آموزش ها
تکامل چیست؟
معرفی
تکامل به چه معناست؟
تکامل، نظریه ای در زیست شناسی است با این فرض که انواع مختلف گیاهان، حیوانات و سایر موجودات زنده روی زمین، از انواع دیگر از موجودات که از قبل وجود داشتند، منشا گرفته اند و تفاوت های قابل تشخیص بین موجودات به دلیل تغییرات در نسل های متوالی بوجود آمده است. نظریه تکامل یکی از پایه های اساسی نظریه بیولوژیکی مدرن است.
تنوع جهان زنده سرسام آور است. بیش از 2 میلیون گونه موجود، نامگذاری و توصیف شده اند. بسیاری دیگر هنوز باید کشف شوند – بر اساس برخی برآوردها، از 10 میلیون تا 30 میلیون گونه از جانداران هنوز کشف نشده اند. چیزی که چشمگیر است فقط اعداد نیست، بلکه ناهمگونی باورنکردنی در اندازه، شکل و شیوه زندگی است – از باکتری های پست که اندازه آن ها کمتر از یک هزارم میلی متر است تا sequoias باشکوه که تا 100 متر (300 فوت) بالاتر از زمین رشد می کنند و وزنشان چند هزار تن است. از باکتری هایی که در چشمه های آب گرم در دمای نزدیک نقطه جوش آب زندگی می کنند گرفته تا قارچ ها و جلبک هایی که روی توده های یخی قطب جنوب و در استخرهای شور در دمای 23- درجه سانتی گراد (-9 درجه فارنهایت) رشد می کنند. از کرم های لوله ای غول پیکر که در مجاورت دریچه های گرمابی در کف اقیانوس تاریک زندگی می کردند تا عنکبوت ها و گیاهان خارپشت موجود در دامنه های قله اورست بیش از 6000 متر (19،700 فوت) بالاتر از سطح دریا کشف شده اند.
تغییرات بی نهایت در حیات، ثمره فرایند تکامل است. همه موجودات زنده از نظر نسب از اجداد مشترک خویشاوند هستند. انسان ها و دیگر پستانداران، از موجودات موش مانند پستانداری که بیش از 150 میلیون سال پیش زندگی می کردند، سرچشمه می گیرند. پستانداران، پرندگان، خزندگان، دوزیستان و ماهیان به عنوان اجداد کرم های آبی هستند که 600 میلیون سال پیش زندگی می کردند. همه گیاهان و حیوانات از میکروارگانیسم های شبه باکتری نشأت می گیرند که بیش از 3 میلیارد سال پیش بوجود آمده اند. تکامل بیولوژیکی فرآیند نشات گرفتن همراه با اصلاح است. نسب موجودات زنده در طول نسل ها تغییر می کند. تنوع بوجود می آید زیرا نسب ناشی از اجداد مشترک در طول زمان تغییر می کند.
چارلز داروین، طبیعت شناس انگلیسی قرن نوزدهم، ادعا کرد که موجودات از طریق تکامل به وجود می آیند. او توضیحی علمی که اساساً صحیح اما ناقص بود درباره چگونگی تکامل و چرایی وجود اندام ها – مانند بال، چشم و کلیه – که به طور واضح برای انجام وظایف خاصی ساخته شده اند، ارائه کرد. انتخاب طبیعی مفهومی اساسی در توضیحات او بود. انتخاب طبیعی به این دلیل اتفاق می افتد که افرادی که دارای ویژگی های مفیدتری هستند، مانند بینایی بهتر یا پاهای سریعتر، بهتر زنده می مانند و فرزندان بیشتری را نسبت به افرادی که دارای ویژگی های نامطلوب کمتر هستند، تولید می کنند. ژنتیک، علمی که در قرن بیستم متولد شد، با جزئیات نحوه عملکرد انتخاب طبیعی را آشکار کرد و منجر به توسعه نظریه تکامل مدرن شد. از دهه 1960، یک رشته علمی مرتبط به نام زیست شناسی مولکولی، دانش بسیار پیشرفته ای در مورد تکامل بیولوژیکی ایجاد کرد و امکان بررسی مشکلات مفصلی را فراهم نمود که در مدت زمان کوتاهی کاملاً دور از دسترس به نظر می رسید – به عنوان مثال، میزان شباهتی که ژن های انسان و شامپانزه ها می توانند داشته باشند. (در حدود 1 تا 2 درصد واحدهای تشکیل دهنده ژن ها در این موجودات متفاوت اند.)
انواع مختلف تکامل
تکامل همگرا
هنگامی که سازگاری های یکسان به طور مستقل تحت فشار های انتخابی مشابه تکامل می یابند.
به عنوان مثال، حشرات پرنده، پرندگان و خفاش ها همه توانایی پرواز دارند اما مستقل از یکدیگر اند.
تکامل مشترک
هنگامی که دو گونه یا گروه از گونه ها در کنار یکدیگر تکامل یافته اند، جایی که یکی با تغییرات دیگری سازگار می شود.
به عنوان مثال، گیاهان گلدار و حشرات گرده افشان مانند زنبورها.
تابش تطبیقی
هنگامی که یک گونه به چند شکل جدید تقسیم می شود. زمانی که تغییری در محیط باعث ایجاد منابع جدید یا ایجاد چالش های زیست محیطی جدید می شود.
به عنوان مثال، فنچ ها در جزایر گالاپاگوس منقار های متفاوتی ایجاد کرده اند تا از انواع مختلف غذاهای موجود در جزایر مختلف استفاده کنند.
فرایند تکامل
مفهوم انتخاب طبیعی
بحث اصلی نظریه تکامل داروین با وجود تنوع ارثی آغاز می شود. تجربه در زمینه پرورش حیوانات و گیاهان به داروین نشان داد که تغییراتی باید گسترش یابند که برای انسان ها مفید اند. بنابراین، او استدلال کرد که باید در طبیعت تغییراتی ایجاد شود که برای مبارزه خود ارگانیسم برای زنده ماندن به نحوی مفید باشند. تغییرات مطلوب آن هایی هستند که شانس زنده ماندن و باروری را افزایش می دهند. این تغییرات سودمند، حفظ شده و نسل به نسل در ازای انواع کم سودتر، تکثیر می شوند. این فرایندی است که به عنوان انتخاب طبیعی شناخته می شود. نتیجه این فرایند یک ارگانیسم است که به خوبی با محیط خود سازگار بوده و تکامل اغلب در نتیجه آن رخ می دهد.
بنابراین، انتخاب طبیعی را می توان به عنوان تولید مثل متفاوتی از گونه های ارثی جایگزین تعریف کرد، با این واقعیت که در برخی از گونه ها داشتن واریانت های جایگزین احتمال زنده ماندن و تولید مثل موفق تر را افزایش می دهد. انتخاب ممکن است در نتیجه تفاوت در بقا، باروری، میزان رشد، موفقیت در جفت گیری یا هر جنبه دیگری از چرخه زندگی رخ دهد. همه این تفاوت ها را می توان تحت اصطلاح تولید مثل افتراقی گنجانید زیرا همه آن ها تا حدی به انتخاب طبیعی منجر می شوند که بر تعداد فرزندان یک ارگانیسم تاثیر می گذارند.
داروین معتقد بود که رقابت برای منابع محدود منجر به بقای موثرترین رقبا می شود. با این وجود، انتخاب طبیعی ممکن است نه تنها در نتیجه رقابت بلکه در نتیجه برخی جنبه های محیط فیزیکی، مانند آب و هوای نامساعد رخ دهد. علاوه بر این، انتخاب طبیعی حتی در صورت مرگ همه اعضای یک جمعیت در یک سن، اتفاق می افتد، فقط به این دلیل که برخی از آن ها فرزندان بیشتری از دیگران ایجاد می کردند. انتخاب طبیعی با معیاری به نام تناسب داروینی یا تناسب نسبی تعیین می شود. تناسب در این جا به معنای احتمال نسبی است که یک ویژگی ارثی بازتولید می شود. درجه تناسب واحد اندازه گیری کارآیی باروری ویژگی است.
تکامل بیولوژیکی فرایند تغییر و تنوع موجودات زنده در طول زمان است و بر همه جنبه های زندگی آن ها اعم از ریخت شناسی (شکل و ساختار)، فیزیولوژی، رفتار و اکولوژی تأثیر می گذارد. زیربنای این تغییرات، تغییرات در مواد وراثتی است. بنابراین، از نظر ژنتیکی تکامل شامل تغییراتی در ترکیب ارثی ارگانیسم است.
تکامل را می توان یک فرایند دو مرحله ای دانست. اول، تغییرات وراثتی رخ می دهد. دوم، انتخاب بین انواع ژنتیکی که به طور موثر به نسل های بعدی منتقل می شوند، رخ می دهد. تنوع وراثتی همچنین شامل دو مکانیزم است – جهش خود به خودی یک نوع به نوع دیگر و فرآیند جنسی که این گونه ها را مجدداً ترکیب می کند تا بسیاری از تغییرات را ایجاد کند. انواع مختلفی که در اثر جهش یا ترکیب مجدد بوجود می آیند به طور مساوی از نسلی به نسل دیگر منتقل نمی شوند. برخی ممکن است به دلیل مطلوب بودن ارگانیسم بیشتر ظاهر شوند. فراوانی دیگران ممکن است در اثر شانس تصادفات تعیین شود که رانش ژنتیکی نامیده می شود.
شواهد تکامل
داروین و دیگر زیست شناسان قرن 19 شواهد قانع کننده ای برای تکامل بیولوژیکی در مطالعه مقایسه ای موجودات زنده، توزیع جغرافیایی آن ها و بقایای فسیلی موجودات زنده موجود یافتند. از زمان داروین، شواهد از این منابع به طور قابل ملاحظه ای قوی تر و جامع تر شده است در حالی که رشته های بیولوژیکی که اخیراً بوجود آمده اند مانند ژنتیک، بیوشیمی، فیزیولوژی، اکولوژی، رفتار حیوانات (اخلاق) و به ویژه زیست شناسی مولکولی شواهد اضافی قدرتمندی ارائه کرده اند. تأیید دقیق مقدار اطلاعات مربوط به تاریخ تکاملی ذخیره شده در DNAو پروتئین موجودات زنده تقریباً نامحدود است. دانشمندان می توانند با سرمایه گذاری زمان کافی و منابع آزمایشگاهی، هرگونه جزئیات تاریخ تکاملی حیات را بازسازی کنند.
تکامل گرایان دیگر دغدغه ای برای به دست آوردن شواهدی برای اثبات واقعیت تکامل ندارند بلکه در این فکر هستند که چه نوع دانشی را می توان از شواهد مختلف به دست آورد. بخش های زیر مولد ترین منابع را مشخص کرده و انواع اطلاعاتی را که ارائه کرده اند، نشان می دهد.
شواهد فسیلی
دیرینه شناسان بقایای فسیلی هزاران موجوداتی را که در گذشته زندگی می کردند، بازیابی و مطالعه کرده اند. این شواهد فسیلی نشان می دهد که بسیاری از انواع موجودات منقرض شده از نظر شکل بسیار متفاوت از موجودات فعلی هستند. این شواهد همچنین جانشینی ارگانیسم ها را در طول زمان نشان می دهد که انتقال آن ها را از شکلی به شکل دیگر ترسیم می کند.
هنگامی که یک موجود زنده می میرد، معمولاً توسط سایر اشکال حیات و فرایندهای هوازدگی از بین می رود. در موارد نادر برخی از اعضای بدن – به ویژه قسمت های سخت مانند پوسته، دندان یا استخوان – با دفن شدن در گل و یا محافظت به طریقی دیگر در برابر شکارچیان و آب و هوا حفظ می شوند. سرانجام، آن ها ممکن است در سنگ هایی تعبیه شده و به طور نامحدود حفظ شوند. روش هایی مانند تاریخ یابی رادیومتری – اندازه گیری مقدار اتم های رادیواکتیو طبیعی که در مواد معدنی خاصی باقی مانده اند تا زمان سپری شده از زمان تشکیل آن ها را تعیین کند – برآورد دوره زمانی تشکیل سنگ ها و فسیل های مرتبط با آن ها را ممکن می سازد.
قدمت رادیومتری نشان می دهد که زمین حدود 5/4 میلیارد سال پیش شکل گرفته است.
فسیل های اولیه شبیه میکروارگانیسم هایی مانند باکتری و سیانوباکتری (جلبک سبز-آبی) هستند. قدیمی ترین این فسیل ها و اسکلت های معدنی در صخره هایی با حدود 540 میلیون سال قدمت، قرار دارند. این موجودات با موجودات زنده ای که در حال حاضر زندگی می کنند و با موجوداتی که در زمان های دیگری زندگی کرده اند، متفاوت اند. برخی از آن ها بسیار متفاوت هستند به طوری که دیرینه شناسان برای طبقه بندی آن ها راسته جدیدی ایجاد کرده اند. اولین مهره داران، حیواناتی با ستون فقرات، حدود 400 میلیون سال پیش و اولین پستانداران، کمتر از 200 میلیون سال پیش بوجود آمدند. تاریخ حیات ثبت شده توسط فسیل ها شواهد قانع کننده ای از تکامل را ارائه می دهد.
شواهد فسیلی ناقص هستند. از میان بخش کوچکی از موجودات زنده که به عنوان فسیل حفظ شده اند، تنها بخش کوچکی توسط دیرینه شناسان کشف و مطالعه شده است. در برخی موارد، فرایند شکل گیری در طول زمان با جزئیات بازسازی شده است. مثال آن تکامل اسب است. اسب را می توان در ابتدا در قالب حیوانی به اندازه یک سگ تصور کرد که دارای چندین انگشت در هر پا و دندان هایی مناسب برای جست و جوی غذا بوده است. این حیوان، اسب سپیده دم (genus Hyracotherium) نامیده می شود که بیش از 50 میلیون سال پیش زندگی می کرده است. جدیدترین شکل، اسب مدرن (Equus)، از نظر اندازه بسیار بزرگتر است، یک انگشت دارد و دارای دندان های مناسب برای چرا است. اشکال تکاملی به خوبی به عنوان فسیل حفظ شده اند. مانند بسیاری از انواع دیگر اسب های منقرض شده که از جهات مختلف تکامل یافته و هیچ نسل زنده ای را از خود به جای نگذاشته اند.
دیرینه شناسان نمونه هایی از تغییرات رشدی تکاملی در شکل و عملکرد را بازسازی کرده اند. به عنوان مثال، فک پایین خزندگان شامل چندین استخوان است اما پستانداران در این قسمت تنها یک استخوان دارند. استخوان های دیگر در فک خزندگان بدون تردید به استخوان هایی تبدیل شده اند که اکنون در گوش پستانداران یافت می شود. در ابتدا، چنین تغییری بعید به نظر می رسد و تصور اینکه این استخوان ها در مراحل میانی خود چه عملکردی می توانند داشته باشند، سخت است. با این حال، دیرینه شناسان دو شکل انتقالی از خزندگان شبیه پستانداران، به نام تراپسیدها (therapsids) را کشف کردند که دارای مفصل فک دوگانه (یعنی دو نقطه لولا در کنار یکدیگر) بودند. یک مفصل متشکل از استخوان های موجود در فک پستانداران بود و دیگری متشکل از استخوان های چهارگانه و مفصلی که در نهایت به چکش و سندان گوش پستانداران تبدیل شده است.
برای منتقدان شکاک داروین، “حلقه گمشده” – عدم وجود هرگونه حالت انتقالی شناخته شده بین میمون ها و انسان ها – یک ناقوس جنگی بود. از آن زمان تا کنون نه تنها یک موجود بلکه تعداد زیادی از موجودات بین میمون های زنده و انسان به عنوان فسیل پیدا شده اند. قدیمی ترین انسان های فسیلی شناخته شده – یعنی نخستی های متعلق به نسب بشر پس از جدایی از نسب میمون ها – دارای 6 میلیون تا 7 میلیون سال قدمت هستند. آن ها از آفریقا نشات می گیرند و به نام های Sahelanthropus و Orrorin یا (Praeanthropus) شناخته می شوند. هنگامی که روی زمین راه می رفتند عمدتا دارای دوپا بودند اما مغزهای بسیار کوچکی داشتند. Ardipithecus حدود 4/4 میلیون سال پیش در آفریقا زندگی می کرد. بقایای فسیل های متعددی از ریشه های مختلف آفریقایی از Australopithecus شناخته شده است. انسانی که بین 3 تا 4 میلیون سال پیش بوجود آمده است. او مانند انسان صاف می ایستاد اما ظرفیت جمجمه او کمتر از 500 سی سی (معادل وزن مغزی حدود 500 گرم)، قابل مقایسه با گوریل یا شامپانزه و به اندازه یک سوم مغز انسان بود. سر آن ترکیبی از سر میمون بود و ویژگی های انسانی را نشان می داد. پیشانی پایین و صورت بلند و میمون مانند اما دندان هایی شبیه انسان ها داشت. دیگر انسان های اولیه که تا حدی با این گونه هم عصر بودند، عبارتند از: کنیانتروپوس و پارانتروپوس. هر دو آن ها دارای مغز های نسبتاً کوچکی بودند، اگرچه برخی از گونه های Paranthropus دارای بدن بزرگتری بودند. Paranthropus ها نشان دهنده یک شاخه جانبی در نسب hominin است که منقرض شده اند. همراه با افزایش ظرفیت جمجمه، سایر ویژگی های انسانی درHomo habilis مشاهده شد. این گونه حدود 5/1 تا 2 میلیون سال پیش در آفریقا زندگی می کرد و دارای ظرفیت جمجمه ای بیش از 600 سی سی (وزن مغزی 600 گرم) بود. در H. erectus ها که بین 5/0 میلیون تا 5/1 میلیون سال پیش زندگی می کردند و ظاهراً در آفریقا، آسیا و اروپا گسترده بودند و ظرفیت جمجمه ای بین 800 تا 1100 سی سی (وزن مغزی 800 تا 1100 گرم) می رسد. اندازه مغزH. ergaster ،H. antecessor وH. heidelbergensis تقریباً هم اندازه مغز H. erectus بود. برخی از این گونه ها تا حدی هم عصر بودند، اگرچه در مناطق مختلف نیمکره شرقی زندگی می کردند.
اسکلت لاک پشت ها، اسب ها، انسان ها، پرندگان و خفاش ها علی رغم سبک های مختلف زندگی و تنوع محیطی آن ها، بسیار شبیه به هم هستند. ارتباطات، استخوان به استخوان، نه تنها در اندام ها بلکه در همه قسمت دیگر بدن نیز به راحتی قابل مشاهده است.
از دیدگاه کاملاً عملی، این مسئله غیرقابل درک است که یک لاک پشت می تواند شنا کند، اسب بدود، یک انسان بنویسد و یک پرنده یا یک خفاش همه ساختار های اسکلتی خود را از یک جد مشترک به ارث برده باشد. آن ها تنها در اثر سازگاری با شیوه های مختلف زندگی تغییر شکل دادند. در این حالت شباهت های ساختاری آن ها منطقی است.
آناتومی مقایسه ای، همولوژی یا شباهت های موروثی موجودات را در ساختار استخوان و سایر قسمت های بدن مورد بررسی قرار می دهد. تطابق ساختارها در برخی از موجودات زنده – به عنوان مثال، انواع مختلف پرندگان آوازی – بسیار نزدیک است اما از آن جایی که موجودات مورد مقایسه در تاریخ تکاملی خود ارتباط نزدیکی ندارند، این شباهت کمتر می شود. شباهت ها بین پستانداران و پرندگان کمتر از شباهت های پستانداران با خودشان است و باز هم این شباهت ها بین پستانداران و ماهیان کمتر می شود. بنابراین، شباهت های ساختاری نه تنها تکامل را آشکار می کند بلکه به بازسازی فیلوژنی (phylogeny) یا تاریخ تکاملی موجودات نیز کمک می کند.
آناتومی مقایسه ای همچنین نشان می دهد که چرا اکثر ساختار های موجودات زنده کامل نیستند. مانند اندام های جلویی لاک پشت ها، اسب ها، انسان ها، پرندگان و خفاش ها و اعضای بدن موجودات زنده کاملاً سازگار شده نیستند زیرا از یک ساختار ارثی تغییر یافته اند و از ابتدا برای یک هدف خاص شکل نگرفته اند. ناقص بودن ساختار ها شواهدی برای تکامل و مدرکی در برابر استدلال های ضد تکاملی است.
داروین و پیروانش در بررسی های جنین شناسی – علمی که به بررسی رشد موجودات از تخم بارور تا زمان تولد یا تخم ریزی می پردازد – باز هم تکامل را تایید کردند. مهره داران، از ماهی ها تا مارمولک ها و انسان ها، در مراحل اولیه بسیار شبیه به هم هستند اما با نزدیک شدن جنین ها به بلوغ، بیشتر و بیشتر متمایز می شوند. شباهت ها بین موجواتی که ارتباط نزدیک تری دارند (به عنوان مثال، انسان و میمون) نسبت به موجودات دور تر (انسان و کوسه) بیش تر است. الگو های رشد مشترک نشان دهنده خویشاوندی تکاملی است. مارمولک ها و انسان ها از الگوی رشد وراثتی که از جد مشترک دور خود به ارث برده اند برخوردارند. الگوی موروثی هر یک از آن ها فقط در اثر تغییر نسب جداگانه ای در جهات مختلف اصلاح شد. مراحل مشترک جنینی این دو موجود، منعکس کننده محدودیت های ناشی از این وراثت مشترک است که مانع از تغییراتی می شود که در محیط ها و سبک های متفاوت زندگی آن ها ایجاد نشده است.
جنین انسان ها و دیگر مهره داران غیر آبزی، شکاف آبششی را نشان می دهند حتی اگر آن ها هرگز از طریق آبشش تنفس نکنند. این شکاف ها در جنین همه مهره داران یافت می شوند زیرا آن ها با ماهیانی که این ساختار ها ابتدا در آن ها تکامل یافته اند، جد مشترک دارند. جنین های انسان همچنین در هفته چهارم رشد، دم مشخصی را نشان می دهند که در شش هفتگی به حداکثر طول خود می رسد. دم های جنینی مشابهی در سایر پستانداران مانند سگ، اسب و میمون یافت می شود. با این حال، در انسان این دم در نهایت کوتاه می شود و تنها به عنوان قسمت ابتدایی در دنبالچه بزرگسالان باقی می ماند.
گاهی اوقات رابطه تکاملی نزدیک بین موجودات زنده که در بزرگسالی بسیار متفاوت به نظر می رسند، با همولوژی جنینی آن ها قابل تشخیص است. برای مثال، بارناکل ها (Barnacles) سخت پوستان بی تحرکی هستند که شباهت چندانی به سخت پوستان شناگر آزاد مانند خرچنگ، میگو یا تپه ماهی ندارند. با این وجود بارناکل ها از مرحله ناپلیوس (مرحله لاروی شنا آزاد) عبور می کنند و در این مسئله بی تردید شبیه به سایر لاروهای سخت پوستان اند.
عناصر اولیه جنینی که هرگز به طور کامل رشد نمی کنند، مانند شکاف آبشش در انسان، در همه انواع حیوانات رایج اند. با این حال، برخی از آن ها، مانند دم ابتدایی در انسان، به عنوان بقایایی در بزرگسالان باقی می مانند و منشاء نسبی تکاملی هستند. آشنا ترین اندام ابتدایی در انسان، آپاندیس کرمی شکل است. این ساختار کرم مانند به قسمت کوتاهی از روده به نام سکوم (cecum) متصل می شود که در نقطه اتصال روده بزرگ و روده کوچک قرار دارد. آپاندیس انسان یک توده بدون عملکرد است در صورتی که یکی از اندام های کاملاً توسعه یافته موجود در سایر پستاندارانی مانند خرگوش و سایر گیاهخواران است.در این جانوران یک سکوم بزرگ و آپاندیس، سلولز سبزیجات را ذخیره می کند تا هضم آن با کمک باکتری ها امکان پذیر شود. این بقایا نمونه هایی از نقص ها هستند – مانند نقایصی که در ساختارهای آناتومیکی مشاهده می شود – که با عقیده خلقت از طریق طراحی موجود مخالفت می کنند اما در نتیجه آن ها، تکامل کاملاً قابل درک می شود.
داروین همچنین مدارکی دال بر وجود تکامل را در توزیع جغرافیایی گیاهان و حیوانات مشاهده کرد و یافته های بعدی مشاهدات وی را تایید کردند. به عنوان مثال، حدود 1500 گونه مگس سرکه دروزوفیلیا (Drosophila) در جهان شناخته شده است. تقریباً یک سوم آن ها در هاوایی زندگی می کنند و این گونه ها در هیچ جای دیگری یافت نمی شوند. اگرچه مساحت کل مجمع الجزایر هاوایی کمتر از یک بیستم مساحت کالیفرنیا یا آلمان است.
همچنین در هاوایی بیش از 1000 گونه حلزون و دیگر نرم تنان خشکی زی وجود دارد که هنوز هم زندگی می کنند – به عنوان مثال، حیوانات و گیاهانی از جاهای دیگر به آن جا آمده و جمعیت جدیدی را ایجاد کرده اند. آن دسته از گونه هایی که جزایر را اشغال کردند، مناطق اکولوژیکی زیادی را به همراه محیط های محلی مناسب فاقد شکارچی – برای حفظ خود که مانع از تکثیر آن ها شود – بدست آوردند. در نتیجه، این گونه ها به سرعت متنوع شدند. این فرایند متنوع شدن به منظور اشغال مناطق زیست محیطی را تشعشع تطبیقی می نامند.
هر یک از قاره های جهان دارای مجموعه متمایزی از حیوانات و گیاهان هستند. در آفریقا کرگدن، اسب آبی، شیر، کفتار، زرافه، گورخر، لمور، میمون با بینی باریک و دم محکم، شامپانزه و گوریل وجود دارد. در مقابل آمریکای جنوبی که در عرض های جغرافیایی مشابه آفریقا گسترده شده است، هیچ یک از این حیوانات را ندارد. در عوض دارای پوما، جگوار، تاپیر، لاما، راکون، اوپوسوم (opossums)، آرمادیلو (armadillos) و میمون هایی با بینی های پهن و دم های بزرگ است.
این عجایب جغرافیای زیستی تنها به دلیل مناسب بودن محیط های مختلف نیست. هیچ دلیلی وجود ندارد که باور کنیم حیوانات آمریکای جنوبی برای زندگی در آفریقا و حیوانات آفریقا برای زندگی در آمریکای جنوبی مناسب نیستند یا جزایر هاوایی نسبت به سایر جزایر اقیانوس آرام برای مگس سرکه مناسب نیستند و همچنین مهمان نوازی کمتری نسبت به سایر نقاط جهان برای بسیاری از موجودات دیگر دارند. در حقیقت، اگرچه هیچ پستاندار بزرگی بومی جزایر هاوایی نیست اما خوک و بز از آنجا که توسط انسان ها به این مناطق معرفی شده اند، به عنوان حیوانات وحشی در آنجا تکثیر یافته اند. عدم وجود بسیاری از گونه ها در محیطی که در آن تنوع خارق العاده ای از گونه های دیگر وجود دارد را می توان با نظریه تکامل توضیح داد. نظریه ای که معتقد است گونه ها تنها در مناطق جغرافیایی که توسط اجداد آن ها اشغال شده اند می توانند وجود داشته و تکامل یابند.
حوزه زیست شناسی مولکولی دقیق ترین و قانع کننده ترین شواهد موجود برای تکامل بیولوژیکی را ارائه می دهد. در افشای ماهیت DNAو عملکرد موجودات زنده در سطح آنزیم ها و سایر مولکول های پروتئینی، نشان داده شده است که این مولکول ها اطلاعات مربوط به اجداد یک موجود را در اختیار دارند. این امر امکان بازسازی رویداد های تکاملی را که قبلاً ناشناخته بوده اند و تصحیح و تنظیم دیدگاه رویدادهای قبلاً شناخته شده را ممکن ساخته است. دقت در بازسازی این رویدادها یکی از دلایلی است که نشان می دهد شواهد زیست شناسی مولکولی بسیار قانع کننده هستند. دلیل دیگر این است که تکامل مولکولی نشان داده است که همه موجودات زنده، از باکتری تا انسان، از لحاظ نسبی دارای اجداد مشترک مرتبط هستند.
یکنواختی قابل توجهی در اجزای مولکولی موجودات زنده وجود دارد – در ماهیت اجزا و همچنین نحوه ساخت و استفاده از آن ها. در همه باکتری ها، گیاهان، حیوانات و انسان ها، DNA شامل توالی های متفاوتی از همان چهار نوکلئوتید است و همه پروتئین های مختلف از ترکیبات و توالی های مشابه 20 آمینو اسید سنتز می شوند. اگرچه صدها آمینو اسید دیگر وجود دارند. کد ژنتیکی که توسط آن اطلاعات موجود در DNA هسته سلول به پروتئین ها منتقل می شود تقریباً در همه جا یکسان است. مسیرهای متابولیک مشابه – دنباله ای از واکنش های بیوشیمیایی – توسط متنوع ترین موجودات برای تولید انرژی و تشکیل اجزای سلولی استفاده می شوند.
این وحدت، پیوستگی ژنتیکی و اصل مشترک همه موجودات را آشکار می کند. زمانی که ساختارهای جایگزین متعددی به یک اندازه محتمل هستند، هیچ روش منطقی دیگری برای محاسبه یکنواختی مولکولی آن ها وجود ندارد. هر توالی خاص از سه نوکلئوتید در DNA هسته ای به عنوان الگویی برای تولید اسید آمینه یکسان در همه موجودات عمل می کند. این مسئله که یک زبان از ترکیب خاصی از حروف برای نشان دادن یک شیء خاص استفاده کند، بیش از هر چیز دیگری ضروری است. اگر مشخص شود که توالی خاصی از حروف – سیاره، درخت، زن – با معانی یکسانی در تعدادی از کتاب های مختلف استفاده می شود، می توان مطمئن بود که زبان های مورد استفاده در آن کتاب ها منشاء مشترکی دارند.
ژن ها و پروتئین ها مولکول های بزرگی هستند که حاوی اطلاعاتی به ترتیب اجزای خود هستند، درست مانند جملات زبان انگلیسی که حاوی اطلاعاتی در ترتیب حروف و کلمات خود است. توالی هایی که ژن ها را تشکیل می دهند از والدین به فرزندان منتقل می شوند و به استثنای تغییرات گاه به گاه ایجاد شده توسط جهش ها، یکسان هستند. به عنوان مثال، می توان فرض کرد که دو کتاب در حال مقایسه هستند. هر دو کتاب 200 صفحه هستند و به همان تعداد فصل دارند. بررسی دقیق تر نشان می دهد که این دو کتاب صفحه به صفحه و کلمه به کلمه یکسان هستند، با این تفاوت که یک کلمه گاه به گاه – مثلاً یکی در صفحه 100 – متفاوت است. این دو کتاب را نمی توان به شکل مستقل نوشت. یا یکی از دیگری کپی شده است، یا هر دو به طور مستقیم یا غیر مستقیم از یک کتاب اصلی کپی شده اند.
به طور مشابه، اگر هر ترکیب DNA از یک ارگانیسم بالاتر نیاز به چند صد کتاب صدها صفحه ای داشته باشد، در هر صفحه چندین هزار حرف وجود دارد. هنگامی که “صفحات” (یا توالی نوکلئوتیدها) در این “کتاب ها” (موجودات) یکی یکی مورد بررسی قرار می گیرند، مطابقت “حروف” (نوکلئوتیدها) شواهد غیرقابل انکاری از منشاء مشترک را ارائه می دهد.
دو استدلال ارائه شده در بالا بر مبنای متفاوتی استوار اند. هرچند هر دو بر تکامل هر تایید می زنند. با استفاده از مقایسه الفبایی، اولین استدلال می گوید که زبان هایی که از فرهنگ لغت یکسانی استفاده می کنند – از کد ژنتیکی یکسان و 20 اسید آمینه یکسان – نمی توانند منشأ مستقل داشته باشند. استدلال دوم، در مورد شباهت توالی نوکلئوتیدها در DNA و در نتیجه ترتیب اسیدهای آمینه در پروتئین ها، می گوید که کتاب هایی با متون بسیار مشابه، نمی توانند منشأ مستقل داشته باشند.
شواهد تکاملی که توسط زیست شناسی مولکولی آشکار می شود، حتی پیش روی می کند. میزان تشابه توالی نوکلئوتیدها یا اسیدهای آمینه را می توان به طور دقیق تعیین کرد. به عنوان مثال، در انسان و شامپانزه، مولکول پروتئینی به نام سیتوکروم c که عملکرد حیاتی در تنفس درون سلولی بر عهده دارد، از همان 104 آمینو اسید و به ترتیب یکسان تشکیل شده است. با این حال، این مولکول با سیتوکروم c میمون های رزوس در 1 آمینو اسید، با اسب ها در 11 اسید آمینه اضافی و با ماهی تن در 21 اسید آمینه دیگر تفاوت دارد. میزان این شباهت ها نشان دهنده تکرار اجداد مشترک است. بنابراین، استنباط های آناتومی مقایسه ای و سایر رشته های مربوط به تاریخ تکامل را می توان در مطالعات مولکولی DNA و پروتئین ها با بررسی توالی نوکلئوتیدها و اسیدهای آمینه آن ها آزمایش کرد.
نتیجه این نوع آزمایش حیرت آور است. هر یک از هزاران ژن و هزاران پروتئین موجود در یک موجود، یک شاخه مستقل از تاریخ تکاملی آن ارگانیسم را آشکار می کند. همه آزمایشات احتمالی انجام نشده است، اما صدها مورد خاتمه یافته است و هیچ یک شواهدی خلاف تکامل ارائه نداده اند. احتمالاً هیچ مفهوم دیگری در هیچ زمینه ای از علم وجود ندارد که به اندازه منشأ تکاملی موجودات زنده به طور گسترده مورد آزمایش و تأیید قرار گرفته باشد.
مطالعه صدها مطلب علمی در حوزه بیولوژی
آرشیو جدیدترین خبرهای روز دنیای بیولوژی
مترجم: فاطمه فریادرس
ممنون