W większości przypadków procesu ewolucji nie da się obserwować na bieżąco - większe zmiany ewolucyjne są zbyt wolne, aby można je było zarejestrować w przeciągu trwania jednego życia ludzkiego lub choćby całej cywilizacji. Istotniejsze zdarzenia ewolucyjne potrzebują co najmniej setek tysięcy lub milionów lat do swego zajścia (człowiek zaczął uprawiać rolę 10 tysięcy lat temu, a pierwsze miasta pojawiły się przed 5 tysiącami lat). Czas, przez jaki przebiegała ewolucja życia na Ziemi, prawie 4 miliardy lat, jest bardzo długi - stanowi on ponad jedną czwartą wieku całego Wszechświata. Mimo iż nie jesteśmy w stanie „na własne oczy” zarejestrować większych przemian ewolucyjnych, ilość dowodów na zachodzenie ewolucji jest tak wielka, że praktycznie żaden poważny biolog nie wątpi w jej istnienie.

1. Dowody z paleontologii

Podstawowym dowodem na fakt zachodzenia ewolucji biologicznej, będącym zarazem dokumentacją jej przebiegu, są skamieniałości roślin i zwierząt. Znajduje się je najczęściej w skałach osadowych (powstałych w wyniku powolnego osadzania się, warstwa po warstwie, substancji je budujących) pochodzących z różnych okresów geologicznych. Wiek poszczególnych warstw skalnych, a zatem i występujących w nich skamieniałości, można określić za pomocą tzw. metod izotopowych, polegających na badaniu proporcji zawartości w skale radioaktywnego izotopu jakiegoś pierwiastka oraz pierwiastków będących produktami rozpadu tego izotopu (im więcej jest produktów rozpadu, tym wcześniej została uformowana skała). Na przykład, wiek skał można wyznaczyć na podstawie stosunku ilości radioaktywnego izotopu potasu (40K) do ilości produktu jego rozpadu - argonu. Metody izotopowe pozwalają na odtworzenie sekwencji czasowej pojawiania się i wymierania poszczególnych form żywych. Skamieniałości są to zachowane w skale szczątki organizmów żywych lub ich części, które zostały (częściowo lub całkowicie) wtórnie wypełnione różnymi minerałami, np. krzemionką, pirytami lub węglanem wapnia. Proces wypierania pierwotnych składników, głównie organicznych, oraz zastępowanie ich przez substancje mineralne nazywamy fosylizacją. Czasem cała skała jest pochodzenia organicznego i wobec tego składa się ze szczątków organizmów żywych, jak na przykład wapienie zbudowane z pancerzyków morskich jednokomórkowych organizmów planktonicznych (zawierających węglan wapnia) lub też węgiel kamienny, będący przetworzonymi szczątkami drzewiastych widłaków, skrzypów i paproci, które tworzyły bagienne lasy w karbonie. Z reguły skamieniałości powstają w wyjątkowych okolicznościach. Najlepiej, żeby zaraz po śmierci organizmu jego ciało uległo przykryciu przez jakiś osad, tak aby odcięty został dostęp tlenu, padlinożerców i mikroorganizmów rozkładających martwą materię organiczną. Odpowiednie po temu warunki panują na dnie niektórych zbiorników wodnych. Szczątki roślin lub zwierząt mogą też zostać pokryte przez lotne piaski albo popiół wulkaniczny. Czasem zwierzęta topiły się również w dołach wypełnionych gliną, smołą itp. Z reguły największe szanse na zachowanie mają twarde tkanki i części ciała, takie jak drewno u roślin oraz kości, zęby, muszle i pancerzyki u zwierząt. Organizmy pozbawione podobnych części mają tylko niewielkie szanse na pozostawienie skamieniałości. Niektóre środowiska, na przykład wilgotna dżungla tropikalna, sprzyjają szybkiemu rozkładowi martwych organizmów, inne zaś, w tym tereny suche - nie. Ze wszystkich powyższych powodów tylko bardzo nieliczne organizmy żyjące w minionych epokach geologicznych przetrwały do naszych czasów w postaci skamieniałości. Dodać jeszcze należy, że czasem znajduje się nie tylko skamieniałe ciała roślin i zwierząt, ale także ich odciski oraz ślady działalności różnych organizmów, takie jak stromatolity wytwarzane przez sinice, korytarzyki wyryte w mule przez robaki morskie, tropy dinozaurów czy odciski stóp australopiteków. Innym przykładem zachowania szczątków organizmów z dawnych epok mogą być zatopione w bursztynie (będącym stwardniałą żywicą) owady lub zamarznięte w lodzie mamuty. Jeżeli skamieniałości jakiegoś organizmu występują powszechnie w skałach jednego tylko, względnie krótkiego okresu geologicznego, to są one znane jako skamieniałości przewodnie i mogą służyć do stwierdzenia, z jakiego czasu pochodzi dana warstwa skały, bez potrzeby użycia metod izotopowych. Wystarczy bowiem raz oznaczyć bezwzględny wiek skały zawierającej daną skamieniałość metodą izotopową, aby potem określić wiek podobnych warstw skalnych na całym świecie. Szczególnie przydatne jako skamieniałości przewodnie są różne grupy bezkręgowców morskich, np. amonity. kolejność pojawiania się i znikania w czasie (czyli w kolejnych warstwach geologicznych) skamieniałości rozmaitych organizmów wyraźnie świadczy o tym, że ewolucja zachodzi. Przede wszystkim, możemy stwierdzić, że w różnych okresach żyły rozmaite organizmy, a obecne gatunki nie pojawiły się od razu wraz z początkiem życia – wprostprzeciwnie, powstały one stosunkowo bardzo niedawno. Co więcej, historię zmian form żywych zamieszkujących Ziemię w różnych epokach charakteryzuje ciągłość. Oznacza to, dana forma poprzedzona jest przez podobną do niej formę, będącą jej przodkiem, natomiast po niej następuje nieco bardziej zaawansowana forma potomna. Możliwe jest też wymarcie danej linii i wtedy oczywiście ciąg stopniowo przechodzących jedna w drugą form urywa się w pewnym momencie. Nie jest natomiast tak, że podobne do siebie formy są porozrzucane bez ładu i składu po wszystkich erach geologicznych, ani też, dana linia pojawia się nagle znikąd, tak jakby została w pewnym momencie „stworzona”. Oczywiście często w zapisie kopalnym występują luki spowodowane tym, że skamieniałoś bardzo wielu organizmów po prostu nie zachowały się (albo nie zostały jeszcze odnalezione dlatego w licznych liniach stopniowe przejście jednych form w inne nie zawsze da się wyśledzić. Ciągle jednak, na skutek odnajdywania nowych skamieniałości, luki takie są wypełniane przez to, że nowo odkryte organizmy wykazują cechy pośrednie pomiędzy znanymi już wcześniejszymi i późniejszymi formami z danej linii, dokładnie tak, jak należałoby się spodziewać, gdyby były one potomkami jednych i przodkami drugich. Szczególną rolę odgrywają tutaj formy przejściowe, łączące cechy dwóch dużych grup systematycznych, z których jedna dała początek drugiej. Znanymi przykładami są praptak Archeopteryx, forma pośrednia pomiędzy gadami (dinozaurami gadziomiednicowymi - terapodami) i ptakami oraz Ichtyostega, łącząca ryby trzonopłetwe z płazami (labiryntodontami). Czasowy przekrój przez odnajdywane skamieniałości potwierdza też ogólny trend do wzrostu złożoności przynajmniej w obrębie niektórych linii rozwojowych organizmów żywych Organizmy prokariotyczne poprzedziły więc jednokomórkowe formy eukariotyczne, potem pojawiły się proste, a wreszcie coraz to bardziej złożone organizmy wielokomórkowe, aż w końcu doszło do powstania człowieka, z jego niesamowicie rozwiniętym mózgiem. Stanowi to kolejny dowód, że formy złożone, w tym człowiek, nie wzięły się znikąd, lecz wyewoluowały z istniejących wcześniej form prostszych. Na przykład, cofając się wstecz wzdłuż linii ewolucyjnej prowadzącej do człowieka, napotkamy ssaki naczelne, potem ssaki owadożerne, gady ssakokształtne, kotylozaury, labiryntodonty, ryby trzonopłetwe, ryby pancerne, bezżuchwowce, strunowce bezkręgowe, zwierzątka przypominające jamochłony, jednokomórkowe Eukaryota, pra-Eukaryota i bakterie będące przodkami mitochondriów, wreszcie - hipercykle białek i kwasów nukleinowych w tworach koacerwatopodobnych. Większość z tych etapów prowadzących od materii nieożywionej do człowieka znalazła udokumentowanie w postaci odnalezionych skamieniałości, reszta została odtworzona w sposób bardziej pośredni, na podstawie naszej wiedzy z innych dziedzin. Należy tez wspomnieć o tak zwanych żywych skamieniałościach”.To przenośne określenie dotyczy organizmów będących jedynymi żyjącymi obecnie przedstawicielami grup, których rozkwit przypadał na minione epoki geologiczne. Często, przed odnalezieniem odpowiednich „żywych skamieniałości”, grupy takie uważano za zupełnie wymarłe od dziesiątek lub setek milionów lat. Najbardziej znane z „żywych skamieniałości” to latimeria, współczesny przedstawiciel ryb trzonopłetwych, wyłowiony po raz pierwszy z głębin oceanicznych u wschodnich wybrzeży Afryki w latach pięćdziesiątych naszego wieku, mięczak Neopilina należący do prymitywnej grupy jednotarczowców oraz hatteria - reprezentujący wymarłą w większości grupę gad posiadający trzecie oko ciemieniowe. Organizmy będące „żywymi skamieniałościami” zmieniły się niewiele od milionów lat i dostarczają znacznie więcej informacji o wyglądzie i budowie organizmów z odległej przeszłości, niż „normalne” skamieniałości, z reguły ograniczone jedynie do szkieletów. Na przykład, szczegółowe badania anatomiczne latimerii istotnie wsparły tezę, iż ryby trzonopłetwe rzeczywiście stanowiły przodków kręgowców lądowych.

2. Dowody z morfologii i anatomii

W spokrewnionych grupach organizmów rozmaite narządy mają z reguły podobną ogólną strukturę. Owe podobieństwo narządów polega na tym, że ich części składowe są ułożone wobec siebie w analogiczny sposób, że całe narządy są tak samo powiązane z narządami sąsiednimi oraz że charakteryzują się podobnym przebiegiem naczyń krwionośnych i nerwów (u zwierząt) lub wiązek przewodzących (u roślin). Podobny jest także ich rozwój embrionalny. Narządy te u różnych grup mogą (choć nie muszą) pełnić odmienne funkcje. Jedynym rozsądnym wyjaśnieniem faktu, że te same „rozwiązania konstrukcyjne” w budowie narządów stosowane są u grup zwierząt, które skądinąd uważamy za spokrewnione, jest przypuszczenie, że wszystkie takie narządy pochodzą od jednego narządu wspólnego przodka rozważanych grup. Takie narządy, posiadające podobny podstawowy plan budowy wynikający ze wspólnego pochodzenia ewolucyjnego, noszą nazwę narządów homologicznych. Sztandarowy przykład narządów homologicznych stanowią kończyny przednie (u człowieka - górne) wszystkich kręgowców lądowych. Zawsze można w nich wyróżnić ramię z pojedyncząkością ramieniową, przedramię, którego szkielet składa się z dwóch równolegle leżących kości: łokciowej i promieniowej oraz dłoń, zawierająca liczne kostki nadgarstka, śródręcza oraz człony palców. Pierwotna liczba palców wynosi pięć. Podobny jest także ogólny schemat rozkładu mięśni oraz przebiegu nerwów i naczyń krwionośnych. Jednakże, u różnych organizmów kończyna przednia przystosowała się do pełnienia rozmaitych funkcji, co doprowadziło do różnorodnych modyfikacji tego podstawowego planu budowy. Punktem wyjścia do dalszej ewolucji była kończyna przednia wspólnych przodków wszystkich kręgowców lądowych - labiryntodontów. Wspomniane modyfikacje polegały na zmianie proporcji poszczególnych elementów (np. zmianie kształtu kości lub też względnej wielkości jednych kości w stosunku do drugich) albo na redukcji niektórych z nich (np. zmniejszeniu ilości palców lub członów palców). Jednakże wzajemny przestrzenny stosunek poszczególnych elementów pozostał taki sam. Ilustruje to rys,1, na której bardzo schematycznie pokazano wyjściowy, „standardowy” szkielet kończyny przedniej oraz kilka przykładów jego modyfikacji u ssaków. rys.1

Widzimy na przykład, że w szkielecie ręki człowieka, służącej do chwytania i manipulacji,wydłużone są kości ramienia i przedramienia, a pierwszy palec (kciuk) jest przeciwstawny. W płetwie wieloryba ramię i przedramię stało się bardzo krótkie i masywne, za to wydłużyły się palce, a liczba ich członów uległa zwielokrotnieniu. Skrzydło nietoperza posiada wszystkie kości skrajnie cienkie i wydłużone, tak że z jednej strony są one lekkie, a z drugiej może być pomiędzy nimi rozpięta błona o dużej powierzchni. W przedniej nodze konia, służącej do biegania, kości są silne i wydłużone, a kość promieniowa jest zrośnięta z łokciową, co razem wzięte umożliwia udźwignięcie pokaźnej masy zwierzęcia oraz rozwinięcie dużej szybkości. W związku z rozwojem kopyta nastąpiła daleko posunięta redukcja liczby palców oraz ich członów - pozostał w zasadzie tylko jeden silnie rozwinięty człon trzeciego (środkowego) palca (palce 2 i 4 zachowały się jedynie w szczątkowej postaci). Na marginesie można dodać, że podstawowy plan budowy przedniej i tylnej kończyny kręgowców lądowych jest także taki sam (np. kończyna tylna posiada kości dokładnie odpowiadające kościom kończyny przedniej). Stanowi to kolejny przykład powielenia, a następnie zróżnicowania w procesie ewolucji jakiegoś elementu - embrionalny rozwój kończyny przedniej i tylnej stanowi realizację tego samego planu, z niewielkimi modyfikacjami. Inne przykłady narządów homologicznych to pęcherz pławny ryb promieniopłetwych i płuca kręgowców lądowych; szyszynka (gruczoł w mózgu) ssaków i oko ciemieniowe niektórych gadów; szkielet poszczególnych łuków skrzelowych minoga z jednej strony, a z drugiej - kości szczęki i żuchwy, kość gnykowa, kosteczki słuchowe oraz chrząstki krtani u ssaków. U roślin narządami homologicznymi są liście większości z nich, kolce kaktusów, mająca kształt dzbana pułapka na owady u dzbanecznika oraz czepne „wąsy” u roślin pnących. Powyżej są przykłady narządów homologicznych pełniących różne funkcje, w celu podkreślenia, że o wspólnym pochodzeniu świadczy nie funkcja właśnie, ale podstawowy plan budowy, który może być przystosowany do rozmaitych zadań. Jednakże większość narządów powstałych w procesie ewolucji ze wspólnego „narządu - przodka” nadal pełni te same funkcje – jako przykład może służyć mózg, serce, wątroba lub nerka u kręgowców. Często powierzchowne podobieństwo narządów u różnych organizmów bierze się stąd, że narządy te, pomimo odmiennego pochodzenia, zostały przystosowane do pełnienia tej samej funkcji. Noszą one nazwę narządów analogicznych, natomiast zbieżną ewolucję prowadzącą do ich powstania nazywamy konwergencją. Narządami analogicznymi są, na przykład, skrzydła ptaków i owadów oraz oczy kręgowców i głowonogów. W tym ostatnim przypadku podobieństwo budowy, narzucone przez funkcję widzenia, jest ogromne (rys.2).

rys.2

Możemy tu wyróżnić takie same główne elementy składowe oka (soczewka, rogówka, tęczówka, siatkówka), tak samo wobec siebie ułożone. Na jakiej zatem podstawie twierdzimy, iż oczy u tych grup nie są narządami homologicznymi? Nie możemy używać tu argumentu, że głowonogi i kręgowce są bardzo odlegle ze sobą spokrewnione, albowiem to właśnie na podstawie obecności narządów homologicznych mamy wnioskować o pokrewieństwie. Oczywiście fakt, że wszystkie inne narządy u obu tych grup są całkowicie do siebie niepodobne, daje do myślenia, ale tylko przy założeniu istnienia ewolucji, którego właśnie mamy dowieść. Decydujące jest więc kryterium wzajemnego przestrzennego rozłożenia części nie wynikające z pełnionych funkcji (podobny kształt i ułożenie przestrzenne gałki ocznej, soczewki, tęczówki, siatkówki itd. wynika z praw optyki) oraz kryterium rozwoju embrionalnego. Gdyby okazało się, że oko kręgowca i głowonoga jest pod każdym względem identyczne, byłoby to zaprzeczeniem ewolucji wydaje się bowiem skrajnie nieprawdopodobne, aby przez czysty przypadek wszystkie nieistotne funkcjonalnie szczegóły budowy i rozwoju oka u obu tych grup były takie same. Tak jednak nie jest - po bliższym przyjrzeniu się można stwierdzić, że zarówno rozwój embrionalny, jak i szczegóły budowy narządu wzroku kręgowców i głowonogów są odmienne. O ile u tych pierwszych oko wyodrębnia się z mózgu, stanowi jego „wypustkę”, to u drugich powstaje na drodze wpuklenia się naskórka. Odmienne są także szczegóły budowy siatkówki (rys.2)Podczas gdy u kręgowców połączenia nerwowe (neurony i ich wypustki) odchodzą od komórek światłoczułych do wnętrza gałki ocznej, to u głowonogów sytuacja jest odwrotna - połączenia nerwowe kontaktują się z komórkami światłoczułymi od strony zewnętrznej. Rozwiązanie zastosowane przez głowonogi jest lepsze pod względem konstrukcyjnym, bowiem u nich połączenia nerwowe nie leżą na drodze promieni świetlnych, a zbiegając się pod warstwą komórek światłoczułych (nie zaś nad nią, jak u kręgowców) nie tworzą ślepej plamki, stanowiącej „martwy obszar” na polu widzenia siatkówki. Przykład ten pokazuje dobitnie, że będący kręgowcem człowiek, pomimo że góruje nad innymi zwierzętami złożonością swego mózgu, wcale nie jest wśród nich najlepiej zbudowany pod każdym względem. Innym dowodem oferowanym przez anatomię i morfologię, świadczącym niezbicie na rzecz ewolucji biologicznej, są narządy szczątkowe. Jeżeli pewien narząd zostanie rozwinięty jako przystosowanie do jakiegoś środowiska lub trybu życia i po zmianie tego środowiska (trybu życia) przestanie być potrzebny, to proces ewolucyjny doprowadzi do jego redukcji, aby zminimalizować koszty energetyczne ponoszone podczas wytwarzania i „utrzymywania przy życiu” tego narządu. Może on jednak nie ulec zupełnemu zanikowi, albo dlatego, że ewolucja po prostu jeszcze nie „zdążyła” go całkowicie wyeliminować, albo ponieważ koszty energetyczne wytwarzania go w postaci szczątkowej są znikome. Tak czy owak, narządy szczątkowe są zupełnie niefunkcjonalne, nie można więc tłumaczyć ich obecności przydatnością dla organizmu. Przykładem takich narządów u człowieka jest wyrostek robaczkowy, owłosienie ciała, kość ogonowa i mięśnie poruszające uszami. U innych organizmów mogą to być: skrajnie zredukowana miednica i kości kończyn tylnych u wielorybów i węży lub też bardzo uproszczone oczy u kreta. Jedyne rozsądne wytłumaczenie istnienia narządów szczątkowych oferuje teoria ewolucji. Przodkowie węży i wielorybów używali tylnych kończyn w celach przemieszczania a przodkowie kretów nie żyli pod ziemią i posługiwali się wzrokiem, a zatem wspomniane zwierzęta na skutek zmian ewolucyjnych, które przeszły, różnią się od swoich przodków, zachowawszy „pamiątkę” po swojej przeszłości właśnie w postaci narządów szczątkowych, albo też odrzucamy ewolucję i wtedy istnienie całkowicie bezużytecznych narządów staje się pozbawione jakiegokolwiek sensu.

3. Dowody z embriologii

Już wcześniej zauważyliśmy, że w świecie organizmów żywych znaleźć można odpowiedniki praktycznie wszystkich najwcześniejszych stadiów rozwoju embrionalnego zwierząt. Oto przykłady organizmów reprezentujących kolejne stadia zarodkowe: • organizmy jednokomórkowe - Protista (pierwotniaki, glony, drożdże) - stadium zygoty, czyli zapłodnionej komórki jajowej; • Gonium (4 komórki), Uva (8 komórek), Pandorina (16 komórek), Eudorina (32 lub 64 komórki) – stadium moruli, czyli zbitej masy kilku do kilkudziesięciu komórek; co prawda organizmy te (a także przedstawiony w następnym punkcie Volvox) należą do „roślinnych” (posiadających chloroplasty) wiciowców kolonijnych, ale podobne formy mogły też występować wśród przodków zwierząt tkankowych; poza tym, rozgraniczenie na świat roślinny i zwierzęcy wśród jednokomórkowych eukariontów (Protista) nie jest ostre; • toczek (Volvox) - stadium blastuli, czyli kulistej sfery zbudowanej z pojedynczej warstwy komórek, wypełnionej pustą jamą - blastocelem; • stułbia (Hydra) oraz inne jamochłony - stadium gastruli, czyli dwuwarstwowego worka zbudowanego z wewnętrznej warstwy komórek (endodermy) oraz warstwy zewnętrznej (ektodermy). Powyższe podobieństwa sugerują, że rozwój embriologiczny (ontogeneza) może do pewnego stopnia odzwierciedlać historię ewolucji (filogenezę). Przypuszczenie to wspierają inne fakty z przebiegu embriogenezy zwierząt, w tym także człowieka. We wczesnym okresie zarodek ludzki wykazuje szereg cech rybich. Posiada on mianowicie szczeliny skrzelowe, umięśniony ogon oraz serce złożone z jednego przedsionka i jednej komory. Później embrion człowieka nabiera cech płazich, gadzich, ssaczych, a wreszcie małpich (do tych ostatnich należy owłosienie ciała oraz jego proporcje). Stadium „rybie” jest wspólne dla wszystkich kręgowców. Im bliżej są ze sobą spokrewnione organizmy, tym później drogi ich rozwoju zarodkowego rozchodzą się (na tym późniejszych etapach ich zarodki zaczynają się różnić pomiędzy sobą). Na podstawie tych faktów Heackel zaproponował w roku 1866 tzw. prawo biogenetyczne, zwane też rekapitulacją. Stwierdzało ono, że rozwój zarodkowy (ontogeneza) jest powtórzeniem rozwoju ewolucyjnego (filogenezy). Dzisiaj uważamy ten pogląd za nieco uproszczony i wolimy mówić, że w rozwoju embrionalnym powtórzone zostają pewne cechy zarodków naszych przodków, nie zaś osobników dorosłych. Poza tym, zarodki wytwarzają wiele przystosowań służących im wyłącznie do przeżycia i rozwoju, takie jak błony płodowe, które nie mają nic wspólnego z cechami przodków. Analogia pomiędzy przebiegiem rozwoju embrionalnego i ewolucyjnego świadczy o dwóch rzeczach. Po pierwsze, bardzo silnie wspiera tezę o istnieniu ewolucji. Jeżeli człowiek został w jakiś sposób z góry jednorazowo „zaplanowany”, to po co miałby w swoim rozwoju przechodzić przez stadium ze szczelinami skrzelowymi i ogonem? Nikt przecież nie zaczyna obecnie budowy samochodów od stadium bryczki! (pierwsze samochody wyglądały po prostu jak bryczka z wstawionym do niej silnikiem). Dzieje się tak, ponieważ każdy nowy model samochodu można zaprojektować od samego początku. Natomiast rozwój organizmów żywych sugeruje, że ich plany budowy nie zostały utworzone zupełnie niezależnie, ale że „receptury” konstrukcyjne jednych organizmów powstały poprzez modyfikację i wzbogacenie o pewne nowe elementy „receptur” konstrukcyjnych innych (wcześniejszych) organizmów. Tak się składa, że skrzela i ogon występują u organizmów, które skądinąd uważamy za naszych przodków, a mianowicie u ryb. Drugim wnioskiem płynącym z podobieństwa ontogenezy i filogenezy jest potwierdzenie dyskutowanej wcześniej cechy kumulatywności ewolucji, polegającej właśnie na dobudowywaniu nowego na bazie tego, co już jest. Logicznym wnioskiem z ewolucji byłoby, że jeśli jakaś cecha powstała u dwóch grup niezależnie, to doszło do tego już po rozdzieleniu się linii ewolucyjnych tych grup. Pierwo- i wtórouste ewoluowały oddzielnie już od stadium gastruli, ponieważ w sposób odmienny (a zatem musiało się to odbyć niezależnie) „rozwiązały” one problem „przebicia” drugiego otworu w worku gastruli i utworzenia „drożnego” przewodu pokarmowego - u pierwoustych pragęba przekształciła się w otwór gębowy, zaś u wtóroustych - w odbyt. Jeżeli ewolucja rzeczywiście zachodzi, to wszystkie cechy, które u tych grup wykształciły się później, także powinny powstać niezależnie. Mamy wiele dowodów, że tak rzeczywiście było. Już trzeci listek zarodkowy (mezoderma) i jama ciała tworzy się odmiennie w rozwoju zarodkowym pierwo- i wtóroustych, co świadczy, że powstały one u nich niezależnie w czasie filogenezy. U tych pierwszych mezoderma pochodzi od grupy komórek wyodrębnionych w bardzo wczesnej fazie embriogenezy, zaś jama ciała (coeloma) tworzy się przez rozwarstwienie mezodermy. U drugich, mezoderma powstaje jako parzyste pęcherzyki, które „odpączkowują” od ścian przewodu pokarmowego; wnętrze tych pęcherzyków wypełnia jama ciała. U pierwoustych serce powstaje powyżej przewodu pokarmowego, a układ nerwowy - poniżej, podczas gdy u wtóroustych jest dokładnie odwrotnie (układ nerwowy tworzy się po stronie grzbietowej, a serce - brzusznej). Układy te zatem, a nawet trzeci listek zarodkowy - mezoderma, nie są u wymienionych grup zwierząt tworami „homologicznymi”, ponieważ powstały niezależnie później, niż żył ich ostatni wspólny przodek. Choć może się to wydać dziwne, z takimi organizmami pierwoustymi, jak owady czy mięczaki, nie mamy wspólnego nic, co byłoby późniejsze od stadium gastruli. Wszystkie przytoczone wyżej fakty znajdują doskonałe wyjaśnienie w obrębie teorii ewolucji, zaś bez niej pozostałyby całkowicie niezrozumiałe.

4. Dowody z biochemii

W rozdziale 2 omówione zostały mutacje, które zachodzą w genomach wszystkich organizmów żywych, w wyniku czego ulega zmianie sekwencja nukleotydów w DNA. Prowadzi to często (choć nie zawsze, ze względu na cechę degeneracji kodu genetycznego) do zmiany sekwencji aminokwasów w białkach kodowanych przez odcinki DNA (geny), w których zaszła mutacja. Ponieważ częstotliwość mutacji w jednostce czasu jest dla określonych genów z grubsza stała, istnieje proporcjonalna zależność pomiędzy czasem, jaki upłynął, a ilością nagromadzonych mutacji. Od momentu rozejścia się linii ewolucyjnych prowadzących od wspólnego przodka do jakichś dwóch organizmów, w każdej z tych linii mutacje będą się gromadziły zupełnie niezależnie i przypadkowo. W wyniku tego, z czasem sekwencje nukleotydów w DNA i aminokwasów w białkach tych organizmów zaczną się coraz bardziej różnić, zarówno od odpowiednich sekwencji ich wspólnego przodka, jak i pomiędzy sobą. Zatem, jeżeli teoria ewolucji jest słuszna, podobieństwo składu genów i białek dwóch dowolnych organizmów powinno odzwierciedlać ich pokrewieństwo (organizmy uważamy za tym bardziej spokrewnione, im później rozeszły się ich drogi ewolucyjne). Podstawą powyższego rozumowania jest założenie, iż mutacje gromadzą się w sposób przypadkowy. Uważamy tak, ponieważ większość mutacji ‘’tolerowanych’’ przez ewolucję to mutacje neutralne, a więc nie posiadające znaczenia funkcjonalnego (np. dlatego, że zmieniają skład aminokwasowy w mało ważnych partiach białek). Mutacje szkodliwe są eliminowane, natomiast mutacje korzystne występują bardzo rzadko, jako że sekwencje aminokwasów w istotnych regionach białek (np. centrach aktywnych) są już z reguły prawie optymalne i trudno byłoby tam coś ulepszyć. Gdyby przeważały mutacje korzystne, istniałoby niebezpieczeństwo, że podobieństwo pomiędzy DNA i białkami różnych organizmów będzie skutkiem zbieżnej ewolucji (konwergencji), „ulepszającej” funkcję poszczególnych białek, a nie wynikiem rzeczywistego pokrewieństwa. Znamienne wydaje się, że ważne funkcjonalnie regiony białek cechuje z reguły duża „konserwatywność” ewolucyjna i przez to są one bardzo podobne u różnych organizmów. Współczesna biologia molekularna pozwala na określanie sekwencji nukleotydów w DNA oraz aminokwasów w białkach, tak że powyższe przewidywanie teorii ewolucji mogło zostać sprawdzone. W razie stwierdzenia istotnych rozbieżności pomiędzy tym, czego należałoby oczekiwać, a stanem faktycznym, teoria ewolucji zostałaby sfalsyfikowana. Jednakże stało się inaczej. Drzewa rodowe odtworzone na podstawie porównania sekwencji nukleotydów w DNA i aminokwasów w białkach pokrywają się praktycznie idealnie z drzewem ewolucyjnym zbudowanym wcześniej na podstawie cech morfologicznych, anatomicznych, embriologicznych itd. Jako przykład może służyć rys.3, przedstawiająca pokrewieństwa kilku przedstawicieli głównych grup całego świata żywego oparte na sekwencji nukleotydów w genie kodującym jeden z trzech rodzajów rybosomalnego RNA, a mianowicie 16SrRNA

rys.3

Widoczny jest tu wyraźny podział świata żywego na trzy główne grupy (archebakterie, eubakterie i eukarionty), przy czym mitochondria i chloroplasty, zgodnie ze swoim pochodzeniem, wykazują największe podobieństwo do eubakterii (do których należy większość bakterii oraz sinice). Z kolei, w obrębie np. eukariontów, zwierzęta są najbliżej spokrewnione z innymi zwierzętami, kręgowce z kręgowcami itd.. Bardzo podobne drzewa ewolucyjne, obejmujące dużo większą liczbę gatunków, zbudowano na podstawie badania sekwencji aminokwasów w cytochromie c i globinach. Pokazały one, że na przykład ssaki łączy bliższe podobieństwo biochemiczne z innymi ssakami, niż z jakimikolwiek innymi organizmami. Dotyczy to w równym stopniu także wszystkich pozostałych badanych jednostek systematycznych. Metody określania pokrewieństwa różnych organizmów oparte na porównywaniu sekwencji nukleotydów w DNA oraz aminokwasów w białkach są o wiele bardziej obiektywne od innych metod. Przy badaniu podobieństw anatomicznych i morfologicznych istnieje niebezpieczeństwo arbitralnego, dowolnego podziału przez badacza cech na bardziej i mniej ważne oraz przecenienia podobieństw powierzchownych, wynikających z konwergencji. Nie ma natomiast „mniej lub bardziej ważnych” mutacji neutralnych, a przy ich użyciu „odległość ewolucyjną” dzielącą dwa gatunki można wyrazić w sposób ścisły i ilościowy, po prostu podając liczbę podstawień nukleotydów lub aminokwasów, którymi różnią się rozpatrywane gatunki. Oczywiście, im większa liczba genów i białek zostanie użyta do konstrukcji drzewa rodowego, tym wierniej drzewo to będzie odzwierciedlało rzeczywisty przebieg ewolucji.

5. Dowody z biogeografii

Biogeografia jest nauką zajmującą się rozmieszczeniem rozmaitych form żywych na kuli ziemskiej, zasięgiem występowania poszczególnych gatunków, zróżnicowaniem populacji danego gatunku na całym terenie jego występowania oraz podobnymi problemami. Również ta dziedzina byłaby bezradna bez teorii ewolucji - mogłaby jedynie opisywać fakty, lecz nie potrafiłaby ich wyjaśniać. Bariery geograficzne, ograniczające przepływ genów pomiędzy dwoma populacjami tego samego gatunku, nie pozwalają na ich genetyczne ujednolicenie, co sprzyja rozbieżnej ewolucji. Dodatkowo, ewolucja przebiega zdecydowanie szybciej w bardzo małych populacjach, co jest efektem dryfu genetycznego. Z tego powodu należałoby oczekiwać, że ilość gatunków na terenach zróżnicowanych środowiskowo, podzielonych na szereg małych, częściowo lub całkowicie izolowanych od siebie enklaw, powinna być większa, niż na terenach monotonnych, mało urozmaiconych (oczywiście biorąc poprawkę na względną powierzchnię tych obszarów). Tezę tę zdecydowanie potwierdzają dane biogeograficzne. Liczba gatunków roślin i zwierząt w terenach górskich (doliny poprzedzielane grzbietami) jest, uwzględniając względną powierzchnię, znacznie większa, niż na równinach, na archipelagach wysp - niż na lądzie stałym, zaś w wodach słodkich (składających się z wielu jezior, rzek i strumieni) - niż w morzach i oceanach. Zasięgu geograficznego wielu grup roślin i zwierząt nie można byłoby wytłumaczyć bez przyjęcia, że powstały one w pewnym konkretnym miejscu i czasie, a ich nieobecność na innych obszarach, na których potencjalnie mogłyby świetnie egzystować, wynika z istnienia różnych barier geograficznych. Stekowce oraz torbacze do dziś żyją w Australii, ponieważ kontynent ten oddzielił się od innych, zanim zdążyły go zasiedlić ssaki łożyskowe, które, jako ogólnie sprawniejsze, skutecznie wyparły wymienione grupy z innych kontynentów. Izolacja Australii musiała więc nastąpić przed powstaniem zaawansowanych ssaków łożyskowych, co potwierdzają dane geologiczne. O tym, że ssaki łożyskowe rzeczywiście mają zdecydowaną przewagę, świadczą przywiezione do Australii przez człowieka króliki, które rozmnożyły się na niespotykaną skalę, wygrywając rywalizację z miejscowymi torbaczami. Podobnie, małpy szerokonose zamieszkują tropiki Ameryki Południowej i Środkowej, podczas gdy małpy wąskonose występują w Afryce i Azji Południowo-Wschodniej, ponieważ każda z tych grup tam właśnie powstała, gdzie żyje obecnie i Atlantyk okazał się dla nich zbyt trudną barierą do przebycia. Wreszcie, fakt występowania magnolii i aligatorów jedynie w Ameryce Północnej i w Chinach można wyjaśnić tym, że lądy te były kiedyś ze sobą połączone, a później (kiedy już powstały wspomniane organizmy) rozdzieliły się na skutek dryfu kontynentów.

6. Dowody z taksonomii

Jak to się dzieje, że poklasyfikowanie całego świata żywego w obrębie jednego, zwartego systemu, czym zajmuje się taksonomia, jest w ogóle możliwe? Dlaczego tak łatwo i naturalnie da się łączyć grupy bardzo podobnych gatunków w rodzaje, te zaś w rodziny, rzędy, gromady i typy? Dlaczego wieloryba zaliczamy do ssaków razem z człowiekiem, chociaż ze względu na wodny tryb życia jest on zewnętrznie podobny do ryby? Z jakiego powodu najrozmaitsze cechy mają silną skłonność do współwystępowania u organizmów razem z innymi cechami, jak na przykład pokrycie ciała sierścią zawsze związane jest ze stałocieplnością, posiadaniem trzech kosteczek słuchowych, obecnością gruczołów mlecznych, brakiem jąder komórkowych w erytrocytach (czerwonych ciałkach krwi) oraz zróżnicowaniem zębów na siekacze, kły przedtrzonowce i trzonowce (są to oczywiście wszystko cechy ssaków)? Gdyby rozmaite cechy były wymieszane bezładnie u różnych organizmów, te ostatnie można by klasyfikować na nieskończoną ilość różnych sposobów, ale żaden z nich nie wydawałby się najlepszy. Na przykład domy możemy podzielić na drewniane i murowane, duże i małe, ze spadzistym lub płaskim dachem, ale wybór odpowiedniego kryterium wydaje się całkowicie dowolny. Nigdy nie dałoby się „z całą pewnością” rozstrzygnąć, czy drewniany dom jest bardziej podobny do murowanego domu, czy też do drewnianej stodoły. Dlaczego nie mamy takich problemów z określeniem wzajemnego pokrewieństwa wieloryba, ryby i człowieka? Oczywiście, odpowiedzią na wszystkie postawione pytania jest ponownie teoria ewolucji. Cechy organizmów żywych nie są wymieszane bezładnie, ponieważ cechy wspólne organizmy dziedziczą po wspólnych przodkach. Im bliżej współczesności żył przodek jakiejś grupy, tym więcej cech wspólnych mają należące do niej organizmy. Linie ewolucyjne rozgałęziały się, lecz nigdy nie łączyły na powrót - nie istnieje przepływ genów pomiędzy różnymi gatunkami lub wyższymi jednostkami systematycznymi; jeżeli dane dwa gatunki raz już sobie powiedziały: „do widzenia”, ich geny nigdy więcej się nie spotkają (nie jest to do końca prawdą u drobnoustrojów, gdzie istnieje tak zwany „horyzontalny transfer genów”). Dlatego wspólne cechy gromady są bardziej ogólne, niż wspólne cechy rzędu, jeszcze więcej cech wspólnych mają organizmy w obrębie jednej rodziny, rodzaju, aż wreszcie - gatunku. Im później dane dwa organizmy powiedziały sobie „do widzenia” w porozgałęzianej historii życia, tym więcej cech je łączy. Dlatego też cechy (homologiczne, choć niekoniecznie analogiczne) organizmów w naturalnym systemie klasyfikacji układają się z reguły w sposób hierarchiczny, a nie chaotyczny. Oznacza to, że jeżeli wszystkie organizmy posiadające jakąś cechę umieścimy wewnątrz kręgu oznaczającego tę cechę, tak jak na rys.4, to kręgi dla poszczególnych cech nie będą się przecinać, lecz jeden będzie zawsze leżał wewnątrz drugiego.

rys.4

Na przykład, wszystkie zwierzęta posiadające kręgosłup są także wtórouste (choć oczywiście relacja odwrotna nie zachodzi - szkarłupnie, które są wtórouste, nie posiadają kręgosłupa), zatem zbiór zwierząt kręgowych będzie się zawierać w zbiorze organizmów wtóroustych. Właściwości tej nie będą wykazywać na przykład cechy domów. Domy bowiem powstały inaczej, niż organizmy żywe - często są one mieszanką rozmaitych stylów, materiałów, pomysłów itd. Projektant domów może dowolnie mieszać ich cechy, o ile dopuszczają to wymogi funkcjonalności, lecz poza tym nic go nie ogranicza. Natomiast organizmy żywe są w dużej mierze ograniczone swoją historią, sięgającą prawie 4 miliardy lat wstecz, aż do samych początków życia na Ziemi. Każda z istot żywych, w tym także człowiek, do dzisiaj nosi tę historię w sobie. „Pamiątkami” po przeszłości ewolucyjnej człowieka, zarówno tej najstarszej, jak i całkiem niedawnej, jest kod genetyczny, wspólny dla całego świata żywego, skład biochemiczny, budowa komórkowa, wtóroustość, cztery kończyny czy też wysoko rozwinięty mózg. W przeszłości nasz gatunek przeciwstawiano całej reszcie świata żywego, jako coś całkowicie odmiennego i nieporównywalnego. Dzisiaj wiemy, że z biologicznego punktu widzenia szympans jest znacznie bliższy człowiekowi, niż koniowi, ten ostatni ma o wiele więcej wspólnego z człowiekiem, niż z ziemniakiem, ziemniak zaś jest z nami bardziej skoligacony, niż z bakterią. Ta ogromna zmiana naszego światopoglądu na temat miejsca człowieka w świecie możliwa była przede wszystkim dzięki teorii ewolucji naturalnej.

W istocie, ewolucja jest wszechobecna w nauce o życiu do tego stopnia, że jakiegokolwiek problemu byśmy nie poruszyli, zawsze będzie on posiadał jakiś istotny aspekt ewolucyjny i domagał się naświetlenia w kontekście teorii ewolucji. Ta ostatnia jest w stanie zaoferować jedyne naukowe wyjaśnienie całego ogromnego zróżnicowania organizmów żywych, a także charakterystycznych dla nich cech, zarówno tych stanowiących „celowe” przystosowania do ich środowiska oraz trybu życia, jak i pozostałych, nie znajdujących żadnego racjonalnego uzasadnienia poza ewolucyjną przeszłością. Żeby raz jeszcze uzmysłowić, jak bardzo cała biologia przesiąknięta jest historią świata żywego, przypomnę kilka z tych stanowiących ewolucyjne dziedzictwo cech: • cały skomplikowany system powielania i odczytu informacji genetycznej (DNA, RNA, białka, kod genetyczny, rybosomy itd.) jest wspólny dla wszystkich znanych nam organizmów żywych; • zawartość jonów nieorganicznych we wszystkich żywych komórkach (także u organizmów słodkowodnych i lądowych) odzwierciedla skład wody morskiej, w której miały najprawdopodobniej miejsce narodziny życia; • rozwój zarodka człowieka przechodzi przez stadium zygoty, moruli, blastuli i gastruli, a później wykazuje kolejno cechy zarodka ryby, płaza, gada, ssaka, a w końcu małpy; • ogólny plan budowy narządów homologicznych jest zbliżony; istnieją narządy szczątkowe, nie pełniące obecnie żadnych funkcji; • podobieństwo immunologiczne, określane przy pomocy wyników prób serologicznych, odzwierciedla pokrewieństwo pomiędzy różnymi gatunkami; przeciwciała osobnika jednego gatunku tym silniej rozpoznają białka osocza krwi innego gatunku jako obce antygeny, im dalej oba gatunki są spokrewnione (mówimy, że obce antygeny rozpoznawane są tym silniej, im niższe ich stężenie wystarczy do ich strącania przez przeciwciała); • to samo dotyczy relacji pomiędzy pokrewieństwem organizmów a ich podobieństwem biochemicznym, wyrażonym zbieżnością sekwencji nukleotydów w DNA i aminokwasów w białkach; • obecne rozmieszczenie geograficzne roślin i zwierząt sugeruje, że powstały one w pewnym miejscu i czasie w przeszłości. Intelektualne piękno teorii ewolucji bierze się przede wszystkim stąd, że pokazuje ona, jak „celowość”, czy nawet „mądrość” przyrody ożywionej wyłania się jako efekt współgrania ślepych sił, nie posiadających żadnego celu lub sensu, opartych na kilku podstawowych mechanizmach oraz na przypadku.