Wprowadzenie
Morfologia, jedna z nauk przyrodniczych, bada zewnętrzne cechy organizmu: jego anatomię, kształt i wygląd. Jednym z pierwszych kroków w identyfikacji organizmu jest zbadanie tych widocznych cech; pomaga to odróżnić jeden gatunek od drugiego i zidentyfikować nowe gatunki lub podgatunki. Morfologia może być również badana na znacznie mniejszą skalę, badając konkretne organy, tkanki lub typy komórek.
Zdolność porównywania morfologii dwóch organizmów jest ważną podstawową umiejętnością dla naukowców zajmujących się naukami przyrodniczymi. Prosta, uważna obserwacja i porównanie doprowadziły, na przykład, do większości odkryć w dziedzinie paleontologii, jak również odkrycie, że wieloryby są ssakami.
Historyczne tło i podstawy naukowe
Od starożytności do renesansu, prawa i tabu kulturowe uniemożliwiły lekarzom dokonywanie sekcji ludzkich ciał. Ich wiedza anatomiczna pochodziła z chirurgii, leczenia poważnych ran i urazów oraz z sekcji zwierząt. W pewnym sensie większość wczesnych badań nad anatomią człowieka była ćwiczeniami z morfologii porównawczej. Ponieważ bezpośrednie badanie nie było możliwe, lekarze wypełniali luki w swojej wiedzy porównaniem z modelami zwierzęcymi.
Jednym z nich był rzymski lekarz Galen z Pergamum (AD 129-216), który był bardzo szanowany za swoje pisma na temat medycyny i anatomii. Pomimo wielu błędów wynikających z jego niezdolności do przeprowadzania sekcji ludzi, Galen był najlepszym źródłem informacji anatomicznych aż do czasów renesansu. Zachęcał lekarzy do ciekawości i samodzielnych badań. Jednak pomimo tych zachęt jego praca pozostała niepodważona przez ponad 1000 lat.
Andreas van Wesel (1514-1564), znany bardziej pod latynizowanym nazwiskiem Vesalius, był jednym z pierwszych lekarzy, którzy zakwestionowali autorytet Galena. Urodził się na początku XVI wieku w wybitnej holenderskiej rodzinie lekarskiej, która od dawna służyła Świętym Cesarzom Rzymskim. Na początku swojej kariery Vesalius zaczął przeprowadzać sekcje zwłok ludzkich, podważając swoimi wynikami dominację Galena. Ponieważ Galen nigdy nie przeprowadził sekcji zwłok ludzkich, Vesalius opublikował poprawki do jego pism, wykazując wiele wad zrodzonych ze ślepego porównywania ludzi i zwierząt.
IN CONTEXT: ANIMAL STUDIES INFLUENCE EARLY MEDICAL THOUGHT
Średniowieczne zrozumienie układu nerwowego było w zasadzie ograniczone do obserwacji anatomii zwierząt, złagodzonej przez filozofie panujące od starożytności. Wpływ greckiego lekarza Galena z Pergamum (AD 129-216) na teorię i praktykę medyczną był dominujący w Europie przez całe średniowiecze i do renesansu. Galen uważał, że najlepsi lekarze są również filozofami, a filozofia promuje medycynę. Tradycja galenowa głosiła, że choroba jest wynikiem braku równowagi płynów ustrojowych, czyli humorów. Podczas sekcji cieląt, Galen zauważył sieć nerwów i naczyń u podstawy mózgu cielęcia, którą błędnie założył, że istnieje również u ludzi. Galen nazwał ten obszar rete mirabile i stwierdził, że jest to miejsce, w którym duchy życiowe przekształcają się w duchy zwierzęce człowieka. Po nadejściu chrześcijaństwa, duchy te zostały zjednoczone w koncepcję chrześcijańskiej duszy, a lekarze debatowali nad podstawą duszy w ludzkim ciele, przypuszczalnie w sercu lub mózgu.
Wpływ na inne dziedziny nauki
Jedno z pierwszych odkryć w paleontologii było możliwe dzięki zastosowaniu morfologii porównawczej. W 1666 roku włoscy rybacy złowili dużego rekina. Został on wysłany do Nielsa Steensena (1648-1686), lepiej znanego pod swoim włoskim nazwiskiem Nicolaus Steno, który był duńskim anatomem pracującym we Florencji. Po zbadaniu zębów rekina, Steno zauważył, że były one bardzo podobne do tak zwanych „kamieni językowych”, małych trójkątnych kamieni, które od dawna znajdowano w ziemi. Steno zdał sobie sprawę, że te kamienie były skamieniałymi zębami rekinów, i że z czasem żywy materiał został zastąpiony przez kamień.
Morfologia porównawcza również odegrała dużą rolę we wczesnej klasyfikacji gatunków roślin i zwierząt. Szwedzki przyrodnik Carl Linnaeus (1707-1778; znany również jako Carolus Linnaeus lub Carl Linné) opracował pierwszy spójny system klasyfikacji organizmów, zwłaszcza roślin. Jego system opierał się na cechach męskich i żeńskich organów płciowych roślin. Pogrupował je według typów, a następnie stworzył szersze grupy na podstawie wspólnych cech, opierając się w dużej mierze na morfologii porównawczej. Praca Linneusza pozwoliła na systematyczną klasyfikację ogromnej liczby roślin i zwierząt, opartą nie na sztucznych kategoriach (takich jak zwierzęta domowe), ale na wspólnych cechach. Jego praca stworzyła podstawy nowoczesnej taksonomii; jego metoda morfologii porównawczej jest nadal punktem wyjścia do klasyfikacji.
Współczesne powiązania kulturowe
Porównanie cech jednego organizmu z drugim pomaga naukowcom poznać oba. Chociaż logika podpowiada, że te o najbardziej podobnej morfologii są najbardziej spokrewnione, dobór naturalny czasami daje niespokrewnionym organizmom podobne formy.
Struktury, które rozwijają się w podobny sposób, ponieważ mają wspólne pochodzenie, są nazywane homologicznymi. Przednie wyrostki większości ssaków są bardzo szerokim typem struktury homologicznej. Te, które nie powstają z podobnego pochodzenia, są strukturami analogicznymi. Powstają one, gdy podobne środowisko wywiera podobną presję ewolucyjną na różne organizmy; przykładem może być podobny kształt delfinów i ryb lub skrzydła ptaków i nietoperzy. Uderzającym przykładem ewolucyjnej homologii (adaptacji zbieżnej) jest podobieństwo między oczami zwierząt z różnych zoologicznych filii, takich jak kałamarnice i ośmiornice, które są mięczakami, a oczami kręgowców, w tym zwierząt i ludzi.
Morfologia porównawcza dostarcza również wsparcia dla teorii ewolucji. Badając zarówno żywe organizmy, jak i skamieniałości ich wymarłych przodków, zoolodzy i paleontolodzy mogą wyciągać wnioski na temat ich pochodzenia. Badając skamieniałości, naukowcy mogą zobaczyć, jak słonie wyewoluowały z małych, pozbawionych trąb zwierząt lub jak wieloryby wyewoluowały z czworonożnych ssaków lądowych, tracąc tylne nogi, gdy przystosowały się do życia w morzu.
Najsilniejsze dowody ewolucji pochodzą z badań porównawczych – porównywania strukturalnych podobieństw organizmów w celu określenia ich ewolucyjnych związków. Przyjmuje się, że organizmy o podobnych cechach anatomicznych są stosunkowo blisko spokrewnione ewolucyjnie i zakłada się, że mają wspólnego przodka. W wyniku badania relacji ewolucyjnych, anatomiczne podobieństwa i różnice są ważnymi czynnikami w określaniu i ustalaniu klasyfikacji organizmów.
Niektóre organizmy mają struktury anatomiczne, które są bardzo podobne w rozwoju embrionalnym i formie, ale bardzo różne w funkcji. Są one nazywane strukturami homologicznymi. Ponieważ struktury te są tak podobne, wskazują one na związek ewolucyjny i wspólnego przodka gatunków, które je posiadają. Wyraźnym przykładem struktur homologicznych są kończyny przednie ssaków. Przy bliższym przyjrzeniu się, kończyny przednie ludzi, wielorybów, psów i nietoperzy są bardzo podobne w budowie. Każdy z nich posiada taką samą liczbę kości, ułożonych w niemal identyczny sposób. Chociaż mają one różne cechy zewnętrzne i funkcjonują w różny sposób, to rozwój embrionalny i anatomiczne podobieństwa w formie są uderzające. Porównując anatomię tych organizmów, naukowcy ustalili, że mają one wspólnego ewolucyjnego przodka, a w sensie ewolucyjnym są stosunkowo blisko spokrewnione.
Inne organizmy mają struktury anatomiczne, które funkcjonują w bardzo podobny sposób, ale są bardzo różne morfologicznie i rozwojowo. Są one nazywane analogicznymi strukturami. Ponieważ te struktury są tak różne, nawet jeśli mają tę samą funkcję, nie wskazują, że istnieje ewolucyjny związek, ani że dwa gatunki mają wspólnego przodka. Na przykład, skrzydła ptaka i ważki pełnią tę samą funkcję; pomagają organizmowi latać. Jednak porównując anatomię tych skrzydeł, widać, że są one bardzo różne. Skrzydło ptaka ma wewnątrz kości i jest pokryte piórami, podczas gdy skrzydło ważki nie ma obu tych struktur. Są to struktury analogiczne. Tak więc, porównując anatomię tych organizmów, naukowcy ustalili, że ptaki i ważki nie mają wspólnego ewolucyjnego przodka, lub że w sensie ewolucyjnym są blisko spokrewnione. Analogiczne struktury są dowodem na to, że organizmy te ewoluowały wzdłuż odrębnych linii.
Struktury śladowe to cechy anatomiczne, które są nadal obecne w organizmie (choć często zmniejszone w rozmiarze), mimo że nie pełnią już swojej funkcji. Kiedy porównuje się anatomię dwóch organizmów, obecność struktury w jednym i pokrewnej, choć śladowej, struktury w drugim jest dowodem na to, że organizmy te mają wspólnego ewolucyjnego przodka, i że w sensie ewolucyjnym są one stosunkowo blisko spokrewnione. Wieloryby, które wyewoluowały ze ssaków lądowych, mają w swoich ciałach szczątkowe kości tylnych nóg. Chociaż nie używają już tych kości w swoim morskim środowisku, wskazują one, że wieloryby są ewolucyjnie spokrewnione ze ssakami lądowymi. Ludzie mają ponad 100 śladowych struktur w swoich ciałach.
Morfologia porównawcza jest ważnym narzędziem, które pomaga określić ewolucyjne związki między organizmami i czy dzielą oni wspólnych przodków. Jest ona jednak również ważnym dowodem na ewolucję. Podobieństwa anatomiczne między organizmami wspierają ideę, że organizmy te wyewoluowały od wspólnego przodka. Tak więc fakt, że wszystkie kręgowce mają cztery kończyny i worki skrzelowe w pewnej części ich rozwoju wskazuje, że zmiany ewolucyjne nastąpiły w czasie, co spowodowało różnorodność obserwowaną dzisiaj.
Zobacz także Biologia: Botanika; Biologia: Systemy Klasyfikacji; Biologia: Comparative Morphology: Studies of Structure and Function; Biology: Koncepcje dziedziczności i zmian przed powstaniem teorii ewolucji; Biologia: Teoria ewolucji; Biologia: Paleontologia; Biologia: Zoology.
bibliografia
Strony internetowe
California State University, Stanislaus. Wydział Biologii. „Wprowadzenie do ewolucji: Comparative Anatomy.” http://arnica.csustan.edu/biol3020/anatomy/anatomy.htm (accessed January 26, 2008).
University of California, Berkley. „Anatomia Porównawcza: Andreas Vesalius.” Understanding Evolution for Teachers.http://evolution.berkeley.edu/evosite/history/compar_anat.shtml (dostęp 26 stycznia 2008 r.).
University of California Museum of Paleontology. „Carl Linnaeus.” July 21, 2000. http://www.ucmp.berkeley.edu/history/linnaeus.html (dostęp 26 stycznia 2008 r.).
Wilson, Bronwen. „Andreas Vesalius.” Boundaries of the Body and Scientific Illustration in Early Modern Europe.http://www.bronwenwilson.ca/physiognomy/pages/biographies.html# vesalius (dostęp 26 stycznia 2008).
Kenneth T. LaPensee
.