نویسنده: برایان و دبورا چارلز ورث
مترجم: عبدالمجید مهدوی دامغانی
مترجم: عبدالمجید مهدوی دامغانی
نقدی بر نظریهی تکامل
یکی از نقدهای وارد بر نظریهی تکامل از طریق گزینش طبیعی، غالباً از دشواری تکامل مولکولهای پروتئینی از طریق سلولهای واحد به ساختارهای زیستی پیچیدهای چون چشم و مغز ناشی میشود.
چگونه ممکن است ایجاد یک جزء کامل عملکردی و مطلوب سازش یافتهی دستگاه زیستی، فقط ناشی از گزینش جهشهای تصادفی باشد؟ کلید درک این فرایند در معنای دیگر کلمهی «adapt» (1) نهفته است. در تکامل موجودات زنده و ساختار پیچیدهی آنها، بسیاری از جنبهها، نسخههای تغییر یافته (تعدیل شدهی) ساختارهای پیشین هستند، درست مانند زمانی که مهندسان ماشینها را میسازند. در ساخت ماشینها و دستگاههای پیچیده، نسخههای اولیهی ناجور و ناهماهنگ با گذشت زمان اصلاح میشوند و گاه به کاربردهای جدید پیش بینی نشدهای میرسند. تکامل زانوی مصنوعی، مثال خوبی از فرایندی است که در آن، یک راه حل اولیهی خام برای یک مشکل، به اندازهی کافی مطلوب بوده، ولی بر اثر تغییراتی که با گذشت زمان در آن ایجاد شد، کارایی آن هر چه بیشتر شده است. درست مانند تکامل زیستی، بسیاری از نسخههای اولیهی زانوی مصنوعی، براساس استانداردهای امروز، کارایی ضعیفی داشتند، اما با اصلاحاتی که در هر نسل آن نسبت به نسل پیشین صورت گرفت، به نسخهای تبدیل شد که اکنون توسط جراحان زانو به کار برده میشوند، بنابراین، نسخههای سادهی اولیه که در زمان خود به خوبی کار میکردند، در نهایت به زانوهای مصنوعی پیچیدهی امروزی تبدیل شدند.
این فرایند سازگاری متوالی «طرحها و نقشهها»، درست مانند بالا رفتن از یک تپه در میان مهی متراکم است. حتی بدون نیت رسیدن به قله (یا حتی بدون دانستن این که قله کجاست)، اگر از یک قانون ساده - با هر گام بالاتر میروی - پیروی شود میتوان به قله (هر چند قلهی یک تپه) هر چه نزدیکتر شد. هر گاه سازهی فعلی در یک یا چند جنبه از سازهی پیشین بهتر عمل کند، طرح نهایی بهبود خواهد یافت، بدون این که وجود یک طراح ضروری باشد. در مهندسی، بهبود طرح اغلب نتیجهی کار مهندسان مختلفی است که در تکامل یک ماشین نقش داشتهاند و بیشک، طراحان اولیهی خودرو با دیدن خودروهای امروزی شگفت زده میشدند. در تکامل طبیعی، طرح فعلی موجودات زنده حاصل آن چیزی است که «ترمیم» موجود زنده خوانده میشود که طی آن، تغییرات جزئی موجب بقا یا تولید مثل بهتر آن نسبت به افراد دیگر میشود. البته در تکامل یک ساختار پیچیده، باید صفات مختلف فراوانی هم زمان تکامل یابند، در نتیجه قسمتهای مختلف آن به خوبی برای انجام وظیفه هم سو با کلیت آن ساختار میشوند. صفات سودمند در دورهی زمانی کوتاهی، نسبت به بازهی زمانی تغییرات تکاملی عمده، در یک جمعیت گسترش مییابند، حتی اگر فراوانی اولیهی آنها بسیار اندک باشد. بنابراین، تغییرات متوالی جزئی در سازهای که در حال فعالیت است میتواند موجب تغییرات تکاملی عمدهای در آن شود. پس از هزاران سال، تصور تغییرات بنیادین حتی یک ساختار پیچیده نیز دشوار نیست. با گذشت زمان کافی، این ساختار با نیای خود در بسیاری از جهات تفاوت میکند، در نتیجه افرادی که به نسلهای بعدی تعلق دارند حامل مجموعه صفات و خصلتهاییاند که هرگز در جمعیت نیای آنها دیده نشده است که دقیقاً مانند تفاوت خودروهای امروزی و نمونههای قدیمی آنهاست. آن چه گفته شد فقط اساس نظری ندارد:
متخصصان اصلاح نژاد جانوران و گیاهان همواره در حال انجام این فرایند از طریق گزینش مصنوعیاند. بنابراین درک این امر که گزینش طبیعی چگونه موجب تکامل ویژگیهای بسیار پیچیدهای شده که از اجزای کاملاً سازگار با هم تشکیل شدهاند، چندان دشوار نیست.
گاه تکامل مولکولهای پروتئینی در حکم مسئلهای با دشواری خاص جلوه میکند. پروتئینها، ساختارهایی پیچیدهاند که بین اجزای آن برای کارکرد مناسب برهمکنش برقرار است (بسیاری از پروتئینها نیز باید با همدیگر و با سایر مولکولها، از جمله DNA بر همکنش داشته باشند). نظریهی تکامل باید بتواند تکامل پروتئین را توضیح دهد. بیست نوع اسید آمینهی گوناگون یافت میشود، بنابراین احتمال این که یک اسید آمینه دقیقاً در یک نقطهی یک مولکول پروتئینی متشکل از 100 اسید آمینه (کوتاهتر از بسیاری از پروتئینهای واقعی) قرار داشته باشد، یک بر بیست است. احتمال این که یک 100 اسید آمینه به طور تصادفی با هم آمیخته شوند و مجدداً هر یک در همان مکان پیشین خود قرار گیرند و پروتئینی را تشکیل دهند که بتواند به درستی کار کند، بسیار بسیاراندک است.
بنابراین، میتوان ادعا کرد احتمال تشکیل پروتئینی که بتواند به درستی کار کند برابر با احتمال شکل گیری یک هواپیما بر اثر ورزیدن توفانی شدید و در کنار هم قرار گرفتن تکههای جداافتادهی آن است.
درست است که چنین پروتئینی نمیتواند با کنار هم قرار گرفتن تصادفی اسیدهای آمینه در یک توالی تشکیل شود؛ اما مطابق توضیحات بالا، گزینش طبیعی به این صورت عمل نمیکند. احتمالاً پروتئینهای اولیه را زنجیرهای از چند اسید آمینه تشکیل میدادند که قادر به انجام کارکردی ساده بودهاند و به تدریج به صورت پروتئینهای تکامل یافتهی امروزی در آمدهاند. نیازی نیست به میلیونها توالی بالقوهای اندیشید که فاقد کارکرد هستند و هرگز به وجود نخواهند آمد؛ مهم این است که بدانیم توالیهای پروتئینی طی تکامل توانستهاند موجب بهبود واکنشهایی شوند که در غیاب آنها، این امر رخ نمیداد و سپس با گذشت زمان طی فرایند تکامل، کارکرد آنها بهتر و بهتر شده است. علی الاصول پی بردن به چگونگی تغییرات زنجیرهای متوالی آسان است، هر کدام که یک توالی را تغییر دهد یا به طور آن اضافه کند، میتواند یک پروتئین را بهبود بخشد.
شناخت ما از چگونگی کارکرد پروتئینها موید دیدگاه بالاست.
بخشی از پروتئین که برای فعالیت شیمیایی آن ضروری است، اغلب فقط یکی از قسمتهای کوچک توالی آن به شمار میآید. آنزیمها معمولاً فقط چند اسید آمینه دارند که با مادهای شیمیایی برهمکنش برقرار میکنند که قرار است آنزیم آن را تغییر دهد. بخش عمدهی این پروتئینها نقش داربستی را بازی میکنند که از این جزء برهمکنش کننده حفاظت میکنند. منظور این است که انجام وظیفهی یک پروتئین عمدتاً به بخش نسبتاً کوچکی از اسیدهای آمینهی آن بستگی دارد، در نتیجه احتمال دارد با تعداد تغییرات کوچکی که در توالی یک پروتئین پیش میآید، پروتئین بتواند کار کرد جدیدی کسب کند. مطالعات فراوانی که در آنها توالی یک پروتئین به طور مصنوعی تغییر داده شده و سپس در معرض انتخاب برای فعالیتهای جدید قرار گرفته است، نظریهی بالا را تأیید کرده است. مشخص شده کهایجاد تغییرات بنیادین در فعالیت زیستی پروتئینها با این روش بسیار ساده است، گاه فقط با تغییری در یک اسید آمینهی واحد، و مثالهای مشابه بسیاری در مورد تغییرات تکاملی طبیعی یافت میشود.
میتوان به پرسش مربوط به چگونگی تکامل مسیرهای واکنشهای پیوسته آنزیمی، مانند واکنشهایی که به تأمین مواد شیمیایی مورد نیاز موجود زنده میانجامند نیز همین پاسخ را دارد. ممکن است به نظر کسی برسد که حتی اگر فراوردهی نهایی مفید هم باشد، نمیتواند به این شکل تکامل یابد، زیرا تکامل فاقد آینده نگری است و امکان تکامل واکنش یک آنزیم، پیش از تکمیل کارکرد آن، ناممکن است. پاسخ این معما نیز آسان است.
احتمالاً بسیاری از مواد شیمیایی مفید در محیط موجودات زندهی اولیه وجود داشتهاند. با تکامل حیات، این مواد کم یاب شدهاند. یک موجود زنده که قادر به تغییر مادهای شیمیایی به شکل ترکیبی سودمند بوده، این ماده شیمیایی را تغییر داده است و در نتیجه آنزیمی هم که موجب تسهیل این تغییر میشود، تکامل یافته است. در خلال این مدت زمان، امکان ساخت مادهی شیمیایی جدید از آن مادهی پیشین فراهم بوده است. بنابراین یک مسیر کوتاه ساخت زیستی آن ماده شیمیایی، که یک پیش ماده و یک فرآوردهی نهایی دارد، برتری یافته است. این مسیرها طی چند مرحله - از مادهی شیمیایی اولیه به عنوان پیش ماده تا ماده شیمیایی جدید به عنوان فرآوردهی نهایی - تکامل یافتهاند تا مواد شیمیایی مورد نیاز موجود زنده ساخته شود.
اگر سازگاریهای پیچیده، آن طور که متخصصان زیست شناسی تکاملی میپندارند، گام به گام تکامل یافته باشند، باید بتوان شواهدی از مراحل میانی تکامل هر یک از این صفات در اختیار داشت. دو نوع از این شواهد در دست است: وجود مراحل میانی در پیشینههای سنگوارهای و هم چنین گونههای امروزی که حد واسط کیفیتهای ساده و پیچیدهاند.
برخی از سنگوارههای حد واسط که میان قالبهای حیاتی گوناگون رابطه برقرار میکنند، سنگوارهها موید اصل تغییرات تکاملی گام به گاماند. البته، در بسیاری موارد هیچ گونه شاهدی مبنی بر این مراحل میانی، به ویژه هر چه به گذشتههای دور باز میگردیم، وجود ندارد. به خصوص، هیچ گونه شواهد سنگوارهای در مورد نیاکان مهمترین گروههای جانوری پریاخته، از جمله نرم تنان، بندپایان و مهره داران در دست نیست که همگی به نحوی ناگهانی در دورهی کامبرین (بیش از 500 میلیون سال پیش) پدیدار شدهاند. از مطالعات اخیر توالی DNA برای آشکارسازی روابط بین این موجودات، قویاً چنین بر میآید که این موجودات بسیار پیش از عصر کامبرین از هم واگرا شدهاند، اما هیچ اطلاعاتی در مورد اشکال زیستی آنها در آن دوره وجود ندارد، زیرا احتمالاً همگی نرمتن و بنابراین فاقد شرایط سنگواره شدن بودهاند. اما نقص اطلاعات سنگوارهای در این مورد به معنی فقدان مراحل میانی آنها نیست. مراحل میانی جدید بیوقفه در حال کشف شدن هستند.
یکی از آخرین آنها، سنگوارهی یک پستان دار با پیشینهی 125 میلیون ساله در چین است که ویژگیهای آن مشابه پستان داران جفت دار امروزی ولی 40 میلیون سال کهنتر از قدیمیترین سنگوارهی مربوط به این گروه از جانوران است.
شواهد دستهی دوم که حاصل مقایسهی قالبهای زیستی است، تنها منبع اطلاعاتی ما در مورد ویژگیهایی به شمار میآیند که سنگوارهای از آنها در دست نیست. پرواز، یکی از نمونههای ساده، اما قاطع در این مورد است که داروین آن را در فصل ششم کتاب خاستگاه گونهها ارائه کرده است. هیچ نوع پیشینهی سنگوارهای که حاکی از وجود ارتباط بین خفاشها و سایر پستان داران باشد، وجود ندارد؛ در نخستین سنگوارههای خفاش که در رسوبهای بیش از 60 میلیون سال پیش کشف شد، اندام حرکتی آنها شبیه اندامهای حرکتی کاملاً تغییر یافتهی خفاشهای امروزی است. اما نمونههای بسیاری در پستان داران امروزی یافت میشود که توانایی پریدن در آنها وجود دارد، اما قادر به پرواز نیستند. آشناترین مثال این جانوران، سنجابهای «پرنده» هستند که بسیار شبیه سنجابهای معمولیاند و تنها تفاوت آنها، داشتن بالههایی از جنس پوست است که به اندام حرکتی جلو و عقبشان متصل است. اینها به شکل بالهایی ناقص عمل میکنند که به این سنجابها امکان میدهد بتوانند در فواصل کوتاه بپرند و خود را در هوا حفظ کنند. چنین سازشهایی پریدنی به طور مستقل نزد پستان دارانی دیگر، مانند لمورهای (2) مرسوم به پرنده (که لمورهای حقیقی نیستند و هیچ خویشاوندیای نیز با سنجابهای پرنده ندارند) و کیسه داران پرنده تکامل یافته است. گونههای قادر به پریدن در مارمولکها، مارها و قورباغهها نیز وجود دارد. تصور این موضوع آسان است که این توانایی پریدن موجب کاهش مخاطرات زیستی جانورانی میشود که روی درختان میزیند و توسط جانوران شکارچی، صید میشوند، و این توانایی میتواند در آنها با تغییر تدریجی اندام این جانوران برای پریدن از این شاخه به شاخهی دیگر، تکامل یابد. روشن است که افزایش تدریجی سطح پوستی که برای پریدن به کار گرفته میشود و تغییرات اندام حرکتی جلویی برای حمایت از این افزایش سطح پوست، برای این موجودات زنده سودمند بوده است. لمور پرنده دارای یک غشای توسعه پذیر بزرگ است که از سر تا دم این حیوان کشیده شده است. این غشا بسیار شبیه بال خفاش عمل میکند، هر چند این میمونها فقط قادر به پریدن هستند و نمیتوانند پرواز کنند. هنگامی که ساختار یک بال به شکلی تکامل یابد که امکان پریدن کارآمد را برای حیوان فراهم آورد، ماهیچههای بال نیز به شکلی تغییر میکنند که بتوانند از این کارکرد پروازی پشتیبانی کنند.
تکامل چشم از موارد دیگری است که توجه داروین را به خود فراخواند. چشم مهره داران، سازهای بسیار پیچیده است که دارای یاختههای حساس نوری در شبکیه، قرنیهی شفاف و عدسیهایی که امکان تمرکز تصویر را روی شبکیه فراهم میکنند، و ماهیچههای تنظیم کنندهی تمرکز میباشد. طرح چشم همهی مهره داران شبیه است، اما جزئیات آنها با یکدیگر فرق میکند که ناشی از سازگاری به شیوههای گوناگون حیات این جانوران است. چگونه این سازهی پیچیده میتوانسته تکامل یافته باشد، در حالی که اگر شبکیه وجود نداشت، عدسی کارکردی نداشت و بر عکس؟ پاسخ این است که شبکیه بدون وجود عدسی نیز کار میکند. چشم بسیاری از بیمهرگان ساده و فاقد عدسی است. این جانوران نیازی به دیدن شفاف و واضح اجسام ندارند. فقط کافی است نور و تاریکی را درک کنند تا از حضور شکارگران آگاه شوند. در واقع، حد واسطهای فراوانی بین گیرندههای نوری ساده و انواع پیچیدهی آنها وجود دارند که تصویری دقیق از جهان پیرامون موجود زنده فراهم میآورند. حتی یوکاریوتهای تک یاخته نیز با استفاده از ترکیبات گیرندهای که از مجموعهای از مولکولهای پروتئین رودوپسین (3) تشکیل شده و به نور حساس است، قادر به تشخیص نور و واکنش به آن هستند. رودوپسین در چشم تمام جانوران به کار رفته و در باکتریها نیز دیده میشود. با علم به این توانایی سادهی یاختهها در تشخیص نور، تصور این موضوع چندان دشوار نیست که مراحل متعددی وجود داشته است که طی آن توانایی جذب نور یاختهها به شکل گام به گام افزایش یافته و در نهایت موجب تکامل عدسیهای قوی امروزی شده است که قادر به تمرکز روی اشیا و ارائهی تصویری دقیق از آنها هستند به قول داروین:
در موجودات زنده، تنوع موجب تغییرات ملایمی میشود،..... و گزینش طبیعی با مهارتی خطاناپذیر، هر پیشرفتی را بر میگزیند. اجازه دهیم این فرایند میلیونها سال و هر سال در میلیونها فرد از گونههای مختلف ادامه یابد؛ و ممکن است ما باور نداشته باشیم که یک ابزار نوری زنده این چنین شکل گرفته باشد... بهتر از هر دوربین دیگری؟
پی‌نوشت‌ها:
1- این کلمه که در متون تکامل و زیست شناسی از آن با «سازگاری» یاد میشود دارای معانی دیگری نیز هست که البته همگی بر یک مفهوم کلی دلالت دارند. از جملهی این معانی میتوان به تعدیل، جور کردن و تغییر اشاره کرد. (م.).
2- Lemur= میمونهای ماداگاسکار.
3- rhodopsin.
چارلزورث، برایان و دبورا؛ (1390)، تکامل، عبدالحمید مهدوی دامغانی، تهران: بصیرت، چاپ دوم.
