Teória evolúcie (biológia)

Myšlienka vzniku a postupnej zmeny živých foriem zamestnávala už filozofov v antickom Grécku (napr. Anaximandros, Empedokles, Epikuros a podobne), no Aristoteles a Platón, ktorí najviac ovplyvnili západnú civilizáciu, takúto myšlienku neuznávali.

V 18. storočí Carl von Linné pripustil, že nové druhy by mohli vznikať krížením existujúcich druhov (čím čiastočne ustúpil zo svojho pôvodného stanoviska, že druhov musí byť toľko, koľko ich bolo stvorených). Georges Buffon predpokladal, že druhy by mohli „degenerovať“, čím mohli napríklad vzniknúť ľudské rasy. Krátko sa o možnosti vývinu druhov zmieňuje aj Erasmus Darwin (starý otec Ch. Darwina) v diele Zoonómia (1794 a 1796).

Na prelome 18. a 19. storočia si Georges Cuvier, zakladateľ paleontológie, všimol že jednotlivé typy fosílií, nachádzajúce sa v okolí Paríža, sú vždy charakteristické pre tú-ktorú geologickú vrstvu. Vysvetlil si to tak, že v minulosti dochádzalo k opakovaným katastrofám, ktoré potom zmenili zastúpenie živočíšnych druhov. Táto teória sa nazývala katastrofizmus. Na druhej strane geológovia ako James Hutton a Charles Lyell prišli s myšlienkou, že Zem nebola formovaná katastrofami, ale pomalými a postupnými procesmi, ktoré museli trvať dlhšie ako 6000 rokov, čo bol vek Zeme stanovený niektorými teológmi.

Jean-Baptiste Lamarck, socha v Jardin des Plantes v Paríži.

Jeden z najvýznamnejších ideových predchodcov modernej evolučnej teórie bol francúzsky prírodovedec Jean Baptiste de Lamarck. Lamarck bol zástancom myšlienky, že organizmy môžu počas svojho života získavať nové vlastnosti a charakteristiky, ktoré sa potom prenášajú dedením na ďalšie generácie. Pri zmene prostredia sa menia aj potreby (fr. besoin) živočíchov, takže sú nútené meniť, prispôsobovať svoje správanie. V priebehu sledu generácií tak dochádza k premene (transmutácii) organizmu na nový druh, lepšie prispôsobený zmenenému prostrediu. Svoje názory publikoval v roku 1809. Teória o dedičnosti získaných vlastností dostala po ňom názov lamarckizmus.

Lamarck (a vôbec biologická veda v tom čase) nemal potrebné znalosti o mechanizmoch dedičnosti, ako ich máme dnes. Skutočne získané vlastnosti sa nededia biologickým spôsobom. Napriek tomu spočíva Lamarckov význam v tom, že formuloval princíp biologickej evolúcie ako takej. Organizmy nie sú statické entity, prežívajúce v čase bez zmeny, ale menia sa v odpovedi na zmeny vonkajšieho prostredia.

Titulná stránka knihy O pôvode druhov.

Pôvodnú teóriu fylogenetickej evolúcie sformuloval britský prírodovedec Charles Darwin. Podľa neho dostala aj názov darvinizmus.

Podnety pre svoju teóriu dostal ako prírodovedec vedeckej expedície okolo sveta na lodi Beagle. S úžasom zisťoval rozmanitosť živých organizmov, ako aj to, že na rôznych miestach Zeme žijú rôzne organizmy, aj keď podmienky môžu byť podobné. V roku 1835 výprava dorazila na súostrovie Galapágy, kde Darwin zbieral vzorky rastlín a živočíchov. Po návrate do Londýna si pri spracovávaní materiálu všimol, že má pred sebou trinásť druhov veľmi podobných drobných vtákov, piniek podčeľade Geospizinae, ktoré sa líšili len vo veľkosti, stavbe a tvare zobáka. Vo svojich zápiskoch Denník výskumov (angl. Journal of Researches, populárne známy pod menom Cesta lode Beagle, angl. The Voyage of the Beagle) píše udivene:

„Človeku sa naozaj zdá, že z pôvodne malého počtu vtákov na tomto súostroví niekto vybral jediný druh a prispôsobil ho na rôzne účely.“

Darwin tu skoro presne popisuje princíp evolučného procesu dnes zvaného adaptívna radiácia, ktorý sa považuje za predstupeň vzniku nových druhov. Príklad adaptívnej radiácie na Galapágoch sa dostal do povedomia pod názvom Darwinove pinky. Podobné závery vychádzali aj z pozorovania ostrovných druhov korytnačiek a iných plazov.

Syntézu svojich teórií publikoval Darwin v roku 1859 vo svojej známej knihe O pôvode druhov (celým názvom O pôvode druhov prirodzeným výberom, alebo uchovávanie zvýhodnených rás v boji o život).

Darwinova teória má tri hlavné princípy:

1. Organizmy sa rozmnožujú geometrickým radom, ale len malé percento z nich prežije až do dospelosti.
2. Jedince v populácii sú mierne odlišné (variabilné). Ich prežitie nie je náhodné, ale dochádza k neustálemu boju o život, pričom objektívne podmienene (zákonite) prežijú len organizmy, ktoré sú lepšie prispôsobené prírodným podmienkam ako ich konkurenti.
3. Dochádza teda k prirodzenému výberu, vďaka ktorému sa prispôsobenie organizmov postupne zvyšuje.

Prirodzený výber je proces, v ktorom sa priaznivé dedičné schopnosti stávajú častejšími v nasledujúcich generáciách v populácii množiacich sa živočíchov, zatiaľ čo nepriaznivé sa stávajú menej častými. Jedince lepšie prispôsobené prostrediu, ktoré prežívajú, prinášajú potomstvo ovplyvňujúce frekvenciu výskytu jednotlivých génov v populácii. Podľa svojho charakteru môže byť prirodzený výber:

• stabilizačný, ak sú v ňom eliminované hlavne jedince s extrémnymi vlastnosťami a najlepšie prežívajú jedince s priemernými vlastnosťami,
• usmernený, ak prežívajú hlavne jedince s nejakou zriedkavou vlastnosťou,
• divergentný, ak najlepšie prežívajú jedince s extrémnymi vlastnosťami a najhoršie prežívajú priemerné jedince (napr. ak v prípade rastlín najlepšie prežívajú jedince kvitnúce skoro na jar a neskoro na jar, kým jedince kvitnúce v strede jari prežívajú najhoršie – napr. vplyvom častej nepriazne počasia v strede jari).

Pohlavný výber je proces, v ktorom si jedince vyberajú pohlavného partnera. Výber prebieha na základe znakov, ktoré súvisia so zdravím a plodnosťou partnera. Často však vedie ku vzniku znakov, ktoré nemajú adaptívny význam pre svojho nositeľa, dokonca mu môžu byť čiastočne na ťarchu (napr. príliš dlhý farebný chvost), tieto ťažkosti sú však kompenzované úspechom v párení (a tým aj plodení potomstva).

V 30. a 40. rokoch 20. storočia došlo k veľkému zjednoteniu Darwinových teórií s novými poznatkami z genetiky a molekulárnej biológie. Zistilo sa, že zdrojom variability („rôznosti“), organizmov v populácii sú mutácie, ktoré sú náhodné. Môžu vznikať pod vplyvom chybného prepisu DNA, fyzikálnych podmienok (napr. žiarenie), alebo vplyvom iných organizmov (baktérií a vírusov). Takáto genotypická variabilita je potom základom variability fenotypickej, ktoré je podrobená prírodnému výberu. Proces neustáleho vzniku mutácií sa dnes pokladá za hlavnú hybnú silu evolúcie a dostal preto názov molekulárny motor (angl. molecular drive).

Dôležité gény sú v organizmoch často vo viacerých kópiách, preto ak mutácia poškodí jednu kópiu, ale ostatné fungujú naďalej normálne, môže byť takáto mutácia pre evolúciu „neviditeľná“ (DNA väčšiny organizmov je plná takýchto zdanlivo nefunkčných génov). Môže sa však stať, že tá jediná mutácia vytvorí novú vlastnosť, alebo zmutuje ten istý gén ešte raz, prípadne viackrát, až potom vytvorí novú vlastnosť (pri zmene funkcie enzýmov niekedy stačí málo mutácií a ich funkcia bude odlišná). V takom prípade má organizmus funkčný ako pôvodný gén, tak aj ten nový. Okrem takýchto mutácií môže dôjsť k rôznemu preskupovaniu génov v chromozóme (gény sa dostanú na iné miesto) a zmenám ich regulácie. Sila, akou sa gén prejavuje, aj načasovanie, kedy sa prejavuje, je veľmi dôležitá. Najnázornejšie je to počas embryonálneho vývinu, kde malá zmena načasovania (spôsobená mutáciou) môže spôsobiť veľké zmeny v organizme.

Zjednotená predstava o molekulárnej hybnej sile evolúcie a o procesoch prirodzeného výberu takto vzniknutých variantov sa nazýva tiež Neodarwinovská syntéza.

Vedci niekedy rozlišujú dve úrovne evolúcie – mikroevolúciu, ktorá prebieha v rámci druhu a makroevolúciu, predstavujúcu zmeny tvoriace nové druhy a evolúciu týchto druhov. Princípy mikroevolúcie a makroevolúcie sú rovnaké. Základný rozdiel medzi nimi je v tom, že jednotlivé gény (a ich mutácie) sa v rámci druhu môžu voľne šíriť, ale k výmene génov pri vzniku nových druhov, resp. medzi druhmi nedochádza, prípadne k tomu dochádza len veľmi vzácne. Preto je makroevolúcia vždy divergentná. To znamená, že hneď, ako sa populácia rozpadne na viacero druhov, sú s pribúdajúcim časom tieto druhy geneticky čoraz odlišnejšie. Táto odlišnosť sa dá stanoviť porovnávaním rôznych úsekov DNA (prípadne RNA a bielkovín), a tým zistiť príbuznosť jednotlivých druhov.