Ewolucja w świecie zwierząt

Ewolucja jest ciągiem zmian frekwencji alleli w populacji. Allele mniej korzystne są eliminowane na korzyść lepszych, które się utrwalają. To prawo funkcjonuje z nieuniknioną konsekwencją. Stopniowa przebudowa zespołu cech anatomicznych i fizjologicznych zwierzęcia prowadzi do wytworzenia form bardziej wyspecjalizowanych, choć niekiedy ewolucja działa w przeciwnym kierunku - redukcji. Organizmy wysoce wyspecjalizowane narażone są w większym stopniu na wymarcie w razie zmiany warunków środowiska, niż słabo wyspecjalizowane. Specjalizację można porównać z ryzykowną inwestycją w bardzo zyskowną co prawda, ale silnie uzależnioną od jakiegoś jednego czynnika dziedzinę biznesu.

Współczesne poglądy na ewolucję zostały wypracowane przez pokolenia badaczy, którzy oparli swe obserwacje na tzw. pośrednich i bezpośrednich jej dowodach. Do tych ostatnich należą materialne ślady pozostawione w skałach osadowych, będących częścią dawnych ekosystemów, przez zamieszkujące je w odległych okresach geologicznych organizmy żywe. Szczątki kopalne znajduje się w osadach morskich, jeziornych, rzecznych, bagiennych i lądowych. I tak w skamieniałym dnie morskim z epoki kambru odnajdujemy trylobity (Anomalocaris) lub konodonty (od kambru po trias). W skałach prekambru zidentyfikowano szczątki plech, a w jurajskich wapiennych osadach częste są amonity i koralowce. Pozwalają nie tylko stwierdzić istnienie życia, ale też są żywą ilustracją różnorodności kierunków jego dramatycznego rozwoju, w tym sposobu powstania stanu, który obserwujemy współcześnie. O istnieniu pewnych organizmów wnioskować możemy jedynie na podstawie śladów biochemicznych (np. sinic) lub skamielin pośrednich (odciski stóp, ślady żerowania), inne prezentują się w całej okazałości (mamuty zachowane w wiecznej zmarzlinie Syberii wraz z surowymi tkankami, krwią i zawartością przewodu pokarmowego, nosorożec ze Staruni na Podolu zakonserwowany w wosku ziemnym związanym ze złożami ropy naftowej lub drobne stawonogi zachowane w bursztynie - żywicy sprzed milionów lat). Inną kategorię stanowią tzw. żywe skamieniałości. Uczeni na podstawie analizy porównawczej anatomii współczesnych zwierząt przewidują zespół cech, jakie powinny posiadać ogniwa pośrednie między nimi. Niekiedy udaje się znaleźć żyjące do dziś reliktowe organizmy posiadające takie właśnie przejściowe cechy. Należą do nich skrzypłocze - spokrewnione ze skorupiakami i pajęczakami morskie stawonogi podobne do trylobitów, łodzik - jedyny żyjący głowonóg o muszli ślimakowato zwiniętej podobnie jak u amonitów, ryby dwudyszne oddychające płucami podobnie jak przodkowie płazów. W pierwszej połowie XX wieku odnaleziono w głębinach Oceanu Indyjskiego rybę, nazwaną latimerią. Cechą spotykaną wyłącznie u niektórych ryb kopalnych było występowanie płetw osadzonych na trzonkach przypominających kończyny, opatrzonych pięcioma kostnymi promieniami, wśród których znajdują się homologi kości ramiennej, łokciowej i promieniowej. Ku zdumieniu świata nauki, latimeria posiadała takie właśnie płetwy, a ponadto płuca wypełnione tłuszczem i cechy w budowie kośćca zbliżające ją do płazów. Ryby te od dawna były poławiane przez ludność wschodniej Afryki, jednak dopiero przypadek zwrócił na nie uwagę uczonych. Przetrwanie ryby trzonopłetwej, potomka licznej niegdyś grupy ryb, można zawdzięczać specjalnym przystosowaniom do życia na dużych głębokościach (kilka tysięcy metrów pod powierzchnią oceanu). Spośród ryb trzonopłetwych rekrutują się przodkowie wszystkich czworonogów z człowiekiem włącznie, można więc uznać latimerię za rybę najbliższą nam genetycznie. Pisklęta ptaka zwanego hoacynem, zamieszkującego dżungle Ameryki Łacińskiej, posiadają po dwa pazury na końcach skrzydeł, z pomocą których mogą się wspinać po korze drzew. Australijskie dziobaki i kolczatki są reliktem "okresu prób i błędów" ewolucji ssaków, posiadają szczęki ujęte w rogowy dziób, są jajorodne, a gruczoły mleczne mają rozproszone pomiędzy innymi gruczołami na skórze brzucha, tak że mleko spływa po sierści i jest zlizywanie przez młode. Stan ten odzwierciedla stosunki panujące u najbardziej pierwotnych ssaków.

Poziomy geologiczne skał różnych stron świata są do siebie porównywalne. Wszędzie stwierdza się następstwo tych samych faun. Dla większej pewności zastosowano datowanie osadów metodami radioizotopowymi. Węgiel ¹⁴C jest pobierany czynnie przez żyjące organizmy roślin, a po ich obumarciu ulega rozpadowi (czas połowicznego rozpadu wynosi 5730 lat). Zakładając, że proporcja ¹⁴C do nieradioaktywnego izotopu węgla nie zmieniała się na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu tysięcy lat, na podstawie tej proporcji w martwych szczątkach (brak możliwości dalszego pobierania ¹⁴C z atmosfery) można ocenić przybliżoną datę śmierci. Metoda ta staje się nieprzydatna w wypadku gdy od śmierci organizmu upłynęło więcej niż 30000 i mniej niż około 5700 lat, jednak wewnątrz tego zakresu jest niezwykle czuła. Okres połowicznego rozpadu uranu ⁴³⁸U do ołowiu ²⁰⁶Pb wynosi 3,5 miliarda lat. Szereg innych pierwiastków przydatny jest w badaniu szczątków w charakterystycznym dla siebie przedziale wieku, łącznie wkładając w rękę paleontologa silne narzędzie analityczne. Metoda analizy palinologicznej posługuje się oceną składu gatunkowego pyłku i zarodników, licznie zachowanych w osadach organicznych, jak np. torfowiska, bagna. Pozwala w sposób pośredni na wnioskowanie o istniejącym typie klimatu i formacji roślinnej w kolejnych stadiach rozwoju danej biocenozy.

Kolejną grupę dowodową stanowią tzw. pośrednie, albo dedukcyjne dowody na ewolucję. Współczesna taksonomia grupuje niższe rangą jednostki systematyczne w wyższe na zasadzie ich pokrewieństwa. Wnioskowanie o pokrewieństwie oparte jest, poza metodami genetycznymi, na podobieństwie w kilku równocześnie aspektach biologii i anatomii, sposobach rozrodu, typie rozwoju zarodkowego i rozmieszczeniu geograficznym. Przykładowo, dwa gatunki ptaka o identycznej anatomii i upierzeniu mogą różnić się od siebie śpiewem, a wszystkimi tymi cechami od trzeciego, dalej spokrewnionego ptaka. Analiza dużej liczby cech pozwala na grupowanie taksonów w jednostki wyższego rzędu. Otóż nie istnieje lepsze i bardziej przekonujące wyjaśnienie zarazem podobieństw i różnic między gatunkami (czyli różnic w procencie wspólnych genów), jak teoria ewolucji, która przewiduje rozpadanie się gatunków rodzicielskich na dwa lub więcej potomnych, a także powstanie gatunku B przez akumulację zmian adaptacyjnych u części osobników gatunku A. Dane o pokrewieństwie (podziale taksonomicznym) są więc zarazem dokumentacją przebytej drogi rozwoju filogenetycznego.

Mianem narządów homologicznych określa się narządy o różnym wyglądzie, położeniu bądź zastosowaniu dla których można wskazać wspólny narząd macierzysty występujący u przodków. I tak chwytną kończynę górną szympansa można uważać za homologiczną pod względem budowy ze skrzydłem ptaka, a także z przednią płetwą ichtiozaura, gdyż wszystkie one wywodzą się z płetw piersiowych ryb trzonopłetwych; z płetwami ryb kostnopromienistych łączy je już tylko homologia położenia. Rogi, kopyta, paznokcie, włosy i pióra są homologiczne ze sobą w tym sensie, że wspólnie są wytworami naskórka; rzecz jasna, kopyto konia i pazur lwa łączy bliższa i wyraźniejsza homologia, niż to samo kopyto i powiedzmy pióro ptaka. Uzębienie wszystkich kręgowców można uważać za homologiczne z łuskami plakoidalnymi rekina, ale nie elastycznymi karpia, choć te są homologami łusek rekina. Łuski pokrywające nieopierzone części kończyn ptaków są homologami łusek na ogonie myszy oraz na ciele jaszczurki, ale nie są homologami łusek jakichkolwiek ryb, bo nie łączy ich z nimi wspólne pochodzenie. Pośrednim dowodem pokrewieństwa i ewolucji zarazem jest wspólny plan budowy ciała. Kręgowce można uważać za spokrewnione z jelitodysznymi i szkarłupniami na podstawie grzbietowego położenia układu nerwowego, a brzusznego głównych elementów u. krwionośnego i u. pokarmowego (u larw), a zarazem ten ogólny niepowtarzalny plan budowy, występujący zapewne u wspólnego przodka - za homologię. Nie można orzekać jednakże homologii na podstawie promienistej symetrii pomiędzy szkarłupniami i jamochłonami, bowiem cecha ta jest silnie uzależniona od trybu życia i wystąpiła w ewolucji wielokrotnie niezależnie od siebie (por. osiadłe glony, gąbki, jamochłony, osłonice; symetrię kwiatu). Uważa się ją za cechę analogiczną, podobnie jak skrzydło owada i kręgowca. Gdyby jednak gdzieś w kosmosie występowało życie, w którym nigdy nie są wytwarzane żadne skrzydła, wówczas te narządy stanowiłyby cechę homologiczną, wspólną dla życia ziemskiego. Narządy analogiczne pełnią więc podobną funkcję, mogą nawet mieć zaskakująco podobny plan budowy (por. oko kręgowca i kalmara), nie łączy ich jednak wspólne pochodzenie od jakiegoś narządu wyjściowego lub wspólny zawiązek. Narządami szczątkowymi nazywamy takie, które pełniły swą rolę u przodka, lecz u potomka przestały pełnić jakąkolwiek rolę i uwsteczniły się pod względem budowy lub przejęły inne funkcje, ich budowa uległa modyfikacji lecz zachowała cechy świadczące o wyglądzie cechy wyjściowej. Przykładowo, oko ciemieniowe u kręgowców zawiera niefunkcjonalne elementy osi optycznej. Oczy u kreta uległy uwstecznieniu, a powieki zgrubieniu i częściowo zrośnięciu. Mieszkańcy głębi jaskiń mają uwstecznione oczy, a strefy półmroku bliżej wyjścia - lepiej, niż krewniacy żyjący w świetle. Za szczątkowe uznać należy też owłosienie słoni i nosorożców, pas miednicowy wieloryba, kopytka syren, kości pasa miednicowego i tylnych kończyn u dusicieli, skrzydła u ptaków nielotnych. Pojęcie narządu szczątkowego bynajmniej nie wyklucza pełnienia przezeń nowej, użytecznej funkcji, np. wyrostek robaczkowy u ludzi, miast funkcji fermentacyjnych stanowi skupienie tkanki limfoidalnej. Zęby mądrości mogą rozwijać się lub pozostawać ukryte w głębi dziąseł i jest to sprawą zmienności osobniczej. Podobnie ma się sprawa z mięśniami małżowiny usznej, które u niektórych ludzi są lepiej rozwinięte niż u innych, mogą ponadto być wytrenowane. Kość ogonową człowieka stanowią zrośnięte z sobą i z kością krzyżową, zredukowane kręgi ogonowe. Istotnych dowodów na wspólnie przebytą drogę ewolucji dostarcza analiza rozwoju zarodkowego zwierząt. We wczesnych stadiach rozwoju embrion ludzki jest nie do odróżnienia nie tylko od embrionu świni lub szczura, ale nawet ryby. W stadiach późniejszych można pomylić go z embrionem małpim, ale nie szczurzym. Embriony ludzkie na pewnym etapie rozwoju posiadają szczeliny skrzelowe (później przekształcające się w trąbki Eustachiusza, przytarczyce, fragmenty krtani i aparat nagłośni) i ogon. Zarodek w oczywisty sposób odtwarza podczas ontogenezy zmiany, jakie zaszły w toku filogenezy. Larwy szkarłupni wykazują uderzające podobieństwo do larw przedstrunowców, a te do dorosłych strunowców.

Do bardzo silnych dowodów na pokrewieństwo należy podobieństwo biochemiczne. Zwierzęta niemal nie różnią się między sobą na poziomie komórkowym w obrębie tkanek (mięśniowej, chrzęstnej, wydzielniczej). Białka mitochondrialne, np. cytochrom c, w toku ewolucji nabywały różnic w sekwencji aminokwasów, ale pozostawały niezmienne w częściach warunkujących ich aktywność. Podobieństwo mniej istotnych części cząsteczek świadczy o małym dystansie ewolucyjnym. Wnioskowanie o pokrewieństwie należy oprzeć na całościowym obrazie otrzymanym po uwzględnieniu danych bezpośrednich i pośrednich. Istnieją metody statystyczne pozwalające liczbowo i graficznie określić dystans ewolucyjny na podstawie zdefiniowanego przez eksperta zestawu cech. Dziedzina zoologii zwana anatomią porównawczą zajmuje się analizą narządów i układów pod kątem ich wykształcenia u rozmaitych taksonów lub u spokrewnionych gatunków, opisywaniem organów szczątkowych, homologicznych i analogicznych, zaś embriologia porównawcza bada podobieństwa etapów rozwoju zarodkowego.

Ewolucja jest cechą wpisaną w fundamentalne zasady życia. Do pewnego stopnia jest też wspólna zjawiskom niebiologicznym, jak formowanie się lądów i przeobrażenia ich powierzchni, jednak tylko w świecie żywym tak dramatycznie ścierają się z sobą dążenia zachowawcze (wierność procesu replikacji DNA, letalność mutacji) i postępowe - dopuszczanie do błędów będących zalążkiem nowej zmienności. Cóż bardziej sugestywnie przekonuje o ewolucji oblicza Ziemi, jak szczątki oceanicznych ślimaków sprzed milionów lat znalezione podczas niedzielnej wycieczki za miasto. O ile makroewolucja jest procesem nie do wychwycenia w skali czasu obejmującej życie ludzkie, to mikroewolucję można przy odrobinie wysiłku zaobserwować gołym okiem.