة التطور الأكثر مبيعًا في عام 1844: آثار الخلق الطبيعي. وفي عام 1859 ، نشر تشارلز داروين ملف أصل الأنواع. كان لدى كل من لامارك وسانت هيلير وتشامبرز وداروين أفكارًا مختلفة جذريًا حول كيفية عمل التطور ، لكن داروين فقط هي التي لا تزال لها عملة علمية اليوم.


يختلف عن داروين
اعتمد داروين إلى حد كبير على نفس الدليل على التطور الذي فعله لامارك (مثل الهياكل الأثرية والانتقاء الاصطناعي من خلال التكاثر) ، لكنه قدم حججًا مختلفة تمامًا من لامارك. لم يقبل داروين سهم التعقيد الذي يمر عبر تاريخ الحياة. وجادل بأن التعقيد تطور ببساطة نتيجة تكيف الحياة مع ظروفها المحلية من جيل إلى آخر ، مثلما يرى علماء الأحياء الحديثون هذه العملية. لكن بالطبع ، لم تكن أفكار داروين حديثة تمامًا أيضًا. على سبيل المثال ، حاول ورفض في النهاية العديد من الأفكار المختلفة حول الوراثة (بما في ذلك وراثة الخصائص المكتسبة ، كما دافع عنها لامارك) ولم يتوصل أبدًا إلى أي نتيجة مرضية حول كيفية انتقال السمات من الأب إلى الأبناء.

الميراث اللاماركي هو فكرة معروفة اليوم بشكل أساسي من الكتب المدرسية ، حيث يتم استخدامها كمقابلة تاريخية لفهمنا الحديث للوراثة الجينية ، والتي بدأت مع إعادة اكتشاف عمل مندل في أواخر القرن التاسع عشر. على الرغم من كل ما أخطأ فيه ، يمكن أن يُنسب إلى لامارك تصوره للتغيير التطوري لأول مرة.


جان باتيست لامارك (1744-1829)

"ألا ندرك ذلك من خلال عمل قوانين التنظيم ... لقد ضاعفت الطبيعة في الأوقات والأماكن والمناخات المواتية جراثيمها الأولى من الحياة ، وأعطيت مكانًا لتطورات منظماتها ، ... وازدادت وتنوعت أعضائهم؟ ثم... بمساعدة الكثير من الوقت وبتنوع بطيء ولكن مستمر للظروف ، فقد أحدثت تدريجيًا في هذا الصدد حالة الأشياء التي نلاحظها الآن. ما مدى أهمية هذا الاعتبار ، وخاصة ما مدى بعده من كل ما يعتقد بشكل عام في هذا الموضوع! "

نص محاضرة ألقاها لامارك في Mus & eacutee National d'Histoire Naturelle ، باريس ، مايو 1803

تم تجاهل نظريات لامارك العلمية أو مهاجمتها إلى حد كبير خلال حياته لم يفز لامارك أبدًا بقبول واحترام زملائه بوفون وكوفييه ، وتوفي في فقر وغموض. اليوم ، يرتبط اسم لامارك فقط بنظرية الوراثة المشوهة ، "وراثة السمات المكتسبة". However, Charles Darwin, Lyell, Haeckel, and other early evolutionists acknowledged him as a great zoologist and as a forerunner of evolution. Charles Darwin wrote in 1861:

Jean Baptiste Pierre Antoine de Monet, Chevalier de Lamarck was born on August 1, 1744, in the village of Bazentin-le-Petit in the north of France. He was the youngest of eleven children in a family with a centuries-old tradition of military service his father and several of his brothers were soldiers. The young Lamarck entered the Jesuit seminary at Amiens around 1756, but not long after his father's death, Lamarck rode off to join the French army campaigning in Germany in the summer of 1761 in his first battle, he distinguished himself for bravery under fire and was promoted to officer. After peace was declared in 1763, Lamarck spent five years on garrison duty in the south of France, until an accidental injury forced him to leave the army. After working as a bank clerk in Paris for a while, Lamarck began to study medicine and botany, at which he rapidly became expert in 1778 his book on the plants of France, Flore Française, was published to great acclaim, in part thanks to the support of Buffon.

On the strength of the Flore Française (and Buffon's patronage), Lamarck was appointed an assistant botanist at the royal botanical garden, the Jardin des Plantes, which was not only a botanical garden but a center for medical education and biological research. Aside from a stint as tutor to Buffon's son during a tour of Europe in 1781, Lamarck continued as an underpaid assistant at the Jardin du Roi, living in poverty (and having to defend his job from cost-cutting bureaucrats in the National Assembly) until 1793. That year, the same year that Louis XVI and Marie Antoinette went to the guillotine, the old Jardin des Plantes was reorganized as the Musée National d'Histoire Naturelle (National Museum of Natural History), which was to be run by twelve professors in twelve different scientific fields. Lamarck, who had called for this reorganization, was appointed a professor -- of the natural history of insects and worms (that is, of all invertebrates), a subject he knew nothing about.

To be fair to Lamarck, we should mention that since the time of Linnaeus, few naturalists had considered the invertebrates worthy of study. The word "invertebrates" did not even exist at the time Lamarck coined it. The invertebrate collections at the Musée were enormous and rapidly growing, but poorly organized and classified. Although the professors at the Musée were theoretically equal in rank, the professorship of "insects and worms" was definitely the least prestigious. But Lamarck took on the enormous challenge of learning -- and creating -- a new field of biology. The sheer number and diversity of invertebrates proved to be both a challenge and a rich source of knowledge. As Lamarck lectured his students in 1803, after ten years of research on invertebrates:

But Lamarck's works never became popular during his lifetime, and Lamarck never won the respect or prestige enjoyed by his patron Buffon or his colleague Cuvier. While Cuvier respected Lamarck's work on invertebrates, he had no use for Lamarck's theory of evolution, and he used his influence to discredit it. Most of Lamarck's life was a constant struggle against poverty to make matters worse, he began to lose his sight around 1818, and spent his last years completely blind, cared for by his devoted daughters (he had been married four times). When he died, on December 28, 1829, he received a poor man's funeral (although his colleague Geoffroy Saint-Hilaire gave one of the orations) and was buried in a rented grave after five years his body was removed, and no one now knows where his remains are.

Lamarck's Scientific Thought

Beginning in 1801, Lamarck began to publish details of his evolutionary theories. Where men like Buffon had hinted at the possibility of evolutionary change, Lamarck declared it forthrightly. In 1801 he wrote:

While the mechanism of Lamarckian evolution is quite different from that proposed by Darwin, the predicted result is the same: adaptive change in lineages, ultimately driven by environmental change, over long periods of time. It is interesting to note that Lamarck cited in support of his theory of evolution many of the same lines of evidence that Darwin was to use in the أصل الأنواع. Lamarck's فلسفة علم الحيوان mentions the great variety of animal and plant forms produced under human cultivation (Lamarck even anticipated Darwin in mentioning fantail pigeons!) the presence of vestigial, non-functional structures in many animals and the presence of embryonic structures that have no counterpart in the adult. Like Darwin and later evolutionary biologists, Lamarck argued that the Earth was immensely old. Lamarck even mentions the possibility of natural selection in his writings, although he never seems to have attached much importance to this idea.

It is even more interesting to note that, although Darwin tried to refute the Lamarckian mechanism of inheritance, he later admitted that the heritable effects of use and disuse might be important in evolution. في ال أصل الأنواع he wrote that the vestigial eyes of moles and of cave-dwelling animals are "probably due to gradual reduction from disuse, but aided perhaps by natural selection." Lamarckian inheritance, at least in the sense Lamarck intended, is in conflict with the findings of genetics and has now been largely abandoned -- but until the rediscovery of Mendel's laws at the beginning of the twentieth century, no one understood the mechanisms of heredity, and Lamarckian inheritance was a perfectly reasonable hypothesis. Several other scientists of the day, including Erasmus Darwin, subscribed to the theory of use and disuse -- in fact, Erasmus Darwin's evolutionary theory is so close to Lamarck's in many respects that it is surprising that, as far as is known now, the two men were unaware of each other's work.

In several other respects, the theory of Lamarck differs from modern evolutionary theory. Lamarck viewed evolution as a process of increasing complexity and "perfection," not driven by chance as he wrote in فلسفة علم الحيوان, "Nature, in producing in succession every species of animal, and beginning with the least perfect or simplest to end her work with the most perfect, has gradually complicated their structure." Lamarck did not believe in extinction: for him, species that disappeared did so because they evolved into different species. If this goes on for too long, it would mean the disappearance of less "perfect" organisms Lamarck had to postulate that simple organisms, such as protists, were constantly being spontaneously generated. Yet despite these differences, Lamarck made a major contribution to evolutionarythought, developing a theory that paralleled Darwin's in many respects. Rediscovered in the middle part of the 19th century, his theories finally gained the attention they merited. His mechanism of evolution remained a popular alternative to Darwinian selection until the beginning of the 20th century prominent scientists like Edward Drinker Cope adopted Lamarckianism and tried to apply it to their work. Though his proposed mechanism eventually fell out of favor, he broke ground in establishing the fact of evolution. The Victorian Web has more information on Lamarck's biological thought. You may also wish to view the WWW site of Lamarck's museum, the Musée National d'Histoire Naturelle, still one of the world's great natural history museums over 200 years after the French Revolution.


Challenges in homology search: HMMER3 and convergent evolution of coiled-coil regions

Detection of protein homology via sequence similarity has important applications in biology, from protein structure and function prediction to reconstruction of phylogenies. Although current methods for aligning protein sequences are powerful, challenges remain, including problems with homologous overextension of alignments and with regions under convergent evolution. Here, we test the ability of the profile hidden Markov model method HMMER3 to correctly assign homologous sequences to >13,000 manually curated families from the Pfam database. We identify problem families using protein regions that match two or more Pfam families not currently annotated as related in Pfam. We find that HMMER3 E-value estimates seem to be less accurate for families that feature periodic patterns of compositional bias, such as the ones typically observed in coiled-coils. These results support the continued use of manually curated inclusion thresholds in the Pfam database, especially on the subset of families that have been identified as problematic in experiments such as these. They also highlight the need for developing new methods that can correct for this particular type of compositional bias.

الأرقام

Observed number of overlapping domains…

Observed number of overlapping domains (dark grey) and expected number of false positives…

( أ ) Cumulative proportion…

( أ ) Cumulative proportion of overlapping domains in Pfam families. Families are…

( أ ) Venn diagram with overlap between families predicted to be coiled-coil,…

Comparison between the proportion of…

Comparison between the proportion of residues predicted to be in coiled-coil and in…

Proportion of residues in predicted…

Proportion of residues in predicted transmembrane helices, coiled-coil regions and intrinsically disordered regions…


Uncanny Examples of Convergent Evolution

A bat darting out of its cave at twilight. A butterfly flitting from flower to flower. A bird of prey circling above the tree tops. What do all these creatures have in common?

Not much, at least as far as their relationship on the phylogenetic tree of life is concerned, and that's what makes their shared capacity for winged flight such an interesting example of convergent evolution.

If it's been awhile since your last biology class, here's a brief refresher: Convergent evolution occurs when completely unrelated species evolve functionally similar features known as "analogous structures." The easiest way to understand whether a similar structure found within two different species is analogous is to ask yourself whether their most recent common ancestor also possessed the structure. In the case of bats, birds and butterflies — none of which share a common ancestor that flew — they all "converged" on the ability of flight as a useful trait in response to environmental stimuli and biological goals.

Of course, to fully understand the science behind analogous structures, it's important to talk about homologous structures, which are structures found in different species that originated from a common ancestor. While the wings of a bird and a bat (seen at right) are not homologous, the wings of a hawk and an owl are homologous because they both descend from a common flying ancestor that passed down its wings to future avian generations.

Another common example of a homologous structure can be observed in the bones of today's tetrapods, which are four-limbed terrestrial vertebrates that include amphibians, reptiles, mammals and birds. Despite their many physiological differences, every single one of these animals descend from a single common ancestor that is responsible for originating their basic skeletal structure almost 400 million years ago.

In the diagram below, you can compare the striking similarities between the homologous skeletal structures of several modern tetrapods: a human, a dog, a bird and a whale.

Although the basic arrangement of a tetrapod skeleton is uncanny, the notable differences you see between these four animals is the result of divergent evolution, which occurs when one species diverges into new species by developing variations in traits in response to environment and lifestyle.

One of the most dramatic, well-known examples of divergent evolution is found within the evolutionary history of cetaceans. Millions of years ago, the terrestrial ancestors of today's whales and dolphins abandoned their landlubbing lifestyle to live under the sea. Over time, these born-again sea creatures gradually streamlined their bodies to take on more fish-like characteristics — including transforming their limbs into paddle-like flippers and flukes for more efficient swimming. However, despite these drastic physiological changes, they still retain the homologous skeletal structure of a tetrapod, albeit in different proportions.

What's interesting about the evolution of cetaceans is that their adoption of more fishy characteristics represents not just an example of divergent evolution, but convergent evolution as well. This is why dolphins and sharks, despite coming from completely different branches of the animal kingdom, look so strikingly similar:

It should come as no surprise to learn that sharks and dolphins are very different. Dolphins are mammals, and sharks are fish. A dolphin's skeleton is made of bone, and a shark's skeleton is composed of just cartilage. While dolphins must come to the surface to breathe air, sharks use gills to extract oxygen from the water.

However, both sharks and dolphins have evolved specific analogous traits — streamlined bodies, dorsal fins, pectoral fins and flippers — to achieve the same goal, which is to swim quickly through the ocean and catch prey. In a nutshell, the concept of goal achievement is pretty much the essence of convergent evolution. That is, multiple species from different corners of the world all drawing similar evolutionary conclusions to the challenges and opportunities that they face.

Whether it's soaring through the sky, speeding through the water or trapping prey in sticky pits of doom, instances of convergent evolution are found all throughout nature on many different scales . and not just in animals, but plants, as well! Continue below for just a few of the most interesting examples of convergent evolution that have manifested in nature.


James Albert

1990 M.S. (Zoology) University of Michigan, Ann Arbor, MI

1995 Ph.D. (Zoology) University of Michigan, Ann Arbor, MI

My research is devoted to the diversity, systematics, and evolution of tropical fishes. I am interested in all aspects of tropical fish biology, including molecular, physiological, morphological, and behavioral characters, as well as the ecological and geographical circumstances under which these characters evolved. Projects in my lab include descriptive, experimental, and analytical studies of genetic and phenotypic data. These studies are used in part to document the total numbers species in ecologically defined regions, as well as the number of species endemic to these regions. A main objective is to investigate evolutionary questions at cellular, morphological and organismal levels. Further work focuses on testing hypotheses on the origin and maintenance of fish diversity in the tropics, using results from both field and laboratory studies.
Many results are published in the form of species descriptions and phylogenetic analyses. These results have important implications for conservation by providing primary data on the distribution and abundance species in poorly known environments and by documenting new areas of species richness. Species richnessis the baseline data used in most biodiversity assays and is important for habitat preservation.

The central theme of these projects is the spectacular diversification of teleost fishes. Teleosts constitute the majority of vertebrate species and occupy most of the aquatic habitats on earth. Through a combination of morphological and phylogenetic approaches we identify homologous structures, generate databases of morphological diversity and trace the history of character evolution. A more theoretical interest is in developing methods to generate and test alternative hypotheses of evolution. The idea is to use the myriad details of morphology and behavior as a basis to understand conditions of evolution.

!! Graduate Student Positions in Systematics and Evolution !!

I have openings for a Ph.D and MSc. students in my laboratory. Student research will focus on systematics, evolution and biogeography of freshwater fishes. Thesis projects will include a combination of field-based and laboratory studies using DNA sequencing and morphological approaches. Students will have opportunities to develop independent research projects in Latin America. Projects developed for North American freshwater and marine fishes are also encouraged. The UL Lafayette Department of Biology has a strong tradition of teaching and research in sub-tropical and tropical zoology. Course work would center on the areas of the students interests in evolutionary or ecological theory. Deadlines for application are Sept. 15/Jan. 15th. Please contact me directly via email if you are interested in pursuing graduate research in my laboratory and/or have any questions.


11.3 Evidence of Evolution

The evidence for evolution is compelling and extensive. Looking at every level of organization in living systems, biologists see the signature of past and present evolution. Darwin dedicated a large portion of his book, حول أصل الأنواع, identifying patterns in nature that were consistent with evolution and since Darwin our understanding has become clearer and broader.

الحفريات

تقدم الأحافير دليلًا قويًا على أن الكائنات الحية من الماضي ليست هي نفسها التي عُثر عليها اليوم ، تُظهر الحفريات تقدمًا في التطور. Scientists determine the age of fossils and categorize them all over the world to determine when the organisms lived relative to each other. The resulting fossil record tells the story of the past, and shows the evolution of form over millions of years (Figure 11.10). For example, highly detailed fossil records have been recovered for sequences of species in the evolution of whales and modern horses. The fossil record of horses in North America is especially rich and many contain transition fossils: those showing intermediate anatomy between earlier and later forms. The fossil record extends back to a dog-like ancestor some 55 million years ago that gave rise to the first horse-like species 55 to 42 million years ago in the genus اوهيبوس. The series of fossils tracks the change in anatomy resulting from a gradual drying trend that changed the landscape from a forested one to a prairie. Successive fossils show the evolution of teeth shapes and foot and leg anatomy to a grazing habit, with adaptations for escaping predators, for example in species of ميسوهيبوس found from 40 to 30 million years ago. Later species showed gains in size, such as those of هيباريون, which existed from about 23 to 2 million years ago. The fossil record shows several adaptive radiations in the horse lineage, which is now much reduced to only one genus, ايكوس, with several species.

Anatomy and Embryology

Another type of evidence for evolution is the presence of structures in organisms that share the same basic form. For example, the bones in the appendages of a human, dog, bird, and whale all share the same overall construction (Figure 11.11). That similarity results from their origin in the appendages of a common ancestor. Over time, evolution led to changes in the shapes and sizes of these bones in different species, but they have maintained the same overall layout, evidence of descent from a common ancestor. يطلق العلماء على هذه الأجزاء المترادفة هياكل متجانسة. Some structures exist in organisms that have no apparent function at all, and appear to be residual parts from a past ancestor. For example, some snakes have pelvic bones despite having no legs because they descended from reptiles that did have legs. These unused structures without function are called vestigial structures . Other examples of vestigial structures are wings on flightless birds (which may have other functions), leaves on some cacti, traces of pelvic bones in whales, and the sightless eyes of cave animals.

المفاهيم في العمل

Click through the activities at this interactive site to guess which bone structures are homologous and which are analogous, and to see examples of all kinds of evolutionary adaptations that illustrate these concepts.

Another evidence of evolution is the convergence of form in organisms that share similar environments. For example, species of unrelated animals, such as the arctic fox and ptarmigan (a bird), living in the arctic region have temporary white coverings during winter to blend with the snow and ice (Figure 11.12). The similarity occurs not because of common ancestry, indeed one covering is of fur and the other of feathers, but because of similar selection pressures—the benefits of not being seen by predators.

Embryology, the study of the development of the anatomy of an organism to its adult form also provides evidence of relatedness between now widely divergent groups of organisms. Structures that are absent in some groups often appear in their embryonic forms and disappear by the time the adult or juvenile form is reached. For example, all vertebrate embryos, including humans, exhibit gill slits at some point in their early development. These disappear in the adults of terrestrial groups, but are maintained in adult forms of aquatic groups such as fish and some amphibians. Great ape embryos, including humans, have a tail structure during their development that is lost by the time of birth. The reason embryos of unrelated species are often similar is that mutational changes that affect the organism during embryonic development can cause amplified differences in the adult, even while the embryonic similarities are preserved.

الجغرافيا الحيوية

يتبع التوزيع الجغرافي للكائنات الحية على الكوكب الأنماط التي يمكن تفسيرها بشكل أفضل من خلال التطور بالاقتران مع حركة الصفائح التكتونية عبر الزمن الجيولوجي. تم توزيع المجموعات العريضة التي نشأت قبل تفكك شبه القارة العملاقة بانجيا (قبل حوالي 200 مليون سنة) في جميع أنحاء العالم. تظهر المجموعات التي تطورت منذ الانفصال بشكل فريد في مناطق الكوكب ، على سبيل المثال النباتات والحيوانات الفريدة من القارات الشمالية التي تشكلت من شبه القارة الكبرى لوراسيا والقارات الجنوبية التي تشكلت من شبه القارة العملاقة جندوانا. The presence of Proteaceae in Australia, southern Africa, and South America is best explained by the plant family’s presence there prior to the southern supercontinent Gondwana breaking up (Figure 11.13).

يعكس التنوع الكبير للجرابيات في أستراليا وغياب الثدييات الأخرى العزلة الطويلة لتلك القارة الجزرية. يوجد في أستراليا وفرة من الأنواع المتوطنة - أنواع لا توجد في أي مكان آخر - وهو أمر نموذجي للجزر التي يمنع عزلها عن طريق مساحات من المياه هجرة الأنواع إلى مناطق أخرى. بمرور الوقت ، تتباعد هذه الأنواع تطوريًا إلى أنواع جديدة تبدو مختلفة تمامًا عن أسلافها التي قد تكون موجودة في البر الرئيسي. لا توجد جرابيات أستراليا ، والعصافير في جزر غالاباغوس ، والعديد من الأنواع في جزر هاواي في أي مكان آخر سوى في جزيرتهم ، ومع ذلك تظهر علاقات بعيدة مع الأنواع الموروثة من الأجداد في البر الرئيسي.

البيولوجيا الجزيئية

مثل الهياكل التشريحية ، تعكس هياكل جزيئات الحياة النسب مع التعديل. Evidence of a common ancestor for all of life is reflected in the universality of DNA as the genetic material and of the near universality of the genetic code and the machinery of DNA replication and expression. تنعكس الانقسامات الأساسية في الحياة بين المجالات الثلاثة في الاختلافات الهيكلية الرئيسية في الهياكل المحافظة بخلاف ذلك مثل مكونات الريبوسومات وهياكل الأغشية. بشكل عام ، ينعكس الارتباط بين مجموعات الكائنات الحية في تشابه تسلسلات الحمض النووي الخاصة بهم - وهو بالضبط النمط الذي يمكن توقعه من النسب والتنويع من سلف مشترك.

سلطت تسلسلات الحمض النووي الضوء أيضًا على بعض آليات التطور. For example, it is clear that the evolution of new functions for proteins commonly occurs after gene duplication events. These duplications are a kind of mutation in which an entire gene is added as an extra copy (or many copies) in the genome. These duplications allow the free modification of one copy by mutation, selection, and drift, while the second copy continues to produce a functional protein. This allows the original function for the protein to be kept, while evolutionary forces tweak the copy until it functions in a new way.


شاهد الفيديو: علوم الحياة العامة Bio1 Structure and Function of Large Biological Molecules part 1 carbohydrate (أغسطس 2022).