Η βιολογική εξέλιξη συνεπάγεται τη φυσική ανάπτυξη των ζωντανών οργανισμών, η οποία συνοδεύεται από αλλαγές στη γενετική σύνθεση των πληθυσμών, καθώς και από αύξηση των προσαρμοστικών ιδιοτήτων, την εμφάνιση νέων ειδών και την εξαφάνιση των παλαιών. Όλοι αυτοί οι παράγοντες αλλάζουν τόσο το οικοσύστημα όσο και τη βιόσφαιρα ως σύνολο με την πάροδο του χρόνου.
Βασική Θεωρία
Υπάρχουν διάφορες εκδοχές που εξηγούν τους μηχανισμούς πάνω στους οποίους βασίζεται η εξελικτική διαδικασία. Οι περισσότεροι επιστήμονες είναι πλέον αφοσιωμένοι στη συνθετική θεωρία της εξέλιξης (STE), που βασίζεται στη συγχώνευση της πληθυσμιακής γενετικής και του Δαρβινισμού. Η συνθετική θεωρία εξηγεί τη σχέση μεταξύ γενετικών μεταλλάξεων, δηλαδή του υλικού της εξέλιξης, και της φυσικής επιλογής (ο μηχανισμός της εξέλιξης). Η εξελικτική διαδικασία στο πλαίσιο αυτής της θεωρίας είναι η διαδικασία αλλαγής των συχνοτήτων των αλληλόμορφων διαφόρων γονιδίων σε πληθυσμούς ειδών κατά τη διάρκεια πολλών γενεών.
Μοτίβα και κανόνες εξέλιξης
Η εξέλιξη είναι μια μη αναστρέψιμη διαδικασία. Οποιοσδήποτε οργανισμός, μέσω της συσσώρευσης θετικών μεταλλάξεων, κατάφερε να προσαρμοστεί στις νέες συνθήκες, όταν επιστρέψει στο προηγούμενο περιβάλλον του, θα πρέπει να περάσει ξανά από το μονοπάτι της προσαρμογής. Επιπλέον, κανένα βιολογικό είδος δεν μπορεί να εδραιωθεί πλήρως,Ο Κάρολος Δαρβίνος έγραψε ότι ακόμα κι αν ο βιότοπος γίνει ο ίδιος όπως πριν, το εξελιγμένο είδος δεν θα μπορέσει να επιστρέψει στην προηγούμενη κατάστασή του. Δηλαδή, τα ζώα θα μπορούν να προσαρμοστούν στην επιστροφή των παλιών συνθηκών, αλλά όχι με τους «παλιούς» τρόπους.
Αυτό φαίνεται εύκολα στην περίπτωση των δελφινιών. Η εσωτερική δομή των πτερυγίων τους (μαζί με τα κητώδη) διατηρεί τα χαρακτηριστικά των άκρων των θηλαστικών. Οι μεταλλάξεις ενημερώνουν τη γονιδιακή δεξαμενή μιας γενιάς, ώστε να μην επαναλαμβάνονται ποτέ. Παρά το γεγονός ότι τα δελφίνια και οι φάλαινες έχουν αλλάξει τον βιότοπό τους και τα άκρα με πέντε δάχτυλα έχουν αλλάξει σε πτερύγια, εξακολουθούν να είναι θηλαστικά. Ακριβώς όπως τα ερπετά που εξελίχθηκαν από αμφίβια σε ένα συγκεκριμένο στάδιο, αλλά ακόμη και επιστρέφοντας στο προηγούμενο περιβάλλον τους, δεν θα μπορέσουν να δημιουργήσουν αμφίβια.
Ένα άλλο παράδειγμα αυτού του εξελικτικού κανόνα: ο αειθαλής θάμνος Ruscus. Στο στέλεχος του υπάρχουν λαμπερά, μεγάλα και χοντρά φύλλα, τα οποία στην πραγματικότητα είναι τροποποιημένα κλαδιά. Τα αληθινά φύλλα είναι φολιδωτά και βρίσκονται στο κέντρο αυτών των «βλαστών». Ένα λουλούδι εμφανίζεται από τον κόλπο της ζυγαριάς στις αρχές της άνοιξης, από το οποίο ο καρπός θα αναπτυχθεί αργότερα. Η βελόνα του χασάπη απαλλάχθηκε από τα φύλλα κατά τη διαδικασία της εξέλιξης, με αποτέλεσμα να μπορέσει να προσαρμοστεί στην ξηρασία, αλλά στη συνέχεια έπεσε ξανά στο υδάτινο περιβάλλον, αλλά αντί για πραγματικό φύλλωμα εμφανίστηκαν τροποποιημένοι μίσχοι.
Ετερογένεια
Οι κανόνες της εξέλιξης αναφέρουν ότι η διαδικασία είναι πολύ ετερογενής και δεν καθορίζεται από τον αστρονομικό χρόνο. Για παράδειγμα, υπάρχουν ζώα που έχουν υπάρξει σεαμετάβλητο για εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Αυτά είναι ψάρια με πτερύγια λοβού, η τουαταρά και η ουρά της σπαθιάς είναι ζωντανά απολιθώματα. Αλλά συμβαίνει ότι η ειδογένεση και η τροποποίηση συμβαίνουν πολύ γρήγορα. Τα τελευταία 800 χιλιάδες χρόνια, νέα είδη τρωκτικών έχουν εμφανιστεί στην Αυστραλία και τις Φιλιππίνες και η λίμνη Βαϊκάλη τα τελευταία 20 εκατομμύρια χρόνια έχει εμπλουτιστεί με 240 είδη καραβίδων, τα οποία χωρίζονται σε 34 νέα γένη. Η εμφάνιση ή η αλλαγή ενός είδους δεν εξαρτάται από τον χρόνο ως τέτοιο, αλλά καθορίζεται από την έλλειψη φυσικής κατάστασης και τον αριθμό των γενεών. Δηλαδή, όσο πιο γρήγορα αναπαράγεται ένα είδος, τόσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός εξέλιξης.
Κλειστά συστήματα
Διαδικασίες όπως η εξέλιξη, η φυσική επιλογή και η μετάλλαξη μπορούν να πάνε πολύ πιο γρήγορα. Αυτό συμβαίνει όταν οι περιβαλλοντικές συνθήκες είναι ασταθείς. Ωστόσο, στους βαθείς ωκεανούς, στα νερά των σπηλαίων, στα νησιά και σε άλλες απομονωμένες περιοχές, η εξέλιξη, η φυσική επιλογή και η ειδογένεση είναι πολύ αργές. Αυτό εξηγεί το γεγονός ότι τα ψάρια με πτερύγια λοβού παραμένουν αμετάβλητα για τόσα πολλά εκατομμύρια χρόνια.
Η ανίχνευση της εξάρτησης της εξέλιξης από τον ρυθμό φυσικής επιλογής είναι αρκετά απλή στα έντομα. Στη δεκαετία του τριάντα του περασμένου αιώνα, άρχισαν να χρησιμοποιούνται δηλητηριώδη φάρμακα από παράσιτα, αλλά μετά από λίγα χρόνια εμφανίστηκαν είδη που προσαρμόστηκαν στη δράση του φαρμάκου. Αυτές οι μορφές κατέλαβαν κυρίαρχη θέση και εξαπλώθηκαν γρήγορα σε ολόκληρο τον πλανήτη.
Για τη θεραπεία πολλών ασθενειών, συχνά χρησιμοποιούνταν ισχυρά αντιβιοτικά - πενικιλλίνη, στρεπτομυκίνη, γραμμικιδίνη. Οι κανόνες της εξέλιξης τέθηκαν σε ισχύ: ήδη στη δεκαετία του σαράνταοι επιστήμονες έχουν σημειώσει την εμφάνιση μικροοργανισμών ανθεκτικών σε αυτά τα φάρμακα.
Μοτίβα
Υπάρχουν τρεις κύριες κατευθύνσεις εξέλιξης: σύγκλιση, απόκλιση και παραλληλισμός. Κατά τη διάρκεια της απόκλισης, παρατηρείται μια σταδιακή απόκλιση ενδοειδικών χαρακτήρων, η οποία τελικά οδηγεί σε νέες ομαδοποιήσεις ατόμων. Καθώς οι διαφορές στη δομή και τη μέθοδο απόκτησης τροφής γίνονται πιο έντονες, οι ομάδες αρχίζουν να διασκορπίζονται σε άλλες περιοχές. Εάν μια περιοχή καταλαμβάνεται από ζώα με τις ίδιες απαιτήσεις σε τρόφιμα, τότε με την πάροδο του χρόνου, όταν η προσφορά τροφής γίνεται μικρότερη, θα πρέπει να εγκαταλείψουν την περιοχή και να προσαρμοστούν σε διαφορετικές συνθήκες. Αν στην ίδια περιοχή υπάρχουν είδη με διαφορετικές ανάγκες, ο ανταγωνισμός μεταξύ τους είναι πολύ μικρότερος.
Ένα ζωντανό παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο συμβαίνει η εξελικτική διαδικασία της απόκλισης είναι 7 είδη ελαφιών που σχετίζονται μεταξύ τους: αυτά είναι ο τάρανδος, η μαράλ, η άλκη, το ελάφι sika, το ελάφι, το ελάφι και το ζαρκάδι.
Είδη με υψηλό βαθμό απόκλισης έχουν την ικανότητα να αφήνουν μεγάλους απογόνους και να ανταγωνίζονται λιγότερο μεταξύ τους. Όταν η απόκλιση των χαρακτηριστικών ενισχύεται, ο πληθυσμός χωρίζεται σε υποείδη, τα οποία, λόγω της φυσικής επιλογής, μπορεί τελικά να μετατραπούν σε ξεχωριστά είδη.
Κοινότητα
Σύγκλιση ονομάζεται επίσης η εξέλιξη των ζωντανών συστημάτων, ως αποτέλεσμα της οποίας τα άσχετα είδη έχουν κοινά χαρακτηριστικά. Ένα παράδειγμα σύγκλισης είναι η ομοιότητα του σχήματος του σώματοςδελφίνια (θηλαστικά), καρχαρίες (ψάρια) και ιχθυόσαυροι (ερπετά). Αυτό είναι το αποτέλεσμα της ύπαρξης στον ίδιο βιότοπο και τις ίδιες συνθήκες ζωής. Το αναρριχητικό άγαμα και ο χαμαιλέοντας είναι επίσης άσχετα, αλλά πολύ παρόμοια στην εμφάνιση. Τα φτερά είναι επίσης ένα παράδειγμα σύγκλισης. Στις νυχτερίδες και τα πουλιά, προέκυψαν αλλάζοντας τα μπροστινά άκρα, αλλά σε μια πεταλούδα, αυτές είναι αυξήσεις του σώματος. Η σύγκλιση είναι πολύ κοινή μεταξύ της ποικιλίας των ειδών του πλανήτη.
Παραλληλισμός
Αυτός ο όρος προέρχεται από το ελληνικό "parallelos" που σημαίνει "περπατάω δίπλα" και αυτή η μετάφραση εξηγεί καλά τη σημασία του. Ο παραλληλισμός είναι η διαδικασία της ανεξάρτητης απόκτησης παρόμοιων δομικών χαρακτηριστικών μεταξύ στενά συγγενών γενετικών ομάδων, η οποία συμβαίνει λόγω της παρουσίας χαρακτηριστικών που κληρονομήθηκαν από κοινούς προγόνους. Αυτός ο τύπος εξέλιξης είναι ευρέως διαδεδομένος στη φύση. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η εμφάνιση των βατραχοπέδιλων ως προσαρμογών στο υδάτινο περιβάλλον, που σε θαλάσσιους ίππους, φώκιες με αυτιά και αληθινές φώκιες σχηματίστηκαν παράλληλα. Επίσης, ανάμεσα σε πολλά φτερωτά έντομα, υπήρξε μετάβαση των μπροστινών φτερών στην ελύτρα. Τα ψάρια με πτερύγια λοβού έχουν σημάδια αμφιβίων και οι σαύρες με δόντια ζώων έχουν σημάδια θηλαστικών. Η παρουσία του παραλληλισμού μαρτυρεί όχι μόνο την ενότητα της προέλευσης των ειδών, αλλά και για παρόμοιες συνθήκες ύπαρξης.
