Ewolucja 1

EWOLUCJA
Jerzy Dzik
Instytut Paleobiologii PAN
Instytut Zoologii UW
2016
Copyright statement
This presentation has been prepared for a university
lecture, thus for a non-profit activity. Pictures included,
modified to various degree, have been copied from the
internet and literature without indicating the original
source, which is frequently difficult to trace. Whoever
finds her/his rights violated, is kindly requested to notify
the author ([email protected]); the questioned picture
will be immediately withdrawn.
Unlimited use of the slides in teaching is welcomed
provided that the user takes full responsibility for it.
CEL
wykładu
podsumowanie wiedzy szczegółowej
zdobytej podczas studiów licencjackich
uzmysłowienie jedności działów biologii
dla których teoria ewolucji jest
najważniejszą wiążącą je generalizacją
EGZAMIN
z ewolucji
www.biol.uw.edu.pl/ewolucja
[email protected]
egzamin pisemny 10 czerwca 2015 roku, godz. 12.30
Miecznikowa, sala 9b
zakres i prezentacje na stronie internetowej
Zakładu Paleobiologii i Ewolucji
pytania typu: Dlaczego [coś] jest [takie a nie inne]? czy
Skąd wiadomo, że [jakaś interpretacja] jest prawdziwa?
konsultacje po 12.30 w Zakładzie: BiolChem, 1. piętro
JAK SIĘ UCZYĆ
o ewolucji do egzaminu?
Prezentacje:
http://www.biol.uw.edu.pl/ewolucja/do_pobrania/ewolucja/ewolucja.html
wielkość czcionki na prezentacji wyznacza
hierarchię ważności
informacje w ramce są do zrozumienia
(i zapamiętania jako minimum wiedzy)
nie będzie pytań o daty czy nazwiska
uczyć się najłatwiej konfrontując notatki
z podręcznikami i innymi źródłami
Ewolucja 1.
ROZPOZNANIE ZJAWISKA
Jerzy Dzik
Instytut Paleobiologii PAN
Instytut Zoologii UW
WIEDZA
przednaukowa
sylfion Ferula z Cyrene
rozpoznane działanie
antykoncepcyjne i wczesnoporonne
wykorzystane komercyjnie
aż do unicestwienia gatunku
informacje o użytecznych aspektach
przyrody kumulowane przez pokolenia
wymieszane z gusłami i zabobonami
Ferula tingitana
podatne na zapomnienie, bo środki
przekazu wiedzy nietrwałe
naukę cechuje nie użyteczność ani prawdziwość lecz rygor metody
SCIENTIA
narodziny
Accademia dei Lyncei, Rzym 1603
atrybutem nowoczesnej nauki jest
dominacja empirii nad przekonaniem
towarzystwa naukowe narzędziem
jej krytycznego tworzenia
umożliwiły weryfikację idei w ogniu
krytyki przed ich upowszechnieniem
The Royal Society of London 1660
Académie royale des sciences, Paryż 1666
Societas Physicae Experimentalis, Gdańsk 1743
ekspansja metody naukowej od fizyki przez chemię do biologii
METODA NAUKI
założenia
Karl R. Popper (1902-1994)
parsymonia (brzytwa Occama)
testowalność (falsyfikowalność)
tezy wprowadzające niekonieczne byty i nie dające się
skonfrontować z empirią nie należą do rewiru nauki
ŻYCIE
to fizyka i chemia
Ernest Nagel (1901-1985)
Nagel, E. 1961. The Structure of Science: Problems in the Logic of Scientific Explanation.
program redukcjonizmu:
biologię należy sprowadzić do chemii i fizyki
nadając jej prawom ilościową (matematyczną) formę
miało to uczynić z biologii naukę ścisłą i predyktywną
dlaczego prawa biologii miałyby nie być ponadczasowe?
PONADCZASOWOŚĆ
czy ewolucja życia
Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829)
1800 przedstawił hipotezę ewolucji organizmów
dziś żaden poważny przyrodnik nie wspiera
idei niezmienności świata żywego
ale poza biologią nierzadko wciąż wierzy się
w swobodę wyboru jednej z ideologii
choć nawet religijny fundamentalizm
wchłania ideę ewolucji (intelligent design)
Lamarck (1815)
co przeszkadzało zaakceptować historyczną naturę biologii?
MIEJSCE
Systema Naturae wyd. 9. (1756)
(1. – 1735)
człowieka w przyrodzie
Carl Linné
(1707–1778)
Jacob Theodor Klein
(1685–1759)
Naturforschende Gesellschaft zu Danzig
nie ma teologicznych przeszkód w umieszczeniu
człowieka wśród zwierząt – uczynił to Linneusz
choć wzbudzało to i wzbudza emocjonalny
sprzeciw – Jacob T. Klein
Summa Dubiorum (1743)
znacznie ważniejsza kompletność stworzenia
PLENITUDO & SCALA NATURAE
uzasadnienie niezmienności
Gottfried W. Leibniz (1646-1716)
"paradygmat Panglossa"
zupełność nieodłącznym aspektem
boskiego planu "drabiny jestestw"
R. Lull (1512)
która jest opisem niezmiennej hierarchii
nic nie mogło więc wymrzeć po potopie
nieustające kłopoty sprawia teologom paleontologia
PROBLEM
mastodon Mammut americanum
Ohio incognitum
z wymarłymi gatunkami
słoń Elephas indicus
Hunter (1767)
mastodon
Mammut americanum
amerykański słoń (mastodon) pierwszym
niewątpliwie wymarłym zwierzęciem
dowód przeprowadził William Hunter z Glasgow
choć równocześnie okazało się, że nie wymarły łodygowe liliowce
(Ellis 1762)
OLBRZYMY
z obcych krain?
Megaloceros giganteus
łoś dla Molyneux (1697)
dopiero Hunter (1771) wykazał,
że to zwierzę wymarłe
dyluwialny irlandzki jeleń identyfikowany
z amerykańskim łosiem
wówczas w Angli łosi już nie było –
debatę rozstrzygnęły dane empiryczne
do dziś rozważania o wymieraniach pasjonują Anglosasów
POTWORY
wymarłe Nowego Świata
naziemny leniwiec Megalotherium
pierwszy szkielet przywieziono do Madrytu w 1789
gatunek nazwał G. Cuvier (1798) w Paryżu
do końca ostatniej epoki lodowej pampasy
zamieszkane przez ogromne ssaki
pokrewne pancernikom i leniwcom
znajdowane i przywożone do Europy
pod koniec XVIII w.
zatem Darwin zapoznawał się ze zwierzętami od dawna znanymi
kość żuchwy
UNICESTWIONY
świat dinozaurów
Megalosaurus
W. Buckland (1824) uznał za wymarłego gada
rekonstrukcja z Crystal Palace
ogromne kości dinozaurów znane od dawna,
ale dopiero od początków XIX wieku wiadomo,
że to wymarłe gady
to dowód inności świata przed potopem
stratygrafia określiła następstwo wymarłych potworów
pierwsza kość dinozaura R. Pile (1676)
Scrotum humanum Brooke, 1763
TECHNIKA
stratygrafii
mapa
geologiczna
Wiliam Smith (1769-1839)
Niels Stensen
[Nicolaus Steno] (1638-1686)
zasada superpozycji:
pod spodem są osady wcześniej złożone
z różnych rodzajów osadu powstały jednostki
skalne, które można definiować i mapować
Smith (1815)
jednostki skalne mogą się różnić zawartymi w nich skamieniałościami
SKAMIENIAŁOŚCI
w geologii
Brehant (2000)
następstwo warstw w Basenie Paryskim
Alcide d'Orbigny (1802-1857)
formacje skał osadowych w Anglii i Francji
są mało zaburzone tektonicznie
i zawierają mnóstwo skamieniałości
Pomerol (1860)
dziesiątki tysięcy gatunków może służyć do korelacji warstw
SZTUKA
biostratygrafii
zespoły rozpoznane przez Williama Smitha
Smith (1815)
C. Albert Oppel (1831-1865)
Friedrich A. von Quenstedt
(1809-1889)
pierwotnie jednostki biostratygraficzne
definiowane przez zespoły skamieniałości
(zony oppelowskie)
dziś zwykle przez początek zasięgu gatunku
formacje skalne i zony są przeważnie ostro odgraniczone
NIECIĄGŁOŚĆ
DORSET
zapisu geologicznego
wapień
piasek
Georges Cuvier (1769-1832)
1821 nieciągłości jako przejaw rewolucji
osady, z których powstają skały,
odkładają się lokalnie i okresowo
przez to zapis ciągłych procesów jest nieciągły
a nasz umysł lgnie do nieciągłości i klasyfikacji
ił
czas niekalibrowany
niedepozycja
lub erozja
House (1983)
CIĄGŁOŚĆ
różnorodności czy przemian?
Genéalogie de la classe des poissons
Louis J.R. Agassiz (1807-1873)
1844 paleontologiczne drzewo rodowe
wykazanie następstwa form może nie
przekonywać o ciągłości przemian
Louis Agassiz pozostawił przerwy
między głównymi gałęziami drzewa
genealogia bez powiązania przodków z potomkami!
Agassiz (1844)
DOWÓD EWOLUCJI
Spratt & Forbes (1847)
w populacji kopalnej
żyworódki i
rozdepki z
pliocenu Kos
Edward Forbes (1815-1854)
pierwsze dane empiryczne
dokumentujące ewolucję
w następstwie geologicznym
– Spratt & Forbes (1847):
"a succession of creations
and extinctions [...], or
a transmutation of species
must be maintained"
Büttner (1982)
KOPALNE
szeregi rozwojowe
środkowojurajskie
amonity Oppeliidae
Wilhelm Heinrich Waagen
(1841-1900)
1869 pierwsze ewolucyjne
drzewo rodowe
szeregi rozwojowe skamieniałości publikowane tuż
po dziele Darwina, zatem dane istniały już wcześniej!
dziś stosowane są bardziej precyzyjne techniki badawcze
Waagen (1869)
TECHNIKA
gęstego opróbkowania
upodabnianie S3-4
frekwencje klas
morfologicznych
M
konodont Baltoniodus
ordowik 460 mln lat
Mójcza k. Kielc
S0
P1
S4
S3 S1-2
Dzik (1999)
duże frekwencje w próbkach pozwalają na
śledzenie zmian w kolejnych warstwach
na poziomie zmienności populacyjnej
pełne rozpoznanie przebiegu ewolucji ale rzadko dostępne
P2
NIECIĄGŁOŚĆ
arbitralne
„chronospecies”
zapisu kopalnego
konodonty Tripodellus
Góry Świętokrzyskie
375-365 mln lat
nieliczne ciągi ewolucyjne
na tyle nieczułe na środowisko,
by zapisać ewolucję
zapis ewolucji w milionach lat, organogenezy w dniach
Dzik (2006)
PRZYROSTY
element P1 konodonta Complexodus
ordowik 465 mln lat Mójcza k. Kielc
dzienne szkieletu
11. dzień
7. dzień
11.dzień
17. dzień
dzienne przyrosty emalii zębów
mają analogię w histologii szkieletu
organizmów z ery paleozoicznej
ewolucja polega na przemianach ontogenezy
Dzik (2015)
Dasbergina
EWOLUCJA
Dzik (2008)
dziennych zmian ontogenezy
stadium larwy?
konodonty Tripodellus
Góry Świętokrzyskie
375-365 mln lat
powiększanie
rozmiarów larwy
bez wydłużania
czasu wzrostu
Tripodellus gracilis
T. schleizius
HISTORIA ŻYCIA
to proces fizyczny
gatunki sympatryczne
A
przesunięcie cechy
(character displacement)
gatunki allopatryczne
B D
C
B
C D
A
E
E
specjacja nieciągłość morfologii
nieciągłość zasięgu
izolacja
sprzyjające warunki
sprzyjające warunki
izolacja
ekspansja
PRZESTRZEŃ
MORFOLOGIA
nieciągłości są w przestrzeni i morfologii
płynne przemiany w czasie aż do wymarcia linii
czy przebieg procesu ewolucji można przewidywać?
NIEPRZEWIDYWALNOŚĆ
procesów historycznych
Erwin Schrödinger (1887-1961)
1944 ewolucja wbrew generalnemu wzrostowi entropii
Schrödinger, E. 1944. What Is Life? The Physical Aspect of the Living Cell.
postępu ewolucyjnego nie da się przewidzieć
ze względu na ograniczenia termodynamiczne
tylko najprostsze zjawiska biologiczne
są redukowalne do chemii
dobór jest źródłem "negentropii" w ewolucji biologicznej
NIEMOŻNOŚĆ
ekstrapolowania ewolucji
„Homo sapientissimus
Bystrow, 1957”
selekcja losowej zmienności wprowadza informację
do obiektów żywych
„wynalazki ewolucyjne” są więc nieprzewidywalne
nie ma praw rozwoju historycznego
ale biologia jest nauką historyczną z powodu ewolucji
BIOLOGIA HISTORYCZNA
a program redukcjonizmu
redukcji do fizykochemii podlegają tylko
powtarzalne (inżynierskie) aspekty biologii
życia nie da się pojąć bez odwołania do
aspektów niepowtarzalnych – jego historii
pominięcie czasowego wymiaru ewolucji tylko
wzmacnia iluzję mocy redukcjonizmu w biologii