Transcript Życie i jego ewolucja

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
Podstawowe zagadnienia





Istota i definicja życia
Pochodzenie życia
Materia ożywiona a nieożywiona
Natura życia
Biologiczna ewolucja życia
www.umcs.filozofia.lublin.pl
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
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
Mechanicyzm - witalizm
Czy fenomen życia całkowicie można wyjaśnić na podstawie praw fizyki i chemii, czy
należy odwołać się do czynników pozafizycznych?
Mechanicyzm
Witalizm
Redukcja wszystkich zjawisk do fizycznych
Antyredukcjonizm: istnieje niematerialna siła
życiowa (vis vitalis), stanowiąca istotę życia
Redukcja teorii fizycznych do mechaniki
Opis mechaniczny nie wystarcza do uchwycenia
istoty życia
Atomizm grecki, Kartezjusz, La Mettrie
Arystoteles (forma substancjalna jako dusza
ciała), Platon, neotomizm, H. Driesch –
entelechia jako niematerialny pierwiastek
Komórka, gen jako „elementarna jednostka życia”
! Upadek filozofii mechanicyzmu
! Neguje naturalizm metodologiczny,
niemożliwość empirycznej weryfikacji
www.umcs.filozofia.lublin.pl
Redukcjonizm – antyredukcjonizm
Współczesna postać sporu o naturę życia (płaszczyzna metodologiczna)
Pytanie o status metodologiczny i autonomię biologii jako nauki o życiu
Redukcjonizm
Antyredukcjonizm
Redukcja biologii do fizyki i chemii
Autonomia biologii
F. Crick, J. Watson – założenie możliwości fizykochemicznego wyjaśnienia życia
 Wyjaśnienie procesów życiowych przez czynniki
fizyczne i chemiczne
 Sprowadzenie pojęć i praw biologicznych do
fizycznych i chemicznych
W. E. Ritter – holistyczny i teleolonomiczny charakter
orgamizmu (organizmalizm)
Nieredukowalność organizmu do „sumy części”
Sukcesy genetyki – odczytanie DNA, wyjaśnienie
mechanizmu dziedziczenia, metody analityczne
L. Von Bertallanfy – teoria systemów: kategorie
złożoności, uporządkowania, wewnętrznej dynamiki,
termodynamika nieliniowa
Emergentyzm
Zjawisko jest emergentne, jeśli nie da się opisać analizując jedynie części składowe, w wyniku oddziaływania
www.umcs.filozofia.lublin.pl
między elementami pojawiają się jakościowo nowe formy organizacji (układy nieliniowe)
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
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
Czas
(mln lat temu)
Wydarzenie
„Data”
4 600
Powstanie Ziemi
1 stycznia
3 800
Najstarsze skały na Ziemi
5 marca
3 800-3 600
Powstanie życia
5-21 marca
3 600
Zaawansowane organizmy jednokomórkowe
21 marca
2 000
Pojawienie się w atmosferze znaczących ilości tlenu
26 lipca
650
Wielokomórkowe organizmy w oceanach
10 listopada
590
440
250
65
0,1
0,005
Złożone organizmy roślinne i zwierzęce w oceanach
Życie przenosi się na ląd
Pojawienie się dinozaurów
Zniknięcie dinozaurów, początek dominacji ssaków
Pierwszy człowiek rozumny
Początek historii pisanej
14 listopada
21 listopada
12 grudnia
26 grudnia
31 grudnia, 23”49
31 grudnia, 23:59
www.umcs.filozofia.lublin.pl
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
 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
Pytania kontrolne
www.umcs.filozofia.lublin.pl
Literatura
www.umcs.filozofia.lublin.pl