Evolúció

Az evolúció kifejezés általánosan olyan változási folyamatot jelöl, amely bizonyos törvényszerűségek szerint, egy irányban, visszafordíthatatlanul megy végbe, és minőségi változásokat eredményez. Ilyen értelemben bármelyik tudomány diskurzusában előfordulhat, szakkifejezésként azonban csak a biológiában használatos. E cikk ez utóbbival foglalkozik.

Legtágabb értelemben azt mondhatjuk, hogy az evolúció az élet - a legmagasabb szinten tekintett élő rendszer - változása, amely során az élettelen környezethez alkalmazkodik, és saját belső struktúrája és működése is folyamatosan átalakul. (Az ismert földi élet nem áll kölcsönhatásban más élőkkel, tehát önálló rendszerként működik.)

Az evolúcióelmélet elsőként Charles Darwin A fajok eredete című, 1859-ben megjelent művében kapott nyilvánosságot.

Az élet kialakulása

Az anyag élettelen formái is állandó átalakulásban vannak. Ahhoz, hogy tudjuk, ezek a változások mikor lépik át azt a határt, hogy már élő állapotról beszéljünk, szükség lenne az élet definíciójára. Ez túllép e leírás keretein. Fogadjuk el, hogy legalább egy alkalommal ez az átlépés megtörtént. Illetőleg átlépésről csak az ember tudományainak osztályozó szemlélete szerint beszélhetünk, a természetben minden változás egyenrangú.

Az első élőlény kialakulásáról csak hipotéziseink vannak. Egyrészt mikroszkopikus molekuláris rendszerek nem alkalmasak arra, hogy több milliárd éves maradványokat találhassunk belőlük, másrészt az élet kialakulásának mesterséges megismétlése eddig nem járt sikerrel. Feltehető, hogy az esemény valószínűsége annyira csekély, hogy csak bolygónyi méretekben, évmilliók során következhet be, véletlenül. És ha sikerülne is lombikban, nagyon kevés az esély, hogy ugyanaz ismétlődjön meg.

Az első, kőzetekben fellelhető tárgyi bizonyítékok mintegy 3,4 milliárd évesek, ekkorra már a mai prokariotákkal összemérhető szerveződési szintű élőlények éltek.

A tapasztalható változások anyagi alapjai

A földi élőlények működési elve abból a szempontból egységes, hogy tulajdonságaik kódját nukleinsavakban hordozzák. Az élőlény egyedfejlődése során e kód alapján építi fel testét, és ez alapján képes meghatározott életműködésekre. A reprodukció során pedig a kód átkerül az utódokba, hogy a folyamat megismétlődhessen. A kódnak tehát le kell másolódnia, akár igen sok példányban.

A kód másolásakor lép fel a legmélyebb hajtóerő, az anyag "hajlama" a rendezetlenség irányába mutató átalakulásokra. Bár a másolódás folyamata szükségszerűen viszonylag pontos - másként hamar megszűnne a kiindulási élőlényre jellemző minőség -, de nem 100%-os. (Az eltérések gyakoriságának jelentőségére még visszatérünk.) Minden eltérés az eredeti kódtól azt jelenti, hogy valamely felépítési egység, és/vagy biokémiai folyamat anyagi alapját képező fehérjemolekula megváltozik. Az élőlény nagyon kifinomult rendszer. Egy véletlenszerűen bekövetkezett változás sokkal nagyobb eséllyel teszi tönkre, mint hogy javítson rajta. Azok a potenciális utódok, amelyek örökítő anyagába olyan kódváltozás került, amely egyedi életükkel összeegyeztethetetlen, elpusztulnak. Ez a természetes szelekció legközvetlenebb esete.

A genetikai kód megváltozását mutációnak nevezik. Az említett folyamat, amelyben csupán az anyag rendezetlen viselkedése szerepel, az ún. spontán mutáció. Vannak azonban olyan hatások, amelyek növelik a másolási folyamat hibáinak gyakoriságát. Példul bizonyos vegyi anyagok, vagy sugárzások. Ilyenkor indukált mutációról beszélünk.

A nukleinsavak bizonyos részletei kapcsolatba hozhatók olyan megjelenő tulajdonságokkal, amelyeket befolyásolnak. Bár a megfelelés nem mindig 1 : 1 , a könnyebb érthetőség kedvéért ezeket a részleteket szokás az illető tulajdonság génjeként említeni.

Előfordul, hogy a tulajdonságok megváltozása nem okoz életképtelenséget. Ilyenkor az új tulajdonsággal rendelkező egyedek párhuzamosan élnek a régi tulajdonságúakkal. A kérdéses génjük azonban különbözik. Például egy növényfajban a virág színét meghatározó gén egyik esetben piros, a másikban fehér színt hoz létre. A gének párhuzamosan létező, eltérő változatait alléleknek nevezzük.

Tulajdonságkombinációk

Egy tulajdonság értékét az is befolyásolhatja, milyen másik tulajdonságokkal párosul. Egy rejtő színezetű rovarnál pl. előnytelennek minősül, ha ezzel egyidejűleg "izgága", sokat mocorog.

A fejlettebb élőlények egy génből két párhuzamos példányt tartalmaznak. Hogy ezek miként működnek együtt a szükségszerűen egységes tulajdonság megjelenésében, az örökléstan tárgyalja. A fejletlenebbeknél is megfigyelhető azonban, hogy ivaros módon is szaporodnak. Ilyenkor átmenetileg náluk is fennáll a dupla alléles állapot. Az ivarsejtek mindegyik esetben "tisztán" hordozzák a tulajdonságokat, azaz egy génnek csak egy allélje kerül beléjük. Véletlenszerű azonban, hogy egy adott ivarsejtbe melyik génnek melyik szülőből származó allélje kerül. Mivel az ivarsejtek jellemzően nagy számban keletkeznek, és a gének száma is minimum ezres nagyságrendű, az allélek elképesztően nagyszámú kombinációban adódhatnak tovább. És a rendezetlenség elve szerint a megvalósuló változatok zöme különbözik.

Az élővilágban megfigyelhető evolúciós változások alapja tehát az örökítő anyag sokfélesége, ill. megváltozása.

Evolúciós folyamatok

Az evolúció törvényszerűségeit olyan egyedek csoportján szokás vizsgálni, amelyek tényleges szaporodási közösséget alkotnak. Ez a populáció.

Tekintsük egy adott populáció allélállományát. A következő generáció létrehozásakor a következő folyamatok történnek:

Mutációk 

Az allélek egy része megváltozik. A változások nagy része életképtelenséget okoz, tehát nem adódik át. A többi értékét az utód élet- és szaporodóképessége fogja megmutatni.

Újrakombinálódás 

A meiózis átkereszteződése során az allélek más allélekkel cserélhetnek ki DNS szakaszokat; ebben természetesen a mutációval létrejött újak is részt vesznek. Az új kombinációk értéke az utódokban nyilvánul meg.

Az új generáció egyedei nagy számosságúak. Még egy olyan kevéssé szaporának nyilvántartott faj, mint az afrikai elefánt esetében is, ha minden utód életben maradna, a népesség nagymértékben növekedne. A körülmények azonban ezt nem engedik. Nem jut elég táplálék, búvóhely, stb. Természetes ellenségek veszélyeztetik az egyedek életét. Amelyeket tulajdonságaik rátermettebbé tesznek szükségleteik megszerzésében, és ellenségeik elkerülésében, azok életben maradnak, a többi elpusztul. És mindezt a bennük levő allélek határozzák meg. Mire elérik azt a kort, hogy ők lesznek a rákövetkező generáció szülei, az életben maradtak alléljeinek gyakorisága aszerint alakul, melyik mennyire bizonyult rátermettnek. A továbbszaporodás egy további versenyhelyzet: az lesz tényleges szülő, amelyik termékeny, és párt is tudott szerezni magának a fajra jellemző kiválasztási folyamatnak megfelelően.

Az ún. természetes szelekció során tehát a populáció allélösszetétele előnyösebb lesz az adott körülmények között. Vannak azonban olyan esetek, amikor olyan tulajdonságok maradnak fenn, amelyek nem előnyösebbek az eltűnteknél.

Ha egy populáció népessége kicsi, megnő a véletlenszerű folyamatok jelentősége. Ilyenek például az egyes allélek bejutása az ivarsejtekbe, adott alléleket hordozó ivarsejtek találkozása, utód keletkezése. Az utódpopuláció allélösszetétele ilyenkor a környezeti tényezőktől független irányba változhat. Ez a genetikai sodródás jelensége.

A populáció allélösszetételét az is befolyásolhatja, ha más populációval kerül kapcsolatba. Onnan új allélek érkezhetnek, illetve oda - véletlenszerű megoszlásban - allélek távozhatnak. Az ilyen génáramlás fenntartja a tulajdonságok folytonos átmenetét a populációk között, azaz gátolja az evolúció irányainak elkülönülését.

Az evolúció sebessége

Az evolúciós változások a generációk között tapasztalhatók. Hogy emberi mértékkel ez milyen gyors, az a generációváltás idejétől függ. Szélsőséges esetek: primitív egysejtűek produkálhatnak két generációt is óránként. Így egy-két nap alatt észrevehető evolúciós változás történhet; pl rezisztencia kialakulása egy antibiotikummal szemben. A másik véglet: a szálkásfenyő egyedei több ezer éves kort érhetnek meg. A belőle álló erdő megújulási ideje is ilyen nagyságrendű. Evolúciós változást tehát csak igen-igen lassan tud mutatni.

Minél gyorsabb egy faj evolúciója, annál gyorsabb környezeti változásokhoz képes alkalmazkodni. Ez akkor előny, ha a környezeti tényezők is gyorsan változnak. Úgy tűnik, hogy a gyorsabb evolúció képessége maga is egy előnyös tulajdonság. A test mérete és bonyolultsága azonban fordított arányban áll az elérhető generációváltási gyakorisággal, és számos más szelekciós szempontból is számításba kerül előnyként vagy hátrányként. Az evolúció sebességének másik összetevőjéért vissza kell térnünk molekuláris szintre.

A genetikai kód másolásakor sokkal több változás keletkezik, mint amennyi az új sejtek allélkészletébe kerül. A különbség oka, hogy egy molekuláris javítási mechanizmus jó részüket visszafordítja. Az érvényre jutó mutációk a javítórendszer hibaszázalékát képviselik, ami maga is egy tulajdonság, és az evolúció részeként beáll a fajra jellemző optimális értékre. Ha ugyanis a kelleténél több a mutáció, akkor amiatt, hogy a mutációk túlnyomó része káros, sok egyed pusztul el, gyengül a populáció. Az optimálisnál kevesebb mutáció esetén viszont nem jön létre elegendő új véletlen változat, amelyek között lehet a változó környezetben rátermettebb is. Ennek hiányában a populáció nem tud megfelelő sebességgel alkalmazkodni a változásokhoz, és kipusztul. A földi élet fejlődéstörténetében sok példa ismeretes, hogy állandósult körülményekhez alkalmazkodott élőlények nagy számban pusztultak ki valamely hirtelen bekövetkezett környezeti változás hatására. A legismertebb talán a dinoszauruszok eltűnése.

Az evolúció jellemzőbb irányai

Legyen adott egy populáció, amely sikeresen alkalmazkodik a környezetéhez. Egy generációban létrejövő nagyszámú utód úgy is megoldhatja az erőforrások korlátozott voltából származó problémáit, hogy egy részük új élőhelyre költözik. Nő az elterjedési terület, és feltehető, hogy a környezeti tényezők a különböző élőhelyeken eltérnek. Más-más tulajdonságok bizonyulnak rátermettnek. Ameddig szaporodási korlát nem lép fel, az állandó keveredés miatt a tulajdonságok között folytonos az átmenet. Ha azonban egy csoport elszigetelődik, a tulajdonságok a folyamatos, eltérő irányú változások halmozódása miatt annyira eltérhetnek, hogy már nem is tudnának szaporodni a kiindulási populáció tagjaival. A rendszertan kb. itt állapítaná meg, hogy új faj keletkezett. Így alakulhat ki egy közös ősből divergens fejlődéssel sokféle új élőlény. A leszármazottak testi felépítése többé-kevésbé őrzi a közös eredet bizonyítékait. Például az emlősök végtagcsontjai jól megfelelésbe hozhatók, dacára annak, hogy a majom, a vakond, az antilop, a bálna és a denevér mellső lába más-más feladat hatékony ellátására módosult.

Legyen adott a Föld két távoli, elszigetelt pontján valamilyen, még be nem népesült élettér, amelynek élettelen és élő környezeti tényezői nagyon hasonlók. Tegyük fel azt is, hogy azok az élőlények, amelyek számára elérhetők, nincsenek közeli rokonságban. Az élet az üres (de életre alkalmas) élettereket benépesíti. A mutációk között lesznek olyanok, amelyek az adott körülmények között előnyös tulajdonságokat eredményeznek. A hordozó egyedek pedig akadálytalanul sokasodhatnak versenytárs híján. (Ez egy erősen redukált modell, a valóságban valószínűbb, hogy a pionírok több kiindulásból közelítenek, és egyre inkább versengenek.) Miután jól alkalmazkodtak az élőhelyhez, az elszigetelten élő, nem rokon élőlények sok hasonlóságot fognak mutatni, mert a hasonló környezeti tényezők között hasonló tulajdonságok bizonyulnak előnyösnek. Ez a konvergens evolúció (összetartó fejlődés) jelensége.

Alternatív elképzelések

Az evolúciós elmélet kialakulása előtt az élővilág eredetét a vallások próbálták megmagyarázni, rendszerint egy természetfölötti lény általi teremtéssel. Ezeket a magyarázatokat, amelyek egyes fundamentalista vallási irányzatok követői között, elsősorban az Egyesült Államokban és a Közel-Keleten még ma is népszerűek, összefoglaló néven kreacionizmusnak nevezik. Bár a kreacionista elképzelések alapvetően nem tudományos jellegűek (rendszerint szent iratokon vagy erkölcsi megfontolásokon alapulnak), alátámasztásukra és a nekik ellentmondó tudományos elméletek megkérdőjelezésére gyakran felhasználnak tudományos eredményeket.

A kreacionista irányzatok rendkívül sokrétűek, a 6000 évvel ezelőtt történt, 6 nap alatti teremtéstől az evolúció és a természetfeletti lény általi teremtés különféle kombinációiig terjednek. Elsősorban nem tudományos, hanem társadalmi vagy politikai mozgalmak, a tudományos életben nincsenek jelen. Az USA-ban a kreacionista elképzelések oktatása (vallásos jellegük miatt) állami iskolákban 1987 óta tilos.

A vallás és a tudomány határterületén áll az értelmes tervezés (intelligent design), az evolúció elméletének legújabb és alighanem legnépszerűbb vetélytársa. Bírálói szerint csupán kreacionizmus új köntösben, hirdetői szerint a tudományos módszertan kibővítése, és egyes filozófiai dogmáktól való megszabadítása. Alapgondolata, hogy a megfigyelt jelenségek három módon magyarázhatóak: természeti törvényekkel, véletlennel vagy egy intelligens lény működésével. Ha egy jelenséget nem tudunk semmilyen törvényszerűséggel magyarázni, és a véletlen bekövetkezáse statisztikai megfontolásokból elvethető, akkor kizárásos alapon egy intelligenciát kell feltételeznünk. Mivel szerintük az élővilág egyes jelenségei (pl. a mikrobiológiában megfigyelhető egyszerűsíthetetlen bonyolultság vagy a genetikai kódban található komplex specifikált információ) sem törvényekkel, sem a véletlennel nem magyarázhatóak, fel kell tételeznünk egy (közelebbről nem meg határozott) értelmes tervező létét, aki az élőlényeket megformálta. Az értelmes tervezés az USA-ból ered, képviselőinek célja a közgondolkodás megtisztítása, az istenhit rangjának helyreállítása és a materializmus visszaszorítása először a tudományos világban, majd a médiában, végül pedig a kultúrában (ez az ún. ék stratégia^[3]). Jelenleg, bár a médiában és a kultúrában már jelentős súlyt nyertek, a tudományos közösségben kicsi a támogatottságuk, és szinte semmilyen eredmény nem fűzödik eddigi működésükhöz.

Ajánlott irodalom

• Vida Gábor (szerk.): Evolúció I (Az evolúció genetikai alapjai), Natura, 1981.
• Vida Gábor (szerk.): Evolúció II (Az élővilág evolúciója), Natura, 1982.
• Vida Gábor (szerk.): Evolúció III (Az evolúció és az emberiség), Natura, 1983.
• Vida Gábor (szerk.): Evolúció IV (Az evolúciókutatás frontvonalai), Natura, 1984.
• Ernst Mayr: Mi az evolúció?
• Richard Dawkins: Az önző gén, Gondolat, 1986.
• Richard Dawkins: A hódító gén, Gondolat, 1989.
• Richard Dawkins: A vak órásmester, Akadémiai, 1994.
• Richard Dawkins: Folyam az édenkertből, Kulturtrade, 1995.
• George C. Williams: A pónihal lámpása (Terv és cél a természetben), Kulturtrade, 1997.
• Lynn Margulis: Az együttélés bolygója (Az evolúció új megközelítése), Kulturtrade, 2000.
• Michael Behe: Darwin fekete doboza - Az evolúcióelmélet biokémiai kihívásai. Terj.: 362 old. Harmat Kiadó, Bp., 2002. ISBN 963 9148 73 3