تكامل چيست؟ همه چيز درباره انديشه متخصصينيه داروين و انتخاب طبيعي

تئوري تكامل ازطريق انتخاب طبيعي اولين‌بار در جزوه رايگان «منشا گونه‌ها» نوشته چارلز داروين مطرح شد. داروين در جزوه رايگان منشا گونه‌ها كه در سال ۱۸۵۹ منتشر شد، توضيح مي‌دهد كه چگونه موجودات زنده در طول نسل‌ها با به ارث بردن صفات فيزيكي يا رفتاري تكامل پيدا مي‌كنند.

تئوري تكامل با اين فرض شروع مي‌شود كه در يك جمعيت، در صفاتي مانند شكل منقار تنوع وجود دارد. بر اساس اين تئوري، افرادي كه داراي ويژگي‌هايي هستند كه آن‌ها را قادر مي‌سازد با محيط خود سازگار شوند، مي‌توانند زنده بمانند و فرزندان بيشتري داشته باشند و اين ويژگي‌ها به آن‌ها ‌نيز به ارث مي‌رسد. افراد داراي صفات سازگاري ضعيف‌تر كمتر زنده مي‌مانند تا آن‌ها را به نسل بعد منتقل كنند.

با گذشت زمان، صفاتي كه گونه‌ها را قادر مي‌سازد زنده بمانند و توليدمثل كنند، در جمعيت بيشتر مي‌شود و جمعيت تغيير مي‌كند يا به عبارت ديگر تكامل پيدا مي‌كند. طبق پيشنهاد داروين، ازطريق انتخاب طبيعي، گونه‌هاي متنوع ازانديشه متخصصين ژنتيكي مي‌توانند از جدي مشترك ايجاد شوند.

داروين درباره‌ي ژنتيك، مكانيسمي كه طي آن ژن‌ها صفات خاص را رمزگذاري مي‌كنند و صفات از نسلي به نسل ديگر منتقل مي‌شوند، چيزي نمي‌دانست. او همچنين درمورد جهش ژنتيكي كه منشا تنوع طبيعي است، اطلاعي نداشت. اما پژوهش‌هاي آينده ژنتيكدانان مكانيسم و شواهد اضافي را در حمايت از تئوري تكامل ازطريق انتخاب طبيعي ارائه داد.

ايده‌هاي جزوه رايگان منشا گونه‌ها عمدتا مبتني‌بر مشاهدات مستقيم سفر دور دنياي داروين بود. داروين از سال ۱۸۳۱ تا ۱۸۳۶، مسافر كشتي اكتشافي بيگل بود كه در آمريكاي جنوبي، استراليا و جنوب آفريقا توقف‌هايي داشت. در هر توقف، داروين فرصتي براي مطالعه و فهرست كردن گياهان و جانوران محلي پيدا مي‌كرد.

در طول سفر با كشتي بيگل، داروين الگوهاي پراكنش و ويژگي‌هاي موجودات را مطالعه كرد. برخي از مهم‌ترين الگوهايي كه داروين در مورد توزيع موجودات به آن‌ها پي برده بود، حاصل مشاهدات او در جزاير گالاپاگوس بود. داروين پي برد كه جزاير مجاور گالاپاگوس داراي گونه‌هاي مشابه ولي نه كاملا يكساني از سهره‌ها هستند. او به اين نكته نيز توجه كرده بود كه هر گونه سهره مناسب محيط خودش است. براي مثال، گونه‌هايي كه از دانه‌هاي درشت گياهان تغذيه مي‌كردند، داراي منقارهاي بزرگ و محكم‌تري بودند؛ درحالي‌كه آن‌هايي كه از حشرات تغذيه مي‌كردند، داراي منقارهاي نازك و تيز بودند. درنهايت، او مشاهده كرد كه سهره‌ها و جانوران ديگري كه در جزاير گالاپاگوس زندگي مي‌كردند، شبيه گونه‌هاي موجود در سرزمين‌هاي اصلي اكوادور بودند؛ اما با گونه‌هاي ساكن در مناطق ديگر جهان فرق داشتند.

البته داروين در سفر خود متوجه تمامي اين موضوعات نشد. در حقيقت او وقتي سال‌ها بعد نمونه‌هايش را به دانشمندي پرنده‌شناس نشان داد، حتي متوجه نشده بود تمام اين سهره‌ها گونه‌هاي نزديك ولي متمايزي هستند. ولي به‌تدريج به سويي پيش رفت كه بتواند الگوي سهره‌هاي مرتبط ولي متفاوت را توجيه كند. بر اساس ايده‌ي داروين، اين الگو در صورتي معنا‌دار بود كه سالها پيش پرندگاني از سرزمين اصلي نزديك وارد جزاير گالاپاگوس شده باشند. روي هر جزيره، سهره‌ها ممكن است به‌تدريج با شرايط محلي سازگار شده باشند. اين فرايند مي‌توانسته به تشكيل يك يا تعداد بيشتري گونه روي هر جزيره منجر شده‌ باشد. در سال‌هاي بعد داروين مجموعه‌اي از ايده‌هايي را كه مي‌توانست اين الگوها را توجيه كند، توسعه و تصحيح كرد و در نهايت در جزوه رايگان منشا گونه‌ها تكامل و انتخاب طبيعي را مطرح كرد.

داروين اصطلاح «انتخاب طبيعي» را درمقابل «انتخاب مصنوعي» به كار گرفت. در انتخاب مصنوعي، پرورش‌دهندگان دام، صفات خاصي را انتخاب مي‌كنند كه مطلوب درانديشه متخصصين گرفته مي‌شود. در انتخاب طبيعي، اين محيط طبيعي است و نه انسان، كه دست به انتخاب مي‌زند.

تئوري تكامل گاهي به‌عنوان «بقاي شايسته‌ترين‌ها» يا «بقاي اصلح» توصيف مي‌شود، اما اين توضيح مي‌تواند گمراه‌كننده باشد. دراين‌جا، «شايسته» به قدرت يا ورزشكار بودن ارگانيسم اشاره نمي‌كند، بلكه به توانايي آن براي بقا و توليدمثل اشاره دارد.

انتخاب طبيعي مي‌تواند گونه‌ها را به روش‌هاي كوچكي تغيير دهد و موجب شود صفاتي مانند رنگ يا اندازه در جمعيت در طول چند نسل رنگ تغيير كند. وقتي اين فرايند در دوره زماني نسبتا كوتاه و در يك گونه يا گروه كوچكي از ارگانيسم‌ها اتفاق مي‌افتد، «ريز تكامل» ناميده مي‌شود.

اگر زمان كافي وجود داشته باشد و تغييرات اندك در طول زمان انباشته شود، انتخاب طبيعي مي‌تواند گونه‌هاي جديدي ايجاد كند. اين فرايند «تكامل كلان» ناميده مي‌شود. اين فرايند طولاني‌مدت همان چيزي است كه دايناسورها را به پرندگان، پستانداران دوزيست را به نهنگ‌ها و جد مشترك ميمون‌هاي بي‌دم و انسان‌ها را به انسان‌ها، شامپانزه‌ها و گوريل‌ها تبديل كرد.

داروين همچنين شكلي از انتخاب طبيعي را توصيف كرد كه به موفقيت ارگانيسم در جذب جفت بستگي دارد و به آن انتخاب جنسي گفته مي‌شود. پرهاي رنگارنگ طاووس و شاخ‌هاي گوزن نر از صفاتي هستند كه تحت اين نوع انتخاب تكامل پيدا كرده‌اند.

يكي از بهترين مثال‌هايي كه دانشمندان از انتخاب طبيعي دارند، تكامل نهنگ‌ها است. با استفاده از تئوري داروين به‌عنوان راهنما و درك اين موضوع كه انتخاب طبيعي چگونه عمل مي‌كند، زيست‌شناسان به اين نتيجه رسيدند كه گذر نهنگ‌هاي ابتدايي از خشكي به آب در طول مجموعه‌اي از مراحل قابل پيش‌بيني رخ داد.

براي مثال، تكامل سوراخ تنفسي نهنگ ممكن است با تغييرات ژنتيكي تصادفي شروع شده باشد كه باعث شد حفره بيني حداقل يك نهنگ بالاي سر او ظاهر شود. نهنگ‌هايي كه اين سازگاري را داشتند، براي سبك زندگي دريايي مناسب‌تر بودند، زيرا براي نفس كشيدن مجبور نبودند به‌طور كامل به سطح آب بيايند. چنين جانوراني موفق‌تر بودند و فرزندان بيشتري داشتند. در نسل‌هاي بعدي، تغييرات ژنتيكي بيشتري رخ داد و حفره‌هاي بيني را به سمت عقب‌تر برد.

ساير اعضاي بدن نهنگ‌هاي اوليه نيز تغيير كرد. پاهاي جلو به باله تبديل شد و پاهاي عقب ناپديد شد. بدن آن‌ها آب‌لغزتر شد و براي حركت بهتر در آب، گوشه‌هاي دم آن‌ها حالت لنگرمانند پيدا كرد.

اگرچه دانشمندان مي‌توانستند پيش‌بيني كنند كه نهنگ‌هاي اوليه چه ظاهري داشتند، براي مدت طولاني شواهد فسيلي براي تاييد ادعاي خود را نداشتند. خلقت‌گرايان اين فقدان را اثباتي بر اين ادعا مي‌ديدند كه اصلا تكامل رخ نداده است.

از دهه ۱۹۹۰، دانشمندان شواهدي از ديرينه‌شناسي، زيست‌شناسي تكامل و ژنتيكي را براي حمايت از اين ايده پيدا كردند كه نهنگ‌ها از پستانداران خشكي‌زي تكامل پيدا كرده‌اند. همين مجموعه شواهد به‌طور كلي از تئوري تكامل حمايت مي‌كنند.

داروين در اولين نسخه جزوه رايگان منشا گونه‌ها، درمورد اينكه چگونه انتخاب طبيعي مي‌توانسته موجب شود پستاندار خشكي‌زي به نهنگ تبديل شود، حدسياتي را مطرح كرد. او از مثال فرضي خرس‌هاي سياه آمريكاي شمالي (Ursus americanus) استفاده كرد كه با دهان باز در آب شنا مي‌كنند و حشرات را مي‌گيرند. داروين اين پديده را ممكن درانديشه متخصصين گرفت كه نژادي از خرس‌ها در طول زمان و درنتيجه‌ي انتخاب طبيعي ازانديشه متخصصين ويژگي‌هاي بدني و عادت به سمتي حركت كند كه آبزي‌تر شود و درنهايت به هيولايي مانند نهنگ تغيير كند.

داروين اولين فرد يا تنها دانشمندي نبود كه تئوري تكامل ارائه كرد. تقريبا همزمان با داروين، آلفرد راسل والاس، زيست‌شناس بريتانيايي به‌طور مستقل تئوري تكامل ازطريق انتخاب طبيعي را طرح كرد، اگرچه خيلي مورد توجه قرار نگرفت.

مفهوم تكامل به‌عنوان رويدادي تاريخي، پيش از جزوه رايگان داروين از موضوعات جديد درميان زيست‌شناسان و زمين‌شناسان بود، زيرا شواهد زيادي درحمايت از آن درحال جمع شدن بود، اما تاثير چنداني روي افراد غيردانشگاهي نداشت. درواقع، تا زماني كه علم مكانيسمي براي توضيح نحوه رخ‌دادن تكامل نداشته باشد، به‌راحتي مي‌توان آن را به‌عنوان ايده‌اي نادرست رد كرد.

ژان باتيست لامارك، زيست‌شناس فرانسوي پيشنهاد كرد كه موجود زنده مي‌تواند ويژگي‌ها را به فرزندان خود منتقل كند، اگرچه درمورد برخي از جزئيات آن در اشتباه بود. لامارك هم مانند داروين معتقد بود موجودات با محيط خود سازگار مي‌شوند و آن سازگاري‌هاي را به نسل بعد منتقل مي‌كنند. او فكر مي‌كرد ارگانيسم‌ها اين كار را با تغيير رفتار و بنابراين بدن خود انجام مي‌دهند (مانند ورزشكاري كه ورزش مي‌كند و بدنش عضلاني مي‌شود) و آن تغييرات به فرزندان آن‌ها منتقل مي‌شود.

لامارك فكر مي‌كرد زرافه‌ها در ابتدا گردن‌هاي كوتاه‌تري داشتند اما وقتي درخت‌هاي اطرافشان بلندتر شد، آن‌ها گردن‌هاي خود را دراز مي‌كردند تا به برگ‌هاي خوشمزه برسند و فرزندان آن‌ها به‌تدريج گردن‌هاي بلند و بلندتري تكامل دادند.

لامارك همچنين معتقد بود زندگي در طول نسل‌ها از حالت ساده‌تر به اشكال پيچيده‌تر تكامل پيدا مي‌كند. اگرچه، داروين از مكانيسم انتقال صفات اطمينان نداشت، معتقد نبود كه تكامل لاخبار تخصصيا به سمت پيچيدگي بيشتر حركت مي‌كند. درعوض، او معتقد بود پيچيدگي ازطريق انتخاب طبيعي به وجود مي‌آيد.

انديشه متخصصينات دارويني از تكامل زرافه‌ها اين است كه زرافه‌ها داراي تنوع طبيعي در طول گردن خود بودند و آن‌هايي كه گردن بالاتري داشتند، بهتر مي‌توانستند در محيط‌هاي پر از درخت زنده بمانند و توليدمثل كنند؛ بنابراين نسل‌هاي بعدي زرافه‌ها گردن بلندتر شدند.

تفاوت اصلي بين ايده‌هاي لاماركي و دارويني درباره تكامل زرافه اين است كه در توضيح داروين چيزي درباره انتقال ويژگي‌هاي اكتسابي وجود ندارد.

داروين چيزي درباره ژنتيك نمي‌دانست. او الگوي تكامل را مشاهده كرد، اما از مكانيسم آن اطلاعي نداشت. اين امر بعدا با كشف اين موضوع كه چگونه ژن‌ها صفات زيستي يا رفتاري مختلف را رمزگذاري مي‌كنند و چگونه ژن‌ها از والدين به فرزندان منتقل مي‌شوند، محقق شد. گنجاندن ژنتيك در تئوري داروين «سنتز تكاملي مدرن» ناميده مي‌شود.

جهش‌ها مي‌توانند براثر خطاهاي تصادفي در همانندسازي يا ترميم DNA يا آسيب ناشي از مواد شيميايي يا تشعشع ايجاد شود. جهش‌ها اغلب مضر يا خنثي هستند، اما در موارد نادر ممكن است براي ارگانيسم مفيد واقع شوند. دراين‌صورت، فراواني جهش‌هاي مطلوب در نسل بعد بيشتر مي‌شود و در كل جمعيت پخش مي‌شود. به‌اين‌ترتيب، انتخاب طبيعي فرآيند تكامل را هدايت مي‌كند، جهش‌هاي مفيد را حفظ و انباشته مي‌كند و جهش‌هاي بد را حذف مي‌كند. جهش‌ها تصادفي هستند، اما انتخاب براي آن‌ها تصادفي نيست.

انتخاب طبيعي تنها مكانيسمي نيست كه ارگانيسم‌ها طي آن تكامل پيدا مي‌كنند. براي مثال، وقتي ارگانيسمي از جمعيتي مي‌رود يا به جمعيت جديدي وارد مي‌شود (پديده جريان ژني)، ژن‌ها مي‌توانند از يك جمعيت به جمعيت ديگر منتقل شوند. همچنين، فراواني برخي از ژن‌ها مي‌تواند به‌طور تصادفي و طي پديده‌اي به نام «رانش ژني» تغيير كند.

دليل اينكه به‌طوركلي انديشه متخصصينيه تكامل لامارك اشتباه است، اين است كه ويژگي‌هاي اكتسابي بر دي‌ان‌اي اسپرم و تخمك تاثيري ندارند. براي مثال، گامت‌هاي زرافه تحت‌تاثير اين موضوع قرار نمي‌گيرند كه او گردن خود را دراز مي‌كند يا نه. گامت‌ها منعكس‌كننده ژن‌هايي هستند كه زرافه از والدين خود به ارث برده است.

اگرچه تجربياتي نظير محروميت از غذا توالي دي‌ان‌دي درون گامت‌ها را تغيير نمي‌دهد، ممكن است به تغييرات خارجي در دي‌ان‌اي منجر شود كه ژن‌ها را فعال يا غيرفعال مي‌كنند. چنين تغييرات كه «تغييرات اپي‌ژنتيك» ناميده مي‌شود، خود توالي دي‌ان‌اي واقعي را تغيير نمي‌دهد. براي مثال، نوعي تغيير شيميايي به نام متيلاسيون مي‌تواند روي فعال يا غيرفعال كردن ژن‌ها تاثير بگذارد. اين‌گونه تغييرات اپي‌ژنتيكي مي‌تواند به فرزندان منتقل شود. به اين شكل، تجربيات فرد مي‌تواند بر دي‌ان‌اي كه او منتقل مي‌كند، تاثير بگذارد.

تئوري تكامل از بهترين تئوري‌هاي اثبات‌شده در تاريخ علم است. تئوري تكامل با شواهدي از رشته‌هاي علمي مختلف ازجمله ژنتيك تاييد مي‌شود كه نشان مي‌دهد گونه‌هاي مختلف شباهت‌هايي در دي‌ان‌اي خود دارند. در ديرينه‌شناسي و زمين‌شناسي نيز شواهدي در حمايت از تئوري تكامل وجود دارد. سوابق فسيلي نشان مي‌دهند كه چگونه گونه‌هايي كه در گذشته وجود داشتند، از گونه‌هاي امروزي متفاوت بودند.

با وجود اينكه دانشمندان توانستند پيش‌بيني كنند نهنگ‌هاي اوليه چه شكلي بوده‌اند؛ ولي مدرك فسيلي براي اثبات ادعاي خود نداشتند. مخالفان تئوري تكامل، اين موضوع را به‌عنوان اثباتي براي اتفاق نيفتادن تكامل مطرح مي‌كردند: تا حالا موجودي شبيه نهنگ كه بتواند راه برود، ديده نشده‌است! اما در اوايل دهه‌ي ۱۹۹۰ دانشمندان توانستند چنين جانوري را پيدا كنند.

در سال ۱۹۹۴، ديرينه‌شناسان بقاياي فسيل‌شده جانوري به نام آمبولوستوس ناتانس (به معناي نهنگ شناگر و راه‌رو) را كشف كردند. اندام‌هاي جلويي حيوان انگشتان و سم‌هاي كوچكي داشت، اما پاهاي عقبي او نسبت‌به اندازه‌اش بسيار بزرگ بود. اين حيوان به‌وضوح براي شنا سازگار بود، اما همچنين مي‌توانست شبيه فُك، شلخته‌وار روي خشكي حركت كند. هنگام شنا، اين موجود باستاني مانند سمور آبي حركت مي‌كرد و پاهاي پشتي خود را به سمت عقب مي‌راند و ستون فقرات و دم خود را به حالت مواج حركت مي‌داد تا خود را به پيش براند.

نهنگ‌هاي امروزي با ضربان‌هاي قوي دم افقي خود در آب حركت مي‌كنند اما آمبولوستوس ناتانس هنوز دم شلاق‌مانند خود را داشت و مجبور بود از پاهايش براي تامين نيروي پيش بردن موردنياز براي حركت در آب استفاده كند.

در سال‌هاي اخير، تعداد بيشتري از گونه‌هاي انتقالي يا حلقه‌هاي گمشده كشف شده‌اند كه از تئوري داروين حمايت مي‌كنند. براي مثال، در سال ۲۰۰۷، زمين‌شناسان فسيل نوعي پستاندار آبزي منقرض‌شده به نام ايندوهايس را كشف كردند كه در اندازه گربه و داراي سم و دم بلندي بود.

دانشمندان فكر مي‌كنند ايندوهايس كه متعلق به گروهي از آب‌بازسانان است، حلقه گمشده بين جفت‌سم‌سانان (گروهي از پستانداران سم‌دار شامل اسب آبي، خوك و گاو) و نهنگ‌ها است. پژوهشگران مي‌دانستند نهنگ‌ها با جفت‌سم‌سانان مرتبط هستند، اما تا زمان كشف اين فسيل، جفت‌سم‌سان شناخته‌اي وجود نداشت كه ويژگي‌هاي فيزيكي مشتركي با نهنگ‌ها داشته باشد.

شواهد ژنتيكي همچنين از اين ايده حمايت مي‌كند كه نهنگ‌ها از پستانداران خشكي‌زي تكامل پيدا كرده‌اند و اطلاعاتي را درمورد شاخه‌هاي دقيق درخت تكاملي ارائه مي‌دهد. به‌عنوان مثال، پژوهشگران در سال ۱۹۹۹ براساس تجزيه‌وتحليل ژنتيكي از توالي ژن‌هاي پرشي (توالي‌هايي از دي‌ان‌اي كه درون ژنوم جا‌به‌جا مي‌شوند) در مجله‌ي PNAS گزارش كردند كه اسب‌هاي آبي نزديك‌ترين خويشاوندان زنده نهنگ‌ها هستند. قبل از سال ۱۹۸۵، پژوهشگران فكر مي‌كردند خوك‌ها ارتباط بيشتري با نهنگ‌ها دارند، اما مطالعه سال ۱۹۹۹ اين ايده را رد كرد.

در سال ۲۰۱۹، پژوهشگران در مجله‌ي Science Advances دراين‌باره گزارش كردند كه كدام ژن‌ها درون ژنوم نهنگ‌ها در طول فرايند تكامل اين موجود از پستانداران خشكي‌زي غيرفعال شدند.

پژوهشگران مي‌توانند بگويند كه برخي از ژن‌ها ازجمله ژن‌هايي كه در توليد بزاق نقش دارد، غيرفعال شده‌اند، زيرا بقايايي از آن‌ها در ژنوم نهنگ‌ها وجود دارد. اين امر نشان مي‌دهد نهنگ‌ها از موجودي تكامل پيدا كرده‌اند كه بزاق داشته است.

طبق مطالعه‌اي كه در مجله‌ي Evolution: Education and Outreach منتشر شده است، در دوران روياني آب‌بازسانان، رشد پاهاي عقبي آن‌ها شروع و بعدا در طول رشد آن‌ها ناپديد شد، درحالي‌كه اندام‌هاي جلويي باقي ماند و به باله تبديل شد. اين امر نشان مي‌دهد آب‌بازسانان از جدي چهار پا تكامل پيدا كردند.

با وجود انبوهي از شواهد در سوابق فسيلي، علم ژنتيك و ساير رشته‌هاي علمي، برخي افراد هنوز اعتبار انديشه متخصصينيه تكامل را زير سوال مي‌برند. برخي از سياستمداران و رهبران مذهبي اين انديشه متخصصينيه را محكوم مي‌كنند و براي توضيح جهان پيچيده‌ي موجودات زنده، به‌ويژه انسان‌ها، به موجودي برتر استناد مي‌كنند.

هيئت امناي مدارس دراين‌باره مباحثه مي‌كنند كه آيا انديشه متخصصينيه تكامل بايد در كنار ايده‌هاي ديگر مانند طراحي هوشمند يا خلقت‌گرايي تدريس شود يا خير. اما اغلب دانشمندان هيچ مناقشه‌اي در رابطه با تئوري تكامل نمي‌بينند. به باور آن‌ها بسياري از مردم باورهاي مذهبي عميقي دارند و تكامل را نيز مي‌پذيرند. اين دو مي‌توانند با يكديگر سازگار باشند.

تكامل با نمونه‌هاي فراواني از تغييرات در گونه‌هاي مختلف كه به تنوع امروزي حيات منجر مي‌شود، به‌خوبي همراهي مي‌شود. انتخاب طبيعي يا به بيان ديگر «تنوع، توارث و تفاوت در شايستگي»، هسته تئوري زيست‌شناسي مدرن است. تئوري تكامل براي زيست‌شناسي چيزي مانند مكانيك كوانتوم و نسبيت خاص براي فيزيك يا مدل اتمي براي شيمي است.