אבולוציה ביולוגית מרמזת על התפתחות טבעית של אורגניזמים חיים, המלווה בשינויים בהרכב הגנטי של אוכלוסיות, כמו גם עלייה בתכונות הסתגלות, הופעת מינים חדשים והכחדה של ישנים. כל הגורמים הללו משנים הן את המערכת האקולוגית והן את הביוספרה כולה לאורך זמן.
תיאוריה בסיסית
ישנן מספר גרסאות המסבירות את המנגנונים שעליהם בנוי התהליך האבולוציוני. רוב המדענים מחויבים כעת לתיאוריית האבולוציה הסינתטית (STE), המבוססת על מיזוג של גנטיקה של אוכלוסיות ודארוויניזם. התיאוריה הסינתטית מסבירה את הקשר בין מוטציות גנטיות, כלומר חומר האבולוציה, לבין הברירה הטבעית (מנגנון האבולוציה). התהליך האבולוציוני במסגרת תיאוריה זו הוא תהליך של שינוי תדירויות האללים של גנים שונים באוכלוסיות המינים במהלך מספר דורות.
תבניות וכללי התפתחות
אבולוציה היא תהליך בלתי הפיך. כל אורגניזם שבאמצעות הצטברות של מוטציות חיוביות הצליח להסתגל לתנאים חדשים, בעת החזרה לסביבתו הקודמת, יצטרך לעבור שוב את דרך ההסתגלות. יתר על כן, שום מין ביולוגי לא יכול להתבסס לחלוטין,צ'ארלס דרווין כתב שגם אם בית הגידול יהפוך להיות זהה לבעבר, המין המפותח לא יוכל לחזור למצבו הקודם. כלומר, בעלי חיים יוכלו להסתגל לחזרת התנאים הישנים, אך לא בדרכים ה"ישנות".
ניתן לראות זאת בקלות במקרה של דולפינים. המבנה הפנימי של סנפיריהם (יחד עם לוונים) שומר על תכונות הגפיים של היונקים. מוטציות מעדכנות את מאגר הגנים של דור, כך שהן לעולם לא חוזרות על עצמן. למרות העובדה שדולפינים ולווייתנים שינו את בית הגידול שלהם, וגפיים עם חמש אצבעות התחלפו לסנפירים, הם עדיין יונקים. בדיוק כמו שזוחלים התפתחו מדו-חיים בשלב מסוים, אבל אפילו חוזרים לסביבתם הקודמת, הם לא יוכלו להוליד דו-חיים.
דוגמה נוספת לכלל אבולוציוני זה: השיח ירוק העד Ruscus. על הגבעול שלו עלים מבריקים, גדולים ועבים, שהם למעשה ענפים מתוקנים. עלים אמיתיים הם קשקשים וממוקמים במרכז ה"גבעולים" הללו. בתחילת האביב מופיע פרח מהסינוס של הקשקשת, ממנו יתפתח הפרי בהמשך. מחט הקצבים נפטרה מהעלים בתהליך האבולוציה, וכתוצאה מכך היא הצליחה להסתגל לבצורת, אבל אז היא שוב נפלה לסביבה המימית, אבל במקום עלווה אמיתית הופיעו גבעולים מתוקנים.
הטרוגניות
כללי האבולוציה קובעים שהתהליך מאוד הטרוגני ואינו נקבע לפי זמן אסטרונומי. לדוגמה, יש חיות שהתקיימו בללא שינוי במשך מאות מיליוני שנים. אלה הם דגים בעלי סנפיר, טואטרה וזנב חרב הם מאובנים חיים. אבל זה קורה כי speciation ושינוי מתרחשים מהר מאוד. במהלך 800 אלף השנים האחרונות התעוררו מינים חדשים של מכרסמים באוסטרליה ובפיליפינים, ואגם בייקל במהלך 20 מיליון השנים האחרונות התעשר ב-240 מינים של סרטנים, המחולקים ל-34 סוגים חדשים. הופעתו או שינויו של מין אינם תלויים בזמן ככזה, אלא נקבעים על פי חוסר הכושר ומספר הדורות. כלומר, ככל שמין מתרבה מהר יותר, כך קצב האבולוציה גבוה יותר.
מערכות סגורות
תהליכים כמו אבולוציה, ברירה טבעית ומוטציה יכולים לעבור הרבה יותר מהר. זה קורה כאשר התנאים הסביבתיים אינם יציבים. עם זאת, באוקיינוסים עמוקים, במי מערות, באיים ובאזורים מבודדים אחרים, האבולוציה, הברירה הטבעית והסוגים הם איטיים מאוד. זה מסביר את העובדה שדג סנפירי אונה נשאר ללא שינוי במשך כל כך הרבה מיליוני שנים.
עקבו אחרי התלות של האבולוציה בקצב הברירה הטבעית היא די פשוטה בחרקים. בשנות השלושים של המאה הקודמת החלו להשתמש בתרופות רעילות ממזיקים, אך לאחר מספר שנים הופיעו מינים שהסתגלו לפעולת התרופה. צורות אלה תפסו עמדה דומיננטית והתפשטו במהירות על פני כדור הארץ.
לטיפול במחלות רבות, נעשה שימוש לעתים קרובות באנטיביוטיקה חזקה - פניצילין, סטרפטומיצין, גראמיצין. חוקי האבולוציה נכנסו לתוקף: כבר בשנות הארבעיםמדענים ציינו את הופעתם של מיקרואורגניזמים עמידים לתרופות אלו.
Patterns
ישנם שלושה כיוונים עיקריים של אבולוציה: התכנסות, סטייה ומקבילות. במהלך ההתבדלות, נצפית סטייה הדרגתית של תווים תוך-ספציפיים, מה שמוביל בסופו של דבר לקבוצות חדשות של פרטים. ככל שההבדלים במבנה ובשיטת השגת מזון הופכים בולטים יותר, הקבוצות מתחילות להתפזר לטריטוריות אחרות. אם אזור אחד תפוס על ידי בעלי חיים עם אותן דרישות מזון, אזי עם הזמן, כאשר היצע המזון הופך קטן יותר, הם יצטרכו לעזוב את השטח ולהסתגל לתנאים שונים. אם באותה טריטוריה יש מינים עם צרכים שונים, התחרות ביניהם קטנה בהרבה.
דוגמה חיה לאופן שבו התהליך האבולוציוני של התבדלות מתרחש היא 7 מינים של צבאים הקשורים זה לזה: אלה הם איילי צפון, מרל, איילים, צבי סיקה, צבי שחר, צבי מושק וצבאים.
למינים בעלי דרגת התבדלות גבוהה יש את היכולת להשאיר צאצאים גדולים ולהתחרות פחות זה בזה. כאשר ההתבדלות בין התכונות מתחזקת, האוכלוסייה מחולקת לתת-מינים, אשר עקב הברירה הטבעית עלולים להפוך בסופו של דבר למינים נפרדים.
קהילה
התכנסות נקראת גם אבולוציה של מערכות חיות, וכתוצאה מכך למינים שאינם קשורים יש תכונות משותפות. דוגמה להתכנסות היא הדמיון של צורת הגוף בדולפינים (יונקים), כרישים (דגים) ואיכתיוזאורים (זוחלים). זוהי תוצאה של קיום באותו בית גידול ואותם תנאי חיים. גם האגמה המטפסת והזיקית אינם קשורים, אך דומים מאוד במראה. כנפיים הן גם דוגמה להתכנסות. בעטלפים ובציפורים הם התעוררו על ידי החלפת הגפיים הקדמיות, אבל אצל פרפר, אלה הם גידולים של הגוף. התכנסות נפוצה מאוד בקרב מגוון המינים של כדור הארץ.
מקביליות
המונח הזה מגיע מיוונית "parallelos" שפירושו "הולך לצד" והתרגום הזה מסביר היטב את משמעותו. מקביליות היא תהליך של רכישה עצמאית של תכונות מבניות דומות בקרב קבוצות גנטיות קרובות, המתרחש עקב נוכחותם של תכונות בירושה מאבות קדמונים משותפים. סוג זה של אבולוציה נפוץ בטבע. דוגמה לכך היא הופעת סנפירים כהסתגלות לסביבה המימית, שאצל סוסי ים, כלבי ים אוזניים וכלבי ים אמיתיים נוצרו במקביל. כמו כן, בקרב חרקים בעלי כנף רבים חל מעבר של הכנפיים הקדמיות לאליטרה. לדגי האונה יש סימנים של דו-חיים, וללטאות בעלי השיניים יש סימנים של יונקים. נוכחות ההקבלה מעידה לא רק על אחדות מוצא המינים, אלא גם על תנאי קיום דומים.
