Evolution är en av de största teorierna i hela vetenskapen. Det går ut på att förklara livet: specifikt hur det första enkla livet gav upphov till all den enorma mångfald vi ser idag, från bakterier till ekar till blåhvalar.
För forskare är evolution ett faktum. Vi vet att livet utvecklats med samma säkerhet som att vi vet att jorden är ungefär sfärisk, att tyngdkraften håller oss kvar på det, och att getingar vid en picknick är irriterande.
Inte för att du skulle veta det från media i vissa länder där evolution argumenteras grymt om – läggs ner som ”bara en teori” eller avfärdas som en utbredd lögn.
Varför är biologer så säkra på detta? Vad är beviset? Det korta svaret är att det är så mycket att det är svårt att veta var man ska börja. Men här är en mycket kortfattad sammanfattning av bevisen på att livet verkligen har utvecklats.
Det kan hjälpa att först stava snabbt ut vad Darwins evolutionsteori faktiskt säger. De flesta av oss har den allmänna idén: arter förändras över tiden, bara de starkaste överlever, och på något sätt gav en apaliknande varelse upphov till människor.
Det är svårt att acceptera att du härstammar från oräkneliga generationer från en mask
Darwins evolutionsteori säger att varje ny organism är subtilt annorlunda från sina föräldrar, och dessa skillnader kan ibland hjälpa avkomman eller hindra den. Eftersom organismer tävlar om mat och kompisar, producerar de med de fördelaktiga egenskaperna fler avkommor, medan de med ohjälpsamma egenskaper kanske inte producerar några. Så inom en given population, fördelaktigt egenskaper blir vanliga och ohjälpsamma försvinner.
Med tanke på tillräckligt med tid växer dessa förändringar upp och leder till att nya arter och nya typer av organism uppträder, en liten förändring i taget. Steg för steg blev maskar fisk, fisk kom på land och utvecklade fyra ben, de fyrbenta djuren växte hår och – så småningom – så jag av dem började gå runt på två ben, kallade sig ”människor” och upptäckte evolution.
Detta kan vara svårt att tro. Det är en sak att inse att du inte är identisk med våra föräldrar: kanske ditt hår har en annan färg, eller att du är högre eller har en mer glad natur. Men det är mycket svårare att acceptera att du kommer ned, genom otaliga generationer, från en mask.
Massor av människor accepterar verkligen inte detta. Men glöm allt drama ett ögonblick. Börja istället som Charles Darwin gjorde: på din tröskel.
Darwins bok On the Origin of Species, som först publicerades 1859, börjar med att be läsaren att se sig omkring på det välbekanta. Inte outforskade tropiska öar eller avlägsna djungler, men gårdsgården och trädgården. Där kan du enkelt se att organismer överför egenskaper till sina avkommor och förändrar organismen med tiden.
Dessa förändringar från generation till generation kallas ”härkomst med modifikation”
Darwin betonade processen för odling och avel. I generationer, jordbrukare och trädgårdsmästare har målmedvetet avlat djur för att vara större eller starkare och växter för att ge mer grödor.
Uppfödare fungerar precis som Darwin föreställde sig att evolutionen fungerade. Antag att du vill odla kycklingar som lägger fler ägg. Först måste du hitta de höns som lägger mer ägg än de andra. Då måste du kläcka deras ägg och se till att det resulterande chi cks reproducerar. Dessa kycklingar borde också lägga fler ägg.
Om du upprepar processen med varje generation så har du så småningom höns som lägger mycket mer ägg än vilda kycklingar. En kvinnlig djungelfågel – närmaste vilda släkting till den inhemska kycklingen – kan lägga 30 ägg om året, medan gårdshönor mycket väl kan producera tio gånger så många.
Dessa förändringar från generation till generation kallas ”härkomst med modifiering”.
Våra äldsta tämda djur kan fortfarande förbättras eller modifieras snabbt
En ung brud kommer i många vägar liknar föräldrarna: det kommer att bli en kyckling och definitivt inte en jordvark, och den kommer förmodligen att likna sina föräldrar mer än andra kycklingar. Men den kommer inte att vara identisk.
”Det är vad evolutionen är”, säger Steve Jones från University College London i Storbritannien. ”Det är en serie misstag som byggs upp.”
Du kanske tror att avel bara kan göra en fe w förändras, men det verkar inte finnas något slut på det. ”Inget fall registreras av att en variabel upphör att vara variabel under odling”, skrev Darwin. ”Våra äldsta odlade växter, såsom vete, ger fortfarande nya sorter: våra äldsta tämjda djur kan fortfarande förbättras eller modifieras snabbt.”
Avel, hävdade Darwin, är i huvudsak utveckling under mänsklig tillsyn.Det visar oss att de små förändringarna från generation till generation kan lägga sig. ”Det är oundvikligt”, säger Jones. ”Det kommer säkert att hända.”
Ändå är det ett steg från att noggrant avla kycklingar som lägger fler ägg till den naturliga utvecklingen av nya arter. Enligt evolutionsteorin kommer dessa kycklingar i slutändan från dinosaurier, och om du går längre tillbaka, från fisk.
Svaret är helt enkelt att evolution tar lång tid att göra stora förändringar. Att se bevis för det , du måste titta på äldre poster. Du måste titta på fossiler.
Fossiler är resterna av länge döda organismer, bevarade i sten. Eftersom stenar läggs i lager, en ovanpå det andra är fossilregistret i allmänhet i datumordning: de äldsta fossilerna är längst ner.
Jag tycker alltid att det mest övertygande fallet för evolution finns i fossilregistret
Genom att gå igenom fossilregistret blir det tydligt att livet har förändrats över tiden.
De äldsta fossilerna i alla är resterna av synd glacelliga organismer som bakterier, med mer komplicerade saker som djur och växter uppträder först mycket senare. Bland djurfossilerna uppträder fisk mycket tidigare än amfibier, fåglar eller däggdjur. Våra närmaste släktingar aporna finns bara i de grundaste – yngsta klipporna.
”Jag tror alltid att det mest övertygande fallet för evolution är i fossilregisteret”, säger Jones. ”Det märks att en sida av var sjätte i Species Origin har att göra med fossilregistret. visste att det var ett obestridligt fall att evolution hade ägt rum. ”
Hur vet vi verkligen att en art utvecklades till en annan?
Genom att noggrant studera fossiler har forskare kunnat länka många utdöda arter med sådana som överlever idag, vilket ibland indikerar att man härstammar från en annan.
För till exempel beskrev forskare 2014 fossilerna till en 55 miljoner år gammal rovdjur som heter Dormaalocyon, som kan vara en gemensam förfader till alla dagens lejon, tigrar och björnar. Formerna på Dormaalocyons tänder gav bort den.
Ändå kanske du inte är övertygad. Dessa djur kan alla ha liknande tänder, men lejon, tigrar och dormaalocyoner är fortfarande olika arter. Hur vet vi egentligen att en art utvecklades till en annan?
Det fossila dokumentet är bara så mycket hjälp här, för det är ofullständigt. ”Om du tittar på de flesta fossila register, är det du faktiskt ser en form som varar ganska länge tid och sedan är nästa massa fossiler som du har fått helt annorlunda från vad du hade tidigare, säger Jones.
Det är också möjligt att observera utvecklingen av en ny art när det händer
Men eftersom vi har grävt upp fler och fler rester har en mängd ”övergångsfossiler” upptäckts . Dessa ”saknade länkar” är halvvägs hus mellan välbekanta arter.
Till exempel sa vi tidigare att kycklingar i slutändan härstammar från dinosaurier. År 2000 beskrev ett team under ledning av Xing Xu från den kinesiska vetenskapsakademin en liten dinosaurie som heter Microraptor, som hade fjädrar som liknar moderna fåglar och kan ha kunnat flyga.
Det är också möjligt att observera utveckling av en ny art när det händer.
2009 beskrev Peter och Rosemary Grant från Princeton University i New Jersey hur en ny art av fink kom till på en av Galápagosöarna: samma öar besökte av Darwin.
Denna lilla grupp fåglar hade bildat en ny art
1981 anlände en enda medium markfink till en ö som heter Daphne Major. Han var ovanligt stor och sjöng en något annan sång till de lokala fåglarna.
Han lyckades föda upp och hans avkomma ärvde hans ovanliga drag. Efter några generationer isolerades de reproduktivt: de såg annorlunda ut än de andra fåglarna och sjöng olika sånger, så de kunde bara föda upp sig själva. Denna lilla grupp fåglar hade bildat en ny art: de hade ”specierat”.
Denna nya art skiljer sig bara subtilt från dess förfäder: deras näbbar är annorlunda och de sjunger en ovanlig sång. Men det är möjligt att se mycket mer dramatiska förändringar när de händer.
Richard Lenski från Michigan State University är ansvarig för världens längsta evolutionsexperiment.
Det är en mycket direkt demonstration av Darwins idé om anpassning genom naturligt urval
Sedan 1988 har Lenski har spårat 12 populationer av Escherichia coli-bakterier i sitt laboratorium. Bakterierna lämnas till sina egna enheter i förvaringsbehållare, med näringsämnen att mata på, och Lenskis team fryser regelbundet små prover.
E. coli är inte längre samma som 1988.”I alla 12 populationer har bakterierna utvecklats för att växa mycket snabbare än deras förfader gjorde”, säger Lenski. De har anpassat sig till den specifika blandning av kemikalier som han ger dem.
”Det är en mycket direkt demonstration av Darwins idé om anpassning genom naturligt urval. Nu, 20-några år in i experimentet, är det typiska härstammar växer cirka 80% snabbare än förfadern. ”
2008 rapporterade Lenskis team att bakterierna hade gjort ett stort steg framåt. Blandningen de lever i innehåller en kemikalie som kallas citrat, som E coli kan inte smälta. Men 31 500 generationer in i experimentet började en av de 12 befolkningarna mata citrat. Detta skulle vara som att människor plötsligt utvecklade förmågan att äta trädbark.
Alla levande saker bär gener, i form av DNA
Citratet var alltid där, säger Lenski, ”så alla befolkningar har möjlighet på ett sätt att utveckla förmågan att använda detta … Men bara en av de 12 befolkningarna har hittat sin väg att göra detta. ”
Vid denna tidpunkt är Lenskis vana att regelbundet frysa prover av bakterierna visade sig vara avgörande. Han kunde gå igenom äldre prover och spåra förändringarna som ledde till att E. coli åt citrat.
För att göra detta var han tvungen att titta under huven. Han använde ett verktyg som inte fanns tillgängligt på Darwins tid, men som har revolutionerat vår förståelse av evolutionen som helhet: genetik.
Alla levande saker bär gener, i form av DNA.
Gener styr hur en organism växer och utvecklas, och de överförs från förälder till avkomma. När en mors kyckling lägger mycket ägg och skickar den egenskapen till sina avkommor gör hon det genom sina gener.
Allt modernt liv har härstammat från en gemensam förfader
Under det senaste århundradet har forskare katalogiserat gener från olika arter. Det visar sig att alla levande saker lagrar information i sitt DNA på samma sätt: de använder alla samma ”genetiska kod”.
Dessutom delar organismer också många gener. Tusentals gener som finns i mänskligt DNA kan också hittas i DNA från andra varelser, inklusive växter och till och med bakterier.
Dessa två fakta antyder att allt modernt liv har härstammat från en enda gemensam förfader, den ”sista universella förfadern”, som levde för miljarder år sedan.
Genom att jämföra hur många gener organismer delar kan vi ta reda på hur de är relaterade. Till exempel delar människor mer gener med apor som schimpanser och gorillor än andra djur, lika mycket som 96%. Det antyder att de är våra närmaste släktingar.
Vi har en gemensam förfader med schimpanser
”Försök att förklara det på något annat sätt än det faktum att dessa relationer baseras på en sekvens av förändringar genom tiden”, säger Chris Stringer från Natural History Museum i L ondon. ”Vi har en gemensam förfader med schimpanser, och vi och de har avvikit sedan dess från den gemensamma förfadern.”
Vi kan också använda genetik för att spåra detaljerna i evolutionära förändringar.
”Du kan jämföra olika typer av bakterier och hitta de gener som de delar”, säger Nancy Moran vid University of Texas i Austin. ”När du väl känner igen dessa gener … kan du titta på hur de har utvecklats i olika typer av populationer.”
När Lenski gick igenom sina E. coli-prover, fann han att de citratätande bakterierna hade flera förändringar i deras DNA som de andra bakterierna inte gjorde. Dessa förändringar kallas mutationer.
Lenskis E. coli visar oss att evolution kan ge organismer radikalt nya förmågor
Några av dem hade hänt långt innan bakterierna utvecklade sin nya förmåga. ”I och för sig gav de inte förmågan att växa på citrat, utan satte scenen för efterföljande mutationer som sedan gav den förmågan”, säger Lenski.
Denna komplexa händelsekedja hjälper till att förklara varför bara en befolkningen utvecklade förmågan.
Det illustrerar också en viktig punkt om evolutionen. Ett särskilt evolutionärt steg kan verka extremt osannolikt, men om det finns tillräckligt med organismer som skjuts för att ta det, kommer en av dem troligen att – och det tar bara en.
Lenskis E. coli visar oss att evolutionen kan ge organismer radikalt nya förmågor. Men evolution gör inte alltid saker bättre. Dess effekter är ofta, åtminstone för våra ögon, ganska slumpmässiga.
Mutationerna som leder till förändringar i en organism är mycket sällan till det bättre, säger Moran. I själva verket har de flesta mutationer antingen ingen inverkan eller en negativ inverkan på hur en organism fungerar.
Djur som lever i mörka grottor tappar ofta sina ögon
När bakterier är begränsade till isolerade miljöer tar de ibland upp ovälkomna genetiska mutationer som överförs direkt till varje generation.Med tiden hindrar detta arten successivt.
”Det visar verkligen utvecklingsprocessen”, säger Moran. ”Det handlar inte bara om anpassning och saker blir bättre, det finns också den här stora potentialen för att saker och ting kan bli värre.”
Dessutom förlorar organismer ibland förmågor. Till exempel djur som lever i mörka grottor tappar ofta ögonen.
Detta kan tyckas konstigt. Vi tenderar att tänka på evolutionen som en process för biologisk förbättring, av arter som förbättras och blir mindre primitiva. Men det är inte nödvändigtvis vad som händer.
Begreppet förbättring kan spåras tillbaka till en forskare vid namn Jean-Baptiste Lamarck, som drev tanken att organismer utvecklas innan Darwin var. Hans bidrag var livsviktiga.
Vad menade han att de ville förbättra? Hur skulle du testa det?
Men till skillnad från Darwin trodde Lamarck att organismer blev bättre på att leva i sina miljöer som en avsiktlig reaktion på dessa miljöer, som om de i sig ville förbättra sig.
Lamarcks teori skulle säga att giraffer har länge cks eftersom deras förfäder sträckte sig för att nå höga träd och sedan förde sina nyligen förvärvade långa halsar till sina avkommor.
”Darwin skrev om Lamarck privat och sa att hans teori är fullständigt nonsens, det är otestbart, säger Jones. ”Vad menade han att de ville förbättra? Hur skulle du testa det?”
Darwin hade en alternativ teori: naturligt urval. Det ger en helt annan förklaring till giraffer ”långa halsar.
Föreställ dig en förfader till moderna giraffer, något som en hjort eller antilop. Om det fanns många höga träd där detta djur bodde, de längsta halsarna skulle få mer mat och göra det bättre än de med kortare halsar.
Djur som giraffer är så slående eftersom de verkar så perfekt anpassade
Efter några generationer skulle alla djur ha lite längre hals än sina förfäder. Återigen skulle de med längst göra det bäst, så under många år, giraffernas ”halsar skulle gradvis bli längre, eftersom de med korta halsar tenderade att inte ha avkommor.
Mutationerna bakom detta hände slumpmässigt och var lika benägna att producera korta halsar som långa. Men dessa korthalsmutationer tenderade inte att hålla.
Djur som giraffer är så slående eftersom de verkar så perfekt anpassade. De bor i områden där träden är höga och bara har löv högt från marken , så naturligtvis har de långa halsar för att nå dem.
”Den typen av bild är faktiskt vad som förvirrar människor, tror jag, för den ser så perfekt ut, den ser designad ut”, säger Moran. Men om du titta närmare, det är resultatet av en lång kedja med små förändringar. ”Du inser, åh, det är inte utformat, det är faktiskt en udda händelse som kan ha spridit sig och lett till en annan udda händelse.”
Vi har nu alla bevis som när de sammanställs visar att livet har utvecklats.
Mänsklig utveckling har alltid varit ett svårt begrepp för vissa i magen
Nedstigning med modifiering, som orsakas av slumpmässiga mutationer i gener, leder i slutändan till gradvisa förändringar och bildandet av nya arter – mycket av det kör sv genom naturligt urval, som rensar bort de organismer som är mindre lämpade för deras miljöer.
Slutligen, låt oss tillämpa allt detta på oss själva.
Mänsklig utveckling har alltid varit ett begrepp. svårt för vissa att mage, men det är omöjligt att blunda för det nu, säger Stringer.
Homo sapiens tros ha utvecklats i Afrika innan det spridit sig över hela världen.
Människor av europeisk och asiatisk härkomst bär neandertalers gener i sitt DNA
Det fossila dokumentet visar en gradvis förändring från apaliknande djur som går på alla fyra till tvåbeniga varelser som gradvis utvecklade större hjärnor.
De första människorna som lämnade Afrika blandade sig med andra homininarter, såsom neandertalarna. Som ett resultat bär människor av europeisk och asiatisk härkomst neandertalers gener i sitt DNA, men människor av afrikansk härkomst inte.
Allt hände för tusentals år sedan, men historien är inte över. Vi är utvecklas fortfarande.
Till exempel studerade en brittisk läkare vid namn Anthony Allison på 1950-talet en genetisk sjukdom som kallas sicklecellanemi, vilket är vanligt i vissa afrikanska befolkningar. Människor med sjukdomen har missbildade röda blodkroppar , som inte transporterar syre runt kroppen så bra som möjligt.
För dessa människor var det värt att bära sigdcellmutationen
Allison upptäckte att de östafrikanska befolkningarna var indelade i grupper av låglandsboende, som var benägna att sjukdomen, och människor som bodde i höglandet, som var inte.
Det visade sig att personer som bär segdcellsegenskapen fick en oväntad fördel. Det skyddade dem från malaria, vilket bara var ett hot i låglandet. För dessa människor var det värt att bära seglcellemutationen, även om deras barn kanske var anemiska.
Däremot riskerade människor som bor i höglandsområden inte från malaria. Det innebar att det inte fanns någon fördel med att bära sigdcellens drag, så dess annars skadliga natur hade gjort att den försvann.
Naturligtvis finns det alla möjliga frågor om evolution som vi fortfarande inte har svarat på .
Deras förfäder går tillbaka i en obruten linje i över 3 miljarder år
Stringer erbjuder en enkel: vad var den genetiska förändringen som gjorde att människor kunde gå upprätt, och varför var den mutationen så framgångsrik? Just nu vet vi inte, men med mer fossil och bättre genetik kanske vi en dag.
Vad vi vet är att evolution är ett naturfakta. Det är grunden för livet på jorden som vi känner det.
Så nästa gång du är på väg ut, oavsett om det är i din trädgård eller på en gård eller bara går en väg, ta en titta på djuren och växterna runt dig och tänk på hur de alla kom dit.
Var och en av organismerna du ser, oavsett om det är en liten insekt eller en stor stor elefant, är den senaste medlemmen i en gammal familjen. Deras förfäder går tillbaka i en obruten linje i över 3 miljarder år, till själva livets gryning. Så gör din.