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 fizyko-chemicznego 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 między elementami pojawiają się jakościowo nowe formy organizacji (układy nieliniowe) www.umcs.filozofia.lublin.pl

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

Najstarsze skały na Ziemi 5 marca 3 800-3 600 Powstanie życia 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 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

Podział mutacji ze względu na wywołane skutki: Korzystne Obojętne 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

Kierunkowy (przesunięcie części genów w określonym kierunku) 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

Syntetyczna teoria ewolucji jest paradygmatem nauk biologicznych 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