演化是生物种群在几代之间所发生的可遗传特征的变化。这一过程涉及自然选择、基因漂移等演化过程,这使得某些特征在不同世代中变得更为普遍或罕见。透过演化的变化,生物多样性在生物组织的每一个层级上都得到了增长。
1780年代末,查理斯·达尔文和阿尔弗雷德·罗素·华莱士独立提出进化论的观念,这为生命的适应提供了全新的解释。
达尔文在其著作《物种起源》中首次详细阐述了自然选择进化论,该理论基于观察到的事实:许多生物会产生超过其环境所能够支持的后代;在个体之间存在形态、生理和行为特征的差异;不同的特征会对生存和繁殖的成功率产生影响;以及这些特征能够从父母那里传承给子代。
进一步于20世纪初,进化论与孟德尔遗传学及群体遗传学结合,形成了现代进化理论。 DNA作为遗传的基础,通过自然选择、基因漂移、突变和基因流动等进程,有效地改变了一个物种内的基因组合。
所有地球上的生命,包括人类,都共享一种最后的共同祖先,该祖先约在35至38亿年前出现。
化石记录显示了从早期的生物石墨到微生物膜,直至多细胞生物的逐步发展。目前地球上的生物多样性是由多次新物种的形成、现有物种的变化和物种的灭绝所塑造的。这样的演化历程促使学者们深入研究各个层面的演化,形成并验证假设,并根据实地或实验室中获得的数据构建理论。
生物体的演化透过其可遗传特征的变化来实现,这种特征的基因控制了它的遗传特征。举例来说,人的眼色便是一种遗传特征。这些遗传特征通过DNA在世代之间传递。每一根DNA分子由四种类型的碱基组成,其排列组合决定了遗传信息。
然而,有些可观察的特征并非遗传自父母,例如,皮肤晒黑就是基因与环境之间互动的结果,这种晒黑无法传给后代,因此我们的表现型可以部分通过环境来解释。
进化依赖于物种内的基因变异。这些变异主要来自基因组中的突变、性繁殖过程中的基因重组以及不同种群之间的基因流动。尽管突变和基因流动持续引入新的变异,但物种内的大多数基因组在其个体间莘仍然相似。
通过演化,物种内的特定等位基因频率会因自然选择、基因漂移等因素而变化。
例如,突变增加了遗传变异,也可能导致性感染或抗药性等现象。在某些情况下,突变的某些形式会提供生存优势,而其他形式则可能被选择淘汰。
自然选择是提高生存和繁殖速率的过程,使这些特征在世代中变得更加普遍。达尔文认识到自然选择的三个基本原则:变异性、适应性(不同的特征影响生存和繁殖)以及特征的继承性。这一过程使得更具优势的特征得以保留,而不利特征则逐渐被淘汰。
进一步讲,这种自然选择的结果会影响整个生态系统中物种的繁衍和合作关系,从而促进生态系统的复杂性和多样性。
基因流是在不同生物种群之间或不同物种之间的一种基因交换过程,这可以引入新的遗传变异。基因流往往发生在某种物种之间的个体相互迁移时。此外,基因漂移作为一种随机变化的过程,也可能导致一个物种内的基因频率随机波动,随着世代交替,有些基因可能会完全消失。
正因如此,演化并非完全遵循理性的进步,其过程常常充满偶然性。这让我们思考,演化的背后,究竟隐藏着多少未被解开的谜团呢?