kambr.pdf
(
929 KB
)
Pobierz
137677511 UNPDF
1
Kambryjska eksplozja życia:
Biologiczny Big Bang
Michał Ostrowski
I. Wprowadzenie
Ewolucjonistyczna propaganda zapewnia publikę wszem i wobec, że neodarwinow-
ska teoria ewolucji jest doskonale potwierdzona, wielokrotnie sprawdzona, stano-
wi jedną z najlepiej dowiedzionych w nauce teorii itd., itp. Sprawia to wrażenie,
że wątpliwości wobec teorii ewolucji zostały rozwiane już dawno temu, pozosta-
ło co najwyżej do uzupełnienia parę szczegółów w tym idyllicznym obrazie. „Ża-
den wykształcony człowiek — pisał w 2000 r. znany biolog ewolucyjny Ernst Mayr
— nie kwestionuje zasadności teorii ewolucji, o której wiemy dziś, że jest prawdzi-
wa. Podobnie potwierdzono w pełni większość szczegółowych tez Darwina, takich
jak wspólne pochodzenie, stopniowość (gradualizm) ewolucji, oraz jego wyjaśnie-
nie teoretyczne dotyczące doboru naturalnego”. ¹ Wtóruje mu inny znany ewolucjo-
nista, Francisco Ayala:
Największym dokonaniem Darwina było pokazanie, że organizacja życia może zostać
wyjaśniona jako rezultat naturalnych procesów, doboru naturalnego, bez jakiejkol-
wiek potrzeby odwoływania się do Stwórcy lub innych zewnętrznych czynników”. ²
Jednak najbardziej chyba spektakularnie wyraził się znany oksfordzki zoolog i
apostoł ewolucjonizmu, Richard Dawkins, który w jednej ze swoich popisowych mą-
drości stwierdził:
Śmiało możesz przyjąć, że gdy spotkasz kogoś, kto nie wierzy w ewolucję, to masz do
czynienia z człowiekiem niewykształconym, tępym lub pomylonym (bądź też złośli-
wym, ale tego wolę nie brać pod uwagę). ³
1. E. Mayr, „Wpływ Darwina na myśl współczesną”,
Świat Nauki
wrzesień 2000, nr 9 (109), s. 63 [59-63].
Świat Nauki
wrzesień 2000, nr 9 (109), s. 63 [59-63].
2. F. Ayala, „Darwin’s Revolution”, [w:] J. H. Campbell and J. W. Schopf (eds.),
Creative Evolution?!
,
Jones and Bartlett, Boston 1994, s. 5.
3. R. Dawkins, „Put Your Money on Evolution”,
e New York Times
9 April 1989, section VII, s. 35.
Świat Nauki
2
Jednak poza kurtyną publicznych oświadczeń, wielu biologów pozwala sobie na
znacznie większą szczerość. Niektórzy nawet na brutalną szczerość. Przykładowo Gerd
Müller i Stuart Newman stwierdzili w 2003 r., że powstawanie nowych form organi-
zmów wciąż pozostaje dla biologów nierozwiązanym problemem. Co więcej, widzą
oni nieadekwatność neodarwinistycznego scenariusza zakładającego, że źródłem no-
wych biologicznych struktur pojawiających się w historii życia może być zmienność w
genach. ⁴ Podkreślają oni, że neodarwinizmowi brakuje „teorii generującej” takie nowe
struktury. ⁵
Na neodarwinistyczny scenariusz sarka także ewolucyjny genetyk Wallace Arthur,
który w 1997 r. ośmielił się stwierdzić, że „obecna ewolucyjna teoria, bazująca na do-
borze naturalnym i adaptacjach w obecnych liniach rodowych jest co najmniej nie-
kompletna”, skutkiem czego pojawia się „uczucie niezadowolenia [
dissatisfaction
], ja-
kie wielu rozwojowych biologów odczuwa w związku z neodarwinizmem”. ⁶ Z kolei
znany paleontolog James Valentine w swojej wydanej w 2004 r. książce oceniał war-
tość (lub brak takowej) różnych teorii usiłujących wyjaśnić fenomen nagłego (w skali
geologicznej) pojawienia się w kambrze nowych planów budowy ciała. Konkluduje on
jednak, że żadna obecna hipoteza nie dostarcza satysfakcjonującego wyjaśnienia po-
wstania kambryjskich typów i problem powstawania w historii życia nowych planów
budowy ciała wciąż pozostaje nierozwiązany, lub używając jego słów „leżące u [jego]
podstaw przyczyny pozostają nieokreślone”. ⁷
Nawet zatwardziałemu ewolucjoniście Kevinowi Padianowi, zanim został on kie-
rownikiem National Center for Science Education — czołowej amerykańskiej orga-
nizacji broniącej nauczania teorii ewolucji w publicznym szkolnictwie — wyrwała się
uwaga, że problem powstawania nowych struktur pozostaje nierozwiązany. „Jak za-
czynają się większe ewolucyjne zmiany?” — pytał on w 1989 r. „Chciałbym zobaczyć
nową ewolucyjną syntezę przybliżającą odpowiedź na pytanie, jak morfogeneza [pro-
cesy rozwojowe organizmu —
przyp. aut.
] tworzy nowe cechy i jak robi to tak dobrze,
tak często i tak szybko”. ⁸
Cytowani autorzy nie są w swoich opiniach osamotnieni. W ciągu ostatnich kilku-
nastu lat część naukowych publikacji zaczęła kwestionować neodarwinistyczne me-
chanizmy oparte na przypadkowych mutacjach i doborze naturalnym, jako będące w
stanie wyjaśnić problem powstawania nowych biologicznych struktur, funkcji i orga-
nów. Keith omson wyraził wątpliwości, by wieloskalowe ewolucyjne zmiany mo-
gły powstawać przez kumulowanie się niewielkich zmian na poziomie genetyki po-
pulacyjnej. ⁹ George Miklos argumentował, że neodarwinizmowi nie udało się opisać
mechanizmu, który byłby w stanie wytwarzać wieloskalowe innowacje w biologicznej
4. G. B. Müller and S. A. Newman, „Origination of organismal form: the forgotten cause in evolutionary
theory”, s. 3-12 [w:] G. B. Müller and S. A. Newman (eds.),
Origination of organismal form: beyond the gene
in developmental and evolutionary biology
, e M.I.T. Press, Cambridge, Massachusetts 2003.
5. Tamże, s. 7.
6. W. Arthur,
e Origin of Animal Body Plans: A Study in Evolutionary Developmental Biology
, Cam-
bridge University Press, Cambridge 1997, s 3-10.
7. J. Valentine,
On the Origin of the Phyl
a, University of Chicago Press, Chicago 2004, s. 189-195.
8. K. Padian, „ e Whole Real Guts of Evolution?”,
Paleobiology
1989, vol. 15, s. 73-78.
Paleobiology
1989, vol. 15, s. 73-78.
American Zoologist
1992,
vol. 32, s. 106-112.
Paleobiology
9. K. S. omson, „Macroevolution: e morphological problem”,
American Zoologist
1992,
3
formie i złożoności. ¹⁰ Scott Gilbert ze współpracownikami usiłowali rozwinąć nową
teorię opisującą ewolucyjne mechanizmy, jako uzupełnienie do klasycznego neodar-
winizmu, który, jak argumentowali, nie jest w stanie adekwatnie wyjaśnić makroewo-
lucji. W wartym zapamiętaniu podsumowaniu stwierdzili oni:
Od początku lat 70. ubiegłego wieku wielu biologów zaczęło kwestionować jego [neo-
darwinizmu] adekwatność w wyjaśnianiu ewolucji. Genetyka może być adekwatna do
wyjaśniania mikroewolucji, ale mikroewolucyjne zmiany w częstości genów nie wyda-
ją się być w stanie zamienić gada w ssaka lub rybę w płaza. Mikroewolucja bada ada-
ptacje, które dotyczą
przetrwania
najlepiej przystosowanego, a nie
powstania
najlepiej
przystosowanego. Jak zauważył Goodwin: „Powstawanie gatunków — problem Darwi-
na — pozostaje nierozwiązany”. ¹¹
Także inni liczni biologowie kwestionują w fachowych publikacjach adekwatność
neodarwinizmu w wyjaśnianiu powstawania nowych biologicznych struktur i funk-
cji. ¹² Opinie te doskonale korespondują z przesłaniem historycznej konferencji po-
święconej makroewolucji, która odbyła się w 1980 r. na Uniwersytecie Chicagowskim.
Podsumowujący ją Roger Lewin stwierdził:
Centralnym pytaniem konferencji w Chicago było to, czy mechanizmy leżące u pod-
staw mikroewolucji można ekstrapolować tak, by wyjaśnić zjawiska makroewolucji. Ry-
zykując gwałtowną reakcję na to stanowisko niektórych uczestników tego spotkania,
można udzielić jasnej odpowiedzi: Nie. ¹³
Oczywiście, większość ze wspomnianych autorów nie odrzuca ewolucji jako ta-
kiej. Kwestionują oni natomiast neodarwinistyczne mechanizmy, które — wbrew po-
wszechnym zapewnieniom — wydają się być niezdolne do wyjaśnienia problemu po-
Developmental Biology
Briana Goodwina znajduje się w: B. C. Goodwin,
How the leopard changed its spots: the evolution of
complexity,
Scribner’s, New York 1995.
12. G. Webster and B. Goodwin,
Form and transformation: generative and relational principles in biology
,
Cambridge University Press, Cambridge 1996; N. H. Shubin, and C. R. Marshall, „Fossils, genes, and the
origin of novelty”, [w:]
Deep time. e Paleontological Society
2000, s. 324-340; D. H. Erwin, „Macroevolution
Deep time. e Paleontological Society
is more than repeated rounds of microevolution”,
Evolution and Development
2000, vol. 2, s. 78-84; S.
Evolution and Development
Conway Morris, „Evolution: bringing molecules into the fold”,
Cell
2000, vol. 100, s. 1-11; S. Conway
Cell
Morris, „ e Cambrian »explosion« of metazoans”, [w:] Müller and Newman (eds.),
Origination of
organismal form…
, s. 13-32; R. L. Carroll, „Towards a new evolutionary synthesis”,
Trends in Ecology and
Evolution
2000, vol. 15, s. 27-32; G. P. Wagner, „What is the promise of developmental evolution?” Part II:
„A causal explanation of evolutionary innovations may be impossible”,
Journal of Experimental Zoology
(
Mol. Dev. Evol.
) 2001, vol. 291, s. 305-309; H. Becker and W. E. Lönnig, „Transposons: eukaryotic”, [w:]
Nature encyclopedia of life sciences
, vol. 18, Nature Publishing Group, London 2001, s. 529-539; B. M. R.
Stadler, P. F. Stadler, G. P. Wagner, and W. Fontana, „ e topology of the possible: formal spaces underlying
patterns of evolutionary change”,
Journal of eoretical Biology
2001, vol. 213, s. 241-274; W. E. Lönnig and
Journal of eoretical Biology
H. Saedler, „Chromosome rearrangements and transposable elements”,
Annual Review of Genetics
2002,
vol. 36, s. 389-410; G. P. Wagner and P. F. Stadler, „Quasi-independence, homology and the Unity-C of
type: a topological theory of characters”,
Journal of eoretical Biology
2003, vol. 220, s. 505-527.
Journal of eoretical Biology
13. R. Lewin, „Evolutionary eory under Fire”,
Science
21 November 1980, vol. 210, s. 883 [883-887].
Lewin cytuje także opinię Francisco Ayali: „Małe zmiany nie kumulują się” (Tamże, s. 884).
10. G. L. Miklos, „Emergence of organizational complexities during metazoan evolution: perspectives
from molecular biology, palaeontology and neo-Darwinism”,
Mem. Ass. Australas. Palaeontols.
1993,
vol. 15, s. 29, [7-41].
11. S. F. Gilbert, J. M. Opitz, and R. A. Raf , „Resynthesizing evolutionary and developmental biolo-
gy”,
Developmental Biology
1996, vol. 173, s. 361 [357-372], podkreślenia dodane. Przywoływana opinia
Journal of eoretical Biology
2003, vol. 220, s. 505-527.
4
wstawania nowych funkcji, struktur i organów. Skąd taka fala sceptycyzmu wśród wie-
lu biologów? Wymusił ją rozwój nauki i lawina odkryć z dziedziny genetyki, biochemii
i biologii rozwoju. Odkrywanie kolejnych tajemnic na tych polach sprawiło, że pro-
blem naturalistycznego powstawania ewolucyjnych nowości staje się coraz bardziej
zagadkowy. Łatwiej to zrozumieć, rozważając szczególnie uderzający przykład powsta-
wania nowych form organizmów —
kambryjską eksplozję życia
. Przyjrzenie się temu,
czym była ta eksplozja, pozwoli dostrzec zasadność opinii wyrażonej np. przez Mülle-
ra i Newmana o tym, że dobór naturalny i genetyczne mutacje nie są w stanie dostar-
czyć właściwego wyjaśnienia nagłego wyłonienia się wyższych taksonów.
W artykule tym dane paleontologiczne zostały zintegrowane z koncepcjami teorii
informacji, genetyki i biologii rozwoju, co da znacznie pełniejszą odpowiedź na pyta-
nie, dlaczego neodarwinizm staje się obiektem coraz ostrzejszej naukowej krytyki.
II. Eksplozja kambryjska
Kambryjska eksplozja życia to nagłe (w skali geologicznej) pojawienie się w zapisie paleon-
tologicznym szerokiego spektrum typów — podstawowych planów budowy ciała wielo-
komórkowców (tkankowców —
Metazoa
). Typy (
phyla
) to najwyższe taksonomiczne ka-
tegorie w królestwie zwierząt. Każdy typ posiada unikalną architekturę budowy — struk-
turalny plan budowy ciała (baupläne). Znane przykłady takich podstawowych planów cia-
ła, pojawiających się w czasie kambryjskiej eksplozji to: parzydełkowce (np. korale i me-
duzy), mięczaki (np. kałamarnice i małże), stawonogi (np. skorupiaki, owady, trylobity),
szkarłupnie (np. rozgwiazdy i jeżowce) i strunowce, typ obejmujący wszystkie kręgowce, w
tym także człowieka. W warstwach kambryjskich pojawia się także wiele podtypów (
sub-
phyla
), każdy ze znaczącymi morfologicznymi innowacjami. Trzeba wyraźnie podkreślić
różnicę pomiędzy
nagłym
pojawieniem się nowych planów budowy ciała (brak morfolo-
gicznego precedensu, brak „zapowiedzi” w poprzednim okresie geologicznym, brak form
przejściowych wiodących do tych nowych planów), a
równoczesnym
pojawieniu się wielu
nowych bezprecedensowych form, morfologicznie często bardzo od siebie odległych. Eks-
plozja kambryjska charakteryzowała się obu tymi cechami. Rozwijając powyższe stwier-
dzenie można wyróżnić cztery unikatowe cechy kambryjskiej eksplozji:
A. Geologicznie nagłe pojawienie się nowych planów budowy ciała przy braku prekurso-
rów i form przejściowych do nich wiodących;
B. Szerokie spektrum nowych planów budowy ciała pojawiających się w kambrze;
C. Trwała i wyraźna morfologiczna izolacja pomiędzy poszczególnymi typami;
D. „Kambryjska eksplozja informacji” — skokowy wzrost specyi cznej biologicznej infor-
macji.
Poniżej podstawowa charakterystyka tych czterech punktów.
A. Geologicznie nagłe pojawienie się nowych planów budowy ciała
przy braku prekursorów i form przejściowych do nich wiodących
Po pierwsze, jak wskazuje sama nazwa, skamieniałości kambryjskie pojawiają się nagle
i w pełni ukształtowane w geologicznie bardzo krótkim czasie. Do 1992 r. paleontolo-
dzy sądzili, że okres kambryjski zaczynał się około 570 milionów lat temu, a kończył
około 510 mln lat temu, natomiast eksplozja kambryjska trwała w okresie 20-40 mln
lat w pobliżu dolnego kambru. W 1993 r. radiometryczne analizy syberyjskich forma-
5
cji pozwoliły znacznie precyzyjniej wyznaczyć wiek warstw kambryjskich. Ekspertyzy
te ujawniły, że okres kambryjski zaczynał się około 543 mln lat temu, a kończył około
530 mln lat temu. Studia te pokazały także, że kambryjska eksplozja życia była znacz-
nie gwałtowniejsza niż dotychczas sądzono i zamiast wcześniejszych 20-40 mln lat
trwała tylko 5 mln lat. ¹⁴ Wrażenie eksplozywności kambryjskiego wybuchu zwiększy-
ło się więc przynajmniej czterokrotnie.
Geologicznie rzecz ujmując eksplozja kambryjska to 0,11 procenta historii Ziemi.
Porównując zaś ten fenomen z historią życia na Ziemi (około 3,5 miliarda lat), jest to
jakby jedna minuta w 24-godzinnej dobie. I z tego właśnie okna czasu, z owej „minu-
ty” pochodzi większość różnorodnych typów (
phyla
) zwierząt. Nic dziwnego, że w
naukowej i popularnonaukowej literaturze zaczęto charakteryzować eksplozję kam-
bryjską jako „Ewolucyjny Big Bang” (
Science
), „Big Bang ewolucji zwierząt” (
Scientii c
American
), czy „Biologiczny Big Bang” (
Science News
). ¹⁵
RYSUNEK 1. Niektóre z typów (
phyla
) pojawiające się w eksplozji kambryjskiej. Od lewej:
ramienionogi (
Brachiopoda
),
Eldoniaoida
(rodzaj jamochłonów), pierścienice (
Annelida
), że-
bropławy (
Ctenophora
), hyolity (
Hyolitha
), strunowce (
Chordata
), stawonogi (
Arthropoda
).
Prof. Jerzy Dzik z Zakładu Paleontologii Polskiej Akademii Nauk zauważa: „Kon-
trast w sposobach zachowania skamieniałości po obu stronach granicy er [prekambru
i kambru], sprawia wrażenie faunistycznego trzęsienia ziemi […]”. ¹⁶
Stwierdzenie, że kambryjska fauna pojawia się w geologicznym zapisie nagle, impli-
kuje, że nie ma form pośrednich łączących złożone organizmy kambryjskie z prostszy-
mi, znajdowanym w niższych (starszych) warstwach. We wszystkich przypadkach pla-
14. S. A. Bowring, J. P. Grotzinger, C. E. Isachsen, A. H. Knoll, S. M. Pelechaty, and P. Kolosov,
„Calibrating Rates of Early Cambrian Evolution”,
Science
1993, vol. 261, s. 1293-98.
15. R. A. Kerr, „Evolution’s Big Bang Gets Even More Explosive”,
Science
3 September 1993, vol. 261,
s. 1274-75; J. Levinton, „ e Big Bang of Animal Evolution”,
Scientii c American
November 1992, s. 84-91; R.
Monastersky, „Siberian Rocks Clock Biological Big Bang”,
Science News
4 September 1993, vol. 144, s. 148.
Science News
4 September 1993, vol. 144, s. 148.
Science News
16. J. Dzik, „Skamieniałości najstarszych zwierząt”,
Świat Nauki
luty 2003, nr 2 (138), s. 68 [66-75];
ramka „Przegląd — miękkie skamieniałości”.
Plik z chomika:
GeoloIS
Inne pliki z tego folderu:
Ziemia śnieżka.doc
(59 KB)
zadanie 5.doc
(591 KB)
zadanie 3.doc
(235 KB)
zad 2.doc
(122 KB)
Unravelling causal components of the Ordovician Radiation.doc
(19 KB)
Inne foldery tego chomika:
Analiza facjalna
Atlas Ziglera
Czwartorzęd
Fizyka
Geochemia
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin