Spis treści
Przedmowa
I Ewolucja i dobór naturalny
1. Dlaczego potrzebujemy teorii ewolucji?
2. Kto odkrył ewolucję?
3. Jak teoria Darwina zmieniła nasze postrzeganie ewolucji?
4. Czym była teoria Darwina o ewolucji drogą doboru naturalnego?
5. Jakie dowody miał Darwin na poparcie swojej teorii?
6. Dlaczego w takim razie Darwin zaproponował drugą teorię –doboru płciowego?
7. Jakie dowody mamy obecnie na poparcie teorii Darwina?
8. Czy teoria ewolucji nie jest jedynie teorią?
9. Zatem dlaczego tak wielu ludzi nie wierzy Darwinowi?
10. Dlaczego to ważne, by pytać dlaczego?
II Ewolucja i adaptacja
11. Jak gatunki przystosowują się do swojego środowiska?.
12. Jak rozpoznajemy adaptacje?.
13. Jak powstają nowe cechy?.
14. Czy mimikra jest adaptacją?
15. Co narządy szczątkowe mówią nam o ewolucji?.
16. Jak szybko przebiega ewolucja?.
17. Jak klimat wpływa na zmiany ewolucyjne?.
18. Czy doskonałość jest nieuchronnym skutkiem ewolucji?.
19. Dlaczego niektóre biologiczne cechy wydają się słabo zaprojektowane?.
20. Dlaczego czasami padamy ofiarą zgubnych nałogów?
Ewolucja i genetyka
21. Dlaczego odkrycie genetyki było dla ważne dla naszego zrozumienia ewolucji?.
22. Czym są prawa dziedziczenia Mendla?
23. Czym jest „współczesna synteza”?.
24. Jak odkrycie DNA zmieniło nasze rozumienie genetycznych mechanizmów ewolucji?
25. Czym jest dostosowanie genetyczne?
26. Czy geny naprawdę są samolubne?.
27. Ale jak zwierzęta wiedzą kto jest z nimi spokrewniony?
28. Czy istnieją inne rodzaje biologicznej transmisji oprócz DNA?
29. Czy ewolucja może zachodzić przy braku doboru naturalnego?.
30. Czym jest zegar molekularny?.
31. Czy możemy stwierdzić, jak zaczęło się życie na Ziemi?
32. Jak w tych bardzo prymitywnych warunkach rozwinęło się na Ziemi życie, które znamy?
33. Dlaczego wirusy i bakterie ewoluują tak szybko?
34. Dlaczego wykształciła się wielokomórkowość?
35. Czym jest symbioza?
36. Dlaczego symbionty są dla nas ważne?.
37. Kiedy jednostka jest komórką, a kiedy osobnikiem lub kolonią?
38. Jestem więc osobnikiem czy kolonią?
39. Dlaczego nie żyjemy wiecznie?
40. Nawet jeśli ewolucja jest prawdą, to czemu teoria ewolucji powinna być dla nas dzisiaj ważna?.
41. Czym jest gatunek?
42. Dlaczego gatunki są czasami trudne do zdefiniowania?.
43. Jak powstają nowe gatunki?
44. Dlaczego genetyka i anatomia nie zawsze są ze sobą zgodne co do historii ewolucyjnej?.
45. Dlaczego gatunki wymierają?
46. Ile masowych wymierań miało do tej pory miejsce?
47. Czy dinozaury naprawdę wymarły?.
48. Czy ludzie kiedykolwiek byli odpowiedzialni za wymierania?.
49. Czy gatunki mogą zmartwychwstać?.
50. Czy zróżnicowanie genetyczne gatunków ma znaczenie?
VI Ewolucja złożoności
51. Dlaczego niektóre gatunki zjadają inne?.
52. Na jakie sposoby rośliny i zwierzęta wykorzystują się wzajemnie?
53. Czym jest sieć troficzna?.
54. Czy ekosystemy ewoluują?.
55. Czy zaburzenie przez nas „równowagi przyrody” ma znaczenie”?
56. Dlaczego wykształciło się rozmnażanie płciowe?.
57. W jaki sposób są determinowane obie płcie?
58. Czy wszystkie organizmy determinują płeć w taki sam sposób?.
59. Dlaczego istnieje kompromis między reprodukcją a opieką rodzicielską?.
60. Dlaczego spór między naturą a wychowaniem dalej zaburza nasze dyskusje?.
VII Ewolucja człowieka
61. Kim byli nasi najwcześniejsi przodkowie?
62. Kim byli neandertalczycy?
63. Dlaczego neandertalczycy mieli takie duże oczy?.
64. Dlaczego neandertalczycy wyginęli?
65. Czy to prawda, że wszyscy posiadamy neandertalskie geny?
66. Dlaczego tylko jeden gatunek z naszej całej linii ewolucyjnej przetrwał?
67. Co genetyka molekularna może nam powiedzieć o naszej najnowszej historii?.
68. Czy różnice rasowe są formą adaptacji?
69. Dlaczego ludzie są jedynym gatunkiem, który wykształcił język?.
70. Czy ludzie dalej ewoluują?.
71. Jaką rolę w ewolucji pełni zachowanie?.
72. Jak możemy wyjaśnić ewolucję altruizmu?.
73. Dlaczego wykształciła się współpraca?.
74. Czy to, z kim bierzemy ślub, ma znaczenie dla ewolucji?
75. Czy ludzie są naprawdę monogamiczni?
76. Czy konflikty interesów są nieuniknione w ewolucji?
77. Czy istnieją różnice w zachowaniu związane z płcią?.
78. Dlaczego systemy doboru partnera różnią się między gatunkami?
79. Czy zachowanie ludzi jest zawsze powiązane z adaptacją?
80. Czy teoria ewolucji wyklucza istnienie wolnej woli?
IX Ewolucja społeczności
81. Dlaczego niektóre zwierzęta żyją w grupach?
82. Dlaczego grupy zwierząt nie mogą być nieskończenie duże?
83. Jak duże grupy unikają dylematu dóbr wspólnych?
84. Co jest tak skomplikowanego w życiu społecznym?
85. Dlaczego niektóre zwierzęta posiadają tak duże mózgi?.
86. W jaki sposób zwierzęta spajają swoje grupy?.
87. W jaki sposób ludzie integrują się w znacznie większe grupy?
88. Jak możemy wyjaśnić wykształcenie się oszustwa?.
89. Jak wykształciły się społeczności naczelnych?.
90. Czy społeczności ludzkie ewoluowały?.
X Ewolucja kultury
91. Czy kultura ewoluuje?.
92. Czemu ludzie kultury są tak różne?
93. Dlaczego wykształciło się tak wiele różnych języków?
94. Czy jakikolwiek gatunek poza ludźmi wykształcił kulturę?
95. Dlaczego tylko ludzie posiadają kulturę wysoką
96. Kiedy i dlaczego wykształciła muzyka?.
97. Czy religia ewoluowała?.
98. Czy internet zmieni kierunek ludzkiej ewolucji?.
99. Czy teoria ewolucji ma swoje implikacje dla innych dyscyplin poza biologią?.
100. Dlaczego więc ludzie nadal źle rozumieją teorię ewolucji?
Dalsze lektury
8. Czy teoria ewolucji nie jest jedynie teorią?
To zależy od tego, jak rozumiemy teorię. Jeśli jako to, co nie zostało jeszcze udowodnione, to odpowiedzią będzie zdecydowane nie. W nauce takie przypadki określamy mianem hipotezy, czyli sugestii, co do której nie mamy jeszcze przekonujących dowodów. Słowo „teoria” w nauce znaczy coś całkowicie innego. Teorie są to wyjaśnienia lub modele, co do których mamy solidne podstawy, by uznać je za prawdziwe. Można podzielić je na dwa rodzaje: te, które są prawdziwe z definicji, oraz te, które uznajemy za prawdziwe dzięki ciężarowi dowodów.
Do tych pierwszych zazwyczaj zalicza się teorie matematyczne (lub dedukcyjne). Są one prawdziwe, biorąc pod uwagę szereg założeń co do działania świata. Możemy mieć empiryczne (pochodzące z obserwacji) dowody dotyczące tych założeń lub po prostu brać je za prawdziwe, gdyż ciężko wyobrazić sobie, w jaki inny sposób mogłaby działać jakaś rzecz, lub jeśli chcemy sprawdzić konsekwencje działania danej teorii. Do tego typu należy właśnie teoria ewolucji poprzez dobór naturalny Darwina. Została sformułowana jako zestaw trzech założeń oraz ich logicznej konsekwencji (spójrzcie na pytanie nr 4) i jest prawdziwa z definicji (lub dzięki dedukcji). Jedynym możliwym źródłem wątpliwości jest to, czy jej założenia są empirycznie prawdziwe.
Teorie drugiego typu to po prostu empiryczne opisy świata oparte na podsumowania wielu obserwacji nazywane teoriami indukcyjnymi. Są one „koniem pociągowym” nauki, szczególnie na początkowym stadium rozwoju danej dziedziny. Musicie wiedzieć, co chcecie wyjaśnić, a do tego potrzeba obserwacji. Kiedy zostaną one już dokonane, wtedy możecie zbudować teorie pierwszego (matematycznego) rodzaju, by przedstawić rozwiązanie jakiegoś problemu. Prawa dziedziczności Mendla (genetyka) (spójrzcie na pytanie nr 22) początkowo powstały na podstawie obserwacji, co poskutkowało wykształceniem zestawu bardzo prostych zasad opartych na założeniach dotyczących tego, jak dziedziczone są cechy. W latach 30. XX wieku prawa te zostały połączone z koncepcjami pochodzącymi z biologii populacyjnej, by stworzyć matematyczną teorię ewolucji (tzw. współczesną
syntezę)8 (spójrzcie na pytanie nr 23). Stworzyło to podstawę do badań, które okazały się niezwykle produktywne w tworzeniu nowych hipotez do przetestowania.
Istnieje poważna różnica między teoriami, które budują nadrzędną ramę dla naszych dalszych rozważań, a specyficznymi, drugorzędnymi, testowanymi teoriami, które zwykle badają mechanizmy teorii nadrzędnej. Biolodzy ewolucyjni zazwyczaj po prostu zakładają, że teoria ewolucji jest prawdziwa, i poświęcają swój czas, by sprawdzać hipotezy dotyczące jej sposobu działania lub konsekwencji, których możemy się spodziewać w naturalnym świecie. Założenie, że nadrzędna w danej dyscyplinie teoria jest prawdziwa, nawet bez wiedzy, czy tak naprawdę jest, byłoby całkowicie rozsądne, to naukowcy mają zazwyczaj dobre powody, by ją za taką uważać. Może wydawać się to dziwne, lecz zakładanie z góry, że owe ramowe teorie są prawdziwe, jest całkowicie zrozumiałym posunięciem w nauce. Teoria taka po prostu zapewnia punkt startowy dla dalszych rozważań o naturze świata. Ważną sprawą jest to, że dalej testujemy jej przewidywania w kontrze do empirycznych dowodów i poprawiamy ramową teorię (lub jej założenia) w świetlne osiąganych rezultatów. W ten sposób nauka, z zasady zaczynając rozważania w całkowicie przypadkowym, koncepcyjnym punkcie, może stopniowo, krok po kroku, przejść przez proces testowania i poprawiania aż do stworzenia teorii, która w prawidłowy sposób opisuje świat.
Formalną cechą teorii jest jednak to, że można udowodnić jej fałszywość. Teoria Darwina mogła zostać obalona w wielu punkach, a zwłaszcza w jej trzech fundamentalnych założeniach (czy aksjomatach). Jeśli nie istniałoby zróżnicowanie między osobnikami na takim poziomie, by wyodrębnić jakieś różniące je cechy, lub nie byłoby dowodów na dziedziczenie tych cech czy też ich wpływ na sukces reprodukcyjny, to teoria ta by upadła. Jest również wiele innych możliwości. Koncepcja Darwina o ewolucji przewidywała jednorazowe narodziny życia, a następnie – wraz z napotykaniem przez organizmy coraz to nowych środowisk i nowych typów presji ewolucyjnej – ich dalsze różnicowanie się w bardziej różnorodne i złożone formy.
8 Nazywaną również syntetyczną teorią ewolucji lub współczesną syntezą teorii ewolucji (przyp.tłum.).
24. Jak odkrycie DNA zmieniło nasze rozumienie genetycznych mechanizmów ewolucji?
DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy, został odkryty przez szwajcarskiego biologa Friedricha Mieschera w 1869 roku, kiedy zauważył on, że jądro białej krwinki człowieka zawiera nici podobne do białek, które nazwał nukleinami (obecnie nazwalibyśmy je kwasem nukleinowym). Pół wieku później rosyjski biochemik Phoebus Levene odkrył, że nici kwasu nukleinowego składają się z kombinacji fosforanów, cukrów i zasad. Następnie w 1944 roku Oswald Avery wraz z zespołem z Rockefeller University w Nowym Jorku wykazali, że dziedziczne jednostki genów składają się z DNA. Ostatni element układanki pojawił się w 1953 roku, kiedy to biolodzy z Cambridge, James Watson i Bernard Crick, dzięki pomocy krystalograficznych zdjęć DNA wykonanych przez Maurice’a Wilkinsa i Rosalind Franklin w Londynie odkryli, że nici DNA tworzą podwójną helisę, na którą wzdłuż nawleczona jest kombinacja czterech zasad (tyminy, adeniny, guaniny i cytozyny), połączonych w poprzek dwóch nici wiązaniami wodorowymi. Owe cztery zasady były zawsze połączone w ten sam sposób, tymina z adeniną i guanina z cytozyną. Model ten, oryginalnie zbudowany przy użyciu kawałków kartonu, pozostał niemal niezmieniony przez ponad pół wieku.
Spiralna forma była tym, co umożliwiło niciom DNA (lub chromosomom) replikację. Podczas podziału komórki podwójna helisa rozwija się, a każda połowa odbudowuje swoją przeciwną stronę z płynu komórkowego, gdy zasady przyciągają swoje komplementarne odpowiedniki. Przez większość czasu proces ten działa niezawodnie podczas reprodukowania komórek potomnych o identycznych chromosomach jak komórka macierzysta. Jednak od czasu do czasu może wystąpić błąd, gdy para zasad zostanie utracona lub segmenty DNA oderwą się i zostaną wstawione w innym miejscu lub w niewłaściwej kolejności. Tego rodzaju błędy są jednak bardzo rzadkie, gdyż dotyczą zwykle tylko jednej na 100 milionów zasad. W wielu przypadkach zakłócają one równowagę chemiczną komórki i powodują jej śmierć. Proces ten jest samonaprawczy, okazuje się bowiem, że nici DNA występują w znacznym nadmiarze, tak więc jeśli jeden segment nie robi tego, co powinien, może zostać zastąpiony przez inny. Jednak od czasu do czasu
nowa kombinacja działa wystarczająco dobrze, by przetrwać jako mutacja, która wytworzy nowy wariant danej cechy. Tak więc nowy sposób rozumienia działania procesu replikacji komórek okazał się również wyjaśnieniem tego, jak zachodzą mutacje.
Bardzo szybko udało się odkryć, że pary zasad tworzą zestawy składające się z trzech takich par (obecnie zwanych kodonami), które układają się wzdłuż linii chromosomu i z których każdy koduje inny aminokwas, który z kolei koduje określone białko wykorzystywane w procesie budowy nowych komórek. Prosty kodon niosący ze sobą instrukcję „start” lub „stop” reguluje to, jak długo dany proces podziału komórki może się powtarzać, stanowiąc zarazem bardzo prosty mechanizm zmiany rozmiaru narządów. W efekcie budowanie nowych komórek polega na odczytywaniu bloków trzech par zasad wzdłuż chromosomu od kodonu „start” do kodonu „stop”.
Okazuje się to niezwykle prostym i eleganckim sposobem działania mechanizmu dziedziczenia, który nie wymaga żadnych niezwykłych warunków czy procesów. Opisana struktura tripletowa ogranicza liczbę potrzebnych aminokwasów do 64, choć w większości przypadków jedynie około 20 z nich jest faktycznie wykorzystywanych przez komórki. Z punktu widzenia teorii ewolucji złamanie kodu genetycznego przyniosło jednak dodatkową korzyść, a mianowicie pokazało, że jest on wspólny dla wszystkich gatunków (z wyjątkiem niektórych najbardziej prymitywnych archeonów), co sugeruje, że wyewoluowały one od jednego wspólnego przodka, tak jak przewidział Darwin.
25. Czym jest dostosowanie genetyczne?
Darwinowska teoria ewolucji drogą doboru naturalnego składa się z trzech aksjomatów (lub zasad) i ich logicznego wniosku (spójrzcie na pytanie nr 4). Trzeci z nich zapewnia fundament, który sprawia, że osobniki z określoną wersją danej cechy rozmnażają się z większym powodzeniem. Ewolucja zachodzi, gdyż na dłuższą metę dobór naturalny zawsze będzie dążył do maksymalizacji zdolności organizmu do przekazywania kopii swoich
95. Dlaczego tylko ludzie posiadają kulturę wysoką?
Fakt, że ludzie pod względem kultury (podobnie jak i języka) wydają się być o lata świetlne dalej niż wszystkie inne zwierzęta, rodzi oczywiste pytanie o to, co sprawia, że taki rozdźwięk jest w ogóle możliwy. Oczywiście ma to coś wspólnego z naszymi zdolnościami poznawczymi, ale jakimi? I w jaki sposób owe zdolności odnoszą się do podstaw neurobiologii i jej rozwoju w trakcie ewolucji naczelnych?
Prawdopodobnie najważniejsza różnica polega na zdolności poznawczej znanej jako mentalizowanie lub intencjonalność (spójrzcie na pytanie nr 69). Mentalizowanie jest zjawiskiem dającym się przedstawić za pomocą pewnych wartości czy liczb, z naturalnym limitem dla większości normalnych dorosłych na poziomie pięciu stanów mentalnych lub tzw. stopni intencjonalności: „Wierzę [1], że myślisz [2], że przypuszczam [3], że zastanawiasz się [4], czy zamierzam [5]… [coś]” – z kolejnymi czasownikami stanu mentalnego zapisanymi kursywą i kolejnymi stopniami intencjonalności wskazanymi w nawiasach. Najlepsze, co większość czujących zwierząt potrafi zrobić, to mentalizowanie na pierwszym poziomie („wierzę, że [coś]”), chociaż wszystkie człekokształtne wydają się być w stanie osiągnąć mentalizowanie na drugim poziomie („wierzę, że [1] myślisz, że [2]… [coś]”). Jest to poziom osiągany przez pięcioletnie ludzkie dzieci. Tak więc fakt, że większość dorosłych radzi sobie z pięcioma poziomami (a niektórzy nawet z kolejnymi), stanowi ogromny krok naprzód w porównaniu z innymi zwierzętami.
Bez dążenia do mentalizacji na poziomie trzecim (niezbędne minimum) używanie złożonego języka i opowiadanie historii są niemożliwe, zwłaszcza dlatego, że bylibyśmy wówczas w stanie zarządzać tylko pojedynczymi zdaniami, takimi, jakie tworzą dzieci, ucząc się języka. Zdanie „Janek kocha Marysię” jest bez wątpienia interesujące, ale nie jest tak naprawdę podstawą wyrafinowanej, emocjonalnie poruszającej historii, gdyż na próżno czekamy na „i…” lub „ale…”, które zwiastują, że nastąpi coś naprawdę przykuwającego uwagę. Tak, możemy komunikować się za pomocą mentalizacji
na poziomie drugim (w końcu małe dzieci robią to doskonale), ale nasze historie będą tak ubogie, że większość ludzi nie uzna ich za Kulturę.
Tym, co ważne zarówno dla swobodnej wymiany językowej (konwersacji), jak i dla opowiadania historii, jest to, że możemy zobaczyć świat z punktu widzenia naszych odbiorców („rozumiem, jak moi odbiorcy interpretują to, co zamierzam powiedzieć…” – trzy stopnie intencjonalności). Pozwala nam to ustrukturyzować to, co i jak mówimy, aby lepiej przekazać to, co mamy na myśli. Jest to szczególnie ważne, gdy próbujemy opowiadać o emocjach i stanach psychicznych, ponieważ sam język nie jest w tym zbyt dobry. Badania eksperymentalne wskazują, że ludzie uważają historie i dowcipy, które mają więcej stopni intencjonalności (w efekcie więcej postaci i ich stanów umysłu), za znacznie bardziej interesujące i przyjemne niż historie z mniejszą ich liczbą. Krótko mówiąc, mentalizacja wydaje się kluczem do zrozumienia zarówno naszej złożonej społeczności, jak i kultury.
Być może najważniejsze odkrycia ostatniej dekady zostały dokonane jednak dzięki neuroobrazowaniu. Dotychczas przeprowadzono wiele tysięcy badań skoncentrowanych na mentalizacji, które zidentyfikowały dzięki skanowaniu mózgu konkretny zestaw znajdujących się w nim neuronów, wydających się być odpowiedzialnymi za tę zdolność. Tworzą one zintegrowaną sieć (stanowiącą podstawę tzw. teorii umysłu), która łączy jednostki w korze przedczołowej (część mózgu nad oczami, gdzie przetwarzane jest zarówno świadome myślenie, jak i w znacznym stopniu emocje) z jednostkami w płatach skroniowych (tuż przy naszych uszach) poprzez obszar znany jako połączenie skroniowo-ciemieniowe z tyłu płata skroniowego. Ta sama sieć koreluje z liczbą naszych przyjaciół (spójrzcie na pytanie nr 85). Okazuje się, że obwód ten posiadają również małpy i że prawdopodobnie odgrywa on kluczową rolę w ich zdolnościach społecznych.
Co ważniejsze, skanowanie mózgu dorosłych ludzi ujawnia, że kompetencje mentalizacyjne jednostek (to, ile stopni intencjonalności mogą obsługiwać jednocześnie) korelują w szczególności z objętością kory przedczołowej. To właśnie ta część mózgu urosła nieproporcjonalnie w trakcie ewolucji naczelnych i w porównaniu z jakimkolwiek innym gatunkiem u ludzi jest
