انسان گونه غالب؛ تکامل شیمیایی و گسترش حیات در خشکی (بخش دوم)

این پرسش اساسی که چگونه زندگی روی زمین آغاز شد و انسان به شکل امروزی تکامل پیدا کرد، یکی از بحث‌برانگیزترین سؤال‌ها در میان همه فرهنگ‌ها، اقوام، مذاهب و جوامع گوناگون در تاریخ  شناخته‌شده‌‌ی بشر است. تا پیش از کشفیات دانشمندان در دوران اخیر، هر یک از گروه‌های جمعیتی بشری، بر‌اساس چارچوب فکری خود پاسخ این پرسش را بیان کرده‌اند؛ پاسخ‌هایی که اصولا به دو شکل کلی بودند. پاسخ‌های گروه بزرگی از جمعیت‌ها بر‌اساس برداشت از نظام‌های فکری پیش از خود استوار بوده است که در برخی از موارد، تغییراتی برای هم‌خوانی با تفکرات زمان خود در آن‌ها اعمال می‌شده است. گروه کوچک‌تر دیگر بر‌اساس آنچه در اطراف خود در طبیعت می‌دیدند، نزدیک‌ترین و آسان‌ترین پاسخ را بر‌اساس توانایی درک افراد یا پیروان خود بیان می‌کردند.

مقاله‌ی مرتبط:

در طول تاریخ شناخته‌شده‌ی بشر موارد متعددی از نگرش اتکا به قدرت‌های ماورایی به‌عنوان دلیل برای رویدادهای طبیعی مشاهده‌ شده است. گروه‌های جمعیتی اولیه در مواجهه با حوادث طبیعی این رویدادها را ناشی از دعوای خدایان، خشم و قدرت‌نمایی آن‌ها بر خود می‌دانستند. جوامع بشری همواره در تاریخ بشر نزدیک‌ترین و آسان‌ترین پاسخ را برای وقوع رعدوبرق، طوفان، سیل، زلزله، خشک‌سالی و… ناشی از اراده‌ی نیروهای ماورایی در آسمان‌ها می‌دانستند در‌حالی‌که در دوران فعلی، پیشرفت در علوم باعث شده است تا پاسخ‌های بسیار دقیق، مستند و قابل راستی‌آزمایی از سوی دانشمندان برای رویدادهای متفاوت طبیعی ارائه شود اما درباره‌ی چگونگی پیدایش حیات روی زمین هرچند که اطلاعات بسیار خوبی از چگونگی این فرایند در دیدگاه کلی آن داریم؛ اما هنوز نقاط مبهمی وجود دارد که دانشمندان به شکل پیوسته در حال بیان نظریه‌های جدید برای آن‌ها هستند. 

تخمین زده می‌شود که زمین حدود ۴.۵ میلیارد سال عمر داشته باشد و برای دور‌ه‌ی بزرگی از این تاریخ طولانی، زمین میزبان حیات بوده است. درواقع برخی دانشمندان معتقدند حیات هنگامی روی زمین پدیدار شد که شرایطی پایدار و مناسب روی آن ایجاد شد. زمین جوان اصلا شبیه به زمین زیبای امروزی ما نبود و به‌معنی واقعی کلمه یک جهنم بود. جهنمی مذاب که دائما توسط سنگ‌های آسمانی بمباران می‌شد. حتی طبق فرضیه‌ای قدرتمند، اندک زمانی پس از شکل‌گیری زمین، سیاره‌ای به اندازه‌ی مریخ به زمین برخورد کرد و با پخش کردن مواد پوسته‌ی زمین در فضا، باعث به‌وجود آمدن ماه شد. برای رسیدن به سپیده‌دم حیات باید تقریبا ۴ میلیارد سال عقب برویم.

دورانی که اتمسفر زمین غلیظ و پر از کربن دی‌اکسید بود و خورشید هم درخشندگی کنونی‌اش را نداشت. منظومه‌ی‌شمسی تازه در حال تشکیل شدن بود و هنوز سنگ‌های آسمانی سرگردان زیادی در آن وجود داشت. این سنگ‌های سرگردان، مرتب سطح زمین را بمباران می‌کردند. دانشمندان از این دوران با نام دوره‌ی بمباران سنگین یاد می‌کنند. برخورد سنگ‌های بزرگ و کوچکی که قطر بعضی از آن‌ها حتی تا ۴۵۰ کیلومتر هم می‌رسید، پوسته‌ی زمین را به‌طور کامل مذاب کرده بود. به نظر می‌رسد که در این دمای فوق‌العاده زیاد و محیط سمی، هیچ موجود زنده‌ای نمی‌تواند دوام بیاورد. ولی اکنون دانشمندان فکر می‌کنند که آجرهای اولیه‌ی سازنده‌ی حیات در همین محیط‌ جهنمی به‌وجود آمد. الان هم می‌توان در بعضی از نقاط زمین، مکان‌هایی پیدا کرد که شبیه به زمین اولیه هستند.

هر مجموعه‌ای که دارای متابولیسم شیمیایی باشد و با مصرف انرژی بتواند رشد و تولیدمثل کند این مجموعه باید دارای خواصی باشد که بتواند آن را منحصربه‌فرد کند و امکان تغییر در نسل‌های بعدی را داشته باشد. در یک تعریف کلی موجود زنده یک بیوسیستم است که به‌وسیله‌ی یک غشا یا دیواره محصور و از محیط اطرافش متمایز شده است، فرمی از انرژی را از محیط می‌گیرد و با تبدیل و مصرف انرژی و به‌کارگیری مواد محیط، کالبد خود را می سازد یا تعمیر می‌کند و به‌طور فعال با صرف انرژی و غلبه بر آنتروپی، جلوی متلاشی‌شدن کالبد خود را می‌گیرد. درعین‌‌حال این بیوسیستم حاوی یک بسته‌ی اطلاعاتی است که در فرایند همانندسازی و تولید مثل در بیوسیستم‌های دیگر کپی‌سازی می‌شود.

سلول، نقطه‌‌ی آغازین پدیدار شدن هر نمونه از گونه‌های زیستی است. هر سلول به‌عنوان نقطه‌ی شروع حیات، نیازمند دستورالعمل، مواد اولیه و انرژی برای ساخت آن موجود زنده است. برای کشف ریشه‌ی مشترک موجودات زنده نیازمند بررسی این دستورالعمل هستیم. دستورالعمل ساخت یک موجود زنده با مولکول DNA در سلول‌ها نگه‌داری می‌شود. این دستورالعمل که برای تشکیل اندام‌های موجودات زنده استفاده می‌شود، دارای یک ‌زبان مشترک است که به آن الفبای ژنتیک گفته می‌شود. درواقع دستور زبان فرمولی که برای ساخته‌شدن انگشت پای ما استفاده ‌شده است، دقیقا مانند دستور زبانی است که فرمول ساخته‌‌شدن یک برگ درخت را مشخص کرده است. در این زبان مشترک، تنها چهار حرف وجود دارد: A ،T ،C و G. هر یک از این حروف نشانگر نام یک مولکول باز آلی هستند.

نظریه‌ی الگوی حباب

نظریه‌های علمی بیانگر این مطلب است که در نخستین مراحل پیدایش حیات، مولکول‌های غیرزنده در طی واکنش‌های شیمیایی با یکدیگر تعداد زیادی مولکول‌های آلی ساده را تشکیل دادند و این مولکول‌های ساده با استفاده از انرژی‌های محرک، مانند انرژی خورشید، گرمای حاصل از فعالیت‌های آتشفشانی و رعدو‌برق، مولکول‌های پیچیده‌تری را به‌وجود آوردند. این مولکول‌های پیچیده واحدهای سازنده‌ی اولین سلول‌ها را تشکیل دادند و این فرضیه که بسیاری از واحدهای آلی سازنده‌ی حیات نخستین بار از مو‌لکول‌‌های غیرزنده تشکیل شده‌اند بارها مورد آزمایش قرار گرفت و از لحاظ علمی تأیید شد.

با توجه با ایرادهای بالا، دانشمندان الگوی دیگری موسوم به الگوی حباب را مطرح کردند. براساس این الگو، مواد پایه‌ای حیات در حباب‌های درون اقیانوس‌ها تشکیل شده‌اند. مدل حباب فرضیه‌ای پیشنهادشده توسط لوئیس لرمان برای توضیح پیدایش حیات است. او این فرضیه را در کنفرانس بین‌المللی پیدایش حیات در سال ۱۹۹۳ در بارسلونا ارائه داد. این فرضیه به‌عنوان یکی از فرضیه‌های پیشنهادی برای پیدایش حیات در کتاب‌های درسی زیست‌شناسی تدریس می‌شود.

مطابق این فرضیه، حباب‌های گازی متان و آمونیاک از دهانه‌ی آتشفشان‌های زیر دریا خارج و در حباب‌های زیر دریا محبوس می‌شدند. این حباب‌ها، از مولکول‌های متان و آمونیاک دربرابر تجزیه‌ی پرتوفرابنفش نور خورشید محافظت می‌کردند. با این حساب، این فرضیه توضیح می‌دهد که چرا با وجود این در زمان پیدایش حیات جو زمین فاقد لایه‌ی ازن بود، پرتو فرابنفش، مولکول‌های آلی اولیه را تجزیه نکرده‌ است. الگوی حباب نسبت به الگوی سوپ بنیادین دو مزیت زیر را داشت:

در مرحله‌ی چهارم، باد، مولکول‌های آلی ساده را از سطح دریا به سمت جو انتقال می‌دهد. این مولکول‌های آلی ساده تمایل دارند با یکدیگر واکنش دهند و انرژی این واکنش‌ها توسط پرتوهای فرابنفش خورشیدی و رعدوبرق تأمین می‌شود. سرانجام در اثر واکنش مولکول‌های آلی ساده، مولکول‌های آلی پیچیده به‌وجود می‌آیند. در مرحله‌ی پنجم باران بسیاری از این مولکول‌های آلی پیچیده را که به‌تازگی تشکیل شده بودند همراه‌با مولکول‌های آلی ساده به درون اقیانوس‌ها می‌برد. این مولکول‌های آلی ساده و پیچیده می‌توانند با واکنش یکدیگر، مولکول‌های آلی پیچیده‌تری را به‌وجود بیاورند. به این ترتیب ناگهان اقیانوس‌ها پر از مواد پایه‌ای تشکیل‌دهنده‌ی حیات، شدند. هم در الگوی سوپ بنیادین و هم الگوی حباب، مولکول‌های اکسیژن وجود ندارند؛ در نتیجه لایه‌ی ازنی وجود ندارد.

تبدیل میکروسفرها به سلول

گفتیم که مولکول‌های آلی ساده با هم واکنش دادند و مولکول‌های آلی پیچیده را به‌وجود آوردند و بعد این مولکول‌های آلی پیچیده، ساختارهایی را به‌وجود آوردند. دو تا از این ساختارهایی که تشکیل شدند کواسروات‌ها و میکروسفرها هستند. کواسروات‌ها ریزکیسه‌هایی هستند از جنس فسفولیپید که دارای دیواره‌ی دو لایه هستند. این دو لایه به شکلی قرار گرفته‌اند که سر آبدوست آن‌ها به سمت بیرون و دم (اسید‌ چرب) آبگریز آن‌ها به سمت داخل است. دم آبگریز هر دو لایه به سمت همدیگر است. به این ریزکیسه‌های که دارای غشای دو لایه از جنس فسفولیپید هستند، کواسروات گفته می‌شود. این کواسروات‌ها می‌توانند با جذب مولکول‌های دیگر فسفولیپید، رشد کنند و بزرگتر شوند و همچنین این ریزکیسه‌ها می‌توانند تقسیم شوند و به کواسروات‌های کوچکتر تقسیم گردند، تا حدی شبیه به باکتری‌ها. کواسروات‌ها می‌توانند مولکول‌های دیگری را مانند آمینواسیدها درون خود نگه دارند.

میکروسفرهای مختلف از نظر دوام متفاوت بودند. برخی میکروسفرها به‌دلیل توانایی استفاده از انرژی و مولکول‌های دیگر از دوام بیشتری برخوردار بودند و به این دلیل به‌تدریج از فراوانی بیشتری برخوردار شدند و اولین گام‌ها را به سمت تولید اولین سلول‌ها برداشتند. تشکیل میکروسفرها اولین قدم به سمت سازمان‌دهی سلول بود. برای تبدیل میکروسفرها به اولین سلول‌ها دخالت عوامل زیر ضروری بود:

برخی مولکول‌های RNA، خاصیت آنزیمی دارند و ساختار سه‌بعدی آن سطحی را ‌(جایگاه فعال آنزیم) فراهم می‌کند که واکنش‌های شیمیایی می‌توانند در آنجا انجام شوند. چنین فعالیت آنزیمی در برخی RNAهای امروزی نیز دیده می‌شود که به‌عنوان مثال می‌توان به یکی از RNAهای ریبوزومی اشاره کرد که در طی پروتئین‌سازی مسئول اتصال آمینواسیدها به هم و برقراری پیوند پپتیدی بین آن‌ها هستند. بسیاری عقیده دارند که اولین ماده‌ی وراثتی، ماده‌ای بود که هم‌زمان با داشتن توانایی‌های وراثتی، دارای فعالیت آنزیمی نیز بوده است. احتمالا RNA اولین ماده‌ی خود‌همانندساز بوده است و همچنین امکان دارد تشکیل اولین مولکول‌های پروتئینی را کاتالیز کرده باشد.

خاستگاه متابولیسم

میکروسفرها، مولکول‌های RNA و نیز ساختارهای سلول‌مانند پس از پیدایش برای حفظ انسجام ساختاری و تکثیر خود نیازمند کسب انرژی از مواد آلی ویژه‌ای مانند ماده‌ی X بودند. مصرف این ماده‌ی آلی به تدریج سبب شد این ماده در محیط کمیاب شود. کمبود این منابع باعث شد جهش یا تغییرات در برخی RNAهای آنزیمی یا مولکول‌های پروتئین‌مانند که سبب تولید ماده‌ی X از ماده‌ی Y می‌شوند، پایدار بمانند. پس از مدتی ماده‌ی Y نیز کمیاب شد و این باعث پایداری جهش‌هایی شد که سبب تولید ماده‌ی Y از ماده‌ی Z می‌‌شوند. به نظر می‌رسد مسیرهای متابولیسمی اولیه با چنین سازوکارهایی تکامل یافتند و پیچیده‌تر شدند.

نظریه‌ی درون‌همزیستی

دانشمندان معتقد هستند اولین سلول‌های یوکاریوتی حدود ۱.۵ میلیارد سال پیش به وجود آمده‌اند. در آن زمان یک سلول پروکاریوت هتروتروف و بی‌هوازی که اندازه‌ی بزرگی داشته است طی فرایند فاگوسیتوز یک سلول پروکاریوت هتروتروف و هوازی که کوچک است را بلعیده است. درنهایت اولین همیاری تاریخ بین باکتری کوچک و بزرگ به وجود آمد.  این ساختار یعنی مجموعه‌ سلول بزرگ به‌همراه سلول کوچک داخلش را پیش‌یوکاریوت نام‌گذاری کرده‌اند. باکتری‌های کوچک داخل این سلول پیش‌یوکاریوت درواقع منشا میتوکندری‌های امروزی هستند. این سلول پیش‌یوکاریوت یک سلول هتروتروف و تنفسش از نوع هوازی بود. در بین این سلول‌های پیش‌یوکاریوتی که به‌وجود آمده بودند برخی از آن‌ها با انجام عمل فاگوسیتوز، باکتری‌های کوچک دیگری را بلعیدند که این باکتری‌ها، اتوتروف و بی‌هوازی بودند (احتمالا سیانوباکتری‌ها). این باکتری هم داستانی شبیه باکتری‌های هتروتروف و هوازی داشت. بعدها در نتیجه‌ی همیاری این سلول‌ها، سیانوباکتری‌ها به کلروپلاست‌ها تبدیل شدند.

نظریه‌ی درون‌همزیستی، امروزه به‌عنوان یک نظریه‌ی تائیدشده قابل قبول است. او و نظریه‌اش برای سال‌ها مورد تمسخر زیست‌شناسان بزرگ دنیا قرار گرفت. به‌دلیل سماجت او و حجم گسترده‌ی اطلاعاتی که توسط او و بسیاری از زیست‌شناسان دیگر در ۳۰ سال اخیر برای حمایت از این فرضیه جمع‌آوری شد، علم زیست‌شناسی الان می‌تواند یک توضیح پذیرفتنی برای سیر تکامل سلول‌های یوکاریوت ارائه دهد. دکتر مارگولیس پژوهش‌ها را روی منشا سلول‌های یوکاریوتی ادامه می‌داد.

باتوجه‌به همه‌ی اطلاعاتی که از سلول‌های پروکاریوت، یوکاریوت و اندامک‌ها موجود بود او پیشنهاد کرد که شباهت بین پروکاریوت‌ها و اندامک‌ها، با ظاهر آن‌ها می‌تواند به بهترین نحو توسط نظریه‌ی درون‌همزیستی توضیح داده شود. این فرضیه بیان می‌کرد که:

جانداران پرسلولی

ظاهرا ایجاد نخستین جانداران پرسلولی بین یک میلیارد تا ۶۰۰ میلیون سال پیش روی داده است. موجودات تک‌سلولی توانایی بسیار اندکی برای کنترل تغییرات محیط خود دارند و عموما تحت تاثیر محیط هستند. در جانداران پرسلولی یک محیط درونی به وجود می‌آید که سلول‌ها را در شرایط نسبتا پایداری قرار می‌دهد؛ تنها گروهی از سلول‌ها در تماس مستقیم با میحط هستند. قرار گرفتن سلول‌ها در محیطی که آن‌ها را دربرابر تغییرات محیطی حفظ می‌کند و منابع غذایی را در اختیارشان می‌گذارد زمینه‌ی لازم را برای تخصصی شدن و تمایز سلول‌ها فراهم آورده است. نقطه‌ی عطف در پیدایش پرسلولی‌ها تکامل سیستم‌های انتقال پیام بین سلول‌های مختلف یک توده‌ی سلولی (کلونی) بوده است. درواقع سلول‌ها آموختند که علاوه‌بر پاسخ دادن به تغییرات محیطی پیام‌هایی را که از سلول‌های دیگر می‌رسد دریافت کنند و به آن‌ها پاسخ دهند.

در کلونی‌های برخی آغازیان امروزی نیز مواردی از تقسیم کار بسیار ابتدایی دیده می‌شود. پرسلولی‌ها موجوداتی هستند که بدنشان از سلول‌های بیشتری ساخته شده‌اند. به همین دلیل تعداد سلول‌ها، دستگاه‌ها و اندام‌های متفاوتی دارند مانند قارچ‌ها، گیاهان، جانوران. موجودات تک‌سلولی توانایی اندکی را برای کنترل تغییرات محیط خود دارند و عموما تحت تاثیر محیط پیرامون خود هستند. ولی در جانداران پرسلولی به‌دلیل وجود محیط درونی، سلول‌ها در شرایط نسبتا پایداری قرار دارند. 

تشکیل لایه‌ی ازن

وقتی برای اولین‌بار حیات در دریاها تشکیل شد و جاندارن ابتدایی به وجود آمدند به‌علت اینکه آن‌ها درون آب بودند پرتوها فرابنفش خورشید هیچ آسیبی نمی‌توانست به آن‌ها وارد کند. اما اگر جانداران از آب خارج می‌شدند پرتوهای فرابنفش خورشید باعث مرگ آن‌ها می‌شد. در اثر جهش‌هایی که به‌صورت اتفاقی در ماده‌ی ژنتیکی جانداران رخ می‌دهد باعث می‌شود  این جاندارن نسل به نسل متفاوت‌تر شوند. پس بعد از گذشت مدتی، در اثر جهش‌هایی که رخ می‌دهد، در دریا انواع پروکاریوت‌ها حضور داشتند. گروهی از این پروکاریوت‌ها هتروتروف بودند، بیشتر پروکاریوت‌ها را همین تشکیل می‌داد اما گروهی دیگر از این باکتری‌ها اتوتروف بودند.

ضخامت این لایه در صورت فشرده شدن فقط ۲ تا ۳ میلی‌متر است که بر فراز استوا ضخیم‌تر از قطبین زمین است. گازهای مخرب لایه‌ی ازن عمدتا از صنایع برودتی و سردکننده‌ها، صنایع ابر و اسفنج‌سازی، بخش دفع آفات کشاورزی، سیستم‌های تهویه‌ی مطبوع، کپسول‌های اطفای حریق و اسپری‌های پاک‌کننده قطعات الکترونیکی متصاعد می‌شوند و تا ارتفاع ۴۰ کیلومتری صعود می‌کنند. طول عمر ماندگاری گازهای مخرب لایه‌ی ازن از ۵۰ تا ۱۵۰ سال است و تا حذف کامل این گازها که قبلا وارد جو شده‌اند حداقل نیم قرن لازم است. ایجاد حفره در لایه‌ی ازن باعث خطرات زیست محیطی و انسانی بسیاری می‌شود و حیات بدون این لایه، از بین خواهد رفت. 

شروع حیات در خشکی

در دوران کامبرین و میلیون‌ها سال پس از آن حیات فقط در دریا وجود داشت چون اشعه‌ی فرابنفش خورشید، زندگی را در خشکی‌ها ناامن کرده بود ولی این مشکل با پیداش سیانوباکتری‌ها حل شد. اکسیژنی که توسط سیانوباکتری‌ها تولید می‌شد پس از برخورد به ماورای بنفش به مولکول ازن تبدیل می‌شدند و کمکم لایه ازن را به‌وجود آوردند. در نتیجه امکان زندگی در خشکی برای جانوران به‌وجود آمد و به مرور زمان گونه‌های مختلفی از جانوران و گیاهان زندگی خود را بر سطح خشکی آغاز کردند. حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش، پس از همیاری (رابطه‌ای دو طرفه که به هر دو طرف سود می‌رسد) بین گیاهان و قارچ‌ها به‌صورت گلسنگ باعث شد گیاهان سطح زمین را بپوشانند و جنگل‌های بزرگی تشکیل شود و گیاهان خشکی منبع جانوران را تأمین کنند و تکامل جانوران خشکی را امکان‌پذیر کنند.

درواقع همیاری نوعی رابطه بین دو گونه‌ی متفاوت است که در آن هر دو طرف از زندگی با هم سود می‌برند. اولین جانورانی که از دریا به خشکی آمدند بندپایان بودند که بنا به تصور زیست‌شناسان نوعی عقرب اولین موجودی بود که از دریا به خشکی آمده است. نخستین مهره‌داران خشکی دوزیستان بودند که از دگرگونی ماهی‌ها به وجود آمدند و با تکوین تغییرات ساختاری متعدد در پیکر دوزیستان، این جانداران با زندگی در خشکی سازگار شدند. 

اعتقاد زیست‌شناسان بر این است که اندام حرکتی دوزیستان از استخوان‌های باله ماهی‌ها حاصل شده‌اند و تکامل دستگاه حرکتی استخوانی راه رفتن را برای این جانداران ممکن ساخت  چون پایه‌ای محکم برای عمل اندام‌های حرکتی در خلاف جهت هم بود و جثه‌ی حشرات به‌علت وجود اسکلت توانمند و انعطاف‌پذیر بسیار بزرگتر از حشرات است. دوزیستان به خوبی با شرایط سازگار شدند ولی خزندگان که از تحول دوزیستان به وجود آمدند سازگاری‌های بهتری نشان می‌دانند.

شواهد حاکی از آن است که در حدود ۳۰۰ میلیون سال پیش دوره‌ای خشک حاکم شد که در آن مدت، خزندگان که سازگاری بهتری نسبت به خشکی داشتند برتری‌هایی به دست آوردند. ۶۵ میلیون سال پیش با پنجمین انقراض گروهی اغلب گونه‌های زنده از جمله همه‌ی دایناسورها برای همیشه از روی زمین ناپدید شدند اما بعضی از خزندگان کوچکتر، پستانداران و پرندگان به بقای خود ادامه دادند و این انقراض باعث شد که منابع بیشتری در اختیار جانوران باقی‌مانده قرار گیرد. در این هنگام اقلیم جهان دچار تغییر شده بود و آب‌ و هوا دیگر خشک نبود و خزندگان مزیت خود را از دست داده بودند و در این زمان بود که پستانداران و پرندگان به‌صورت «غالب» درآمدند. دانشمندان عقیده دارند که جانوران مختلف درواقع از تغییر و تحول همدیگر به‌وجود آمدند. از برخی این جانوران می‌توانیم به مهره‌داران اشاره کنیم. دوزیستان از تغییر و تحول ماهی‌ها، خزندگان از تغییر و تحول دوزیستان، پرندگان و پستاندران هم از تغییر و تحول خزندگان به‌وجود آمدند.

گل‌ها چگونه چهره‌ی زمین را تغییر دادند؟

۱۴۰ میلیون سال پیش در نقطه‌ای از پانگه‌آ گونه‌ای از گیاهان روشی جدید برای تولیدمثل پیدا کردند تا حیات روی زمین برای همیشه دگرگون شود. آمبورلا تریکوپودا از خویشاوندان اولین گل به‌وجود آمده روی زمین است. این گونه را از نوادگان مستقیم جد مشترک گیاهان گلدار می‌شناسند. گیاه‌شناسان معتقدند که این گل زمانی پا به عرصه‌ی وجود گذاشت که یک گیاه مانند آمبورلا به‌جای برگ‌های سبز برگ سفید داد. همین شکل ظاهری و رنگ متفاوت گل‌ها باعث جذب حشرات و گرده‌افشانی بهتر آن‌ها و افزایش شانس باروری گیاهان می‌شد. از این دوره به بعد گیاهان برای تولیدمثل خود وابسته به عوامل غیرقابل پیش‌بینی مثل باد برای مخروطیان و آب برای سرخس‌ها نبودند.

حشرات گرده‌ها را جابه‌جا می ‌کردند و در نتیجه گل‌ها متولد شدند و تکامل پیدا کردند. براساس فسیل‌های باقی‌مانده، داروین درباره‌ی فرگشت گل‌ها نظریه‌ای داشت. در آن زمان قدیمی‌ترین فسیل گل‌های یافت‌شده مربوط‌به سنگ‌هایی بود که از ۱۰۰ میلیون تا ۶۶ میلیون سال پیش در دوره‌ی کرتاسه تشکیل شده بودند. باستان‌شناسان انواع مختلفی از گونه‌ها را مانند تعداد معدودی از موجودات آغازین پیدا کرده بودند. بعد از مرگ داروین در سال ۱۸۸۲ تاریخچه‌ی گل‌ها همچنان دانشمندان را درگیر کرد. کشف این فسیل‌های جدید یکی دیگر از این شگفتی‌ها است. ولی دانشمندان مدارک زیادی از گل‌ها و ژن‌هایشان پیدا کردند. آن‌ها ساختار کدگذاری‌شده در DNAها را برای ساختن گل‌های جدید دستکاری کردند.

همچنین پژوهشگران تعدادی فسیل عجیب از بذر گیاهان منقرض‌شده پیدا کردند؛ بعضی از آن‌ها دانه‌هایی تولید می‌کنند که ساختارشان شبیه گل‌ها است. اما جذاب‌ترین فسیل‌ها ناقص‌ترین فسیل‌ها نیز هستند و باستان‌شناسان حوزه‌ی گیاه‌شناسی بر سر تقسیم‌بندی آن‌ها در زمره‌ی گیاهان مانده‌اند. دکتر دویل نیز می‌گوید در این مورد اتفاق نظر وجود ندارد ولی بر سر فرگشت اخیر گل‌ها اتفاق نظر وجود دارد. با مطالعه‌ی DNA بسیاری از گیاهان گلدار، دانشمندان به این نتیجه رسیده‌اند که گونه‌های امروزی نشان‌دهنده‌ی اجداد گذشته‌ی خود هستند.

قدیمی‌ترین گونه، مربوط‌به درختچه‌ای به نام آمبورلا است که در جزیره‌ی نیوکالدونیای در اقیانوس آرام جنوبی پیدا شده است. بعد از این، نیلوفرهای آبی و انیسون ستاره‌ای دومین و سومین گونه‌ی قدیمی‌تر موجود هستند. اگر شما می‌توانستید به ۱۳۰ میلیون سال پیش سفر کنید، احتمالا تحت تاثیر گل‌های مربوط‌به آن زمان قرار نمی‌گرفتید. به‌گفته‌ی دکتر دویل آن‌ها شبیه هیچ‌کدام از گل‌های امروزی نبودند. آن گل‌ها کوچک و نادر بودند و در سایه‌ی گیاهان بلندقامت بی‌گل زندگی می‌کردند. سال‌های زیادی طول می‌کشد تا گل‌ها بزرگ شوند.

در حدود ۱۲۰ میلیون سال پیش، یک گونه جدید از گل‌ها به‌وجود آمدند و در بسیاری از جنگل‌ها رویش کردند و گونه‌های دیگری را به‌وجود آوردند. آن‌گونه‌ها مانند مانگولیاها، قاصدک‌ها و کدوتنبل‌ها، شامل ۹۹ درصد همه گونه‌های گیاهان گلدار امروزه‌ی زمین است. این همه تنوع باعث به‌وجود آمدن فسیل‌های گوناگونی از گل‌ها شد که داروین را گیج و مبهوت کرده بود. همه گل‌ها از جمله آمبورلا، آناتومی پایه‌ای دارند. همه آن‌ها گلبرگ یا ساختارهای گلبرگ‌‌مانند دارند که اندام‌های نر و ماده را احاطه کرده است. اولین گل‌ها احتمالا کوچک و ساده بودند؛ مانند گل‌های آمبورلای امروزی. بعدا، گل‌ها در ۶ دسته‌ی پیچیده‌تر تقسیم شدند. حلقه‌ی داخلی گلبرگ‌های آن‌ها بزرگ و براق و حلقه خارجی معمولا سبز است، برگ‌هایش کاسپر نام دارند و وقتی بزرگ شوند از گل‌های جوان محافظت می‌کنند.

مقاله‌ی مرتبط:

این کشف انعکاسی قابل‌توجه از ایده‌ی گوته، شاعر آلمانی بود که برای اولین این موضوع را مطرح کرد و نه‌تنها درباره‌ی «فواست» نوشته بود بلکه گیاهان را با دقت مشاهده می‌کرد. در سال ۱۷۹۰ گوته یک مقاله خیالی به نام «ساختارشناسی گیاهان» نوشت که درباره‌ی انواع گیاهان از جمله گل‌ها که در ابتدا فقط برگ بودند، بحث کرده بود و همچنین در آن گفته است از ابتدا تا انتها گیاهان چیزی جز برگ نبوده‌اند. دو قرن بعد، دانشمندان کشف کردند که جهش‌های ژنتیکی می‌تواند باعث تغییرات بنیادی شود همان‌طور که گوته خیال‌بافی کرده بود. در دو دهه اخیر، دانشمندان کشف کردند که چگونه ژن‌ها در جهش‌های گل‌های معمولی پدیدار می‌شوند. ژن‌ها پروتئین‌ها را رمزگذاری می‌کنند و به ژن‌های دیگری تبدیل می‌شوند.

ایریش زیست‌شناس دانشگاه یله است و حوزه‌ی مطالعات او مربوط‌به نظریه فرگشت می‌شود. او و همکارانش به‌دنبال تغییرات ژنتیکی در گل خشخاش هستند، چرا که معتقدند این گل بدون دخالت عوامل محیطی و انسانی تکامل یافته است. آن‌ها می‌خواهند با ایجاد تغییر در ساختار ژنتیکی این گل و حذف برخی از ژن‌ها به گل‌های بسیار بزرگی دست یابند. ژن‌هایی که انها دریافته‌اند با ژن‌های گلی به نام آرابیدوپسیس در ارتباط‌اند. در این گل ژنی با نام AP3 مسئول ساختار گلبرگ‌ها و پرچم است. در گل خشخاش دو نسخه از این ژن به‌نام "paleoAP3" وجود دارد که دکتر ایریش و همکارانش متوجه شدند یکی مسئول ساختار گلبرگ‌ها و دیگری مسئولیت پرچم را دارد.

مجموعه‌ای از ژن‌ها می‌توانند رشد یک گلبرگ یا قسمت دیگری از گل آرابیدوپسیس را مختل کنند. دانشمندان در حال بررسی این ژن‌ها هستند که چگونه گل‌های جدید را به‌وجود می‌آورند. پژوهشگران گونه‌‌ای از ژن‌ها را پیدا کردند که گونه ‌های دیگری از گل‌های آرابیدوپیس مانند آمبورلا را به وجود می آورند. در بیشتر موارد، ژن ها به‌صورت تصادفی در گونه‌های مختلفی مجددا تکثیر می‌شوند. یافتن این ژن‌های مربوط‌به ساختار گل‌ها، هنوز منجر به کشف چگونگی عملکرد آن‌ها در به‌وجود آوردن گل‌ها نشده است. برای همین دانشمندان باید ژن‌های گیاهان را دستکاری کنند، متاسفانه هیچ گیاهی به آسانی با آرابیدوپسیس قلمه زده نمی‌شود، پس هنوز در ابتدای کار هستیم.

از دید من این بسیار جالب توجه است که گیاهان و حیوانات از راهبرد یکسان اما ژن‌های متفاوت استفاده کنند. بررسی گل خشخاش در ابتدای راه قرار دارد و شگفتی‌هایی بسیار در انتظار ما است. به‌طور مثال گیاهان در حال به‌دست آوردن ساختار جدیدی از اندام‌های جنسی هستند زیرا در گل‌ها اندام نر و ماده هر دو روی میله وجود دارند اما درخت کاج، مخروط نر و مخروط ماده دارد. زمانی‌که نری و مادگی در گیاهان در یک اندام است ممکن است تغییراتی در گیاهان اتفاق بیافتد که به وسیله‌ی چشم غیرمسلح قابل مشاهده نباشد.

زمانی‌که یک دانه‌ی گرده یک تخم را بارور می‌کند دو سری DNA داریم در طول مدتی که یک سری تخم را بارور می‌کند سری دیگر برای کیسه که تخم را احاطه کرده است باقی می‌ماند؛ کیسه از آندواسپرم پر می‌شود، این کیسه‌ی پر از آندواسپرم شامل مواد نشاسته‌‌ای که سوخت مورد نیاز تخم برای رسیدن به مرحله دانه است (مانند نوزاد انسان که در مدتی که در رحم مادر به سر می برد از جنین تغزیه می‌کند) و این همان سوختی است که ما زمان تغذیه از ذرت، برنج و سایر دانه‌ها از آن استفاده می‌‌کنیم. در گل‌های اولیه آندواسپرم با یک مجموعه از ژن‌های جنس نر و یک مجموعه از ژن‌های جنس ماده تشکیل می‌شده است اما در نسل‌های بعد مانند آمبورلاها و نیلوفرهای آبی، آندواسپرم با دو سری از ژن‌های ماده و یک سری از ژن‌های نر تشکیل می‌شود.

تا حد زیادی، اختلاف بین این دو رویکرد ناشی از دقت نادرست در هر دو زمان‌بندی تکامل مولکولی و دیرینه‌شناسی است.

زمان‌بندی‌های پالئونتولوژیکی، شجره‌نامه‌ی گیاهان را، براساس قدیمی‌ترین شواهد فسیلی برای شاخه‌های آن، با زمان زمین‌شناسی می‌سنجد. زمان‌بندی‌های مولکولی، با استفاده کردن از شواهد بیشتری از ژنوم‌ها برای اختلاف‌های ژنتیکی بین گونه‌ها، با هدف غلبه بر رخنه‌های موجود در گزارش فسیلی، بر این رویکرد متکی است. پروفسور زیهنگ یانگ از دانشگاه کالج لندن، می‌گوید:

مطالعات قبلی در مورد زمان‌بندی‌های مولکولی نتوانستند پیامدهای متغیرهای تجربی را بررسی کنند و بنابراین سن احتمالی گیاهان گلدار را به‌طور نادرست و با دقت نامناسب برآورد کردند.

به‌گفته‌ی پروفسور دونوغو، تفاسیر گزارش‌های فسیلی، کاستی‌های آن را به‌عنوان آرشیوی از تاریخ تکاملی به‌طور کامل تشخیص نداده‌اند، یعنی قدیمی‌ترین شواهد فسیلی نهاندانگان از گیاهان گل‌دار غیراولیه و بسیار پیشرفته به‌دست آمده است. این تیم مجموع‌ی بزرگی از داده‌های ژنتیکی را برای بسیاری از گروه‌های نهاندانه، از جمله مجموعه‌ای از ۸۳ ژن از ۶۴۴ آرایه به‌همراه مجموعه جامعی را از شواهد فسیلی گردآوری کردند تا به زمان‌بندی تنوع زیستی نهاندانگان بپردازند. دکتر ماریو دوس ریس از دانشگاه کویین مری لندن، می‌گوید که با استفاده از روش‌های آماری بیزی که ابزارهایی را از فیزیک و ریاضیات قرض می‌گیرد تا سرعت تغییر تکامل نسبت به زمان را مدل‌سازی کند، نشان دادیم که در برآورد سن گیاهان گلدار شک و تردید و نامعلومی‌های زیادی وجود دارد که همه آن‌ها با این سازگار است که منشأ این گروه از گیاهان، اوایل تا اواسط کرتاسه بوده است.

آن‌ها توانستند یک رابطه‌ی عمیق با میوه‌های حاصل از گل‌ها برقرار کنند و همین رابطه، شکل فیزیکی آن‌ها را تعیین کرد. شکل ویژه بدن نخستی‌ها یعنی دست‌های قوی درکنار سینه و عضلات شانه‌هایشان به آن‌ها اجازه می‌داد که به‌راحتی از درخت‌ها بالا روند. ما نیز درنهایت همین ویژگی‌ها را به ارث بردیم. با این وجود در شروع این ارتباط، گیاهان به دردسر افتادند، چرا که نخستی‌ها به خاطر گرسنگی زیاد، میوه‌ها را پیش از رسیدن دانه‌ها‌یشان می‌خوردند. ارتباط برد برد از میان رفته بود. اما گل‌ها به چاره دیگری روی آوردند؛ رنگی شدن. فقط زمانی‌که میوه‌ها می‌رسیدند و دانه‌هایشان رشد می‌‌کرد، آبدار، شیرین و خوشرنگ می‌شدند. درنهایت رنگ‌ها، میوه‌های کاملا رسیده را نشان می‌دادند و نخستی‌ها را برای خوردن جذب خود می‌کردند.

گونه و شواهد تغییر گونه‌ها

برمبنای نظریه‌ی داروین، گونه‌های جدید حاصل تجمع تدریجی تفاوت‌ها در افراد یک جمعیت‌اند. برمبنای این نظریه، تکامل فرایندی است که به آهستگی پیش می‌رود و طی سالیان متمادی (هزاران یا میلیون‌ها سال) پیوسته جریان داشته است. این نظریه را «الگوی تغییر تدریجی» می‌نامیم. برمبنای الگوی تغییر تدریجی، وقتی گونه‌ای به‌گونه‌ای دیگر تغییر می‌کند، این تغییر به‌طور پیوسته و طی مدت زمانی طولانی رخ داده است. وقتی می‌گوییم تغییر پیوسته بوده است، یعنی اینکه بین گونه‌ی قدیم و گونه‌ی جدید، گونه‌های حد واسطی پدید آمده‌اند که اگر آن‌ها را به‌ترتیب زمان پیدایش کنار هم قرار دهیم، ردپای تغییرات تدریجی گونه‌ی قدیم به گونه‌ی جدید را به‌وضوح خواهیم دید.

به‌همین سبب، زیست‌شناسان برای آنکه بتوانند سیر تحول گونه‌ها را به‌طور کامل توضیح دهند، همواره در پی یافتن گونه‌های حد واسط یا فسیل‌های آن‌ها هستند تا با کنار هم قرار دادن آن‌ها، همانند کنار هم قرار دادن فریم‌های یک فیلم، چگونگی تغییر یک گونه به گونه‌ی دیگر را به‌دقت دریابند. بیشتر دانشمندان الگوی تغییر تدریجی را که توسط داروین پیشنهاد شده بود، امروز نمی‌پذیرند. الگویی که هم اکنون مورد پذیرش اکثریت است الگوی تعادل نقطه‌ای است. الگوی تعادل نقطه‌ای که به‌وسیله‌ی استیون گولد و نیلز الدرج پیشنهاد شد، تغییر تدریجی را فرایندی پیوسته نمی‌داند. بلکه معتقد است که اگر گونه‌ای در محیطی مناسب و سازگار با آن زندگی کند، می‌تواند هزاران و حتی میلیون‌ها سال بدون تغییر بماند. در این صورت گفته می‌شود که گونه در حال تعادل است.

برمبنای این الگو، تعادل گونه‌ها و تغییر نکردن آن‌ها تحت یک سری عوامل نسبتا ناگهانی که در مدت زمانی بسیار کوتاه رخ داده‌اند، برهم زده شد و گونه‌ها تغییر کرده‌اند و سپس مجددا برای مدت زمانی طولانی با شرایط جدید درحال تعادل بوده‌اند و بدون تغییر مانده‌اند. درواقع وقتی به تاریخ چند هزار ساله یا چند میلیون ساله‌ی جانداران نگاه می‌کنیم، خواهیم دید که گونه‌ها در بیشتر تاریخ خود بدون تغییر بوده‌اند و در نقاطی پراکنده از طول این تاریخ،‌ تحت تاثیر فرایندی سریع تکاملی قرار گرفته‌اند و متحول شده‌اند. برمبنای این الگو،‌ دانشمندان می‌دانند که ممکن است نتوانند فسیل‌های جانداران حد واسط را پیدا کنند؛ چون می‌دانند گونه‌ی حد واسط یا وجود ندارد یا آن‌قدر عمر آن کوتاه بوده که فرصت فسیل شدن را نداشته است. تغییر گونه‌ها شواهد متعددی دارد:

۱. سنگواره‌ها

سنگواره یا فسیل عبارت است از بقایای یک جاندار یا آثاری از جانداری که در گذشته‌ی دور زندگی می‌کرده است. فسیل‌ها حداقل ۱۰ هزار سال قدمت دارند و معمولا حاوی قسمت‌های سخت بدن جانداران (مثل استخوان‌ها یا اسکلت‌ خارجی) هستند. توجه داشته باشیم که بافت‌های نرم توسط میکروب‌ها تجزیه می‌شوند. گاهی ممکن است کل یک جاندار فسیل‌ شده باشد مثل ماموت‌های منجمد شده‌ای که ۲۵ هزار سال قدمت دارند و تمام قسمت‌های بدن آن‌ها، حتی پوست و مو، حفظ شده‌اند. یا حشراتی که در رزین‌های گیاهان به دام افتاده‌اند. محیط‌های مناسب برای تشکیل سنگواره عبارت‌اند از: زمین‌های کم ارتفاع مرطوب، جویبارها، رودخانه‌های دارای حرکت کند، دریاهای کم‌عمق و مناطق نزدیک آتشفشان‌هایی که از آن‌ها خاکستر بلند می‌شود. 

احتمال تشکیل سنگواره در جنگل‌های مرتفع، کوهستان‌ها، علفزارها و بیابان‌ها بسیار کم است.سنگواره‌ها سرشار از اطلاعات‌اند. با مشاهده‌ی سنگواره‌های جانداران مختلف به‌وضوح می‌بینیم که در گذشته جاندارانی زندگی می‌کرده‌اند که اکنون وجود ندارند. یکی از ارزشمندترین اطلاعاتی که سنگواره‌ها به‌دست می‌دهند، شواهد تغییر گونه‌ها است. در بعضی موارد، مجموعه‌ی کاملی از سنگواره‌هایی به‌دست آمده است که حاکی از چگونگی تغییر یک گونه به‌گونه‌ای دیگر است. چگونگی تکامل اسب مثال خوبی از این موارد است.

شکلی که در بالا می‌بینید‌، داستان تکامل اسب را، آن‌ گونه که سنگواره‌ها تعریف می‌کنند، نشان داده است. اما در بیشتر موارد، سنگواره‌ها این چنین کامل نیستند و سنگواره‌ی جانداران حد واسط یافت نشده است. باید توجه داشت که اصولا تشکیل سنگواره پدیده‌ای نیست که به آسانی رخ دهد و بنابراین ممکن است جانداران حد واسط در محیط و شرایطی زندگی کرده باشند که امکان فسیل شدن آن‌ها نبوده است. به هر حال آن‌چه که مهم است این است که سنگواره‌ها چه بتوانند چگونگی تکامل یک جاندار را به‌طور کامل توضیح دهند، چه نتوانند، شواهد خوبی را برای تغییر گونه‌ها فراهم می‌کنند.

۲. ساختارهای همولوگ

ساختارهای همولوگ به ساختارهایی در گونه‌های مختلف گفته می‌شود که شباهت اساسی با یکدیگر دارند اما به‌دلیل تغییرات در طول  زمان، می‌توانند عملکرد و شکل متفاوتی داشته باشند. این شباهت‌های اساسی نشان‌دهنده‌ی نیای مشترک است. در حقیقت این ساختار در نیای مشترک وجود داشته است اما در هنگام پیدایش گونه‌ها از نیای مشترک تغییراتی در آن ایجاد شد که باعث تغییر در شکل و عملکرد آن شده است. واژه وستیجیال از واژه وستیجیوم که به‌معنای ردپا است گرفته شده است. شاید بهتر باشه اول بفهمیم رد پا با اثر پا یا جای پا چه تفاوتی دارد. نوزادان وقتی که متولد می‌شوند دارای پرونده‌ای هستند که در آن پرونده همه مشخصات آن‌ها نوشته شده است در قسمتی از این پرونده بخشی هست که اثر پای نوزاد برای جلوگیری از عوض شدن احتمالی ثبت می‌شود به این اثر پا می‌گویند. اما رد پا چیست؟

آنچه در اندام‌های وستیجیال اهمیت دارد، تحلیل رفتن آن نسبت به ساختارهای مشابه در دیگر جانداران است اما چرا این اندام‌ها در این جانداران تحلیل رفته است؟ درواقع آنچه که باعث این تغییرات در گذر زمان شده، این است که همگام با سایر تغییرات این اندام‌ها به‌نوعی اندام‌های مزاحم محسوب می‌شوند و انتخاب طبیعی همواره آن‌هایی را که با محیط سازگارتر هستند حفظ می‌کند. 

این‌گونه شباهت‌ها، حاکی از وجود رابطه‌ی تکاملی میان مهره‌داران است. مقایسه‌ی آناتومی جانداران مختلف، اغلب شباهت‌هایی اساسی را نشان می‌دهد. به‌عنوان مثال، مقایسه‌ی اندام حرکت جلویی در مهره‌داران مختلف، از طرح‌ ساختاری یکسان حکایت دارد و بازگوکننده‌ی وجود رابطه‌ی تکاملی میان مهره‌داران است. دست انسان، بال پرنده، باله‌ی وال و دست گربه مثال‌هایی از ساختارهای همتا هستند. وجود ساختارهای همتا در جانداران، نشان‌دهنده‌ی وجود رابطه‌ی تکاملی میان آن‌ها و داشتن نیای مشترک است.

۳. مطالعه‌های مولکولی

تغییر یک گونه به گونه‌ی دیگر، یا تغییر در ساختار بدن، خود نیازمند تغییر در DNA است. درواقع آن‌چه که باعث تغییرگونه‌ها می‌شود، جهش در ژنوم آن‌ها است. وقتی در ژنوم فردی از یک گونه جهشی حاصل می‌شود، ژنوم آن فرد با ژنوم سایر افراد هم گونه‌ی خود متفاوت خواهد شد و اگر وقوع جهش هم‌چنان ادامه پیدا کند، بعد از گذشت مدت زمانی طولانی، ژنوم او با ژنوم دیگران آن‌قدر متفاوت می‌شود که می‌توان آن را گونه‌ای جدید به‌شمار آورد. زیست‌شناسان از شباهت بین DNA جانداران مختلف برای تشخیص فاصله‌ی تکاملی آن‌ها از یکدیگر استفاده می‌کنند. هرچه DNA دو جاندار شباهت بیش‌تری داشته باشد، فاصله‌ی تکاملی آن‌ها بیشتر خواهد بود. فاصله‌های تکاملی جانداران را با رسم درخت‌هایی به نام درخت تبارزایی نشان می‌دهند. در مواردی می‌توان از مقایسه‌ی پروتئین‌های جانداران به‌جای DNA آن‌ها برای رسم درخت تبارزایی استفاده کرد.

۴. گونه‌زایی

اگر سدی فیزیکی میان افراد یک جمعیت قرار بگیرد که باعث تقسیم یک جمعیت به دو جمعیت شود، به صورتی که جمعیت‌های تازه تشکیل‌شده نتوانند با یکدیگر تولید مثل کنند، انتخاب طبیعی بعد از هزاران سال ممکن است باعث شکل‌گیری و تقویت سدهای جدایی تولید مثلی میان این دو جمعیت شود تا حدی که اگر سد فیزیکی برداشته شود، این دو جمعیت نتوانند باهم تولید مثل کنند. به این‌گونه‌زایی، گونه‌زایی دگرمیهنی گفته می‌شود. برای مثال در یک جمعیت موش‌ها اگر سدی فیزیکی مانند یک رود قرار گیرد، باعث می‌شود موش‌ها به دو جمعیت تقسیم شوند که هر جمعیت خزانه ژنی خودش را داشته باشد و شارش و مبادله‌ی ژن میان این دو جمعیت صورت نگیرد.

 تفکر غلطی که رواج دارد می‌گوید در روند فرگشت، اعضا فرگشت می‌یابند. در فرگشت موجودات طی انتخاب طبیعی در هزاران سال تغییر می‌کنند و اعضا تغییرات اندکی را متحمل می‌شوند. چه سد یا عاملی باعث می‌شود گونه‌های مختلف نتوانند با گونه‌های دیگر تولید مثل کنند؟  سدهای پس‌زیگوتی که در صورت لقاح میان افراد دو گونه متفاوت باعث می‌شوند که فرزند نتواند زنده بماند یا نازا باشد یا فرزندان او نازا شوند. برای مثال می‌توان به نازایی دورگه‌ی قاطر اشاره کرد. سد‌های پیش‌زیگوتی به عواملی می‌گوییم که لقاح را قبل از اینکه اتفاق بیافتد متوقف می‌کنند و باعث عدم جفت‌گیری دو گونه‌ی متفاوت می‌شوند،.

نظریه‌ی لامارک

ژان باپتیست لامارک (Jean-Baptiste Lamarck) دانشمند فرانسوی، اولین کسی بود که نظریه‌ی تکامل را قبل از داروین ارائه داد که بعدا پیش‌زمینه‌ای برای نظریه‌ی انقلابی داروین شد. لامارک عقیده داشت در صورتی که از یک اندام زیاد استفاده شود، آن اندام به‌مرور تقویت می‌شود و شکل جدیدی از آن حاصل می‌شود. طبق عقیده‌ی لامارک، دراز شدن گردن و پاهای زرافه به همین روش صورت گرفته‌ است؛ چون آن‌ها برای خوردن برگ‌های درختان گردن خود را دراز می‌کردند، گردن زرافه‌های امروزی دراز شده است. امروزه می‌دانیم که صفات اکتسابی به ارث نمی‌رسند، زیرا ناشی از اثرات محیط و رشد جاندارند، نه اثرات ژن‌های جاندار. فقط صفات وابسته به ژن‌ها می‌توانند از نسلی به نسل بعد منتقل شوند، آن‌هم به شرطی که ژن‌های کنترل‌کننده‌ی آن صفات در سلول‌های جنسی وجود داشته باشند.

دانشمندان در حال حاضر تمام شواهد و مدارک را برای اثبات اینکه تکامل در حال روی دادن است، دارند. جهش‌های ژنتیکی که به‌طور تصادفی رخ می‌دهند باعث ایجاد صفات جدید و در نتیجه این صفات جدید با تغییرات گوناگون در طول زمان باعث ایجاد گونه‌های جدید، می‌شوند. این تغییرات همراه‌با انتخاب طبیعی اکثرا موجودات زنده‌ای را که برای محیط مناسب نیست، حذف و نابود می‌کند. دانشمندان بر این باورند که انسان هوشمند در قاره‌ی آفریقا پیدا شد و آن‌ها به نقاط مختلف کره‌ی زمین مهاجرت کردند. نخستین انسان بعد از مهاجرت از آفریقا، با سایر گونه‌های انسانی مانند نئاندرتال‌ها، تولید مثل کرد. به همین دلیل مردم اروپا و آسیا ژن‌های نئاندرتال‌ها را به ارث برده‌اند اما آفریقایی‌ها این ژن‌ها را ندارند.

سفر اکتشافی داروین

داروین موفق شد در سال ۱۸۳۱ به همراه استاد خود پروفسور جان استیونس هنسلو با کشتی اچ‌ام‌اس (HMS) بیگل به سفری در قالب طبیعت‌شناسی رهسپار شود. این سفر که ۵ سال به طول انجامید، سرآغاز دنیایی بود که چارلز در طلب آن می‌کوشید. آن‌ها در روز ۲۷ام ماه دسامبر سال ۱۸۳۱ سفر دریایی خود را آغاز کردند. چارلز موفق شد در این سفر طبیعت‌شناسی با گیاهان، جانوران و البته فسیل‌هایی ناشناخته، سر و کار داشته باشد و آن‌ها را مورد بررسی قرار دهد. او نمونه‌هایی را نیز از مناطق مختلف جغرافیایی همراه آورد. جزایری که در اقیانوس آرام پشت سر گذاشتند و جزایر گالاپاکوس بیش از دیگر مناطق، مورد توجه داروین قرار گرفت و گونه‌های گیاهی موجود در این جزایر مجذوبش کردند. 

در طول این سفرها 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 بوده‌اند. داروین متوجه شده بود که جزایر مجاور گالاپاگوس دارای گونه‌های مشابه ولی نه کاملا یکسانی از سهره‌ها هستند. علاوه‌بر این او به این نکته نیز توجه کرده بود که هرگونه از سهره کاملا مناسب محیط خودش است. برای نمونه گونه‌هایی که از دانه‌های درشت گیاهان تغذیه می‌کردند، دارای منقارهای بزرگ و محکم‌تری بودند؛ اما آن‌هایی که از حشرات تغذیه می‌کردند، دارای منقارهای نازک و تیزی بودند. درنهایت او مشاهده کرد که سهره‌ها و دیگر جانورانی که روی جزایر گالاپاگوس زندگی می‌کردند، شبیه گونه‌های موجود در سرزمین‌های اصلی اکوادور بودند؛ اما با گونه‌هایی که در مناطق دیگر جهان وجود داشتند، متفاوت بودند. 

این نظریه این امکان را مطرح کرد که حتی انسان‌ها -کاملاً ممکن است که از میمون‌ها تکامل پیدا کرده باشند. این ایده‌ها عقیده‌ی غالب درباره‌ی جهان طبیعت را ویران کرد و داروین به‌شدت به‌ویژه از ناحیه‌ی کلیسا مورد حمله قرار گرفت. اما به هر صورت عقاید او به‌زودی رایج شد، به‌طوری که نظریه غالب کنونی، نظریه داروین است. تئوری تکامل ازطریق انتخاب طبیعی نخستین بار در کتاب منشا گونه‌های داروین در سال ۱۸۵۹ مطرح شد. تکامل به‌واسطه‌ی انتخاب طبیعی یکی از بهترین تئوری‌های تاریخ علم است که توسط شواهد معتبر مختلفی از حوزه‌های مختلف علم از جمله دیرینه‌شناسی، زمین‌شناسی، ژنتیک و زیست‌شناسی توسعه‌ای حمایت می‌شود.

این تئوری دارای دو نکته‌ی کلیدی است: تمام اشکال حیات روی زمین با هم مرتبط هستند و این تنوع در حیات حاصل تغییر جمعیت‌ها توسط انتخاب طبیعی است؛ جایی که برخی صفات در بعضی محیط‌ها مطلوب‌تر از دیگر صفات هستند. اگر بخواهیم ساده‌تر بگوییم این تئوری را می‌توان به‌صورت تغییر نسل‌ها تعبیر کرد. گاهی این تئوری به‌صورت بقای شایسته‌ترین‌ها نیز تعریف می‌شود؛ در این راستا، شایستگی یک گونه با توانایی بقا و تولیدمثل او ارتباط دارد. هرچه توانایی بقا و تولیدمثل گونه‌ای بیشتر باشد یعنی شایستگی او بیشتر است.

نوشته‌های توماس مالتوس

داروین نگرش دوم خود را از رساله‌ای از طرف توماس مالتوس با عنوان «مقاله‌ای در مورد اصول جمعیت و چگونگی تاثیر آن بر توسعه اجتماعی آینده»، دریافت کرد. نظر مالتوس این بود که اگر روند کنونی متوقف نشود جمعیت انسان  چنان که داروین دریافت، جمعیت هرگونه‌ی دیگر، به‌زودی به تعداد فوق‌العاده زیادی خواهد رسید. داروین محاسبه کرد که اگر تنها یک جفت فیل داشته باشیم و این فیل‌ها در دوره‌ی شصت‌ساله باروری خود، صاحب شش فرزند شوند، پس از ۷۵۰ سال در حدود ۱۹ میلیون فیل خواهیم داشت.

بنابراین برای جلوگیری از رخ دادن انفجار جمعیت فیل‌ها یا هرگونه دیگری، عواملی باید دست به کار شده باشند. این عوامل احتیاجات اساسی مسابقه حیات هستند؛ نیاز به یافتن غذا، مبارزه با بیماری‌ها، دفع صیادان، یافتن جفت، دست‌وپنجه نرم کردن با مقادیر کم و زیاد آب یا با دمای بسیار بالا یا بسیار پایین. داروین و والاس هم اشاره کرده بودند که موجودات زنده با تمام ظرفیت خود تولیدمثل نخواهند کرد، زیرا منابع به‌اندازه‌ی کافی وجود ندارد. طرح این موضوع، این سؤال را با خود به همراه آورد چرا برخی افراد در تولیدمثل موفق هستند ولی سایر نه؟ والاس و داروین هر دو گفتند که تنها آن‌هایی که برای محیط خود مناسب‌ترین هستند، تولیدمثل خواهند کرد.

ایده‌ی آن‌ها درمورد تغییر گونه‌ها طی زمان نیز مشابه بود. به همین دلیل است که داروین نامه‌های والاس را به‌عنوان مقدمه‌ی خوبی برای کتاب منشا گونه‌ها در نظر گرفت. البته اختلافاتی هم در تئوری‌های داروین و والاس وجود داشت. در حالی‌که داروین اعتقاد داشت تکامل با اهرم رقابت بین افراد پیش می‌رود، والاس بر این باور بود که محیط نیروی محرک است. والاس اساسا معتقد بود که گونه‌ها طی زمان تغییر می‌کنند تا بتوانند به محیط‌های جدید خود سازگار شوند. دیگر تفاوت بین تئوری‌های والاس و داروین این بود که والاس نقش انتخاب جنسی را در تکامل در نظر نمی‌گرفت. اکنون ما می‌دانیم که احتمالا در هر دو مورد، نظر داروین درست است.

انتخاب طبیعی

در ویرایش اول کتاب منشا انوع در ۱۸۵۹، چارلز داروین در این مورد بحث کرده است که انتخاب طبیعی چطور می‌تواند باعث شود یک پستاندار خشکی‌زی، به یک نهنگ تبدیل شود. داروین برای مثال از خرس سیاه شمالی آمریکایی استفاده می‌کند، که با شناکردن با دهان‌باز در آب‌ها، حشرات را شکار می‌کرد: او می‌گوید من اصلاً این موضوع را ناممکن نمیدانم که انتخاب طبیعی روی گروهی از خرس‌ها تغییر ایجاد کند، آن‌ها را به‌تدریج صاحب ساختار‌ها و عادات آب‌زیانه کند، دها‌ن‌های بزرگ و بزرگتر به آن‌ها بدهد، تا اینکه موجودی ابرجثه مثل نهنگ ایجاد می‌شود. فرضیه‌ی مطرح شده خیلی باب میل افکار عمومی واقع نشد.

داروین به قدری به‌خاطر این پاراگراف مورد تمسخر قرار گرفت که شدیدا خجالت‌زده شد و تصمیم به حذف پاراگراف خرس‌های شناگر از ویرایش‌های بعدی کتابش گرفت. امروزه‌ دانشمندان می‌دانند که داروین فرضیه‌ی درستی داشت اما برای حیوانی اشتباه. به‌جای درنظرگرفتن خرس، او باید گاو‌ و اسب آبی را در نظر می‌گرفت. داستان منشأ نهنگ‌ها، یکی از شگفت‌انگیزترین داستان‌های انتخاب طبیعی و در عین‌ حال یکی از بهترین مثال‌های در دست دانشمندان برای انتخاب طبیعی است. برای پیدا کردن منشأ نهنگ‌ها، نیاز است که از طرز کار انتخاب طبیعی درکی پایه‌ای داشته باشیم. انتخاب طبیعی قادر است تا تغییراتی کوچک در گونه‌ها ایجاد کند، که به مرور زمان باعث تغییر رنگ یا اندازه‌ی تمام جمعیت آن‌گونه پس از گذشت چند نسل می‌شود.

تغییرات تصادفی ژنتیکی منجر شد تا حداقل در یکی از نهنگ‌‌ها، مجرای تنفسی عقب‌تر، روی سر قرار بگیرد. حیواناتی که چنین انطباقی یافته بودند، برای سبک زندگی دریایی بسیار مناسب‌تر بودند زیرا برای تنفس نیاز نبود تا به‌طور کامل روی سطح آب بیایند. اینگونه حیوانات موفق‌تر بودند و فرزندهای بیشتر هم داشتند. در نسل‌های بعدی، تغییرات ژنتیکی بیشتری رخ داد و باعث شد مجرای تنفسی این موجودات عقب‌تر، کاملاً بالای سرشان قرار بگیرد. اجزای دیگر بدن‌ نهنگ‌ها نیز تغییراتی داشته است؛ پاهای جلویی به باله تبدیل شد، پاهای عقبی ناپدید شد، بدن‌هایشان ساده‌تر شد و برای حرکت راحت‌تر داخل آب، زائده‌ی دم به بدنشان اضافه گردید.

داروین همچنین نوعی از انتخاب طبیعی را شرح داد که به میزان موفقیت موجود در جذب جفت وابسته است، فرایندی که تحت عنوان انتخاب جنسی شناخته شده است. پرهای رنگارنگ طاووس و شاخ‌های گوزن نر هر دو نمونه‌هایی از صفاتی هستند که تحت این نوع از انتخاب تکامل یافته‌اند.  داروین نظریه‌ی خود را درباره‌ی انتخاب طبیعی انواع (فرگشت یا تکامل ازطریق انتخاب طبیعی) بر پایه‌ی چهار اندیشه استوار کرد. اگر این اندیشه‌ها را در مورد جامعه‌ی خاصی مد نظر قرار دهیم، به‌راحتی می‌توانیم استدلال‌های او را دنبال کنیم:

۱. زاد و ولد بیش از حد

زایش و تولید هر یک از انواع موجودات زنده، به‌حدی است که از میزان لازم برای بقای نسل آن تجاوز می‌کند. هر جفت موش می‌تواند سالانه ۶ بار و هر بار ۶ بچه به وجود آورد. در عرض ۶ هفته، همین بچه موش‌ها قادر هستند به نوبه‌ی خود، تولید مثل کنند. می‌توانید تصور کنید اگر تمام بچه موش‌ها به حیات و تولید مثل خود ادامه می‌دادند، درحال حاضر چقدر موش وجود داشت؟ چرا کره‌ی زمین پر از موش نشده است؟ باروری یک جفش موش تا این حد زیاد است، با وجود این، شمار افراد در مورد هر حیوانی که در نظر بگیرید، باتوجه‌به اینکه کلیه نوزادان به سن تولید نمی‌رسند، گرایش تثبیتی دارد.

۲. تنازع بقا

شرایط محیط در امکان بقای موجود مؤثر است. موجودات زنده و محیط، بر یکدیگر تاثیر می‌گذارند. محیط، منبع تغذیه موجود است، فضا و محل مساعد برای رقبا و دشمنان را در خود پناه داده است. برای همین است که تمام افراد تشکیل‌دهنده‌ی یک جامعه، تا سن تولیدمثل، به زندگی خود ادامه نمی‌دهند. امکان دارد موشی به‌وسیله‌ی یک پرنده گوشتخوار شکار شود، نتواند برای خود جفتی پیدا کند یا اینکه نتواند برای خود به اندازه کافی مواد غذایی فراهم آورد.

۳. چند تفاوت مهم

تمام افراد تشکیل‌دهنده یک گروه مشابه نیستند و بعضی‌ها شانس بیشتری برای ادامه زندگی دارند. هرگز دو موش، کاملا شبیه یکدیگر نمی‌شوند. برخی تفاوت‌های که این موش‌ها با هم دارند، شانس آن‌ها را در یک زمینه بری ادامه زندگی تغییر می‌دهد. همه‌ی موش‌ها یک‌رنگ نیستند و بعضی‌ها رنگ تیره‌تری دارند. روی یک زمینه تیره‌رنگ، موش‌هایی که رنگ روشن دارند، به‌راحتی مشخص می‌شوند. به همین سبب احتمال بیشتری وجود دارد که این موش‌ها، توسط جغد شکار شوند. در چنین شرایطی، موش‌های تیره‌رنگ خود را بهتر با محیط تطبیق می‌دهند و شانس بیشتری برای ادامه حیات و تولیدمثل دارند.

۴. مسئله‌‌ی وراثت

بعضی از خصوصیات به نسل بعد منتقل می‌شود. بنابراین، برخی تفاوت‌‌ها میان موجودات، مربوط‌به وراثت است. در مورد موش‌ها می‌توان به رنگ موی آن‌ها اشاره کرد. در منطقه‌ای که خاک تیره دارد جانوران شکارچی موش‌هایی را که رنگ روشن دارند، بهتر می‌بینند. در نتیجه، احتمال دیده شدن موش‌های رنگ تیره کم‌تر است و آن‌ها شانس بیشتری برای بقا و تولیدمثل دارند و به احتمال زیاد، این خصوصیت، به نسل‌های بعدی نیز منتقل می‌شود. در این صورت در نسل بعدی، شمار موش‌های تیره‌رنگ بیشتر خواهد شد. اگر شرایط به همین نحو باقی بماند، شمار موش‌های تیره رنگ پیوسته در حال افزایش خواهد بود. بعد از چند نسل، این احتمال کاملا وجود دارد که تعداد موجودات دارای سازگاری بیشتر با شرایط محیط، افزایش یابد. برای درک بهتر مفهوم انتخاب طبیعی بیایید یک مثالی را در نظر بگیریم.

انتخاب جنسی

چرا در تولید مثل جنسی فقط یک جنس قادر به فرزندآوری است؟ چرا نرها وجود دارند؟ چون نیمی از جمعیت نمی‌توانند فرزند‌آوری کنند و این یک زیان بزرگ به حساب می‌آید. در مطلب، داروین، تکامل و انتخاب طبیعی، به‌طور مفصل در مورد انتخاب طبیعی پرداختیم. اما نوعی دیگر از انتخاب نیز در کار است که مکمل و درواقع، زیرمجموعه‌ی انتخاب طبیعی است. چارلز داروین، جنبه‌های بقا و تولید مثل را از یکدیگر تفکیک کرده است و خصایصی را که منجر به جفت‌گزینی موفق می‌شوند، به انتخاب جنسی مربوط می‌دانست که این در تمایز با انتخاب طبیعی بود. اما امروزه، انتخاب طبیعی معنای وسیعی دارد که هر دو جنبه را شامل می‌شود یعنی حفظ خصایصی که به هر شیوه‌ی ممکن، برای رسیدن ژن‌های ارگانیسم به نسل بعد، سازنده هستند.

به‌عبارت‌ دیگر، در طی قرن‌ها فرگشت، ترجیحاتی که هماهنگ با ترجیحات انتخاب طبیعی نبوده‌اند، محکوم‌به نابودی می‌شدند زیرا این ترجیحات، احتمال بقا و موفقیت تولیدمثلی فرد انتخاب‌کننده و فرزندان او را، کم می‌کرده‌اند. انتخاب جنسی، خود به دو نوع دیگر، طبقه‌بندی می‌شود. در انتخاب بین‌جنسی، اعضای یک جنس، صفاتی را در جنس دیگر ترجیح می‌دهند که در طی فرگشت، منجر به افزایش میزان آن صفت در جمعیت آن جنس و ترجیح آن صفت در جنس ترجیح‌دهنده خواهد شد. در نوع دیگری از انتخاب جنسی که انتخاب درون جنسی نام دارد، اعضای یک جنس بر سر به دست آوردن جنس مقابل یا منابعی که به دست آوردن جنس مقابل را تسهیل می‌کند، باهم دیگر رقابت می‌کنند. اغلب بین انتخاب درون‌جنسی و برون‌جنسی نیز، ارتباط وجود دارد. انتخاب طبیعی، انتخاب جنسی را در جهت‌های معینی سوق می‌دهد زیرا هر جنس، برای اینکه زادآوری و تولیدمثل موفق داشته باشد، نمی‌تواند به الزامات انتخاب طبیعی، بی‌توجه بماند

سازش و شارش ژن

تغییراتی که در یک گونه به منظور تطابق بهتر آن‌گونه با محیط خود انجام می ‌گیرد سازش نامیده می‌شود. یک گونه‌ای را در نظر بگیرید. داخل این گونه انواع اقسام فنوتیپ‌ها و صفت‌ها وجود دارد. مثلا افراد قوی هیکل و باهوش و افراد لاغر. شرایط محیط زندگی افراد این گونه طوری است که افراد قوی‌هیکل و تنومند و باهوش زندگی راحت‌تری دارند و احتمال زنده ماندنشان زیاد است. به همین دلیل به سن تولیدمثلی می‌رسند و تولیدمثل هم می‌کنند. اما لاغرها و کم‌هوش‌ها احتمال زادآوری و بقائشون کمتر است و بعد از گذشت مدتی لاغرها و کم‌هوش‌ها از بین می‌روند (نه اینکه کاملا از بین بروند بلکه رفته‌رفته فراوانی آن‌ها کاهش پیدا می‌کند). اما باهوش‌ها و قوی‌هیکل‌ها زنده می‌مانند و تولیدمثل می‌کنند.

بعد از گذشت مدتی چهره‌ی جمعیت این گونه تغییر می‌کند یعنی بیشتر افراد این گونه را افراد باهوش و قوی‌هیکل تشکیل می‌دهند زیرا اینها ساگارتر هستند و انتخاب طبیعی، افراد سازگارتر را انتخاب کرده است. داروین هم متوجه همین امر شد که جانداران موجود در مناطق جغرافیایی نزدیک نسبت به جانداران موجود در مناطق جغرافیایی مشابه اما دور، شباهت بیشتری دارند. فرض کنید یک جنگل داریم که اسم آن را جنگل a می‌گذاریم. در نزدیکی این جنگل یک منطقه‌ی کوهستانی هم وجود دارد و اسم آن را منطقه‌ی کوهستانی b می‌گذاریم که این دو منطقه به هم نزدیک هستند. حالا در یک جایی بسیار دور یک جنگل داریم که اسم آن را جنگل b می‌گذاریم و یک منطقه‌ی کوهستانی هم نزدیکی آن جنگل داریم و اسمآن را منطقه‌ی کوهستانی b می‌گذاریم.

داروین براساس بررسی‌هایی که انجام داد متوجه شد که اینطور نیست. برخلاف تصور ما شباهتی که گنجشک‌های موجود در مناطق موجود در جنگل a با گنجشک‌های موجود در منطقه‌ی کوهستانی a دارند خیلی بیشتر از شباهتی است که با گنجشک‌های موجود در جنگل b دارند. با اینکه هر دوتا جنگل شرایط اقلیمی مشابهی دارند اما جانداران داخل آن‌ها شباهتشان به یکدیگر کمتر است. یعنی جانداران موجود در مناطق جغرافیایی نزدیک نسبت به جانداران موجود در مناطق جغرافیایی مشابه اما دور شباهت بیشتری با یکدیگر دارند. چون منطقه‌ی کوهستانی a به جنگل a خیلی نزدیک است گنجشک‌های موجود در این دو منطقه می‌توانند بین این دو منطقه مهاجرت کنند.

مثلا گنجشکی که از جنگل a به منطقه‌ی کوهستانی a برود، هنگامی که افرادی از یک جمعیت به جمعیتی دیگر مهاجرت می‌کنند، درواقع تعدادی از آلل‌های جمعیت مبدأ را با خود به جمعیت مقصد وارد می‌کنند. به این پدیده، شارش ژن میگویند. شارش ژن می‌تواند باعث افزایش تنوع درون جمعیت پذیرنده (مقصد) شود. از سوی دیگر  اگر روند مهاجرت در دو جهت ادامه یابد، با گذشت زمان خزانه‌ی ژنی دو جمعیت شبیه به هم می‌شود. به این ترتیب، می‌توان گفت که شارش ژن در جهت کاهش تفاوت بین جمعیت‌ها عمل می‌کند. 

نظریه‌ی ترکیبی انتخاب طبیعی

نظریه‌ای که امروزه مورد قبول دانشمندان است نظریه‌ی ترکیبی انتخاب طبیعی است. چون داروین از جهش در ژن‌ها و آلل‌ها خبری نداشت، مجبور شد نظریه‌ی موروثی شدن صفات اکتسابی لامارک را بپذیرد. یعنی داروین هم همانند لامارک پذیرفت که در یک گونه اگر تفاوت فنوتیپی بین افرادش وجود دارد به‌‌علت استفاده‌ی کم از یک عضو خاص است. در مثال زرافه‌های گردن‌دراز و گردن‌کوتاه به این موضوع اشاره شد. همان‌طور که می‌دانیم امروزه این نظریه کاملا اشتباه است. داروین و هم عصران او از نحوه‌ی وراثت صفات اطلاع چندانی نداشتند. آن‌ها معتقد بودند که همواره فرزندان حد واسط صفات والدین را نشان می‌دهند. مثلا تصور می‌کردند از آمیزش گیاهی که گل‌های زرد دارد با گیاهی که گل‌های آبی دارد باید گیاهی با گل‌های سبز (مخلوط زرد و آبی) به‌وجود آید.

پس ما انواع فنوتیپ‌ها و صفات مختلف را خواهیم داشت. اینجا انتخاب طبیعی وارد کار می‌شود و فنوتیپ‌هایی را که با محیط سازگارتر هستند انتخاب می‌کند و به مرور زمان این افراد تعدادشان در جمعیت افزایش پیدا می ‌کند چراکه احتمال بقا و زادآوری آن‌ها بالا است. به‌عبارتی انتخاب طبیعی باعث می‌شود صفات مطلوب به مرور در جمعیت افزایش پیدا کنند و در نتیجه چهره‌ی جمعیت تغییر می‌کند. همه‌ی این اتفاقات باعث می‌شود که با گذشت زمان گونه‌های جدید به‌وجود بیایند. براساس نظریه‌ی ترکیبی انتخاب طبیعی عواملی که باعث گوناگونی ژنی در جمعیت‌ها می‌شوند عبارت‌اند از:

۱. کراسینگ‌اور

پدیده‌ای است که در پروفاز میوز یک ممکن است اتفاق بیافتد. طی کراسینگ‌اور نوعی تبادل ژن بین کروموزوم‌های همتا صورت می‌گیرد به این طریق که کروماتیدهای غیرخواهری یک یا چند ژن خود را با هم عوض می‌کنند. این فرایند جهش محسوب نمی‌شود اما شبیه جهش جابه‌جایی دو طرفه است. کراسینگ‌اور باعث نوترکیبی و تنوع گامت‌های به‌وجود‌آمده، می‌شود. به‌طور کلی اگر یک سلول دیپلوئید زاینده، میوز دهد اگر هیچ کراسینگ‌اوری رخ ندهد دو نوع گامت تولید می‌شود البته به شرطی که حداقل در یک جفت ژن هتروزیگوس باشد و اگر همه‌ی ژن‌هایش هموزیگوس باشد هر چهار سلول حاصل از میوز یک نوع خواهند بود و به عبارتی یک نوع تولید می‌شود.

۲. جهش‌ها

جهش‌ها دو نوع هستند. جهش‌های ژنی که در سطح ژن‌ها رخ می‌دهند و جهش‌های کروموزومی که در سطح کروموزوم‌ها و در ابعاد گسترده‌تری رخ می‌دهند. جهش‌ها درواقع ماده‌ی خام تغییر گونه‌ها هستند و این جهش‌ها هستند که باعث می‌شوند تا آلل‌های جدید به‌وجود بیایند.

۳. تفکیک کروموزومی والدین هنگام تقسیم میوز

وقتی یک سلول وارد فاز متافاز می‌شود تترادها می‌توانند به روش‌های مختلفی در سطح استوایی سلول قرار بگیرند که به آرایش تترادی معروف است. تنوع در آرایش تترادی از این نظر اهمیت دارد که باعث تولید گامت‌های جدید می‌شود یعنی گامت‌های نوترکیب به وجود می‌آید. پس می‌توانیم بگوییم که در مرحله‌ی متافازی میوز یک ما، تنوع گامتی‌مان مشخص می‌شود. هر چقدر آرایش متافازی تترادها بیشتر باشد تنوع گامتی هم بیشتر خواهد بود و گامت‌های نوترکیب بیشتری حاصل می‌شود. برای یک سلولی که دیپلوئیدی و چهار کروموزومی است دو حالت آرایش متافازی وجود خواهد داشت که در هر حالت گامت‌های مختلفی تولید خواهند شد.

می‌توان نتیجه گرفت سلولی که عدد کروموزومی‌اش بزرگتر است شانس بیشتری برای تولید انواع گامت‌های نوترکیب دارد چون آرایش تترادهای مختلفی را می‌توان در آن مشاهده کرد. میوز در ۹۹.۹ درصد موارد باعث نوترکیبی می‌شود. پس از تشکیل تتراد تقریبا هیچ کروموزومی مانند کروموزوم والد نخواهد بود. علت اینکه نمی‌گوییم ۱۰۰ درصد، به این دلیل است که امکان دارد یک جاندار در همه‌ی ژن‌ها خالص باشد. دقت کنید مثلا در انسان هزاران ژن در هسته وجود دارد که همه آن‌ها در میوز شرکت می‌کنند و احتمال اینکه همه آن‌ها خالص باشند بسیار کم است.

۴. لقاح تصادفی گامت‌های نر و ماده

لقاح بین گامت‌های نر و گامت‌های ماده به‌صورت کاملا تصادفی است و همین موضوع باعث شده است تا همه‌ی انواع گامت‌هایی که به‌وجود می‌آیند بتوانند با یکدیگر برخورد کنند. در نتیجه احتمال به وجود آمدن زیگوت‌های متنوع هم وجود دارد. همین موضوع می‌تواند باعث تنوع ژنتیکی شود. تنوع ژنتیکی هم باعث تنوع فنوتیپی می‌شود و همین عامل هم می‌تواند باعث تفاوت ظاهری بین افراد جمعیت شود.

درخت تبارزایی

درخت تبارزایی، درخت فیلوژنتیک، درخت تکامل نژادی یا درخت تکاملی (Phylogenetic tree) یک نمودار انشعابی است و روابط تکاملی در میان گونه‌های مختلف زیستی یا حتی اشخاص را براساس شباهت‌ها و تفاوت‌های فیزیکی (فیلوژنتیک) یا خصوصیات ژنتیک نشان می‌دهد. به زبان ساده درخت تبارزایی یک دیاگرامی است که الگوی اشتقاق گونه‌ها را از نیای مشترک آن‌ها نشان می‌دهد. واحدهایی که به هم در درخت متصل هستند، از یک جد مشترک جدا شده‌اند. در یک درخت تکامل نژادی ریشه‌دار، هر گره نشان‌دهنده‌ی جد مشترکی برای فرزندان آن گروه است و طول بازوها در برخی از درختان نشان‌دهنده‌ی تخمین زمان است. هر گره یک واحد آرایه‌ای (taxonomic) نامیده می‌شود. گره‌های داخلی عموماً واحد طبقه‌بندی فرضی (HTUs) نامیده می‌شوند و نمی‌توان آن‌ها را به‌طور مستقیم مشاهده کرد. همه‌ی موجودارت زنده از باکتری ساده گرفته تا پستانداران پیچیده از یک نیای تک‌سلولی مشترک به‌وجود آمده‌اند.

این درخت تکاملی (شکل بالا) نشان‌دهنده‌ی رابطه‌ی تکاملی بین سه موجود زنده است. ساختار این درخت براساس معیار ریخت‌شناسی بنا شده است؛ موجوداتی که شبیه به هم هستند درکنار یکدیگر قرار می‌گیرند. به‌تازگی توالی‌های DNA و پروتئین‌ها به‌عنوان منابع غنی از اطلاعات و معیاری برای رابطه‌ی میان موجودارت زنده مورد بررسی قرار گرفته‌اند. هرچه شباهت میان توالی‌های ماکرومولکولی بشتر باشد موجودات به یکدیگر نزدیکترند. درخت خانوادگی که براساس مقایسه‌ی مورفولوژیکی و گزارش‌های به‌دست آمده از فسیل‌ها بنا شده است، با بررسی‌های که براساس اطلاعات مولکولی به دست آمده‌اند، به‌خوبی مطابقت دارند.

ادامه دارد...