Kompromisy ewolucyjne i wyzwania

1. Kompromisy ewolucyjne i wyzwania

2. Charles Robert Darwin • 12.02.1809 – 19.04.1882 • Angielski przyrodnik, twórca teorii ewolucji, zgodnie z którą wszystkie gatunki pochodzą od wcześniejszych form.

3. Główne założenia Darwina • świat istot żywych nie jest niezmienny, • proces zmian jest ciągły i stopniowy, • wszystkie gatunki są ze sobą spokrewnione, • zmiany ewolucyjne są wynikiem doboru naturalnego.

4. W 1858 roku Karol Darwin wydał dzieło pt. „O powstawaniu gatunków”, w którym opisał swoją teorię wyjaśniającą mechanizmy ewolucji.

5. Prawa Darwina • prawo zmienności powszechnej i bezkierunkowej, które mówi, że gatunki charakteryzuje duża zmienność dziedziczna i nie dziedziczna, jedynie zmiany dziedziczne mają znaczenie w ewolucji,

6. Prawa Darwina • prawo olbrzymiej różnorodności organizmów, które mnożą się w postępie geometrycznym, • prawo walki o byt, która jest mechanizmem ograniczającym nadmierną liczbę organizmów, walka o byt może się odbywać bezpośrednio między dwoma różnymi gatunkami w układzie ofiara - drapieżnik lub pośrednio, w obrębie jednego gatunku w wyniku konkurencji o tę samą niszę ekologiczną

7. Prawa Darwina • prawo dziedziczenia, które mówi, że osobniki które przeżyły przekazują korzystne cechy swemu potomstwu, • prawo doboru naturalnego - w walce o byt przeżywają osobniki najlepiej przystosowane, formy pośrednie wymierają, co prowadzi do coraz większej rozbieżności cech w następnych pokoleniach i powstania z czasem form bardzo różniących się od form wyjściowych i powstawania nowych gatunków.

8. Darwin i inni naukowcy z tamtych czasów mieli jednak również świadomość, że mózg jest częścią ciała, a jego wielkość związana jest z rozmiarami całego ciała, i zależność ta nie musi mieć charakteru liniowego.

9. Ciało, rozmiar i kształt. • Na ewolucje wielkości i kształtu ciała wpływa wiele czynników w panującym klimacie oraz styl życia. Dzięki ludzkiej prehistorii, ciało (organy) generalnie stało się bardziej solidne, czego przykładem są neandertalczycy. Homo sapiens, kiedy powstał, był mniej wytrzymały i wyższy niż Neandertalczycy.

10. Ciało, rozmiar i kształt • Populacje ludzkie w różnych częściach świata znacznie się różnią w swej formie ciała, co sugeruje, między innymi, dostosowanie do różnych klimatów. Zrozumienie anatomicznego dostosowania wielu gatunków zwierząt do różnych klimatów ma długą historię.

11. Reguły dotyczące rozmiaru ciała • Reguła Bergmanna stwierdza, że populacje danego gatunku w cieplejszym klimacie będą miały mniejszy korpus niż te w chłodniejszym.

12. Reguły dotyczące rozmiaru ciała • Reguła Allena stwierdza, że populacje geograficznie rozpowszechnionych gatunków żyjących w ciepłych regionach będą miały dłuższe kończyny (ręce i nogi) niż osoby żyjące w zimnych regionach.

13. Zasady klimatycznej adaptacji w populacji ludzkiej • W ostatnich latach, Christopher Ruff, zajął się analizą dawnej i współczesnej ludzkiej zmienności w stosunku do klimatu. • Postrzega on ciało człowieka jako cylinder, w którym średnicę reprezentuje szerokość ciała (szerokość miednicy) • Natomiast długość cylindra reprezentuje długość tułowia.

14. Zasady klimatycznej adaptacji w populacji ludzkiej • Związek między anatomią i klimatem odnosi się do termoregulacji i równowagi pomiędzy ciepłem produkowanym a zdolnością do jego rozpraszania. • Taka relacja przekłada się na stosunek powierzchni do masy ciała

15. Zasady klimatycznej adaptacji w populacji ludzkiej • W ciepłych klimatach, występuje wysoki współczynnik – oznacza to dużą powierzchnie w stosunku do masy ciała – ludzie o smukłej i wysokiej sylwetce – co ułatwia utratę ciepła. • W zimnym klimacie, występuje natomiast niski współczynniki – mała powierzchnia w stosunku do masy ciała, krótki tułów i szerokie biodra, co ułatwia zatrzymywanie ciepła

16. Zasady klimatycznej adaptacji w populacji ludzkiej

17. Znaczna część ludzkiej ewolucji może być wyjaśniona przez warunki życia dużych hominidów - ich stabilnych dostaw żywności, poprzez zwiększony zakres terytorium. Możliwe że do ostateczniej stabilności gatunku przyczynił się rozwój technologii używanej do obróbki mięsa i niektórych pokarmów roślinnych, a tym samym do zwiększenia różnorodności diety. • Wszystkie te czynniki miały również wpływ na ewolucję mózgu.

18. Co spowodowało ewolucję ludzkiego mózgu? • Okresy lodowcowe - silna presja selekcyjna; • konieczność polowań grupowych, • wystąpienie wielu zwierząt i konkurencyjnych człekokształtnych, • postawa dwunożna i uwolnienie rąk, • rozwój mowy i języka gestów.

19. Ewolucja ludzkiego mózgu • 6.000.000 pierwsze człowiekowate zaczęły poruszać się na dwóch nogach, co odróżniało je od spokrewnionych z nimi małp człekokształtnych, jednak ich mózg nadal miał wielkość 1/3 mózgu człowieka współczesnego

20. Ewolucja ludzkiego mózgu • Przez następne 3.000.000 – 4.000.000 lat temu ludzki mózg nie urósł w sposób znaczący, mimo że mógł się stać większy, proporcjonalny do wielkości ciała. • 2.000.000 lat temu pojawiły się człowiekowate o mózgu większym niż małpy człekokształtne. (z tego samego okresu pochodzą pierwsze narzędzia kamienne)

21. Ewolucja ludzkiego mózgu • Przez kolejne 1.000.000 lat, zwłaszcza w okresie 1.500.000 a 1.000.000 lat temu mózg rósł dość szybko, osiągając 2/3 dzisiejszych wymiarów. • W ciągu ostatniego 1.000.000 lat jego objętość zwiększyła się osiągając około 1400cm3 u człowieka współczesnego.

22. Mózg jest produktem uwarunkowań: • filogenetycznych, • somatycznych, • genetycznych, • ekologicznych, • demograficznych, • kulturowo - językowych.

23. „Każde z nich pozwala opisać jak ów mniej więcej półtorakilogramowy zlepek wody, tłuszczu i białka zmienił – wydawało się kolejny gatunek ssaka – w zwierzę imperialne” - LinoelTigeri Robin Fox

24. „W miarę jak stopniowo rozwijały się różne zdolności umysłowe, mózg, prawie na pewno, stawał się większy. Nikt, jak przypuszczam, nie wątpi, że stosunek rozmiaru mózgu człowieka do całego jego ciała w porównaniu z analogiczną proporcją u goryla lub orangutana ma ścisły związek z jego większymi możliwościami umysłowymi… ale przecież nikt nie podejrzewa, że intelekt dowolnych dwóch zwierząt, czy też ludzi można rzetelnie zmierzyć i wyrazić w cm3 objętości czaski.” - Charles Darwin

25. Mózg jest organem bardzo drogim w utrzymaniu, zużywa około 18% budżetu energetycznego. Biorąc pod uwagę fakt, że ludzki mózg jest trzy razy większy niż u małp, musimy zadać sobie pytanie: Dlaczego i w jaki sposób rozwój mózgu wystąpił w ludzkiej linii? Jaka była presja selekcyjna, która wpływała na zdolności poznawcze, które z pewnością daleko wyprzedziły praktyczne potrzeby człowieka łowiecko-zbierackiego?

26. Presje selekcyjne

27. Presje selekcyjne Dieta • Oprócz wielkich małp większość naczelnych jest zbyt mała, aby mieć żołądki zdolne do strawienia dużych ilości celulozy, więc ewoluowały aby mieć bardziej zróżnicowaną dietę. • W wyniku tego gatunek homo dążył do urozmaicenia i zwiększenia zakresu swojej diety.

28. Presje selekcyjne Dieta, polowanie, ogień. • Homo sapiens zaczął polować, dzięki czemu ich dieta wzbogaciła się w produkty mięsne i białko. • Użycie ognia umożliwiło obróbkę termiczną pożywienia dostarczając więcej energii (kalorii) organizmowi.

29. Presje selekcyjne Polowanie, narzędzia, kooperacja. • Łowiectwo spowodowało zapotrzebowanie na coraz bardziej skomplikowane narzędzia ułatwiające zdobywanie pożywienia. • Zatem presją selekcyjną stała się również kooperacja, która była niezbędna do efektywnego polowania.

30. Kooperacja • Kiedy obserwujemy inne gatunki ssaków i widzimy przypadki konfliktu to łatwo przewidzieć, który wygra – większy. • Inaczej jest jednak u małp i człekokształtnych. Osobniki te poświęcają wiele czasu na tworzenie sieci "przyjaźni". W rezultacie fizycznie gorszy osobnik może zwyciężyć silniejszą jednostkę, pod warunkiem, że wyzwanie jest zaplanowane tak, aby przyjaciele byli na wyciągnięcie ręki, tak aby pomóc sojusznikowi.

31. Więzi społeczne • Sojusze społeczne prowadzą do zwiększenia sukcesu reprodukcyjnego, a to według Nicholas Humphre wywołuje ewolucyjny mechanizm zapadkowy. • Z kolei selekcja seksualna mogła wywołać tak gwałtowny rozwój mózgu, który uległ podobnej transformacji jak pawi ogon – ludzie mogli oceniać potencjalnych partnerów także na bazie ich zdolności kognitywnych.

32. Język i komunikacja Język • jest unikalną cechą Homo sapiens • jest uważany za podstawowe narzędzie poznawcze. • jest praktycznie niewidoczny archeologicznie, tak więc wskazówki muszą pochodzić ze źródeł pośrednich: z narzędzi kamiennych, ze wskazówek społecznych i ekonomicznej organizacji, z treść i kontekstów obrazów oraz innych form wyrazu artystycznego.

34. Pytanie które nasuwa się w kontekście ewolucji języka odnosi się do dynamiki jego powstania. • Czy był to powolny, stopniowy proces i stał się w pełni nowoczesny dopiero niedawno? Czy był on szybki?

35. Anatomiczne uwarunkowania języka • Struktury produkujące głos, mowę, czyli aparat w szyi - krtań i gardło – miał dostarczyć wskazówek co do zdolności językowych, • Tak samo jak wielkość otworu w czaszce, przez który dociera nerw do języka • stopień unerwienia do przepony, • i odzwierciedlenie w wielkości kanału kręgowego.

36. Anatomiczne uwarunkowania języka • Ludzkie drogi wokalno – oddechowe są wyjątkowe w świecie zwierząt. • U ssaków, pozycja krtani w szyj przyjmuje jeden z dwóch podstawowych wzorców

38. Konflikt presji ewolucyjnych vs drogi rodne

39. Konflikt presji ewolucyjnych vs drogi rodne • Na wielkość mózgu wpływa długość trwania ciąży i tempo metabolizmu. • U ludzi, faza szybkiego wzrostu mózgu trwa przez dłuższy okres po urodzeniu. To przedłużenie wzrostu skutecznie daje ludziom równowartość 21-miesięcznego okresu ciąży. • Przedłużony okres opieki nad noworodkiem.

40. Zwiększona objętość mózgu jest znakiem rozpoznawczym rodzaju Homo, a o wszystkich przedstawicielach tego rodzaju można powiedzieć, że mają „duże” mózgi.

41. Homo Habilis, 2.500.000 – 1.800.000 lat temu; wielkość mózgu 650 do 800cm3. • Homo Erectus, 1.800.000 - 300.000 lat temu; wielkość mózguod 850 do nieco ponad 1000cm3, • Homo sapiens oraz Neandertalczycy, wielkość mózgu 1100 do ponad 1400cm3.

42. Współczynnik encefalizacji (EQ) – miara wielkości mózgu w stosunku do wielkości ciała: • Szympans = 2 • Australopitek = 2,5, • wczesne Homo = 3.1, • wczesne Homo erectus = 3.3, • współcześni ludzie = 5.8.

43. Ewolucja anatomii mózgu • Organizacja funkcjonalna mózgu w kontekście ewolucyjnym - na poziomie budowy anatomicznej, może ona zostać wyrażona na co najmniej 3 sposoby:

44. Ewolucja anatomii mózgu • Określony obszar mózgu, związany ze ściśle określoną funkcją może stać się mniejszy lub większy w odniesieniu do wielkości całkowitej mózgu lub wielkości innych wyodrębnionych obszarów.

45. Ewolucja anatomii mózgu • Obszar funkcjonalny mózgu może się przesunąć lub zmienić położenie. • Mogą się rozwinąć nowe pola funkcjonalne związane z nowymi zdolnościami poznawczymi.

46. Ewolucja anatomii mózgu • Istnieje rozróżnienie pomiędzy małpią a ludzką organizacją mózgu. • Każda półkula zawiera cztery płaty: czołowy, skroniowy, ciemieniowy i potyliczny. • Na początku uważano, że w mózgu ludzkim dominował płat ciemieniowy i skroniowy, natomiast małpi mózg zawierał znacznie mniejsze te obszary. • Ponadto, ludzkie płaty czołowe są znacznie bardziej skomplikowane niż u małp.

47. Ewolucja anatomii mózgu • W toku ewolucji człowiekowatych nastąpiła reorganizacja funkcjonalna płata czołowego, w sensie poznawczym, za czym przemawia lokalizacja mowy kory przedczołowej skupionej wokół pola Brocki w lewym zakręcie czołowym dolnym.

49. Ewolucja anatomii mózgu • Główna neuronalna struktura funkcji językowych znajduje się w lewej półkuli. • Nazwana jest polem Broca, widoczna jako małe wybrzuszenie po lewej stronie mózgu w kierunku przodu. • Jest ona związana z językiem, szczególnie przy produkcji dźwięku. • Drugi obszar to ośrodek Wernickiego, położony nieco w tyle. Jest zaangażowany w percepcję dźwięku.