فرآیندهای تکامل طبیعی

برای درک حیات در کره‏ی زمین، باید بدانیم جانوران (از جمله انسان)، گیاهان و ریزموجودات (میکروب‏ها)، چگونه فعالیت می‏کنند، و در نهایت آن‏ها را برحسب فرایندهایی مولکولی بشناسیم که موجب بروز کارکردهای آن‏ها می‏شود. این امر همان پرسش «چگونگی» در علم زیست شناسی است؛ پرسشی که پژوهش‏های‏ فراون طی سده‏ی گذشته موجب پیشرفت‏های‏ بسیاری در رسیدن به پاسخ آن شده است این تلاش‏ها نشان داده‏اند که حتی یک یاخته‏ی (سلول) باکتریایی، ساده‏ترین موجودی که قادر به حیات مستقل است، نیز ماشینی بسیار پیچیده است با هزاران مولکول پروتئینی گوناگون که به شکلی هماهنگ در راستای بروز کارکردهای مورد نیاز برای بقای این یاخته و تقسیم آن به دو یاخته دختری (ر.ک.فصل سه) فعالیت می‏کنند. این پیچیدگی در موجودات عالی، مانند مگس یا انسان، بیشتر است. حیات موجودات زنده با یاخته که حاصل آمیزش یک تخمک و یک اسپرم است، آغاز می‏شود. سپس مجموعه‏ای از تقسیمات یاخته‏ای که به دقت کنترل می‏شوند رخ می‏دهد و این یاخته‏ها ‏طی فرایند تمایز (1) به بافت‏های‏ گوناگون تبدیل می‏شوند. سرانجام، فرایند نمو (2) به شکل گیری موجود بالغ می‏انجامد که ساختار بسیار منظم آن از بافت‏ها و اندام‏های‏ گوناگونی ساخته شده و قادر به انجام رفتارهای پیچیده است. شناخت ما از سازوکارهای مولکولی که زمینه ساز این پیچیدگی ساختاری و کارکردی‏اند، به سرعت در حال افزایش و گسترش است. با وجودی که هنوز مسائل حل نشده‏ی بسیاری وجود دارد، زیست شناسان بر این باورند که حتی پیچیده‏ترین ویژگی‏های‏ موجودات زنده، مانند هشیاری آدمی، بازتاب مجموعه‏ای از فرایندهای شیمیایی و فیزیکی‏اند که می‏توان آن‏ها را تجزیه و تحلیل علمی‏ کرد.
در تمام سطوح حیات، از ساختار و کارکرد یک تک مولکول پروتئین تا سازمان مغز آدمی، می‏توان موارد بسیاری از سازگاری (3) را مشاهده کرد: تناسب ساختار با کارکرد که در ماشین‏های‏ ساخت بشر نیز مشاهده می‏شود نیز می‏بینیم گونه‏های‏ زنده‏ی گوناگون دارای ویژگی‏های‏ متمایزی‏اند که اغلب آشکارا حاکی از سازگاری آن‏ها با محیط زندگیشان است. این مشاهدات است که پرسش مربوط به «چرایی» را در زیست شناسی مطرح می‏کند؛ پرسشی مربوط به فرایندهایی که موجودات زنده را به شکلی درآورده‏اند که امروز هستند. پیش از ظهور ایده‏ی تکامل، بیشتر زیست شناسان با تمسک به‏ یک آفریدگار به ‏این پرسش پاسخ گفته‏اند. اصطلاح «سازگاری» نخستین بار توسط عالمان الهیات انگلیسی در سده‏ی هجدهم به کار رفت و براساس آن، نظم آشکار در سیمای موجودات زنده، اثباتی بر وجود یک طراح فراطبیعی است. با وجودی که دیوید هیوم در میانه‏ی سده‏ی هجدهم نشان داد که‏ این برهان دارای ایراد منطقی است، اما تا زمانی که گزینه‏ی دیگری به جای آن پیشنهاد نشده بود، جایگاه خود را در ذهن انسان‏ها حفظ کرد.
ایده‏های‏ تکاملی به بیان مجموعه‏ای از فرایندهای طبیعی می‏پردازند که می‏توانند تنوع گسترده‏ی گونه‏های‏ زنده و ویژگی‏هایی که آن‏ها را قادر به سازگاری با محیط خود کرده است، بدون توسل به دخالت عوامل فرا طبیعی، توضیح دهند. البته، این توضیحات شامل بررسی خاستگاه خود گونه‏ی انسان نیز می‏شود و همین امر، تکامل زیستی را به بحث انگیزترین مبحث علمی ‏بدل کرده است. اما، اگر به‏ این مباحث بدون پیش داوری پرداخته شود، خواهیم دید شواهد مربوط به تکامل به عنوان فرایندی تاریخی به قوت دیگر نظریه‏های‏ دیرپای علمی، مانند ماهیت اتمی ‏ماده است ( ر.ک. فصل‏های‏ سه و چهار). همچنین، به مجموعه‏ ایده‏های‏ اثبات شده‏ای در خصوص علل تکامل مجهزیم، هر چند در تکامل نیز مانند هر علم دیگری، مسائل حل نشده‏ای وجود دارد و نیز با کشف ناشناخته‏های‏ جدید، پرسش‏های‏ تازه‏ای مطرح می‏شود (ر.ک. فصل هفت).
تکامل زیستی مستلزم تغییراتی در مشخصه‏های‏ جمعیت‏های‏ موجودات زنده در طول زمان است. مقیاس زمانی و بزرگی این تغییرات، بسیار متنوع است. تکامل را می‏توان در بازه‏ی زمانی عمر یک انسان مطالعه کرد، دوره‏ای زمانی که تغییراتی در یک سرشت منحصربفرد رخ می‏دهد، مانند افزایش فراوانی سویه‏های‏ باکتریایی مقاوم به پنی سیلین در طی چند سال مصرف گسترده‏ی پنی سیلین در پزشکی برای کنترل عفونت‏های‏ باکتریایی از سوی دیگر، تکامل متضمن رخدادهایی مانند ظهور گروهی از جانداران با طرحی کاملاً جدید است مانند گذار از خزندگان به پستانداران که شاید میلیون‏ها سال طول بکشد و نیازمند تغییرات در بسیاری مشخصه‏های‏ گوناگون باشد. یکی از دریافت‏های‏ کلیدی چارلز داروین و آلفرد راسل والاس، بنیان گذاران نظریه‏ی تکاملی، از این قرار بود که تغییرات در تمام سطوح، احتمالاً در بردارنده‏ی فرایندهای مشابهی است. تغییرات تکاملی عمده تا حد زیادی بازتاب همان تغییرات در رخدادهای تکاملی جزئی هستند که طی دوره‏های‏ زمانی طولانی انباشته شده‏اند:
تغییر تکاملی در نهایت متکی به ظهور اشکال جدیدی از موجودات زنده است: جهش‏ها (4). جهش‏ها ناشی از تغییرات پیوسته در ماده‏ی ژنتیکی‏اند که از والد به فرزند (زاده) منتقل می‏شوند. متخصصان ژنتیک در آزمایشگاه جهش‏هایی را که تقریباً بر تمامی ‏ویژگی‏های‏ موجودات زنده‏ی گوناگون تاثیر می‏گذارند، مطالعه نموده و متخصصان ژنتیک پزشکی نیز هزاران جهش را در جمعیت‏های‏ انسانی شناسایی کرده‏اند. دامنه و بزرگی اثر جهش‏ها و ویژگی‏های‏ مشهود یک موجود زنده، تنوع گسترده‏ای دارد. بعضی جهش‏ها فاقد آثار قابل شناسایی‏اند و وجود آن‏ها فقط با کمک روش‏های‏ نوین مطالعه‏ی مستقیم ساختار ماده‏ی ژنتیکی، شناسایی شده است. برخی دیگر از جهش‏ها دارای آثار نسبتاً اندکی بر یک صفت ساده، مانند تغییر رنگ چشم از قهوه‏ای به آبی، مقاوم شدن یک باکتری به‏ یک آنتی بیوتیک یا تغییر تعداد پرزهای شکمی ‏مگس سرکه، هستند. برخی جهش‏ها آثاری جدی بر نمو می‏گذارند، مانند جهش مگس سرکه (Drosophila melanogaster) که به رشد یک پا در سر مگس و در محل شاخک‏های‏ آن می‏انجامد. وقوع هر نوع جهش جدید یک پدیده‏ی بسیار نادر با فراوانی حدود یک در هر صد هزار فرد در هر نسل، یا حتی کمتر، است. تغییر وضعیت یک صفت یا ویژگی بر اثر جهش، مانند مقاومت به آنتی بیوتیک، ابتدا در یک فرد رخ می‏دهد و معمولاً تا چند نسل، محدود به بخش کوچکی از یک جمعیت باقی می‏ماند. برای شکل گیری یک تغییر تکاملی، فرایندهای دیگری باید به افزایش فراوانی این جهش در جمعیت مدد رسانند.
گزینش طبیعی (5)، مهم‏ترین فرایند برای شکل گیری تغییر تکاملی به شمار می‏آید، که بر ساختار، کارکرد و رفتار موجودات زنده تاثیر می‏گذارد. داروین و والاس، در مقاله‏های‏ خود که در سال 1858 در مجله‏ی گزارش‏های‏ انجمن لینه منتشر شد، نظریه‏ی تکامل از طریق گزینش طبیعی را با استدلال‏های‏ زیر مطرح کردند:
تعداد افرادی که در یک گونه به دنیا می‏آیند، بسیار بیشتر از تعداد افرادی است که به طور طبیعی می‏توانند به بلوغ برسند و با موفقیت تولید مثل نمایند؛ بنابراین، تنازع بقا رخ می‏دهد.
تغییرات فردی در بسیاری از ویژگی‏های‏ جمعیت وجود دارد که ممکن است بعضی از آن‏ها بر توانایی بقا و تولید مثل فرد اثر بگذارند. بنابراین، ممکن است والدهای موفق یک نسل از بقیه‏ی جمعیت، متفاوت باشند.
احتمالاً در بسیاری از این موارد تنوع مولفه‏ی وراثتی وجود دارد؛ بنابراین ویژگی‏های‏ فرزندان (زاده‏ها) والدهای موفق، متفاوت از ویژگی‏های‏ نسل پیشین است، به همان ترتیبی که برای والدهای آنان پیش آمده بود. اگر این فرآیند از یک نسل تا نسل دیگر ادامه ‏یابد، شاهد تغییر شکل تدریجی جمعیت خواهیم بود، چنان که با گذشت زمان، فراوانی ویژگی‏های‏ مرتبط با توانایی بقای بالاتر یا تولیدمثل موفق‏تر افزایش خواهد یافت. این ویژگی‏های تغییریافته ناشی از جهش‏اند، اما باید در نظر داشت که جهش‏هایی که بر یک صفت ویژه تأثیر می‏گذارند، همیشه و بدون توجه به مطلوبیت یا نامطلوب بودن آن‏ها در گزینش طبیعی، رخ می‏دهند. در حقیقت، بیشتر جهش‏ها یا تأثیری بر موجود زنده ندارند و با توانایی بقا و تولید مثل آن را کاهش می‏دهند.
این فرایند افزایش در فراوانی نمونه‏های‏ تغییریافته، یعنی نمونه‏هایی که بقای بستر و تولید مثل موفق‏تر دارند. تبیین‏گر تکامل ویژگی‏های‏ سازگارانه است، زیرا معمولاً کارکرد بهتر پیکر یا رفتار فرد است که موفقیت بقا یا تولید مثل وی را افزایش خواهد داد. احتمال وقوع چنین فرایند تغییری با قرار گرفتن جمعیت در یک محیط تغییر یافته، افزایش می‏یابد، جایی که جمعیتی که پیشتر از طریق گزینش تثبیت شده است مجموعه ویژگی‏های‏ نسبتاً متفاوتی را می‏طلبد. بنا بر نوشته‏های‏ داروین در سال 1858:
تصور کنید شرایط خارجی یک سرزمین تغییر می‏کند... اکنون، با توجه به تلاش (تنازع) هر فرد برای بقا، آیا نمی‏توان با قطعیت اظهار کرد که هر تغییر کوچک و کم دامنه در ساختار، عادات و غرایز فرد که به سازگاری بهتر او با شرایط جدید انجامد، قدرت و سلامت او را افزایش می‏دهد؟ در این تنازع این فرد بخت بهتری برای بقاء خواهد داشت؛ و آن دسته از زاده‏های‏ او هم که بتوانند این تغییرات، حتی اندکی از آن، را به ارث برند، بخت و مجال بهتر و بیشتری خواهند داشت. سالانه بیش از آن مقداری که می‏توانند بقاء یابند به دنیا می‏آیند، کوچک‏ترین تغییر در این توازن، در درازمدت تعیین می‏کند که کدام مرگ کاهش یابد و کدام تداوم داشته باشد. با وجود این گزینش از یک سو، و مرگ از سوی دیگر، و پس از هزار نسل، آیا می‏توان ادعا کرد که‏ این رویدادها هیچ تأثیری ندارند...
اما، یک سازوکار مهم دیگر برای تغییرات تکاملی وجود دارد، که توضیح می‏دهد چگونه گونه‏ها ‏می‏توانند با توجه به خصلت‏هایی تغییر کنند که بر بقا یا موفقیت تولید مثل دارندگان این خصلت‏ها تأثیری ندارند. یا تأثیرشان اندک است و بنابراین، در معرض گزینش طبیعی قرار نمی‏گیرند. احتمالاً چنین امری به خصوص در مورد رده‏ی عمده‏ای از تغییرات ماده‏ی ژنتیکی صادق است که فاقد تأثیر یا دارای تأثیری اندک بر ساختار و کارکرد موجود زنده‏اند. اگر تغییرات به لحاظ گزینشی، خنثایی وجود داشته باشد، چنانکه به طور میانگین میان افراد مختلف تفاوتی در بقا یا باروری وجود نداشته باشد باز هم این امکان هست که نسل زادگان با نسل والد اندکی متفاوت باشد. این امر، در غیاب گزینش، به ‏این علت است که ژن‏های‏ جمعیت‏زاده‏ها، نمونه‏ای تصادفی (کاتوره‏ای) از ژن‏های جمعیت والد هستند. جمعیت‏های‏ واقعی اندازه‏ی محدودی دارند؛ و از این رو ترکیب جمعیت زاده‏ها‏ در نتیجه‏ی تصادف تا حدودی متفاوت از ترکیب جمعیت والد خواهد شد. درست به همان شکل که اگر سکه‏ای را 10 بار پرتاب کنیم، انتظار نداریم که دقیقاً 5 بار شیر و 5 بار خط بیاید. این فرایند تغییرات تصادفی، رانش ژنی (6) خوانده می‏شود. حتی بزرگ‏ترین جمعیت‏های‏ زیستی، مانند جمعیت باکتری‏ها، محدودند؛ بنابراین رانش همواره رخ می‏دهد.
آثار ترکیبی جهش، گزینش طبیعی و فرایند تصادفی رانش ژنی به تغییراتی در ترکیب یک جمعیت می‏انجامد. طی یک دوره‏ی زمانی طولانی، این آثار تجمعی موجب تغییر ساختار ژنتیکی جمعیت می‏شود و بنابراین می‏تواند ویژگی‏های‏ گونه را در مقایسه با خصیصه‏های‏ نیاکان آن به شکل جدی تغییر دهد.
پیش تر از تنوع حیات، که در تعداد زیاد گونه‏های‏ مختلف زیستی فعلی منعکس شده است، یاد کردیم (در طول تاریخ گذشته‏ی حیات تعداد گونه‏های‏ زنده بسیار بیشتر بوده است، که ناشی از این حقیقت است که سرنوشت نهایی تقریباً تمام گونه‏ها، انقراض است) یکی از مسائل مهم، چگونگی تکامل یک گونه‏ی جدید است تعریف اصطلاح «گونه» (7) دشوار است و گاه مرزبندی دقیق بین جمعیت‏های‏ متعلق به ‏یک گونه، و جمعیت‏های‏ متعلق به گونه‏های‏ جداگانه، سخت است. در بحث پیرامون تکامل، هنگامی ‏می‏توان دو جمعیت از موجودات دارای توانایی تولید مثل جنسی را از دو گونه‏ی متفاوت در نظر گرفت که‏ این دو جمعیت نتوانند با همدیگر تلاقی (درون زادآوری) کنند، به طوری که سرنوشت تکاملی این دو گونه کاملاً مستقل از هم خواهد بود. پس، جمعیت‏های‏ انسانی که در نقاط مختلف جهان زندگی می‏کنند، به صراحت و بدون هیچ ابهامی ‏اعضای یک گونه هستند، زیرا هیچ مانعی برای آمیزش فرد مهاجری از یک جمعیت با فردی از جمعیت دیگر وجود ندارد. چنین مهاجرت‏هایی عموماً مانع از واگرایی شدید ساختار ژنتیکی جمعیت‏های‏ یک گونه می‏شود. برعکس، شامپانزه و انسان دو گونه‏ی کاملاً متفاوت‏اند، زیرا شامپانزه‏ها ‏و انسان‏هایی که در یک منطقه زندگی می‏کنند قادر به آمیزش نیستند. تفاوت ساختار ماده‏ی ژنتیکی انسان با شامپانزه بسیار بیشتر از تفاوت ساختار ژنتیکی جمعیت‏های‏ مختلف انسانی با همدیگر است. شکل گیری یک گونه‏ی جدید باید مستلزم ایجاد موانعی برای آمیزش بین جمعیت‏های‏ یک گونه باشد. هنگامی ‏که چنین موانعی ایجاد شود، جمعیت‏ها بر اثر جهش، گزینش و رانش ژنی واگرا خواهند شد. این فرایند واگرایی در نهایت موجب تنوع حیات می‏شود. اگر چگونگی شکل گیری این موانع آمیزش و به دنبال آن، چگونگی واگرایی جمعیت‏ها درک و شناخته شود، می‏توان خاستگاه گونه‏ها‏را نیز درک کرد.
این ایده‏ها، داده‏های‏ زیستی بسیار زیادی را در مورد تکامل، با کمک نظریه‏های‏ ریاضیاتی که جزئیات دقیقی دارند و قادر به شبیه سازی اند، فراهم آورده است؛ به همان صورتی که ستاره شناسان و فیزیکدانان به شبیه سازی رفتار ستارگان، سیارات، مولکول‏ها و اتم‏ها می‏پردازند تا آن‏ها را به شکل کامل‏تری بشناسند و نظریه‏های‏ خود را به صورتی دقیق‏تر بیازمایند.

پی‌نوشت‌ها:

1- differentiation.
2- development.
3- adaptation.
4- mutations.
5- natural selection.
6- genetic drift.
7- species.

منبع مقاله :
چارلزورث، برایان و دبورا، (1390)، تکامل، عبدالحمید مهدوی دامغانی، تهران: بصیرت، چاپ دوم.