محیط زیست و مشکلات ان در جهان

اصول تکامل :

تکامل بمعنی تغییراتی است که در طول زمان در موجودات زنده رخ داده است. تکامل تصویر مناسبی از گذشته ژنتیکی ما و سایر موجودات فراهم می‌سازد و نقشه راهی است که چگونه هر موجود زنده از یک جد مشترک به کسی و چیزی که امروز هست رسیده است.

چه بسا دانشمندان را دیده باشیم که با قلم موی ظریف خود در نقطه‌ای از جهان مشغول پاک کردن استخوان‌ یا دندان یک فسیل هستند. شاید فکر کنیم: «خوب، ‌آنها شبیه دندان هستند. قدیمی هم هستند ولی...» به خودمان گفته باشیم آیا یک دندان چیزی هست که بواسطه کشف و بررسی آن بتوانیم یک ایده بزرگ را مطرح سازیم. تکامل چیز لغزنده‌ای است. آیا چیزهای دیگری وجود دارد که باید بیابیم و صرفاً به این یکی دو تکه دندان یا استخوان تکیه نکنیم؟

بله وجود دارد. تکامل شرح می‌دهد که چگونه ما (ما بمعنی همه موجودات از قبیل من، تو و همه موجودات مثل جلبک‌ها، ‌درختان و گل‌های باغچه خانه شما، ‌ویروس‌ها، ‌آمیب‌ها، ‌باکتری‌ها و دیگر موجودات ریز دیگر) این قدر پیچیده و متنوع هستیم. دلیلی هیجان‌زدگی دانشمندان درباره دندان‌های فسیل این است که یافته‌هایی از این قبیل با مطالبی که دانشمندان در مورد تکامل حیات در کره زمین درک کرده‌اند، تطابق دارد. آن دندان منفرد قطعه‌ای از یک معمای تکاملی است. هزاران عدد از این قطعات فسیلی در گوشه و کنار جهان وجود دارند. همه آنها در کنار هم تصویر مناسبی از گذشته ژنتیکی ما و نقشه راه مناسبی می‌دهد که از یک جد مشترک به کسی و چیزی که امروز هستیم رسیده است. این سفری در خلال میلیاردها سال است.

در ادامه مرور کلی بر تکامل خواهیم داشت: تکامل چیست؟ چگونه عمل می‌کند و چه می‌کند؟ در انتها باید بفهمیم که منظور از نوشته دانشمند بزرگ تکامل «تئودوسیوس دوبژانسکی» چه بوده است: «هیچ چیز در بیولوژی منطقی نیست مگر در پرتو تکامل درک شود»

تکامل بیولوژیکی در یک نگاه

تکامل را می‌توان بعنوان تغییر در امتداد زمان تعریف کرد و آن را به هر چه که رخ داده است نسبت داد. زبان‌هایی که ظاهر شده‌، مزه‌هایی که ظهور یافته، فرهنگ‌ها و هنرهایی که شکل گرفته و در رأس همه آنها استراتژی‌های دفاعی فوتبال که در برابر ما قرار دارند. در اینجا کاری به مفهوم کلی تکامل نداریم. در مباحث بعدی به تکامل بیولوژیکی اشاره می‌شود: تغییراتی که در طول زمان در موجودات زنده رخ داده است.

تکامل بیولوژیکی با نوع خاصی از تغییر در طول زمان سر و کار دارد. تغییر در فراوانی ژن‌های مختلف در میان تمام گونه‌ها یا درون یک جمعیت منفرد از یک گونه خاص از نسلی به نسل دیگر. زیست‌شناس تکاملی به چنین چیزی علاقه دارد. مأموریت آنها چیست؟ ‌درک چگونگی عمل کردن تکامل و بدست آوردن آن از طریق تغییرات در ورای این ژن‌ها و اینکه تکامل چگونه عمل می‌کند؟ وقتی فراوانی ژنی تغییر می‌کند چه چیزی رخ می‌دهد؟ در ادامه یک مرور کلی به چگونگی عمل تکامل و نقش آن شده است.

تعریف ژن

در دوره‌ حیات داروین، ‌ژن بطور ساده بعنوان «واحد توارث» نامیده می‌شد. مردم می‌دانستند که خصوصیات مختلف مردم مثل چشم آبی یا موی قرمز از والدین به فرزندان به ارث می‌رسد ولی نمی‌دانستند ژن‌ واقعاً چیست و چگونه عمل می‌کند. امروزه اطلاعات کاملی در این مورد داریم:

• می‌دانیم که DNA همان دزوکسی ریبونوکلئیک اسید است که از والدین به فرزندان منتقل می‌گردد. • می‌دانیم که DNA یک مولکول بلند متشکل از یک رشته حاوی چهار واحد فرعی (چهار حرف) می‌باشد که ترتیب این حروف که آن را «توالی ژنی» می‌نامند منجر به ذخیره اطلاعات ژنتیکی متفاوتی می‌شود و اینکه یک ژن توالی خاصی از یک قطعه خاص از یک DNA در موجود زنده می‌باشد.

• امروزه روش‌های شیمیایی مناسبی وجود دارد که می‌توان توالی DNA موجودات زنده را تعیین کرد. در نتیجه امروز بهتر می‌توانیم با جزئیات فرایند تکاملی کار کنیم.

معنی و البته اهمیت ژن در این است که دانشمندان از طریق

تشخیص توالی DNA در یک ژن خاص متوجه می‌شوند چه تغییراتی در طول نسل‌های مختلف در آن ژن افتاده است. اگر بتوان این جور چیزها را اندازه‌گیری کرد، آنگاه خیلی چیزها راس و ریس می‌شود.

فراوانی ژن

فراوانی یک ژن خاص بمعنی آن است که آن ژن در جمعیت با چه فراوانی ظهور می‌کند. وقتی محققین توالی DNA را در موقعیت خاصی از DNA یگ گونه و در افراد مختلف آن بررسی می‌کنند ‌متوجه می‌شوند که همه افراد توالی مشابهی دارند. از آنجا که فقط یک ژن (یا یک توالی ژنی) ‌در این موقعیت وجود دارد ‌لذا فراوانی آن برابر 100 است. در زمان‌های دیگر توالی‌های متفاوتی در افراد مختلف وجود دارد. وقتی بیش از یک ژن در این موقعیت وجود داشته باشد،‌ دانشمندان از فراوانی‌های ژن‌های مختلف سخن می‌گویند.

فرض کنیم سه توالی مختلف DNA یافته‌ و آنها را A، B و C نامیده‌ایم. اگر نیمی از افراد مورد بررسی ژن A و یک چهارم ژن B و یک چهارم ژن C داشته باشند می‌گوییم فراوانی ژن‌ها بترتیب 50، 25 و 25 درصد است. با تعیین تغییرات فراوانی ژن‌های خاص در گذر نسل‌ها می‌توان فهمید که چگونه موجودات جدیدی ظاهر شده‌اند. از مثال بالا برای مبحث بعد استفاده می‌کنیم. فرضاً دوباره فراوانی این سه ژن را محاسبه کرده و متوجه شده‌ایم که فراوانی‌ها تغییر کرده است. در این صورت گفته می‌شود تکامل رخ داده است.

مثال: ‌فرضاً دسته‌ای از یک باکتری خاص را جمع‌آوری کرده‌ و فراوانی ژنی را که باعث مقاومت آنها در برابر نوع جدیدی از آنتی‌بیوتیک می‌شود محاسبه نموده‌ایم. در شمارش اولیه فراوانی این ژن خیلی پایین بوده است. مثلاً کمتر از یک درصد باکتری‌ها دارای ژنی هستند که باعث مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک می‌شود. چندی بعد دوباره همان آزمایش را تکرار می‌کنیم. باکتری‌های اولیه ما از دست‌مان رفته‌ا‌ند ولی نوه نوه نوه‌های آنها هوز وجود دارند و می‌توانیم آنالیز خود را بر روی آنها تکرار کنیم. فرضاً متوجه می‌شویم که 30 درصد باکتری‌ها دارای ژن مقاومت به آنتی‌بیوتیک هستند. با وجودی که شاهد مستقیم تکامل نبوده‌ایم ولی نتیجه تکامل را مشاهده می‌کنیم: «تغییر در فراوانی یک ژن خاص در طول زمان». ژن مقاومت به آنتی‌بیوتیک در کمتر از یک درصد باکتری‌های اولیه وجود داشت ولی اکنون در نوه و نتیجه‌های آنها 30 درصد است»

بطور مختصر و ساده، تکامل بیولوژیکی بمعنی تغییر در فراوانی یک یا چند ژن در طول زمان می‌باشد. دانشمندان این نوع داده‌ها را در مورد ظهور تکامل در همه زمان‌ها جمع‌آوری می‌کنند. نه تنها برای باکتری‌ها بلکه برای همه موجودات زنده ساده یا پیچیده این عمل تکرار می‌شود.

مقیاس زمانی تکامل

تغییر در فراوانی ژنی در امتداد زمان بتدریج رخ می‌دهد، ‌ولی نرخ تکامل ثابت نیست. فراوانی ژن ممکن است در یک دوره طولانی ثابت بماند و سپس در پاسخ به تغییرات محیطی تغییر کند. چه بسا سرعت تغییر کاهش یا افزایش نشان دهد ولی فرایند اساسی و پایه (یعنی تغییر فراونی ژن در امتداد زمان) ادامه می‌یابد. برای تفکیک و تمایز بین این مقیاس‌های زمانی در فرایند تکامل، ‌دانشمندان از عبارت تکامل «میکرو» و «ماکرو» استفاده می‌کنند.

تکامل میکرو به نتایجی از فرایند تکاملی اشاره دارد که در مقیاس زمانی کوتاه و تغییرات اندک اشاره دارد. نمونه آن ظهور یک باکتری در یک لوله آزمایش در آزمایشگاه است که ناگهان در اثر موتاسیون تولید ژنی کرده است که رشد بالایی دارد و در مقایسه با دیگر باکتری‌ها و دیگر لوله‌های آزمایشگاه سریع‌ تقسیم می‌شود. تکامل میکرو از آنجا که در یک مقیاس زمانی رخ می‌دهد که ما می‌توانیم آن را مشاهده کنیم لذا بهتر می‌توانیم مغز خود را با آن سازگار نماییم.

تکامل ماکرو به نتایج فرایند تکاملی گونه‌های مختلف (و حتی در سطح یک گونه) ‌در امتداد زمان‌های طولانی اشاره دارد. در اینجا فرایند متفاوتی دیده نمی‌شود و چیز خاصی رخ نمی‌دهد. تکامل ماکرو صرفاً به فرایند بزرگ‌تری اشاره دارد که محققین وقتی تکامل از سر گذشته و مدت زیادی از آن عبور کرده است آن را مشاهده می‌کنند و طبیعتاً در آن فرایند‌هایی از قبیل انقراض نیز وجود دارد که در تکامل میکرو چندان با آن آشنا نمی‌شویم. همچنین تولید گونه جدید یعنی تبدیل یک گونه به دو گونه، نمونه‌ای از تکامل ماکرو است. ایجاد گونه فرایند پیچیده‌ای نیست. دانشمندان ایده‌های درست و خوبی در مورد نحوه عمل آن و شکل‌گیری یک گونه جدید دارند. بغیر از قالب زمانی، ‌هیچ تفاوت دیگری بین تکامل میکرو و ماکرو وجود ندارد. فرایند آن متفاوت از آن چیزی نیست که دانشمندان می‌توانند در یک لوله آزمایشگاهی (در تکامل میکرو) مشاهده کنند. تنها تفاوت این است که مقدار آن در اینجا بیشتر است.

حد ژنی: ‌موتاسیون و انقراض

ژن‌ها ممکن است به سمت محدوده‌های نهایی خود پیش بروند. در این محدوده ناپدید شدن ژن را خواهیم داشت. فرضاً در حال بررسی فراوانی سه ژن متفاوت در جایگاه مخصوص یک DNA خاص هستیم و چند سال بعد متوجه می‌شویم که یکی از ژن‌ها دیگر وجود خارجی ندارد. در این صورت گفته می‌شود فراوانی آن ژن صفر شده یا آن ژن از بین رفته یا منقرض‌شده است. وقتی یک ژن منقرض می‌شود، گونه‌ای که این ژن‌ها را دارد هنوز زنده است در حالی که حداقل در این موقعیت خاص DNA تنوعی در میان جمعیت وجود ندارد.

در طرف دیگر قضیه یا حد افراطی دیگر می‌توان به ظهور یک ژن جدید اشاره کرد. فرایند توالی DNA والدین و عبور آنها به نسل بعد تقریباً با صحت کامل عمل می‌کند. اگر چنین نبود هیچیک از ما در اینجا نبودیم. با این حال هیچ فرایندی کامل نیست و گاه اشتباهاتی رخ می‌دهد. این اشتباهات را «موتاسیون» می‌نامند. موتاسیون منجر به ایجاد توالی DNA جدید و متفاوت از توالی اولیه می‌شود بعبارت بهتر یک ژن متفاوت و جدید ایجاد می‌شود. این ژن‌های جدید به روش‌های مختلف روی کارکرد ارگانیسم زنده اثر می‌گذارند:

• «فاقد اثر». از آنجا که مقادیر خاصی از تکرار و فراوانی در کدهای توالی DNA وجود دارد، چه بسا تغییر یک حرف در اینجا یا آنجا در مجموع اثری ایجاد نکند. حتی اگر موتاسیون تغییر خاصی ایجاد کند، ‌ولی چه بسا این تغییر اثری بر کارکرد ژن نداشته باشد. در هر دو مورد ژن جدید، اثری (نه منفی و نه مثبت) روی بقای موجود زنده ندارد.

• «تغییر منفی و مضر». اغلب موتاسیون‌ها که منجر به تغییر خاصی می‌شوند در این دسته قرار دارند. حتی ساده‌ترین موجودات نیز خیلی پیچیده‌اند. در صورتی که بصورت تصادفی چیزی را تغییر دهیم، اغلب نتیجه حاصله بد خواهد شد. ژن‌های از این نوع بهمان سرعت که ظاهر می‌شوند از بین می‌روند. گاه فراوانی موتاسیون بد که نوعاً باید دوره کوتاهی بماند و ریشه‌کن شود،‌ افزایش می‌یابد. شرایط آن به شرح زیر است: اگر یک ژن با اثرات منفی در موجود زنده‌ای بصورت ژنی با اثر مثبت ظاهر شود، فراوانی ژن بد افزایش می‌یابد. فرض کنیم دو موتاسیون بصورت همزمان در موقعیت‌های متفاوتی از DNA یک موجود زنده رخ داده است: ‌یکی منجر به ژنی شده که بطور جزئی مضر است و دیگری منجر به ژنی شده که برای او امتیازاتی در بر دارد. در این صورت فراوانی ژن مضر بصورت جزئی افزایش می‌یابد زیرا همزمان با ژن دیگر توانست است فرصت‌طلبانه سوار شود.

• «تغییر مفید». این دسته از موتاسیون‌ها نادرند ولی گاه رخ می‌دهند. این موتاسیون‌ها اگرچه نادر هستند ولی فراوانی آنها افزایش می‌یابد. در نهایت تنها منبعی هستند که تمام تغییرات تکاملی از طریق انتخاب طبیعی روی آنها انجام می‌شود.

تمام ژن‌ها در تمام موجودات زمین بصورت موتاسیون‌هایی آغاز شده‌اند گرچه در ابتدا نادر بوده‌اند ولی بتدریج فراوانی آنها افزایش یافته است. موتاسیون‌ها بعنوان یک منبع ژن‌های جدید قسمت کلیدی فرایند تکامل محسوب می‌شوند. یک ژن دچار افزایش یا کاهش فراوانی نمی‌شود مگر اینکه ابتدا ظاهر شود. موتاسیون است که این کار را می‌کند.

داروین و ایده بزرگ او

نمی‌توان بدون اشاره به چارلز داروین (1882-1809) از تکامل صحبت کرد. او یک پزشک و الهی‌دان بود ولی شیفتگی او به تاریخ طبیعی و جغرافی باعث شد که بصورت یک مرد شریف همراه یک کشتی (HMS Beagle) شود و به آمریکای جنوبی برود در حالی که هدف او نقشه‌برداری منطقه و فرستادن گیاهان، حیوانات و فسیل‌ها به انگلستان بود. سفر او 5 سال (36-1831)‌ طول کشید.

چند چیز باعث شد که داروین در مورد تغییرات یک گونه در طول زمان به اندیشه فرو رود: تنوع حیات که او در طول سفر خود مشاهده می‌کرد، ‌الگوهای جغرافیایی که باعث می‌شود گونه‌های متفاوت ولی خویشاوند نزدیک هم زندگی کنند و فسیل‌هایی که برایش روشن می‌ساخت که گونه‌های موجود در عصر حاضر همان‌هایی نیستند که در گذشته وجود داشته‌اند.

داروین در سال 1836 به انگلستان باز گشت و نوشته‌ها و نمونه‌های ارسالی او در میان دانشمندان عصرش معروفیت و اهمیت خاصی یافت. در سال 1838 داروین تئوری خود را بصورت مفصل‌تر طراحی کرد مبنی بر اینکه چگونه تغییرات جزئی ناشی از انتخاب طبیعی منجر به تغییراتی در گونه موجود می‌شود و حتی گونه جدیدی را شکل می‌دهد.

داروین در 20 سال بعد به توسعه و تصفیه ایده‌های خود پرداخت. در سال 1859 اثر اصلی او بنام «منشأ انواع» منتشر شد که مبانی تئوری تکامل در آن ارائه شده است. در مباحث بعد نکات برجسته‌ ایده‌های داروین مورد اشاره قرار می‌گیرد. آثار دیگر شامل «تبار انسان؛ و انتخاب در رابطه با جنسیت» (1871) و «بروز عواطف در انسان‌ها و حیوانات» می‌باشد. داروین کلمه ژن را به کار نبرده ولی در اکثر کتاب‌هایش به «کاراکترها» اشاره می‌کند ولی از آنجا که تمرکز او روی کاراکترهای قابل توارث بوده (یعنی چیزهایی که از والدین به فرزندان منتقل می‌شود) می‌توان آن را مستقیماً با ژن‌ها مرتبط دانست.

انتخاب طبیعی

یک از ایده‌های بزرگ داروین «انتخاب طبیعی» است. ‌مکانیسمی که او برای توصیف چیزی پیشنهاد می‌کند که خود آن را «اعقاب با تغییر» می‌نامد باین معنی که موجود زنده در نسل‌های متوالی تغییر می‌یابد. امروزه به مفهوم انتخاب طبیعی باین معنی نگاه می‌کنیم که چگونه می‌تواند تغییر فراوانی ژنها را در طی نسل‌ها ایجاد کند.

اساساً داروین می‌دانست که برخی کاراکترها (صفات) از یک نسل به نسل دیگر می‌روند و برخی نمیروند. آنچه او می‌خواست بفهمد این بود که چگونه اعقاب و نتاج موجودات زنده همراه با تغییر می‌باشد. نیروی پشت این تغییر چیست؟ ‌او نتیجه می‌گیرد که نیرو و انگیزه اصلی آن فرایند انتخاب طبیعی است: تمامی افراد موجود در یک نسل شانس یکسانی برای شراکت در نسل آینده را ندارند. انتخاب به نفع برخی و به ضرر برخی دیگر عمل می‌کند. داروین بصورت خلاصه بیان می‌کند که انتخاب طبیعی شبیه فرایند انتخاب مصنوعی در دامداری‌ها و کشاورزی عمل می‌کند:

• «انتخاب مصنوعی». قبل از داروین بسیاری از باغداران و دامداران انتخاب مصنوعی انجام می‌دادند: ‌مرغ‌هایی که تخم بیشتری می‌گذاشتند. ‌گاوهایی که شیر بیشتری می‌دادند. ‌بنفشه‌هایی که روشن‌تر و عمر طولانی داشتند. و این لیست ادامه دارد. اساساً انسان نقش مهمی در تکامل گیاهان و حیوانات در عرصه کشاورزی داشته است. ما انسان‌ها تصمیم می‌گیریم که کدام یک از ژنها در نسل آینده حضور پیدا کنند. گاوهای پرشیر گاوهایی هستند که بصورت انتخابی برگزیده می‌شوند تا در گله حضور یابند و تولید گاوهای شیری بهتری کنند. گاوهایی که شیر کمی تولید می‌کنند، ‌کشته و خورده می‌شوند. در نتیجه ما انسان‌ها بعنوان عامل انتخاب‌کننده عمل می‌کنیم و در دور نسبتاً کوتاهی خصوصیات موجودات زنده‌ای را که اصلاح می‌کنیم تغییر میدهیم.

• «انتخاب طبیعی». داروین بر آن است که اگر انسان‌ها از طریق فرایند انتخاب مصنوعی می‌توانند چنین تفاوت مهمی را در یک دوره زمانی کوتاه ایجاد کنند، ‌در این صورت محیط طبیعی که در مقیاس زمانی بلندتری عمل می‌کند نیز می‌تواند تغییرات بزرگ‌تری را ایجاد نماید. داروین این تغییرات را انتخاب طبیعی نامید زیرا توسط محیط طبیعی و نه انسان اعمال می‌شوند.

در انتخاب مصنوعی، کشاورز و متخصصین اصلاح نژاد تعیین می‌کنند که چه صفاتی را دوست دارند و سعی دارند آنها را در گله تکثیر کنند. در انتخاب طبیعی نوع مشابهی از انتخاب رخ می‌دهد ولی عامل انتخاب‌کننده انسان نیست بلکه طبیعت یا محیطی است که حیوانات در آن بسر می‌برند. برای درک بهتر تفاوت بین انتخاب مصنوعی و انتخاب طبیعی مثال گاو را در نظر بگیرید. مزرعه‌داران در مزرعه خود بصورت مصنوعی به نفع گاوهایی عمل می‌کنند که شیر بیشتری تولید می‌کنند. در شرایط وحش انتخاب طبیعی به نفع گاوهایی است که به اندازه‌ای شیر تولید می‌کنند که بتوانند گوساله‌های خود را تغذیه کنند و بتوانند وظایف و اعمالی را که گاو برای زنده ماندن به آن نیاز دارد انجام دهند.

اینکه انتخاب طبیعی به نفع یک فرد هست یا نه، تابعی از خصوصیات قابل توارث ویژه او است. برخی خصوصیات احتمال آن را که فرد آن را داشته و به نسل بعد منتقل سازند را افزایش می‌دهند و برخی کاهش می‌دهند. باین معنی که موجودات دسته اول در مقایسه با دسته دوم تولید مثل بالاتری دارند. باین ترتیب یک نسل متفاوت از نسل بعدی می‌شود و نسل بعدی متفاوت از نسل بعدتر و همین گونه الی آخر.

یک مثال دیگر بزنیم: یک گله شیر را در نظر بگیریم. نیمی از آنها خصوصیت شکار، دو سریع و توانایی گرفتن غزال‌ها را دارند و نیم دیگر تنبل هستند و فقط به فکر خوابیدن می‌باشند. اگر همه این شیرها را در سرنگتی رها کنیم، بدیهی است که شیرهای دسته اول به فعالیت پرداخته و انرژی کافی بدست می‌آورند و تولید مثل می‌کنند و بچه تولید می‌کنند. اگر بعد از چند نسل دوباره این جامعه را بررسی کنیم متوجه خواهیم شد شیرهای تنبل کمتر شده‌اند. می‌بینیم تکامل از طریق انتخاب طبیعی کار خود را کرده است.

تولید گونه جدید

بنظر داروین از آنجا که افراد خصوصیات‌ متفاوتی دارند و از آنجا که این تفاوت‌ها بر شانس بقا و تولید مثل آنها اثر می‌گذارند، لذا برخی خصوصیات با احتمال بیشتری به نسل بعد منتقل می‌شوند. بنظر او در نتیجه این فرایند، فراوانی خصوصیات در طول نسل‌ها تغییر می‌کند. وقتی چند نسل‌ می‌گذرد و مجموعه این تغییرات تکاملی اندک روی هم جمع می‌شوند، نتیجه ایجاد موجودی است که بصورت یک گونه کاملاً متفاوت ظاهر می‌شود.

تصور کنیم دو دسته حیوان مشابه در منطقه‌ای زندگی می‌کنند. هر جمعیت در جای متفاوتی بسر می‌برد و با هم جفتگیری نمی‌کنند. نیروی انتخاب در این دو محل متفاوت و ترکیبی از عواملی است که ما آن را بنام محیط می‌شناسیم. چه بسا بهتر باشد در یک محیط نوک پرنده‌ها بلند باشد و در محیط دیگر کوتاه باشد. تفاوت‌های محیطی مهم دیگری نیز وجود دارد. فرضاً یک گروه در منطقه‌ کوهستانی و مرطوب و دیگری در منطقه خشک زندگی می‌کنند. در چنین وضعیتی، ‌فراوانی ژنی در یک محل به یک شیوه و در محل دیگر بشیوه دیگر تغییر می‌کند و در یک دوره طولانی دو جمعیت بقدری متفاوت می‌شوند که دیگر قادر به جفتگیری با هم نیستند. باین صورت یک «گونه جدید» ایجاد شده است. گونه اولیه به دو گونه تبدیل شده است.

امروزه دانشمندان می‌توانند تمام مراحل ایجاد گونه در دنیای طبیعی را تعیین کنند. می‌توانند جفت گونه‌هایی را پیدا کنند که بنظر میرسد اخیراً از یک گونه منفرد بوجود آمده‌اند و یا جفت جمعیت‌هایی را پیدا کنند که در شرف تبدیل شدن به دو گونه متمایز می‌باشند. گاه دو جمعیت بقدری به تفرق گونه‌ای نزدیک هستند که فقط باید یک تغییر محیطی یا سکونت‌گاهی اندک بوجود آید و آنها را کاملاً از هم جدا نماید و یک گونه به دو گونه مجزا تبدیل شوند.

موضوعیت ایجاد گونه جدید در زمان داروین موضوع داغی بود و اکنون هم داغ است زیرا موجودات مختلف را به نیاکان آنها ارتباط می‌دهد که در مورد ماهی، درختان بلوط و بی‌مهرگان مشکلی ایجاد نمی‌کند ولی وقتی در مورد انسان بحث می‌شود مشکلاتی بوجود می‌آید.

شایستگی و انتخاب طبیعی

فرایند تکامل از طریق انتخاب طبیعی از طریق تفاوت در «شایستگی» یا موفقیت یک موجود زنده در انتقال ژن‌ها به نسل آینده شکل می‌گیرد. بطور مختصر شایستگی بمعنی آ‌ن است که یک فرد یا موجود زنده به چه خوبی بتواند تولید مثل کند. خصوصیات (یا ژن‌هایی)، که شایستگی فرد را افزایش می‌دهند خصوصیاتی هستند که باحتمال بیشتر ژن‌های فرد را به نسل آینده انتقال می‌دهند. این فرایند نشان می‌دهد که چگونه فراوانی ژن‌ها در طول زمان تغییر می‌کند.

در فرایند تکامل، شایستگی ربط چندانی به رنگ پوست ندارد بلکه معیاری از موفقیت تولید مثلی تفاضلی فرد در میان افراد مختلف می‌باشد. به کوتاه سخن فرد با شایستگی بیشتر تعداد بچه بیشتری تولید می‌کند. اگر یک فرد دو برابر فرد دیگر بچه تولید کند و همه شرایط دیگر برای آنها یکسان باشد، شایستگی اولی دو برابر دومی است.

درک خصوصیات سازگار

برخی تغییرات تکاملی، «سازگار» یا انطباقی (Adaptive) می‌باشند یعنی آن خصوصیت در نتیجه انتخاب طبیعی و به طریقی تغییر کرده است که باعث می‌شود آن خصوصیت بهتر بتواند وظایف خود را اجرا کند. یک مثال کلاسیک سازگاری، مثال غزال‌ها و چیتاها است. ‌غزال‌ها از چیتاها فرار می‌کنند. غزال‌های کندرو زودتر تبدیل به غذای چیتا می‌شوند. پس غزال‌های تندرو باقی مانده و تولید مثل می‌کنند. در نسل بعد غزال‌ها بطور متوسط تندروتر هستند زیرا صفت فرار از دست چیتاها در آنها ظهور یافته است. ملاحظه می‌شود که توانایی فرار برای آنها یک نوع سازگاری است.

همیشه نمی‌توان گفت که آیا یک ویژگی خاص سازگار است یا نه زیرا گاه اوقات چیزهایی که بنظر سازگار میرسند در واقع سازگار نیستند. فرضاً گربه‌ای می‌خرید و تصمیم می‌گیرید غذایش را در خارج خانه بدهید. متوجه می‌شوید که پرندگان غذایش را می‌خورند. شاید با دانستن اطلاعاتی در مورد تکامل فکر کنید خوردن از کاسه گربه برای پرندگان خوب است. آنها انرژی خوبی برای خواندن آواز، بنای آشیانه و پرورش بچه‌ها می‌یابند. اگر این رفتار غذایابی موفق را در محیط متفاوتی مشاهده کنید ممکن است نتیجه بگیرید که پرندگان در نتیجه انتخاب طبیعی از کاهش غذای گربه‌های شما غذا می‌یابند. ولی خوردن غذای گربه یک سازگاری نیست. پرندگان به گونه‌ای ظاهر نشده‌اند که از کاسه غذای گربه غذا بخورند. این یک رفتار فرصت‌طلبانه است.

تکامل بعد از داروین

داروین ایده مهمی را در مورد ژن‌ها ارائه داد. او مطالب چندانی در مورد ژن و DNA نمی‌دانست ولی رشته تکامل را آغاز کرده بود. امروزه دانشمندان بخوبی می‌دانند که فرایند تکامل دقیقاً بهمان صورتی رخ می‌دهد که داروین آن را پیشنهاد کرده بود: در هر جمعیت انتخاب طبیعی منجر به تغییراتی در طول زمان می‌شود و ژن‌های خوب (ژن‌هایی که باعث شایستگی بیشتر فرد می‌شوند و به آنها شانس بقای بیشتری می‌دهند که بتوانند تولید مثل بیشتری انجام دهند) در طول زمان افزایش می‌یابند. علم تکامل امروز شامل مطالبی است که داروین به آنها اشاره نکرده است:

• بسیاری از موتاسیون‌ها DNA از نظر انتخابی خنثی هستند. کدهای DNA دارای مقدار خاصی تکرار است باین معنی که بسیاری از تغییرات در DNA منجر به تغییر امتیاز شایستگی و یا هزینه شایستگی نخواهد شد. مقدار افزایش یا کاهش این ژن‌ها در جمعیت بطور کلی تابع شانس است.

• عامل شانس عامل مهمی در تغییرات و فراوانی ژن‌ها در طول زمان است. فرض کنید نیمی از گوزن‌های موجود در جنگل چشمان آبی و نیمی چشمان قهوه‌ای دارند. اکنون فرض کنید تعدادی از درختها سقوط کرده و روی گوزن‌هایی می‌بافتد که چشمان آبی دارند. حالا اگر همه شرایط یکسان باشد، در نسل بعد نسبت بالاتری از افراد چشمان قهوه‌ای خواهند داشت. در اینجا تکامل رخ داده ولی نه در نتیجه انتخاب طبیعی. شاید فکر کنید یکی دو گوزن اگر به این صورت از بین بروند نباید تغییرات تندی در جمعیت ایجاد شود. این فرض در جمعیت‌های بزرگ درست است ولی در جمعیت‌های کوچک تنها وجود یک یا چند گوزن اضافی ممکن است تفاوتی را ایجاد کند که در آینده براحتی بتوان آن را تشخیص داد. وقتی جععیت بزرگ است، حوادث مبتنی بر شانس مهم نیستند ولی وقتی جمعیت کوچک است حوادث شانسی و تصادفی تغییرات بزرگی ایجاد می‌کنند.

• نکته دیگر اینکه همه خصوصیات یک موجود زنده خاص همبستگی مثبت با شایستگی او ندارد. این ایده از آنجا نشأت می‌گیرد که برخی دانشمندان فکر می‌کنند که همه تغییرات تکاملی در نتیجه انتخاب طبیعی نیست. گاه در نتیجه شانس ایجاد می‌شود و گاه درنتیجه ژن‌های بد ایجاد می‌شود و خود را همراه ژن‌های خوبی به آینده جمعیت تحمیل می‌کند که موجب افزایش شایستگی حیوان میشده است.

• «اثر محیط بر شایستگی». جمعیت‌ها در مکانهای مختلف نیروهای انتخابی متفاوتی را تجربه می‌کنند. برای مثال ژن توانایی زنده ماندن طولانی‌مدت بدون آب در بیابان برای فرد امتیاز محسوب می‌شود ولی در جنگل بارانی همان ژن اثر نامطلوب دارد. تعامل بین ژن و محیط از نظر افزایش یا کاهش شایستگی ژن نقش مهمی دارد.

کم‌خونی داسی‌شکل مثال آن است که نشان می‌دهد چگونه محیط تعیین می‌کند که آیا یک ژن خاص شایستگی را افزایش یا کاهش می‌دهد. در این بیماری شکل متفاوتی از هموگلوبین تولید می‌شود. شدیدترین مورد آن زمانی حاصل می‌شود که فرد دو نسخه ژن سلول داسی را داشته باشد (یکی از مادر و یکی از پدر). با این حال داشتن حتی یک ژن از این بیماری نیز تولید بیماری می‌کند. در نگاه اول آشکار است که این ژن شایستگی کسی را افزایش نمی‌دهد ولی میدانیم که این ژن در برخی مناطق آفریقا دارای فراوانی بالایی است. با بررسی موضوع از دیدگاه تکاملی دانشمندان چیز مهمی را در مورد ژن بیماری کمخونی داسی‌شکل متوجه شدند: داشتن یک نسخه ژن این بیماری به فرد کمک می‌کند تا در برابر بیماری مالاریا مقاومت بیشتری داشته باشد. مالاریا مختص مناطقی از آفریقا است که این ژن فراوانی بالایی دارد. بنابرین ملاحظه می‌شود که داشتن این ژن مثلا در کشور آمریکا بد است ولی قبل از بدست آوردن داروهای ضد مالاریا ژن خوبی برای بخشی از آ‌فریقا بوده است.

کاربرد تکامل در امروز

علم تکامل بخودیخود علم جالبی است و می‌توان بدنبال آن رفت و مطالبی در مورد آن آموخت ولی بنظر می‌رسد که سال‌ها آ‌موختن و مطالعه و نوشتن در مورد آن نتایج بیشتری در بر دارد. اطلاعات مربوط به تکامل فقط برای سخنرانی در حلقه‌های علمی دانشگاهی نیست: ‌درک تکامل و اینکه چگونه عمل می‌کند چیزهای زیادی را برای ما میسر می‌سازد. در ادامه نمونه‌های کوچکی از بکارگیری جنبه‌های مختلف بیولوژی تکاملی در دنیای امروز معرفی شده است.

محافظت

درک تکامل کمک شایان توجهی به محفاظت گرایان در کوشش‌های محافطتی آنها برای گونه‌‌های در معرض خطر می‌کند. وقتی منابع محدود باشد (کما اینکه اغلب این گونه است) دانشمندان مجبورند انتخاب‌هایی در مورد مناطق طبیعی انجام دهند که باید مورد محافظت قرار گیرد و یا جمعیتی از یک گونه که باید عملیات محافظتی روی آن تمرکز یابد. درک تکامل به آنها کمک می‌کند تا بخوبی تصمیم بگیرند که منابع را چگونه تخصیص دهند.

برای مثال بسیاری از مردم فکر می‌کنند که عامل کلیدی برای محافظت از گونه‌های در معرض خطر آن است که تعداد هر چه بیشتری از آنها را نگه دارند ولی درک بیولوژی تکاملی و الگوهای تنوع موجود در جمعیت‌های طبیعی آن گونه به ما کمک می‌کند که کلید واقعی در حفظ تنوع ژنتیکی ‌آنها را درک کنیم. اگر دو جمعیت از نظر ژنتیکی متفاوت باشند، ‌بخشی از یک برنامه مدیریت محافظتی زنده آنها حفاظت تنوع آنها به دو دلیل زیرین است:

• این تنوع از خصوصیات گونه‌ای است که دانشمندان می‌خواهند آن را محافظت کنند.

• تنوع طبیعی موجود اجاره می‌دهد گونه مورد نظر در برابر تغییرات آینده محیطی پاسخ دهد.

نکته دیگری که تکامل می‌آموزد (بویژه تکامل از طریق حوادث طبیعی) این است که ما نباید اجازه بدهیم جمعیت‌های در معرض خطر به تعداد بحرانی کاهش یابند. در جمعیی‌ها کوچک، تنوعی که می‌خواهیم آن را حفظ کنیم (جوهر آن چیزی که باعث می‌شود یک گونه خاص منحصر بفرد باشد) در معرض خطر از بین رفتن در اثر حوادث تصادفی است که در جمعیت‌های بزرگ‌تر اهمیت چندانی ندارد.

کشاورزی

اگرچه انسان هزاران سال است به پرورش و اصلاح نژاد دام‌ها و گیاهان می‌پردازد ولی درک او از فرایندهای تکاملی در زمان‌های اخیر باعث شده است که بتواند این وظیفه را به مدل علمی انجام دهیم. در ادامه نمونه‌هایی در زمینه کشاورزی ارائه شده است که در آن می‌توان از درک مفاهیم و فرایندهای تکاملی و اصول آن بهره‌برداری کرد:

• «پیشرفت‌های اصلاحی». درک جزئیات فرایند تکامل به ما کمک می‌کند تا استراتژی‌های اصلاح نژادی جدیدی طراحی و توصیه کنیم. میتوان به برنامه‌های اصلاحی اشاره کرد که بصورت موفقیت‌آمیزی در مرغ خانگی موجب اصلاح و افزایش تولید تخم مرغ شده است و این کار از طریق انتخاب مرغ هایی بوده است که بصورت دسته‌جمعی در قفس‌های تخمگذاری نگهداری می‌شوند. در حالی که این گونه عملیات وضعیت طبیعی نیست و در کشاورزی قبل از توسعه علمی مشکلات جدی ایجاد می‌کرده است.

• «تنوع محصول». تنوع ژنتیکی موجود به جمعیت‌ها اجازه می‌دهد به تغییرات محیطی پاسخ دهند. در غیاب این گونه تنوعات، جمعیت‌ها در نتیجه یک تغییر محیطی ناگهانی از بین میروند. در صورتی که محصول مشابهی را در زمین‌های وسیعی کشت کنید، خطر آن وجود دارد که با یک فاجعه کشاروزی روبرو شوید. نمونه آن؟ قحطی سیب زمینی در ایرلند. در آن سال در سراسر ایرلند گیاه سیب زمینی مشابهی کشت شد و ناگهان بیماری به یکی از این بوته‌های سیب‌زمینی حمله کرد و آنگاه تمام کشور مبتلا شد. نتیجه فاجعه‌بار بود.

• «تاریخچه محصولات». بیولوژی تکاملی به دانشمندان اجازه می‌دهد که تاریخچه گیاهان زارعی را درک کنند. برای مثال ذرت توسط بومیان آمریکا اهلی شده ولی برای مدت‌های مدیدی زیست‌شناسان نمی‌دانستند این گیاه از کدام گیاه وحشی بدست آمده است. اکنون مطالعات مفصل در مورد ارتباط‌های تکاملی گیاهان به دانشمندان اجازه می‌دهد که بخوبی و با دقت کافی گیاهان وحشی را که ذرت امروزین بصورت مصنوعی از میان آنها انتخب شده‌اند را تعیین نمایند. با یافتن گیاهان والد، بهتر می‌توان دانست چگونه این گیاه در حضور حشرات و آفات میکروبی زنده می‌مانند بطوری که حتی بهتر بتوان تولید آنها را توسعه داد.

پزشکی

حوزه بیولوژی تکاملی در سه روش کلیدی حرفه پزشکی را تحت تأثیر قرار می‌دهد: تعیین اینکه چه بیماری‌های انسانی رخ داده است، ‌درک اینکه اکنون چه رخ می‌دهد و کوشش در پیش‌بینی آنچه در آینده رخ می‌دهد. هر سه این موضوعات به محققین کمک می‌کند استراتژی‌هایی را برای پیشگیری و درمان بیماری‌های کوچک و بزرگ انسان بوجود آورند.

یکی از حوزه‌های اساسی و پراهمیت پزشکی امروز تکامل میکروب‌ها (ویروس‌ها، باکتری‌ها و دیگر موجودات میکروسکپیک که تولید عفونت می‌کنند) است که بصورت روزافزونی در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها مقاومت ایجاد می‌کنند. هر چه محققین مطالب بیشتری در مورد چگونگی و چرایی ظهور این ونه میکروب‌ها بدانند بهتر میتوانند با اثرات این بیماری‌ها مقابله کنند. برای مثال فرض کنید ویروسی باعث بیماری ایدز می‌شود. بازسازی تاریخچه تکاملی این بیماری به محققین کمک می‌کند تا توسعه ویروس‌های کمبود ایمنی انسان (HIV) را در سرتاسر کره زمین بهتر درک و ردیابی کنند و نیز رابطه بین ویروس‌های انسانی و ویروس‌های کاهش ایمنی دیگر حیوانات را تعیین کنند. از این گونه مطالعات بود که دانشمندان متوجه شدند که این ویروس‌ها همیشه در میزبانهای خود ایجاد بیماری نمی‌کنند. از طریق مطالعه ویروس‌های بی‌ضرر و خویشاوندان آنها محققین بهتر می‌توانند بفهمند که چرا این بیماری در انسان این قدر خطرناک است.

مطالعه بیولوژی تکاملی همچنین برای درمان بیماریها نیز بکار می‌رود. هم‌اکنون درمان داروهای سه‌گانه مداوای بیماری ایدز در افراد HIVمثبت نتیجه مستقیم دانش دانشمندان در زمینه چگونگی مقاومت آنتی‌بیوتیکی میکروب‌ها است:‌ با وجود اینکه موتاسیون در ویروس HIV آن را نسبت به داروها مقاوم می‌کند ولی برای ویروس مشکل است که همزمان در برابر همه داروها مقاومت به خرج دهد. نکته آخر اینکه با بررسی اینکه چگونه HIV مقاومت در برابر داروها را کسب می‌کند، ‌دانشمندان امیدوارند نه تنها داروهای بهتری برای درمان این بیماری بوجود ‌آورند بلکه چگونه می‌توانند واکسن مناسبی برای آن ایجاد کنند.

نکته آخر

تکامل مسابقه‌ای برای خط پایانی عالم نیست. هیچ گونه‌ای بیشتر از گونه دیگر ظاهر نشده است. هر موجود زنده‌ای از نیاکان مشترکی بوجود آمده است. تمامی خطوط ژنتیکی متفاوت برای مدت زمانی مشابهی ظاهر شده‌اند. درست است که انسان از نظر کارهایی که انجام می‌دهد بهتر از یک درخت بلوط است ولی آیا انسان می‌تواند جایی روی زمین بایستد و انرژی جذب کند؟. کاری که درخت بلوط بخوبی انجام می‌دهد. دلیل اینکه زندگی و حیات این همه متنوع و متفاوت است این است که محیط‌های متفاوت برای نتایج متفاوت انتخاب شده است.

تکامل را دیگر مثل پله‌هایی به سمت قله نردبان حیات نمیدانند که در آن نظم‌های عالی پله‌های بالاتر و موجودات پست‌تر پله‌های پایین‌تر را اشغال کنند. در واقع تکامل ضرورتاً به ظهور اشکال پیچیده حیات منجر نمی‌شود. ممکن است این مسئله کوچک بنظر برسد ولی اهمیت زیادی دارد و بسیاری از مردم وقتی صحبت از تبدیل میمون به انسان می‌شود این موضوعات را فراموش می‌کنند. تکاملی که پیشرفت و تکامل انسان را طی مراحلی نشان می‌دهد که از میمون تبدیل به بوزینه شد و سپس به غارها رفت و تبدیل به یک سرمایه‌گذار بانکی شد. گرچه می‌توان آرگومان دیگری بیان داشت که غارنشین تبدیل به سرمایه‌گذار بانکی شد و در نتیجه یک سری زمانی حقیقی را شکل داد در حالی که همزمان نخستی‌ها نیز در اطراف او هستند و همانند انسان ظهور یافته‌اند.

تکامل می‌تواند منجر به پیچیدگی بیشتر شود ولی همیشه این گونه نیست. در سرتاسر تاریخچه سیاره زمین، از زمانی که اولین موجودات تک‌سلولی شکل گرفتند، ‌چیزی جز ظهور اندازه‌های متفاوت و پیچیدگی فیزیکی اشکار در میان موجدات زنده وجود نداشته است ولی بمحض اینکه موجودات بزرگ‌تر و پیچیده‌تر ظاهر شدند، این امکان بوجود آمد که برخی تبدیل به اشیاء‌ کوچک‌تر شوند. برای مثل پارازیت‌ها بسیاری از کارکردهای خود را از دست دادند تا بتوانند میزبان‌های خود را اغوا کنند. چشم موجودات غارنشین مثال دیگری است. آنها بدون اینکه نیازی به ساختارهای پیچیده چشم داشته باشند موتاسیون‌هایی را تجربه کردند که منجر به کاهش توان دید آنها شد.

نویسنده مقاله :

Greg Krukonis, PhD, and Tracy Barr. 2008. Evolution for dummies. Wiley Publishing, Inc., Indianapolis, Indiana

منبع :

سایت دانستنی حیوانات - http://animal-informatics.com