تکامل چیست؟ همه چیز درباره نظریه داروین و انتخاب طبیعی

تئوری تکامل ازطریق انتخاب طبیعی اولین‌بار در کتاب «منشا گونه‌ها» نوشته چارلز داروین مطرح شد. داروین در کتاب منشا گونه‌ها که در سال ۱۸۵۹ منتشر شد، توضیح می‌دهد که چگونه موجودات زنده در طول نسل‌ها با به ارث بردن صفات فیزیکی یا رفتاری تکامل پیدا می‌کنند.

تئوری تکامل با این فرض شروع می‌شود که در یک جمعیت، در صفاتی مانند شکل منقار تنوع وجود دارد. بر اساس این تئوری، افرادی که دارای ویژگی‌هایی هستند که آن‌ها را قادر می‌سازد با محیط خود سازگار شوند، می‌توانند زنده بمانند و فرزندان بیشتری داشته باشند و این ویژگی‌ها به آن‌ها ‌نیز به ارث می‌رسد. افراد دارای صفات سازگاری ضعیف‌تر کمتر زنده می‌مانند تا آن‌ها را به نسل بعد منتقل کنند.

با گذشت زمان، صفاتی که گونه‌ها را قادر می‌سازد زنده بمانند و تولیدمثل کنند، در جمعیت بیشتر می‌شود و جمعیت تغییر می‌کند یا به عبارت دیگر تکامل پیدا می‌کند. طبق پیشنهاد داروین، ازطریق انتخاب طبیعی، گونه‌های متنوع ازنظر ژنتیکی می‌توانند از جدی مشترک ایجاد شوند.

داروین درباره‌ی ژنتیک، مکانیسمی که طی آن ژن‌ها صفات خاص را رمزگذاری می‌کنند و صفات از نسلی به نسل دیگر منتقل می‌شوند، چیزی نمی‌دانست. او همچنین درمورد جهش ژنتیکی که منشا تنوع طبیعی است، اطلاعی نداشت. اما پژوهش‌های آینده ژنتیکدانان مکانیسم و شواهد اضافی را در حمایت از تئوری تکامل ازطریق انتخاب طبیعی ارائه داد.

ایده‌های کتاب منشا گونه‌ها عمدتا مبتنی‌بر مشاهدات مستقیم سفر دور دنیای داروین بود. داروین از سال ۱۸۳۱ تا ۱۸۳۶، مسافر کشتی اکتشافی بیگل بود که در آمریکای جنوبی، استرالیا و جنوب آفریقا توقف‌هایی داشت. در هر توقف، داروین فرصتی برای مطالعه و فهرست کردن گیاهان و جانوران محلی پیدا می‌کرد.

در طول سفر با کشتی بیگل، داروین الگوهای پراکنش و ویژگی‌های موجودات را بررسی کرد. برخی از مهم‌ترین الگوهایی که داروین در مورد توزیع موجودات به آن‌ها پی برده بود، حاصل مشاهدات او در جزایر گالاپاگوس بود. داروین پی برد که جزایر مجاور گالاپاگوس دارای گونه‌های مشابه ولی نه کاملا یکسانی از سهره‌ها هستند. او به این نکته نیز توجه کرده بود که هر گونه سهره مناسب محیط خودش است. برای مثال، گونه‌هایی که از دانه‌های درشت گیاهان تغذیه می‌کردند، دارای منقارهای بزرگ و محکم‌تری بودند؛ درحالی‌که آن‌هایی که از حشرات تغذیه می‌کردند، دارای منقارهای نازک و تیز بودند. درنهایت، او مشاهده کرد که سهره‌ها و جانوران دیگری که در جزایر گالاپاگوس زندگی می‌کردند، شبیه گونه‌های موجود در سرزمین‌های اصلی اکوادور بودند؛ اما با گونه‌های ساکن در مناطق دیگر جهان فرق داشتند.

البته داروین در سفر خود متوجه تمامی این موضوعات نشد. در حقیقت او وقتی سال‌ها بعد نمونه‌هایش را به دانشمندی پرنده‌شناس نشان داد، حتی متوجه نشده بود تمام این سهره‌ها گونه‌های نزدیک ولی متمایزی هستند. ولی به‌تدریج به سویی پیش رفت که بتواند الگوی سهره‌های مرتبط ولی متفاوت را توجیه کند. بر اساس ایده‌ی داروین، این الگو در صورتی معنا‌دار بود که سالها پیش پرندگانی از سرزمین اصلی نزدیک وارد جزایر گالاپاگوس شده باشند. روی هر جزیره، سهره‌ها ممکن است به‌تدریج با شرایط محلی سازگار شده باشند. این فرایند می‌توانسته به تشکیل یک یا تعداد بیشتری گونه روی هر جزیره منجر شده‌ باشد. در سال‌های بعد داروین مجموعه‌ای از ایده‌هایی را که می‌توانست این الگوها را توجیه کند، توسعه و تصحیح کرد و در نهایت در کتاب منشا گونه‌ها تکامل و انتخاب طبیعی را مطرح کرد.

داروین اصطلاح «انتخاب طبیعی» را درمقابل «انتخاب مصنوعی» به کار گرفت. در انتخاب مصنوعی، پرورش‌دهندگان دام، صفات خاصی را انتخاب می‌کنند که مطلوب درنظر گرفته می‌شود. در انتخاب طبیعی، این محیط طبیعی است و نه انسان، که دست به انتخاب می‌زند.

تئوری تکامل گاهی به‌عنوان «بقای شایسته‌ترین‌ها» یا «بقای اصلح» توصیف می‌شود، اما این توضیح می‌تواند گمراه‌کننده باشد. دراین‌جا، «شایسته» به قدرت یا ورزشکار بودن ارگانیسم اشاره نمی‌کند، بلکه به توانایی آن برای بقا و تولیدمثل اشاره دارد.

انتخاب طبیعی می‌تواند گونه‌ها را به روش‌های کوچکی تغییر دهد و موجب شود صفاتی مانند رنگ یا اندازه در جمعیت در طول چند نسل رنگ تغییر کند. وقتی این فرایند در دوره زمانی نسبتا کوتاه و در یک گونه یا گروه کوچکی از ارگانیسم‌ها اتفاق می‌افتد، «ریز تکامل» نامیده می‌شود.

اگر زمان کافی وجود داشته باشد و تغییرات اندک در طول زمان انباشته شود، انتخاب طبیعی می‌تواند گونه‌های جدیدی ایجاد کند. این فرایند «تکامل کلان» نامیده می‌شود. این فرایند طولانی‌مدت همان چیزی است که دایناسورها را به پرندگان، پستانداران دوزیست را به نهنگ‌ها و جد مشترک میمون‌های بی‌دم و انسان‌ها را به انسان‌ها، شامپانزه‌ها و گوریل‌ها تبدیل کرد.

داروین همچنین شکلی از انتخاب طبیعی را توصیف کرد که به موفقیت ارگانیسم در جذب جفت بستگی دارد و به آن انتخاب جنسی گفته می‌شود. پرهای رنگارنگ طاووس و شاخ‌های گوزن نر از صفاتی هستند که تحت این نوع انتخاب تکامل پیدا کرده‌اند.

یکی از بهترین مثال‌هایی که دانشمندان از انتخاب طبیعی دارند، تکامل نهنگ‌ها است. با استفاده از تئوری داروین به‌عنوان راهنما و درک این موضوع که انتخاب طبیعی چگونه عمل می‌کند، زیست‌شناسان به این نتیجه رسیدند که گذر نهنگ‌های ابتدایی از خشکی به آب در طول مجموعه‌ای از مراحل قابل پیش‌بینی رخ داد.

برای مثال، تکامل سوراخ تنفسی نهنگ ممکن است با تغییرات ژنتیکی تصادفی شروع شده باشد که باعث شد حفره بینی حداقل یک نهنگ بالای سر او ظاهر شود. نهنگ‌هایی که این سازگاری را داشتند، برای سبک زندگی دریایی مناسب‌تر بودند، زیرا برای نفس کشیدن مجبور نبودند به‌طور کامل به سطح آب بیایند. چنین جانورانی موفق‌تر بودند و فرزندان بیشتری داشتند. در نسل‌های بعدی، تغییرات ژنتیکی بیشتری رخ داد و حفره‌های بینی را به سمت عقب‌تر برد.

سایر اعضای بدن نهنگ‌های اولیه نیز تغییر کرد. پاهای جلو به باله تبدیل شد و پاهای عقب ناپدید شد. بدن آن‌ها آب‌لغزتر شد و برای حرکت بهتر در آب، گوشه‌های دم آن‌ها حالت لنگرمانند پیدا کرد.

اگرچه دانشمندان می‌توانستند پیش‌بینی کنند که نهنگ‌های اولیه چه ظاهری داشتند، برای مدت طولانی شواهد فسیلی برای تایید ادعای خود را نداشتند. خلقت‌گرایان این فقدان را اثباتی بر این ادعا می‌دیدند که اصلا تکامل رخ نداده است.

از دهه ۱۹۹۰، دانشمندان شواهدی از دیرینه‌شناسی، زیست‌شناسی تکامل و ژنتیکی را برای حمایت از این ایده پیدا کردند که نهنگ‌ها از پستانداران خشکی‌زی تکامل پیدا کرده‌اند. همین مجموعه شواهد به‌طور کلی از تئوری تکامل حمایت می‌کنند.

داروین در اولین نسخه کتاب منشا گونه‌ها، درمورد اینکه چگونه انتخاب طبیعی می‌توانسته موجب شود پستاندار خشکی‌زی به نهنگ تبدیل شود، حدسیاتی را مطرح کرد. او از مثال فرضی خرس‌های سیاه آمریکای شمالی (Ursus americanus) استفاده کرد که با دهان باز در آب شنا می‌کنند و حشرات را می‌گیرند. داروین این پدیده را ممکن درنظر گرفت که نژادی از خرس‌ها در طول زمان و درنتیجه‌ی انتخاب طبیعی ازنظر ویژگی‌های بدنی و عادت به سمتی حرکت کند که آبزی‌تر شود و درنهایت به هیولایی مانند نهنگ تغییر کند.

داروین اولین فرد یا تنها دانشمندی نبود که تئوری تکامل ارائه کرد. تقریبا همزمان با داروین، آلفرد راسل والاس، زیست‌شناس بریتانیایی به‌طور مستقل تئوری تکامل ازطریق انتخاب طبیعی را طرح کرد، اگرچه خیلی مورد توجه قرار نگرفت.

مفهوم تکامل به‌عنوان رویدادی تاریخی، پیش از کتاب داروین از موضوعات داغ درمیان زیست‌شناسان و زمین‌شناسان بود، زیرا شواهد زیادی درحمایت از آن درحال جمع شدن بود، اما تاثیر چندانی روی افراد غیردانشگاهی نداشت. درواقع، تا زمانی که علم مکانیسمی برای توضیح نحوه رخ‌دادن تکامل نداشته باشد، به‌راحتی می‌توان آن را به‌عنوان ایده‌ای نادرست رد کرد.

ژان باتیست لامارک، زیست‌شناس فرانسوی پیشنهاد کرد که موجود زنده می‌تواند ویژگی‌ها را به فرزندان خود منتقل کند، اگرچه درمورد برخی از جزئیات آن در اشتباه بود. لامارک هم مانند داروین معتقد بود موجودات با محیط خود سازگار می‌شوند و آن سازگاری‌های را به نسل بعد منتقل می‌کنند. او فکر می‌کرد ارگانیسم‌ها این کار را با تغییر رفتار و بنابراین بدن خود انجام می‌دهند (مانند ورزشکاری که ورزش می‌کند و بدنش عضلانی می‌شود) و آن تغییرات به فرزندان آن‌ها منتقل می‌شود.

لامارک فکر می‌کرد زرافه‌ها در ابتدا گردن‌های کوتاه‌تری داشتند اما وقتی درخت‌های اطرافشان بلندتر شد، آن‌ها گردن‌های خود را دراز می‌کردند تا به برگ‌های خوشمزه برسند و فرزندان آن‌ها به‌تدریج گردن‌های بلند و بلندتری تکامل دادند.

لامارک همچنین معتقد بود زندگی در طول نسل‌ها از حالت ساده‌تر به اشکال پیچیده‌تر تکامل پیدا می‌کند. اگرچه، داروین از مکانیسم انتقال صفات اطمینان نداشت، معتقد نبود که تکامل لزوما به سمت پیچیدگی بیشتر حرکت می‌کند. درعوض، او معتقد بود پیچیدگی ازطریق انتخاب طبیعی به وجود می‌آید.

دیدگاه داروینی از تکامل زرافه‌ها این است که زرافه‌ها دارای تنوع طبیعی در طول گردن خود بودند و آن‌هایی که گردن بالاتری داشتند، بهتر می‌توانستند در محیط‌های پر از درخت زنده بمانند و تولیدمثل کنند؛ بنابراین نسل‌های بعدی زرافه‌ها گردن بلندتر شدند.

تفاوت اصلی بین ایده‌های لامارکی و داروینی درباره تکامل زرافه این است که در توضیح داروین چیزی درباره انتقال ویژگی‌های اکتسابی وجود ندارد.

داروین چیزی درباره ژنتیک نمی‌دانست. او الگوی تکامل را مشاهده کرد، اما از مکانیسم آن اطلاعی نداشت. این امر بعدا با کشف این موضوع که چگونه ژن‌ها صفات زیستی یا رفتاری مختلف را رمزگذاری می‌کنند و چگونه ژن‌ها از والدین به فرزندان منتقل می‌شوند، محقق شد. گنجاندن ژنتیک در تئوری داروین «سنتز تکاملی مدرن» نامیده می‌شود.

جهش‌ها می‌توانند براثر خطاهای تصادفی در همانندسازی یا ترمیم DNA یا آسیب ناشی از مواد شیمیایی یا تشعشع ایجاد شود. جهش‌ها اغلب مضر یا خنثی هستند، اما در موارد نادر ممکن است برای ارگانیسم مفید واقع شوند. دراین‌صورت، فراوانی جهش‌های مطلوب در نسل بعد بیشتر می‌شود و در کل جمعیت پخش می‌شود. به‌این‌ترتیب، انتخاب طبیعی فرآیند تکامل را هدایت می‌کند، جهش‌های مفید را حفظ و انباشته می‌کند و جهش‌های بد را حذف می‌کند. جهش‌ها تصادفی هستند، اما انتخاب برای آن‌ها تصادفی نیست.

انتخاب طبیعی تنها مکانیسمی نیست که ارگانیسم‌ها طی آن تکامل پیدا می‌کنند. برای مثال، وقتی ارگانیسمی از جمعیتی می‌رود یا به جمعیت جدیدی وارد می‌شود (پدیده جریان ژنی)، ژن‌ها می‌توانند از یک جمعیت به جمعیت دیگر منتقل شوند. همچنین، فراوانی برخی از ژن‌ها می‌تواند به‌طور تصادفی و طی پدیده‌ای به نام «رانش ژنی» تغییر کند.

دلیل اینکه به‌طورکلی نظریه تکامل لامارک اشتباه است، این است که ویژگی‌های اکتسابی بر دی‌ان‌ای اسپرم و تخمک تاثیری ندارند. برای مثال، گامت‌های زرافه تحت‌تاثیر این موضوع قرار نمی‌گیرند که او گردن خود را دراز می‌کند یا نه. گامت‌ها منعکس‌کننده ژن‌هایی هستند که زرافه از والدین خود به ارث برده است.

اگرچه تجربیاتی نظیر محرومیت از غذا توالی دی‌ان‌دی درون گامت‌ها را تغییر نمی‌دهد، ممکن است به تغییرات خارجی در دی‌ان‌ای منجر شود که ژن‌ها را فعال یا غیرفعال می‌کنند. چنین تغییرات که «تغییرات اپی‌ژنتیک» نامیده می‌شود، خود توالی دی‌ان‌ای واقعی را تغییر نمی‌دهد. برای مثال، نوعی تغییر شیمیایی به نام متیلاسیون می‌تواند روی فعال یا غیرفعال کردن ژن‌ها تاثیر بگذارد. این‌گونه تغییرات اپی‌ژنتیکی می‌تواند به فرزندان منتقل شود. به این شکل، تجربیات فرد می‌تواند بر دی‌ان‌ای که او منتقل می‌کند، تاثیر بگذارد.

تئوری تکامل از بهترین تئوری‌های اثبات‌شده در تاریخ علم است. تئوری تکامل با شواهدی از رشته‌های علمی مختلف ازجمله ژنتیک تایید می‌شود که نشان می‌دهد گونه‌های مختلف شباهت‌هایی در دی‌ان‌ای خود دارند. در دیرینه‌شناسی و زمین‌شناسی نیز شواهدی در حمایت از تئوری تکامل وجود دارد. سوابق فسیلی نشان می‌دهند که چگونه گونه‌هایی که در گذشته وجود داشتند، از گونه‌های امروزی متفاوت بودند.

با وجود اینکه دانشمندان توانستند پیش‌بینی کنند نهنگ‌های اولیه چه شکلی بوده‌اند؛ ولی مدرک فسیلی برای اثبات ادعای خود نداشتند. مخالفان تئوری تکامل، این موضوع را به‌عنوان اثباتی برای اتفاق نیفتادن تکامل مطرح می‌کردند: تا حالا موجودی شبیه نهنگ که بتواند راه برود، دیده نشده‌است! اما در اوایل دهه‌ی ۱۹۹۰ دانشمندان توانستند چنین جانوری را پیدا کنند.

در سال ۱۹۹۴، دیرینه‌شناسان بقایای فسیل‌شده جانوری به نام آمبولوستوس ناتانس (به معنای نهنگ شناگر و راه‌رو) را کشف کردند. اندام‌های جلویی حیوان انگشتان و سم‌های کوچکی داشت، اما پاهای عقبی او نسبت‌به اندازه‌اش بسیار بزرگ بود. این حیوان به‌وضوح برای شنا سازگار بود، اما همچنین می‌توانست شبیه فُک، شلخته‌وار روی خشکی حرکت کند. هنگام شنا، این موجود باستانی مانند سمور آبی حرکت می‌کرد و پاهای پشتی خود را به سمت عقب می‌راند و ستون فقرات و دم خود را به حالت مواج حرکت می‌داد تا خود را به پیش براند.

نهنگ‌های امروزی با ضربان‌های قوی دم افقی خود در آب حرکت می‌کنند اما آمبولوستوس ناتانس هنوز دم شلاق‌مانند خود را داشت و مجبور بود از پاهایش برای تامین نیروی پیش بردن موردنیاز برای حرکت در آب استفاده کند.

در سال‌های اخیر، تعداد بیشتری از گونه‌های انتقالی یا حلقه‌های گمشده کشف شده‌اند که از تئوری داروین حمایت می‌کنند. برای مثال، در سال ۲۰۰۷، زمین‌شناسان فسیل نوعی پستاندار آبزی منقرض‌شده به نام ایندوهایس را کشف کردند که در اندازه گربه و دارای سم و دم بلندی بود.

دانشمندان فکر می‌کنند ایندوهایس که متعلق به گروهی از آب‌بازسانان است، حلقه گمشده بین جفت‌سم‌سانان (گروهی از پستانداران سم‌دار شامل اسب آبی، خوک و گاو) و نهنگ‌ها است. پژوهشگران می‌دانستند نهنگ‌ها با جفت‌سم‌سانان مرتبط هستند، اما تا زمان کشف این فسیل، جفت‌سم‌سان شناخته‌ای وجود نداشت که ویژگی‌های فیزیکی مشترکی با نهنگ‌ها داشته باشد.

شواهد ژنتیکی همچنین از این ایده حمایت می‌کند که نهنگ‌ها از پستانداران خشکی‌زی تکامل پیدا کرده‌اند و اطلاعاتی را درمورد شاخه‌های دقیق درخت تکاملی ارائه می‌دهد. به‌عنوان مثال، پژوهشگران در سال ۱۹۹۹ براساس تجزیه‌وتحلیل ژنتیکی از توالی ژن‌های پرشی (توالی‌هایی از دی‌ان‌ای که درون ژنوم جا‌به‌جا می‌شوند) در مجله‌ی PNAS گزارش کردند که اسب‌های آبی نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده نهنگ‌ها هستند. قبل از سال ۱۹۸۵، پژوهشگران فکر می‌کردند خوک‌ها ارتباط بیشتری با نهنگ‌ها دارند، اما مطالعه سال ۱۹۹۹ این ایده را رد کرد.

در سال ۲۰۱۹، پژوهشگران در مجله‌ی Science Advances دراین‌باره گزارش کردند که کدام ژن‌ها درون ژنوم نهنگ‌ها در طول فرایند تکامل این موجود از پستانداران خشکی‌زی غیرفعال شدند.

پژوهشگران می‌توانند بگویند که برخی از ژن‌ها ازجمله ژن‌هایی که در تولید بزاق نقش دارد، غیرفعال شده‌اند، زیرا بقایایی از آن‌ها در ژنوم نهنگ‌ها وجود دارد. این امر نشان می‌دهد نهنگ‌ها از موجودی تکامل پیدا کرده‌اند که بزاق داشته است.

طبق مطالعه‌ای که در مجله‌ی Evolution: Education and Outreach منتشر شده است، در دوران رویانی آب‌بازسانان، رشد پاهای عقبی آن‌ها شروع و بعدا در طول رشد آن‌ها ناپدید شد، درحالی‌که اندام‌های جلویی باقی ماند و به باله تبدیل شد. این امر نشان می‌دهد آب‌بازسانان از جدی چهار پا تکامل پیدا کردند.

با وجود انبوهی از شواهد در سوابق فسیلی، علم ژنتیک و سایر رشته‌های علمی، برخی افراد هنوز اعتبار نظریه تکامل را زیر سوال می‌برند. برخی از سیاستمداران و رهبران مذهبی این نظریه را محکوم می‌کنند و برای توضیح جهان پیچیده‌ی موجودات زنده، به‌ویژه انسان‌ها، به موجودی برتر استناد می‌کنند.

هیئت امنای مدارس دراین‌باره بحث می‌کنند که آیا نظریه تکامل باید در کنار ایده‌های دیگر مانند طراحی هوشمند یا خلقت‌گرایی تدریس شود یا خیر. اما اغلب دانشمندان هیچ مناقشه‌ای در رابطه با تئوری تکامل نمی‌بینند. به باور آن‌ها بسیاری از مردم باورهای مذهبی عمیقی دارند و تکامل را نیز می‌پذیرند. این دو می‌توانند با یکدیگر سازگار باشند.

تکامل با نمونه‌های فراوانی از تغییرات در گونه‌های مختلف که به تنوع امروزی حیات منجر می‌شود، به‌خوبی پشتیبانی می‌شود. انتخاب طبیعی یا به بیان دیگر «تنوع، توارث و تفاوت در شایستگی»، هسته تئوری زیست‌شناسی مدرن است. تئوری تکامل برای زیست‌شناسی چیزی مانند مکانیک کوانتوم و نسبیت خاص برای فیزیک یا مدل اتمی برای شیمی است.