Życie i jego ewolucja Andrzej Łukasik Zakład Ontologii i Teorii Poznania Instytut Filozofii UMCS

1. Życie i jego ewolucja Andrzej Łukasik Zakład Ontologii i Teorii Poznania Instytut Filozofii UMCS http://bacon.umcs.lublin.pl/~lukasik www.filozofia.umcs.lublin.pl

2. Podstawowe zagadnienia • Istota i definicja życia • Pochodzenie życia • Materia ożywiona a nieożywiona • Natura życia • Biologiczna ewolucja życia www.umcs.filozofia.lublin.pl

3. Cechy organizmów żywych • Budulcem organizmów żywych jest materii nieożywiona, odpowiednio zorganizowana – zdolna do samoregulacji i rozwoju • Dla życia niezbędna jest wymiana energii z otoczeniem • Metabolizm – przemiany o charakterze chemicznym zużywające energię z otoczenia, pozwalające utrzymać wyższy poziom uporządkowania (niższą entropię) niż otoczenie • Proces rozmnażania – powstają organizmy niemal identyczne z tym, który przekazuje im życie • Reakcja na bodźce z otoczenia, ruch, wzrost masy i rozmiarów ciała, rozwój (wzrost złożoności) organizmu, rozród, mechanizm dziedziczenia (przekazywanie informacji genetycznej), ewolucja www.umcs.filozofia.lublin.pl

4. Definicja życia (jedna z wielu) „Życie jest ciągłym i postępowym procesem organizowania się całościowych, hierarchicznie zorganizowanych systemów względnie odosobnionych, obdarzonych zdolnością do samozachowania się, przebudowywania w czasie zgodnie z własną informacją gatunkową, do rozwoju osobniczego i rodowego, rozmnażania i przystosowania się do otoczenia” (S. Ślaga, zagadnienia filozoficzne współczesnej nauki, s. 323) Problem: brak ścisłego kryterium rozróżnienia ożywione/nieożywione Np. wirusy – „pogranicze życia” (rozmnażanie się ale brak przemiany materii) www.umcs.filozofia.lublin.pl

5. Mechanicyzm - witalizm Czy fenomen życia całkowicie można wyjaśnić na podstawie praw fizyki i chemii, czy należy odwołać się do czynników pozafizycznych? www.umcs.filozofia.lublin.pl

6. Redukcjonizm – antyredukcjonizm Współczesna postać sporu o naturę życia (płaszczyzna metodologiczna) Pytanie o status metodologiczny i autonomię biologii jako nauki o życiu www.umcs.filozofia.lublin.pl

7. Pochodzenie życia • Kreacjonizm – życie pochodzi bezpośrednio od Boga • Samorództwo – proste formy życia powstają bezpośrednio z materii nieorganicznej (Arystoteles, Paracelsus) • Panwitalizm – życie jest odwieczne (Le Roy, Teilhard de Chardin) • Kosmozoidy – życie przywędrowało na Ziemią z kosmosu (H. Richter, XIX w., radiospermia – S. Arrhenius, XX w., F. Hoyle – panspermia kometarna, panspermia kierowana – F. Crick, L. Orgel) • Abiogeneza – życie powstało z materii nieożywionej (współczesna przyrodnicza teoria genezy życia) www.umcs.filozofia.lublin.pl

8. Przyrodnicza teoria genezy życia (abiogeneza) Podstawa: biologia, biochemia, genetyka, biologia, astronomia, paleontologia, Początek: Wielki Wybuch ok. 13,8 mld lat temu Ewolucja chemiczna – tuż po Wielkim Wybuchu powstają hadrony, leptonu i jądra lekkich pierwiastków (H, He), cięższe pierwiastki powstają we wnętrzach gwiazd Tworzą się proste związki chemiczne (CO2, CH4, NH3 – w pyłowo-gazowych skupiskach w pobliżu gorących gwiazd, z których powstały planety) Ewolucja biochemiczna – z tlenków, soli, kwasów powstają proste organiczne związki węgla (wchodzą w skład każdego organizmu żywego), powstanie pierwszych aminokwasów (podstawowy budulec białek), rola wyładowań atmosferycznych w syntezie aminokwasów, powstanie białek zdolnych do reprodukcji kwasów nukleinowych (DNA) Ewolucja biologiczna – powstanie pierwszych mikroorganizmów zdolnych do przemiany materii i rozmnażania się („pierwotna zupa” – bakterie, produkcja tlenu, życie „wyszło na ląd po ok 3 miliardach lat) www.umcs.filozofia.lublin.pl

9. www.umcs.filozofia.lublin.pl

10. Ewolucja jako fakt i jako teoria Ewolucja jest faktem – naukowo stwierdzony proces zmienności gatunków Teorie ewolucji – teorie naukowe wyjaśniające zmienność gatunków Uwaga: fałszywość określonej teorii ewolucji nie zaprzecza faktowi ewolucji (np. to, że istnieją różne teorie grawitacji – Newtona, Einsteina… nie zaprzecza faktowi grawitacji – ciała spadają na Ziemię – niektóre teorie np. Arystotelesa okazały się fałszywe, ale grawitacja jest faktem) www.umcs.filozofia.lublin.pl

11. Przesłanki i cele teorii ewolucji • Przesłanki: • Podobieństwa budowy organizmów żywych jako wyraz ich wspólnego pochodzenia (pokrewieństwa ewolucyjnego) • Bardziej złożone gatunki rozwijają się z form prostszych • Obecnie istniejące gatunki nie istniały uprzednio albo istniały w innej postaci • W szeregu pokoleń mogą pojawić się nowe cechy dziedziczne • Cele – teoria ewolucji powinna wyjaśnić: • Zmienność organizmów jako proces historyczny • Uszeregować fazy rozwojowe roślin i zwierząt (dane paleontologiczne) • Zidentyfikować prawa rządzące zmiennością gatunków i sformułować teorie wyjaśniające tę zmienność www.umcs.filozofia.lublin.pl

12. Charakterystyka procesów ewolucyjnych • Ewolucji podlegają populacje (zespół organizmów danego gatunku, żyjących w tym samym środowisku, zdolnych do rozmnażania się i wpływania na pozostałą część populacji) • Ewolucja jest niepowtarzalna i nieodwracalna • Procesy ewolucyjne są uwarunkowane działaniem doboru naturalnego (przystosowanie się gatunków do środowiska naturalnego) • Postęp ewolucyjny – zmiany fizjologiczne, zdolność do opanowania środowiska, zwiększenie liczby potomstwa • Ewolucja to proces ciągły i stopniowy, dokonuje się ze zmienną szybkością www.umcs.filozofia.lublin.pl

13. Lamarkizm • Jean-Baptiste de Lamarck, Filozofia zoologiczna, 1809 • Teoria spekulatywna, niepoparta badaniami empirycznymi • Środowisko wymusza zmiany potrzeb organizmów, co prowadzi do zmian w zachowaniu, skutkuje to zmianą ukształtowania narządów i całych organizmów • Prawo używania i nieużywania narządów: narządy często używane wzmacniają się, narządy nieużywane zanikają • Prawo dziedziczenia cech nabytych: cechy nabyte przez obojga rodziców w rozwoju osobniczym są przekazywane potomstwu • Mechanizmem rozwoju lub zaniku narządów oraz dziedziczeniem cech nabytych staruje wewnętrzna aktywna dążność organizmów do zmian • Uwagi: genetyka dowodzi, że teza o dziedziczeni cech nabytych nie jest słuszna www.umcs.filozofia.lublin.pl

14. Darwinizm • Karol Darwin, O powstawaniu gatunków, 1859 • Teoria oparta na badaniach i obserwacjach przyrody (pięcioletnia podróż dookoła świata, 1831-1836) • Obserwacja świata przyrody prowadzi do następujących wniosków • Bezkierunkowa, powszechna zmienność wszystkich organizmów – osobniki tego samego gatunku nie są identyczne, różnią się wieloma cechami • Stała nadprodukcja osobników – rodzi się wiele osobników, przeżywają tylko niektóre (znaczna część organizmów umiera – istnieją w przyrodzie mechanizmy selekcji) • Na danym terenie liczba osobników i gatunków jest w przybliżeniu taka sama www.umcs.filozofia.lublin.pl

15. Mechanizmy ewolucji: • Walka o byt: ciągła rywalizacja o ograniczone zasoby środowiska • Dobór naturalny: przeżywają osobniki najlepiej przystosowane do warunków życia w określonym środowisku • Walka o byt i dobór naturalny decydują, że kolejnym pokoleniom przekazywane są cechy najlepiej przystosowanych osobników. www.umcs.filozofia.lublin.pl

16. Genetyka Nauka o dziedziczności – w jaki sposób cechy rodziców są dziedziczone przez potomstwo (początki – Georg Mendel 1856 – doświadczenia polegające na krzyżowaniu różnych odmian grochu) Gen – podstawowa jednostka dziedziczenia, nośnik informacji biologicznej przekazywanej potomstwu (wzrost, kolor oczu, kolor skóry…) Genotyp – zestaw wszystkich genów danego organizmu Fenotyp – zestaw wszystkich cech określanych przez geny DNA – kwas dezoksyrybonukleinowy, nośnik informacji genetycznej, zbudowany z powtarzających się prostych elementów (nukleotydów); sekwencja nukleotydów decyduje o niepowtarzalności kodu genetycznego Chromosomy – zawierają cały materiał genetyczny www.umcs.filozofia.lublin.pl

17. Mutacja – (kluczowe pojęcie współczesnej genetyki i syntetycznej teorii ewolucji) – nagła, skokowa zmiana w materiale genetycznym (DNA) organizmu. Przypadkowa zmiana powodowana przez czynniki zewnętrzne (mutageny – np. promieniowanie) • Podział mutacji ze względu na wywołane skutki: • Korzystne • Obojętne • Niekorzystne • Letalne (śmiertelne) • Podział mutacji ze względu na mechanizm powstawania: • Genowe (zmiana sekwencji nukleotydów w kodzie DNA określonego genu) • Chromosomowe (zmiana struktury określonego chromosomu) • Genomowe (zmiana liczby chromosomów) www.umcs.filozofia.lublin.pl

18. Rekombinacja – proces w wyniku którego następuje wymiana materiału genetycznego (podczas podziału lub losowego łączenia się komórek płciowych) Transfer genów – geny pochodzące z jednego organizmu są sołączane do genów innego organizmu www.umcs.filozofia.lublin.pl

19. Podstawowe tezy współczesnej teorii ewolucji: • Dziedziczenie cech dokonuje się zgodnie z zasadami genetyki • Proces dziedziczenia nie jest absolutnie dokładny – dlatego dokonuje się ewolucja; organizmy podlegają zmianom • Zmienność organizmów dokonuje się przez mutacje, rekombinacje i transfer genów • Selekcja wynika z ograniczonych zasobów środowiska (mechanizm doboru naturalnego) • Dobór naturalny eliminuje mutanty o skrajnych o skrajnych cechach (czynnik stabilizujący) • Dobór naturalny – przeżywają i wydają potomstwo osobniki lepiej przystosowane do danych warunków środowiska – w populacji utrwalają się cechy tych osobników www.umcs.filozofia.lublin.pl

20. Mechanizmy ewolucji • [syntetyczna teoria ewolucji łączy osiągnięcia genetyki, innych nauk biologicznych z teorią Darwina] • Zmienność genetyczna • Mutacje • Rekombinacje • Transfer genów • Dobór naturalny • Kierunkowy (przesunięcie części genów w określonym kierunku) • Stabilizujący (eliminacja mutantów o skrajnych właściwościach) • Rozdzielający (eliminacja cech przejściowych) • Dryft genetyczny (zmiana częstości występowania dennego genu w populacji) www.umcs.filozofia.lublin.pl

21. Bariery izolacyjne (zahamowanie lub ograniczenie przepływu informacji genetycznej pomiędzy populacjami tego samego gatunku) • Bariery geograficzne • Bariery ekologiczne (brak odpowiednich warunków do krzyżowania się populacji na tym samym terenie) • Bariery rozrodcze (określone genotypowo różnice w sposobach rozmnażania się osobników tego samego gatunku w różnych populacjach) • Syntetyczna teoria ewolucji jest paradygmatem nauk biologicznych www.umcs.filozofia.lublin.pl

22. Pytania kontrolne www.umcs.filozofia.lublin.pl

23. Literatura www.umcs.filozofia.lublin.pl