آشنایی با فرگشت؛ فرگشت چیست؟

فرگشت (یا تکامل) [Evolution] یک نظریه علمی در مورد تحولات عالم جانداران است.

شاید ریشه‌ی نادرست فهم از نظریه، ترجمه‌ی غلط‌انداز واژه evolution به «تکامل» باشد. این لغت به معنی «بر آمدن» و «فرگشت»، اشاره به بوجود آمدن چیزی از چیز دیگر دارد، مثل بوجود آمدن بخار از آب. برخلاف تصور عموم، نظریه «فرگشت» به معنای اخلاقی و حاکی از «کمال یافتن» جانداران نیست. این واژه هیچ بار اخلاقی ندارد بلکه تنها تغییر جاندارن را برای انطباق بیشتر با محیط نشان می‌دهد. متاسفانه واژه‌ی تکامل به عنوان یک غلط رایج جا افتاده است.

چرا نظریه فرگشت انقلابی در علم پدید آورد؟

ارسطو طبیعت را معجونی از امیال و غایات می دانست، مثلاً تبخیر آب را به این علت می دانست که آب برای رسیدن به کمال به سمت بالا حرکت می‌کند یا می‌گفت سنگ به این علت به پایین می‌افتد که می خواهد به جایگاه طبیعی خود برسد که پایین است؛ یا تیر به این علت مدتی پس از پرتاب به زمین می افتد که میل طبیعی اجسام به سکون است. تبیین های ارسطویی نمونه ی نگاه غایت انگار به جهان است. غایت انگاری یک نگاه پیشاعلمی به جهان است. غایت انگار همه ی اجزای طبیعت را مانند انسان ها دارای امیال و مقاصد می داند. درست مانند کودکی که فکر می کند اسباب بازی هایش هم مانند خودش گرسنه و ناراحت می شوند. غایت انگاری دو هزار سال پس از ارسطو هم بر طرز تفکر جامعه بشری سایه افکند و فرهنگ ها و ادیان جهان را تحت تاثیر قرار داد. این جهان بینی انسان را مرکز و محور جهان می دانست۱٫

نیوتون با نشان دادن قانون‌مندی حرکت های فیزیکی نشان داد که همه ی کار جهان برای منفعت انسان نیست. قانون های نیوتون نشان می داد که حرکت های ابر و باد و.. تنها به علت تاثیر نیروهای طبیعی بر آنهاست. این حرکت علمی سرآغاز تحول فکری اروپا شد. اندیشه ی علمی و روش تجربی، بنیان معارف باستانی را برافکنند و پیشرفت های روز افزون مغرب زمین آغاز شد.

نیوتون مکانیک ارسطویی را باطل کرد، اما ابطال کامل زیست‌شناسی ارسطویی کار شگرف داروین بود. ارسطو فکر می کرد که گونه‌های جانداران از ابتدای جهان به صورت کنونی از هم جدا بوده‌اند، چون هیچ کس ندیده که میمونی انسان بزاید. میمون همیشه میمون می زاید!

در میانه ی قرن نوزدهم دنیای فیزیک و شیمی دنیای قانون ها بود اما قوانین حاکم بر جهان جانداران هنوز در پرده ای از ابهام بودند. داروین نشان داد که چگونه موجودات زنده طی یک فرایند کاملاً طبیعی فرگشت یافته اند. به گفته خود او: «ایجاد گرامی‌ترین چیزهایی که می شناسیم، یعنی ایجاد جانداران عالی، مستقیماً محصول ستیزه ی طبیعت، قحطی و مرگ است.»[۴] امروزه دانش زیست شناسی با صراحت اعلام می کند که حیات در عین پیچیدگی، جلوه ای از واکنش های شیمیایی و فیزیکی است.

فرگشت، زیست‌شناسی را از علمی مشاهده ای و توصیفی به علمی فعال و تجربی تبدیل کرد. زیست‌شناسان پیش از داروین جانداران را تنها مشاهده یا حداکثر تشریح می کردند. او تنها نظاره‌گر بود؛ نه می توانست تحلیل کند، و نه به چراها و چگونه ها پاسخ گوید. داروین راهی را نشان داد که در آن باید به هر جانور، اندام تا مولکول زیستی به شکل یک سوال نگریست. باید همه اطلاعات را تحلیل کرد و به جواب رسید. شیوه تفکر داروینی تاثیر عمیقی بر ادراک دانشمندان همه ی علوم تجربی و انسانی بر جای گذاشت.

داروین چه گفت؟

چارلز داروین زیست شناس بریتانیایی، پس از سی سال مطالعه و بررسی شواهد سفر تحقیقاتی پنج ساله‌اش به دور دنیا، در سال ۱۸۵۹ نظریه ی فرگشت را در تاثیر گذارترین کتاب تمام دوران ها، یعنی «منشاء انواع بوسیله به انتخاب طبیعی»۲ به جهان علم عرضه کرد.

نظریه فرگشت داروین را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

تعداد زادگان (نوزادان) بیشتر از والدین است.

تعداد افراد در جمعیت تقریباً عددی ثابت است.

زادگان تفاوتهایی جزئی با والدین خود دارند.

تنها زادگانی زنده می مانند که سازش بیشتری با محیط داشته باشند.

در طبیعت، افرادی که مزیتی هرچند اندک، بر دیگران داشته باشند شانس بیشتری برای زنده ماندن و تولید مثل دارند. در دراز مدت نسل این افراد، جمعیت غالب گونه را تشکیل خواهد داد. داروین این فرایند را انتخاب طبیعی نامید.

با پیشرفت فزاینده ی علوم مختلف، نظریه ی فرگشت نیز منسجم‌تر شد و حیطه های جدیدی مانند علم ژنتیک و زیست شناسی مولکولی را در بر گرفت. امروزه از نظریه ی پیشرفته تر فرگشت تحت عنوان «تلفیق نوین» یا «سنتز جدید» استفاده می شود.

مکانیسم فرگشت

ژن

یک CD صوتی حاوی اطلاعات لازم برای پخش موسیقی است اما سر و صدا نمی کند! برای شنیدن موسیقی باید اطلاعات CD را در دستگاهی اجرا کرد. ژن ها هم حاوی اطلاعات هستند و برای انجام کار باید این اطلاعات اجرا بشود. به بیان علمی باید ژن بیان بشود. بیان شدن ژن بدین صورت است که از روی اطلاعات موجود بر روی ژن، پروتئین ساخته می شود و پروتئین ها هر کدام کاری را در بدن انجام می دهند.

ژن قسمتی از مولکولی خطی به نام DNA است که اطلاعات لازم برای ساخت یک پروتئین را در خود دارد. این اطلاعات در DNA به وسیله توالی مشخصی از چهار کد مختلف حفظ می شود. DNA از چهار زیرواحد آدنین(A) ، تیمین (T) ، سیتوزین(C) و گوانین (G) تشکیل شده است.

ژنوم

به مجموعه ی کل DNA های موجود در سلول ژنوم گفته می شود. ژنوم اطلاعات لازم برای تمام اعمال سلول را در خود دارد. ژنوم باکتری ها به صورت یک DNA خطی و حلقوی است، اما ژنوم دیگر جانداران بصورت چندین قطعه جداگانه است که کروموزوم نامیده می شوند.

جهش

گفتیم که DNA دارای توالی مشخصی از چهار کد است. هر گونه تغییر در این کدها جهش نام دارد. عوامل گوناگونی می توانند جهش ها را بوجود آورند. برخی مواد شیمیایی (که در درون سلول ها هم وجود دارد) جهش زا هستند. عوامل فیزیکی مانند حرارت و پرتوهای ماورا بنفش و پرتوهای رادیواکتیو نیز جهش زا هستند. جهش در فرایند تولید مثل نیز رخ می دهد. در تولید مثل، کد ژنتیکی باید دو برابر شود ولی در این فرایند اشتباه هایی هم رخ می دهد و موجب می شود که کپی دقیقاً برابر با اصل نباشد.

جهش ها انواع گوناگونی دارند. تغییر در یک حرف از کد ژنتیکی جهش نقطه ای نامیده می شود. جهش های وسیعتر مجموعه ای از کدها را دستخوش تغییر می کنند. تغییر در کروموزوم ها به طور همزمان چند هزار ژن را تغییر می دهد. یکی از مهمترین انواع این جهش ها مضاعف شدن است. در مضاعف شدن دو نسخه از یک ژن بوجود می آید. هر یک از این ژن ها می توانند جداگانه دستخوش جهش های جدید شوند و بدین ترتیب با حفظ ژن قبلی، ژن جدیدی به ژنوم جاندار اضافه شود که اندکی با ژن قبلی فرق دارد.

بیش از نود درصد از جهش ها مضر هستند. اما باقی جهش ها کم اثر، بی اثر یا مفیدند. جهش های مضر اغلب موجب مرگ جاندار می شود و به نسل بعد انتقال پیدا نمی کند، اما جهش های کم اثر، بی اثر و مفید به نسل بعد منتقل می شوند.

دو سیستم وراثت ژن

باکتری ها و برخی تک سلولی ها تولید مثل غیر جنسی دارند. در این شیوه ژنوم فرزندان و والدین کاملاً شبیه هم است؛ و فرگشت فقط به جهش ها بستگی دارد. اما در تولید مثل جنسی، فرزند نیمی از ژن هایش را از پدر و نیم دیگر را از مادر دریافت می کند. این سیتم دو مزیت فرگشتی دارد: الف) ایجاد تنوع در جاندار تنها وابسته به جهش نیست. ب) ژنها در میان جمعیت توزیع می شوند.

توزیع ژن

فرض کنید در شهری همه مردم ژن A را دارند. در اثر جهش در یک نفر از آنها ژن A به B تبدیل می شود. این فرد پس از ازدواج ژن B را به فرزندانش منتقل می کند. پس از گذشت چند قرن با ازدواج و زاد و ولد های مکرر ژن B در سطح شهر پراکنده شده است به طوری که مثلاً ۹۰٪ درصد از مردم ژن A و ۱۰٪ باقیمانده ژن B را دارند. به همین ترتیب هر ژن جدیدی در میان جمعیت پراکنده می شود.

انتخاب طبیعی

به دلیل محدود بودن جمعیت هر جاندار همه ی نوزادان توانایی زنده ماندن را ندارند. در مثال بالا فرض کنید ژن A عامل لاغری بوده و ژن B چاقی را بوجود می آورد. با فرا رسیدن عصر یخبندان، چاق ها دارای مزیت ذخیره سازی غذا هستند و لاغرها بیشتر می میرند. بنابراین صاحبان ژن B بیشتر زنده می مانند. پس توزیع ژن در جمعیت دگرگون می شود، به شکلی که ۹۰٪ ژن B را دارند. با پایان یخبندان، چاقی نه تنها مفید نیست بلکه دردسر ساز است. همین امر دوباره توزیع ژن A را به ۹۰٪ می رساند. به این ترتیب توزیع ژن ها با تغییر محیط دچار تغییر می شود. تغییر محیط گاه آنچنان وسیع است که یکی از ژن ها را به طور کامل منقرض می کند. توجه داشته باشید که هر جاندار دارای هزاران ژن است و توزیع همه این ژن ها مرتباً در حال تغییر است. بنابراین خصوصیات جمعیت های جانداران دائماً در حال تغییر است، به صورتی که پس از گذشت چند صد هزار یا چند میلیون سال ممکن است به جاندار جدیدی تبدیل شده باشد.

یک تصویرسازی غلط اما مرسوم از مفهوم فرگشت - تکامل. فرگشت یک امر خطی نیست بلکه مثل شاخه های درخت به هر سمتی انتخاب طبیعی اعمال کند می رود.

یک تصویرسازی غلط اما مرسوم از مفهوم فرگشت – تکامل. فرگشت یک امر خطی نیست بلکه مثل شاخه های درخت به هر سمتی انتخاب طبیعی اعمال کند می رود.

جدایی تولید مثلی

گفتیم که هر جمعیت در طول زمان دچار تغییر می شود و این تغییرات در تمام جمعیت توزیع می شود. پس چگونه است که گونه های جدید بوجود می آیند؟ همانطور که همه اندام های جاندار تغییر می کنند، تغییراتی هم در خصوصیات تولید مثلی بوجود می آید. به گونه ای که ممکن است جمعیت به دو گروه تقسیم شود که دیگر توانایی تولید مثل با یکدیگر را نداشته باشند. جدایی تولید مثلی علت های مختلفی دارد:

جغرافیایی: پیشروی بیابان میتواند یک جنگل را به دو قسمت تقسیم کند؛ و جانداران این دوقسمت دیگر ارتباطی با هم نخواهند داشت. همچنین مهاجرت عده ای از افراد به سرزمینی دور، آنها را از بقیه جمعیت جدا می کند.

فیزیولوژیک: تغییر در اندام تناسلی باعث می شود که یک گروه از جمعیت توانایی تولید مثل با بقیه را نداشته باشند.

تغییر در زمان یا فصل تولید مثل: ممکن است فصل جفت گیری در برخی افراد با بقیه متفاوت شود. مثلاً همه مگس های میوه را می توان در آزمایشگاه مجبور به تولید مثل کرد ولی در طبیعت دو گروه از این مگس وجود دارد. گروهی صبح جفت گیری می کند و گروه دوم بعد از ظهر.

تغییر در عادات جفت گیری: این تغییر موجب می شود که گروهی از افراد، جفت خود را تنها از میان دیگر اعضای گروه خودش انتخاب کنند.

تغییرات سلولی: جفت گیری بین دو گروه انجام می شود، ولی لقاح ناقص است یا نوزاد می میرد. حتی ممکن است نوزاد زنده بماند ولی عقیم باشد (مثل قاطر).

جدایی تولید مثلی به هر علتی که روی دهد موجب می شود تا توزیع ژنی هر گروه از جمعیت به طور جداگانه تغییر کند، و جهش های بوجود آمده تنها در میان افراد همان گروه باقی بماند. به عبارت دیگر دو جمعیت وجود خواهد داشت که هر کدام به راه خودش می رود. پس از گذشت هزاران سال، میزان تغییرات در هر گروه آنقدر زیاد می شود که دیگر به دو گونه جاندار متمایز تبدیل می شوند. به این ترتیب دو گونه جدید از گونه اولیه بوجود می آید.

شباهت جمجمه انسان سانان با یکدیگر : انسان امروزین ، شامپانزه ، گوریل و..

شباهت جمجمه انسان سانان با یکدیگر : انسان امروزین ، شامپانزه ، گوریل و..

فرگشت کلان۳

تا این بخش از نوشتار در مورد فرگشت یک گونه در ارتباط با محیط آن (فرگشت خٌرد۵) توضیح مختصری داده شد. هر جاندار، برهم‌کنش های گسترده ای با دیگر جانداران دارد. پرنده ای حشره خوار، خودش توسط چندین صیاد شکار می شود؛ و دیگر حشره خوارها بر سر غذا با او رقابت می کنند. رقابت بر سر محل آشیانه هم در جریان است. به طور کلی تغییر یک گونه، دیگر گونه ها را متاثر می کند. چابکتر شدن شکار، شکارچی را نیز تغییر می دهد. به این ترتیب باید فرگشت گونه های جانداران را با هم (فرگشت کلان) بررسی کرد نه جدا از هم.

پیچیدگی و اجزا مرتبط

منتقدین نظریه فرگشت علاقه ی زیادی به «پیچیدگی» دارند. مثلاً می گویند اندام X پیچیده تر از آن است که بوسیله فرگشت بوجود بیاید. یا اظهار نظر می کنند که اجزای اندامی مانند چشم در ارتباط با هم هستند و وجود هر یک از اجزا برای کارکرد چشم ضروری است: یک چشم نصفه نیمه به هیچ دردی نمی خورد. پس اندام های پیچیده نمی توانند حاصل فرگشت تدریجی باشند. این انتقادها جدای از بهانه گیری، ناشی از عدم درک فرگشت هستند.

پیشرفت اختراع های بشر تقریباً شبیه به فرگشت جانداران است. اتوموبیل های اولیه تنها گاری هایی بودند که موتور داشتند. با گذشت زمان قطعات بیشتری به این وسیله اضافه شد تا به شکل امروزی آن درآمد. قطعه ای مانند انژکتور در ماشین اولیه وجود نداشت ولی در اتوموبیل امروزی اگر انژکتور از کار افتاد، کل ماشین دیگر قادر به حرکت نیست.

فرگشت اندامهای پیچیده نیز از شکل ساده اولیه شروع شده و در طول زمان اجزا دیگری به اندام اضافه شده است؛ به شکلی که آن جز، تبدیل به بخشی ضروری در کارکرد اندام شده است. در هر حال، داشتن یک چشم نصف و نیمه هم خیلی بهتر از چشم نداشتن است. چشم در بی مُهرگان اولیه تنها شامل چند سلول برای تشخیص تاریکی از روشنایی بوده است. بعد ها سلول های تشخیص دهنده رنگ و اجزائی مانند عدسی به این سیستم اضافه شده است. فرگشت چشم و دیگر اندام های پیچیده به طور کامل توضیح داده شده است.

با پیشرفت زیست شناسی، منتقدان توجه خود را به سیستم های پیچیده سلولی مانند سیستم ایمنی و ساختارهای پیچیده مولکولی مانند موتور تاژک باکتری ها معطوف کردند. با اینکه شیوه ی فرگشت پیچیده ترین سیستم های زیستی شناخته شده یا در دست تحقیق است، اما بهانه گیران دست بردار نیستند و با هر کشف تازه در زیست شناسی باید منتظر چنین خرده گیری هایی باشیم.

مفهوم علمی «تصادف»

برخی منتقدین نظریه ی فرگشت می گویند: امکان ندارد که نظم و پیچیدگی جهان جانداران «تصادفی» به وجود آمده باشد. و ادامه می دهند که حتی اگر نظریه ی فرگشت نیز درست باشد، حتماً باید خالقی در کار بوده باشد که با طرح و تدبیر خود سیر فرگشتی را هدایت کرده و به اینجا رسانده است. این ایراد می تواند نشانگر بدفهمی عمیق نظریه ی فرگشت باشد. فرگشت تصادفی نیست. آنچه می توان گفت «تصادفی» است، جهش های ژنتیکی هستند. و جهش های ژنتیکی فقط به این معنا «تصادفی» هستند که وقوع شان محصول طرح و تدبیر کسی نیست. جهش ژنتیکی همان قدر «تصادفی» است که باران، آتشفشان، گردش سیارات یا هر پدیده ی طبیعی دیگر «تصادفی» است. موتور پیش برنده ی فرگشت (که همان گزینش فزاینده از میان جهش های ژنتیکی باشد) نیازمند طراحی نیست. و همین نکته است که زیرآب یکی از قدیمی ترین و مهم ترین برهان های خداباوری، یعنی برهان نظم را می زند.

پس در مورد کلمه «تصادف» در علم باید به نکات زیر توجه کرد:

بعید بودن تصادف به معنی غیر ممکن بودن آن نیست. از احتمالات نمی توان برای رد رویداد های پسگشتی (Backward) استفاده کرد. اگر فکر می کنید جز این است، این بازی را انجام دهید: تعداد کافی کارت تهیه کنید، آنها را از یک تا یک میلیارد شماره گذاری کنید (در صورتی که مایل باشید بیشتر) و بعد از بین این یک میلیارد کارت یکی را بیرون بکشید. تعجب نکردید؟! عددی بیرون آمد که احتمال بیرون آمدنش یک در میلیارد بود! چطور چنین چیزی ممکن است؟! چطور چنین اتفاق بعیدی رخ داد؟ بازی را تکرار کنید، و هر بار بدون استثنا چنین اتفاق عجیبی می افتد!

نباید تنها به عامل تصادفی فرگشت (جهش) توجه کرد و عامل غیر تصادفی یعنی گزینش یا انتخاب طبیعی را از نظر دور داشت. ریاضیدان آماتوری که به اخبار گوش می داد شنید: اجتماع صد نفره عده‌ای از زنان فعال اجتماعی در تالاری برگزار شد. او با خودش حساب کرد که احتمال اینکه هر انسانی زن باشد یک دوم است. پس احتمال اینکه همه ی آن صد نفر زن باشند ۱/۲ به توان ۱۰۰ است. یعنی ۱ در ۱۲۶۷۶۵۰۶۰۰۲۲۸۲۲۹۴۰۱۴۹۶۷۰۳۲۰۵۳۷۶ است. ثانیاً احتمال فعال اجتماعی بودن یا نبودن یک زن یک دوم است، درنتیجه این عدد را باید در خودش ضرب کرد. پس جمع شدن تصادفی صد زن فعال اجتماعی در یکجا غیر ممکن است. ریاضیدان ما وجه گزینشی ماجرا یعنی «تنها زنان فعال اجتماعی دعوت می شوند» را فراموش کرده بود. منتقدان «تصادف»، اغلب «بقای اصلح در اثر انتخاب طبیعی» فراموش می کنند.

نباید مفهوم «فزایندگی» را در مورد تصادف از نظر دور داشت. فزایندگی بدین ترتیب است که پس از یک رویداد تصادفی، تصادف بعدی در میان اعضا انتخاب شده از تصادف اول انجام می شود. به عبارت دیگر در هر مرحله، محصولات تصادفی مرحله قبل که از صافی انتخاب طبیعی گذشته اند دچار تصادف جدیدی می شوند. نظم موجود در سیستم های طبیعی ناشی از این نوع تصادف است.اجزاء مختلف بر اثر این «تصادف»ها در کنار هم قرار می گیرند و حد واسط های ناپایدار از میان می روند و تنها اجزائی که به صورت پایداری با دیگر اجزاء در ارتباط هستند باقی می مانند. این فرآیند را گزینش فزاینده می نامند. بازی شیر یا خط زیر را در نظر بگیرید: چند هزار میلیارد سکه را روی زمین بریزید. آنهایی که شیر آمده اند را بردارید و بقیه را کنار بگذارید. سکه هایی را که برداشته اید دوباره روی زمین بریزید و فقط شیر ها را بردارید. اگر این کار را چند میلیون بار تکرار کنید، سرانجام یک (یا چند تایی) سکه باقی خواهد ماند که تصادفاً میلیون ها بار، پشت سر هم شیر آمده است.۵حال به جای «سکه ها»، جانداران را بگذارید، به جای «شیر آمدن» انطباق بهتر با محیط، و به جای «کنار گذاشتن بقیه»، انتخاب طبیعی را بگذارید. آیا «تصادف» فرگشت هنوز باور نکردنی می آید؟

 

چه شواهدی بر صحت نظریه فرگشت وجود دارد؟

هر نظریه ی علمی به وسیله شواهدی پشتیبانی می شود. فرگشت نیز بوسیله شواهد تجربی محکم و همبسته ای در زیست شناسی و دیگر علوم حمایت می شود. هر کدام از این شواهد نه تنها مانند قطعه ای از یک پازل بقیه شواهد را تکمیل می کند، بلکه نتایج مستقل هر شاهد با نتایج مستقل منبع دیگر یکسان است. مثلاً یک فسیل شناس درختچه فرگشتی انسان را رسم می کند و یک متخصص ژنتیک نیز این درختچه را بر اساس ژنتیک رسم می کند. مشاهده می شود که درخت رسم شده در هر دو علم مشابه هم است. در اینجا تنها به شواهد معروف فرگشت اشاره ی مختصری می کنیم و از بحث های پیچیده زیستی، شیمیایی و فیزیکی صرف نظر می کنیم.

زمین‌شناسی

پژوهش های زمین‌شناسی بیان‌گر عمر طولانی سیاره زمین است. زمین در طول عمر خود دوران های متعددی را پشت سر گذاشته است. فرگشت جانداران نیز نیاز به زمان طولانی دارد۶. در نظریه فرگشت گفته شده که جانداران با تغییر محیط تغییر می‌کنند. بنابر این با تغییرات زمین باید تغییر در جانداران نیز دیده شود. به بیان دیگر باید تحولات زمین و فسیل ها هم زمان، مرتبط و معنی دار باشند. چنین پیوستگی در تمامی فسیل ها مشاهده می شود. به عنوان مثال فسیل های جانوران پشمالو مربوط به دورانهایی است که زمین شناسان آنها را عصر یخبندان می نامند. در مورد منشا حیات نیز بیومولکول ها و سلول ها تنها در شرایط خاص می توانند از ماده بیجان بوجود آیند و علم زمین شناسی با تعیین ویژگی های زمین اولیه این حقیقت را آشکار می کند که شرایط برای ایجاد مولکول اسیدهای آمینه، (مولکول های سنگ بنای حیات) مهیا بوده است. در واقع دانشمندان با شبیه سازی شرایط اولیه ی زمین در آزمایشگاه، شاهد ایجاد برخی از این اسیدهای آمینه بوده اند.

جغرافیای زیستی

هر گونه از جانداران در ناحیه ی جغرافیایی خاصی قرار دارد. جانداران هر منطقه ی جغرافیایی شباهت بیشتری با هم خانواده های ناحیه ی خود دارند، تا با جانداران دوردست. معروفترین این شباهت ها را در پستانداران استرالیا میتوان یافت. بسیاری از پستانداران استرالیا مانند کانگور و کوآلا کیسه دار و مختص خود استرالیا و جزایر اقیانوسیه هستند. چنین شباهتهایی در مورد محل زندگی همه جانداران صادق است به طوری که گستره ی جغرافیایی هر گونه با تاریخچه فرگشتی آن ارتباط دارد. یکی از مواردی که داروین را به سمت نظریه فرگشت هدایت کرد این بود جانوران جزایر دور افتاده مانند خود آن جزایر از بقیه دنیا دور افتاده اند.

فسیل‌شناسی

در فسیل ها میتوان حوادث چند میلیون ساله فرگشتی را مشاهده کرد. فسیل ها در چینه های زمین شناسی ماندن کلمات در کتاب تاریخ طبیعی هستند. هر گاه فسیلی یافت می شود، ابتدا عمر آن بوسیله نیمه عمر عناصر رادیو اکتیو تعیین می شود. سپس متخصصان فسیل شناسی اجزاء آنرا جزء به جزء بررسی می کنند تا ببینند مربوط به چه جانوری است. بسیاری از فسیل ها حد واسط فرگشتی میان دو جاندار هستند. برخی فسیل ها، شاهدی بر فرگشت بین دو گروه از جانداران مانند دایناسورها و پرندگان هستند. هر چه تعداد فسیل های یافت شده میان دو جاندار بیشتر باشد، تصویر روشنتری از تاریخ طبیعی بدست می آید.

با توجه به سخت بودن شرایط تشکیل فسیل ها، کاملاً طبیعی است که بین دو فسیل حد واسط شکاف هایی یافت شود که «حلقه های مفقوده» نامیده می شوند. در زمان داروین تعداد حلقه های مفقوده بسیار زیاد بود، اما از آن تاریخ رده کاملی از فسیل ها بین دایناسورها و پرندگان، چهارپایان و پستانداران دریایی و میمون ها و انسان ها وجود دارد. باید توجه داشت که ممکن است فسیل حلقه ای مفقوده در جایی قرار داشته باشد که هیچگاه آنرا پیدا نکنیم و یا حتی هیچ فسیلی از جاندار مورد نظر تشکیل نشده باشد. با این وجود تاریخچه فرگشتی جانداران را میتوان با استفاده از روشهای کارامدی چون آناتومی مقایسه ای و شواهد مولکولی معین کرد. علاوه بر این، نباید از کارآگاهان جنایی انتظار داشت که از لحظه به لحظه ی وقوع جنایت فیلم برداری کرده باشد. (اگر قاضی چنین مدرکی از کاراگاه بخواهد شما در مورد عقل قاضی چه قضاوتی می کنید؟)

آناتومی مقایسه ای

شباهت و تفاوت های اندام ها و دستگاههای جاندارن کاملاً معنادار و در راستای سیر فرگشتی آنها است. تمام مهره داران چارچوب اسکلتی یکسانی دارند و تفاوت ها متناسب با فاصله ی فرگشتی دو گونه است. اندام های ظاهراً متفاوت مثل بال پرندگان و دست پستانداران اسکلت یکسانی دارند. وجود اندامهای هم‌ساخت۷ تنها با نظریه فرگشت توجیه پذیر است. نکته ی دیگر اینکه تفاوت و شباهت همه ساختارهای دو گونه کاملاً همسان است. مثلاً ارتباط فرگشتی دستگاه گوارش انسان و گوزن با ارتباط دستگاه عصبی و همه دستگاه ها و اندام های این دو گونه یکسان است.

ساختارهای ناقص(Imperfect Structures): از آنجا که انتخاب طبیعی تنها بر جمعیت های موجود اثر می کند، مشاهده اینکه ساختاری به درستی با نیازهای جاندار سازگار نباشد، عجیب نیست. تعداد مهره های گردن مهره داران زیاد و مثلاً در غازها ۲۵ عدد است، ولی گردن پستانداران تنها ۷ مهره دارد. گردن دراز زرافه نیز تنها ۷ مهره دارد، درنتیجه گردنِ به این درازی هیچگونه انعطاف پذیری ندارد. نمونه دیگری از این طرح های ناقص چشم مهره داران مانند انسان است. شبکه عصبی موجود در چشم به گونه ای است که یک نقطه کور در گستره بینایی بوجود می آورد (با اینکه ساختار چشم تصویر کاملی را بر روی شبکیه ایجاد می کند تنها بخشی از این تصویر به مغز می رسد) درحالی که چشم بی مهرگان گستره بینایی کاملی دارد.

ساختارهای باقیمانده(Vestigial structures): اندام هایی هستند که هیچ فایده ای برای جاندار ندارند و تنها باقی مانده اندام های اجداد آن جاندار هستند. این اندام ها کاربردی ندارند، ولی سلول های آنها بیهوده انرژی و مواد غذایی مصرف می کند. به وزن جاندار می افزایند که سبب نیاز به انرژی حرکتی بیشتر می شود. این اندام ها حجمی را در بدن جاندار اشغال می کنند و عملکرد دیگر اندام ها را کاهش می دهند و در نهایت ممکن است دچار جراحت یا عفونت شوند. چند نمونه: چشم های نابینا در ماهی های کور غار، باقیمانده استخوان پا در نهنگ و مار بوا در حالی که پا ندارند، ناخن در باله گاو دریایی، انگشت در بال بعضی پرندگان، آپاندیس، مهره های دُم و بیش از صد عضو بی فایده دیگر در انسان.

شباهت جنین جانداران آنچنان زیاد است که تشخیص جنین پرنده از پستاندار در نگاه اول میسر نیست. جنین هر گروه از جانداران و مراحل رشد و نمو آن مشابه است. مثلاً شکل و مراحل نمو جنین تمامی پستاندارن مانند هم است و میزان تفاوت های جزئی با رابطه فرگشتی مطابقت دارد. مطالعه جنین ها از تخم ماهی ها تا پستاندارن، بخش مهمی از پژوهش های فرگشتی را شامل می شود.

زیست شناسی مولکولی

«هدف زیست شناسی نوین، درک و توجیه خصوصیات موجودات زنده بر حسب ساختار مولکول های تشکیل دهنده آن است.» (فرانسوا ژاکوب، ۱۹۷۲) در قرن بیستم علم زیست شناسی وارد دنیای مولکول ها شد و علوم مولکولی مانند بیوشیمی و ژنتیک تمام زمینه های این علم را تحت تاثیر قرار دادند. تکامل نه تنها در سطح مولکول ها قابل مشاهده است بلکه ویژگی های بیومولکول ها را تنها با فرگشت میتوان توجیه کرد.

مقایسه مولکول ها یکی از بهترین روش های مطالعه فرگشت است. با پایان یافتن پروژه ژنوم انسان و مقایسه آن با پروژه ژنوم شامپازه مشاهده شد که این دو ژنوم تنها ۱.۶٪ اختلاف دارند. با پیشرفت روش های استخراج ژن دانشمندان توانستند در یک پروژه حیرت انگیز، ژنهای یک فسیل ۳۲ هزار ساله انسان نئاندرتال ۷(گونه ای منقرض شده از جنس انسان) را استخراج کرده و رابطه مولکولی این فسیل را با انسان‌های ساپینس(Homo sapiens) (گونه خود ما و تنها گونه باقی مانده از جنس انسان) را مشخص نمایند۸.

code

در سالهای پایانی قرن بیستم با همه گیر شدن استفاده از کامپیوتر و اینترنت، امکان تحلیل حجم بالایی از اطلاع مولکولی فراهم شد. امروزه هر دانشجوی زیست‌شناسی می تواند با مراجعه به بانک های اطلاعاتی آنلاین به صورت رایگان، مولکول مورد نظرش را با همه مولکول هایی که تاکنون کشف شده مقایسه کند، سپس این اطلاعات را به کمک نرم افزارهای پیشرفته تحلیل کند. به همین دلیل زیست شناسی مولکولی به سریعترین، دقیقترین روش در پژوهش های فرگشتی تبدیل شده است.

وارسی مولکولی فرگشت تنها به مقایسه کدهای مولکول ها محدود نمی شود، بلکه در سطحی بالاتر به ساختار سه بعدی و بخش عمل کننده ی مولکول ها۲۵ ، خواص بیوفیزیکی آن‌ها و سیستم های شبیه‌سازی فرگشت مولکولی نیز توجه می شود. از سوی دیگر، مسائلی که در بخش آناتومی مقایسه‌ای ذکر شد در بخش مولکولی هم وجود دارد: هم‌سانی، هم‌ساختی، هم‌سویی، ساختارهای ناقص و ساختارهای باقیمانده و بی فایده.

پیشبینی ها

نظریه های علمی دارای خصوصیات «توانایی پیشگویی» و «ابطال پذیری» هستند. نظریه ی فرگشت این پیشگویی قوی را دارد که حتی اگر یک فسیل در چینه ی زمین شناختی نادرست یافت شود، کل نظریه بر باد فنا می رود. به رغم افسانه های کذب از آب درآمده ی خلقت گرایان، که مثلاً گفته اند جمجمه ی انسان در غار مِژر، یا رد پای انسان در میان فسیل های دایناسورها کشف شده، تاکنون حقیقتاً هیچ فسیل نابهنگام اینچنینی یافت نشده است.

ویژگی های جد مشترک دو گونه ی خویشاوند را میتوان بدون وجود هر گونه شاهد فسیلی، تعیین کرد. تا پیش از دهه ۹۰ جانورشناسان می دانستند که خرس سانان و سگ سانان پسر عموهای فرگشتی هم هستند و خصوصیات جد مشترک آنها را ذکر کرده بودند، ولی فسیلی در این مورد یافت نشده بود. تا اینکه در سال ۱۹۹۶ فسیلی که ویژگی های آن قبلاً ثبت شده بود در آلمان یافت شد. صدها مورد از این دست در ژورنال های تخصصی بیولوژی به ثبت رسیده است. امروزه با مشخص بودن تاریخچه فرگشتی جانداران، بیشتر فسیل هایی که یافت می شوند گمشده های آشنا هستند تا غریبه های نا آشنا.

فرگشت در پیش رو

مکانیسم فرگشت را باید در طبیعت یا آزمایشگاه مطالعه کرد. اما سرعت تولید مثل جاندارانی مثل انسان آنقدر کند است که برای مشاهده فرگشت آن باید چند صد هزار یا حتی میلیون ها سال صبر کرد. اما بسیاری از جانداران دارای تولید مثل سریع هستند به طوری که در عرض چند سال میتوان چند صد نسل از آنها را مشاهده کرد. مگس میوه یکی از بهترین نمونه های آزمایشگاهی برای مطالعه فرگشت است زیرا هر روز تولید مثل می کند، و در هر سال میتوان ۳۶۵ نسل از آنرا بررسی کرد. سرعت تکثیر باکتری ها از این هم بیشتر است به طوری که میتوان در هر شبانه روز تا ۴۰ نسل از آنها را مطالعه کرد.

یک نمونه کلاسیک از مشاهده فرگشت در طبیعت، تغییر رنگ صنعتی۱۱ در پروانه های منچستر است. تا قرن نوزدهم، شب پره های منچستر عموماً سفید رنگ بودند و بر سطح درخت های سفید رنگ به خوبی استتار می شدند. در اثر انقلاب صنعتی، و ایجاد کارخانه های دودزای فراوان در آن منطقه، سطح درخت های منچستر دود زده و سیاه رنگ شد. در سطح درختان تیره و تار، پرندگان به راحتی می توانستند بال های سفید شب پره ها را تشخیص دهند و آنها را شکار کنند. در چنین شرایطی یک شب پره ی سیاه شانس بیشتری داشت تا از چشم شکارچیان گرسنه مخفی بماند و بتواند تولید مثل کند. در عمل همین امر رخ داد. در اثر جهش تصادفی ژنتیکی، شب پره های سیاه رنگی ایجاد شدند . این شب پره ها به خاطر مزیت استتار بیشتر توانستند، بهتر از اقوام سفید رنگ شان از دید پرندگان شکارچی مخفی بمانند و تولید مثل کنند. در نتیجه، ظرف چند سال شب پره های سیاه در منچستر فراوان تر از شب پره های سفید شدند. اما در قرن بیستم، با پیشرفت فناوری و کاهش آلودگی هوا، وضعیت هوای منچستر هم بهتر شد. چون هوا دیگر مانند قبل تیره و تار نبود، درخت ها هم کم کم رنگ طبیعی خود را بازیافتند و مزیت استتار شب پره های سیاه هم از بین رفت. و باز شب پره های سفید در جمعیت غلبه یافتند.

دانشمندان صدها مورد از فرگشت جاندارن را در طبیعت مشاهده کرده اند و هر روزه این فرآیند ها در آزمایشگاه مورد پژوهش قرار می گیرد.

نگاهی به آینده

هدف مطالعه نظریه فرگشت، اثبات آن به دینداران نیست، بلکه همانطور که شیمیدان باید اتم را بشناسد تا مواد شیمیایی را در راه رفاه انسان (و متاسفانه گاهی بر علیه انسان ها) به کار گیرد، زیست شناس نیز باید فرگشت را درک کند و بکار بندد. نظریه فرگشت، تاریخ زیست شناسی را به دوران پیشرفت و زایندگی رساند. در قرن بیستم، کشف سازوکار پدیده های زیستی باعث شکوفایی پزشکی، کشاورزی، دامداری و صنعت شده است. شناخت پیشینه ی طبیعی انسان نگرش علوم انسانی همچون فلسفه، جامعه شناسی و روانشناسی را تحت تاثیر قرار داده است تا با آگاهی از نیازها، امکانات و محدودیت های حقیقی بشر دیدگاه و راهکارهای خود را اصلاح کنند.

اولین سالهای قرن بیست و یکم شاهد بزرگترین پژوهش های فرگشتی بوده است. با پایان پروژه ژنوم ماهی بادکندکی (در سال ۲۰۰۲) و نوعی موش۱۱ در سال ۲۰۰۲، ومقایسه تطبیقی آن با ژنوم انسان(سال ۲۰۰۱) شاه‌راه فراخی برای شناخت و درمان بیماری های ژنتیکی انسان فراهم شده است. پروژه ژنوم شامپانزه (در حال انجام) و بررسی رابطه فرگشتی آن با ژنوم انسان راه را برای درک هر چه بیشتر سازوکارهای عصبی و ذهنی انسان هموار کرده است. با تکمیل این پژوهش ها خودمان را بهتر خواهیم شناخت. هم اکنون پروژه های فرگشتی گسترده ای در سرتاسر جهان در حال انجام هستند که با ادامه این روند پزشکی، کشاورزی و دامداری و صنعت به ابزارهای فوق العاده کارآمدی مجهز خواهند شد. به همین سبب است که قرن بیست و یکم را عصر بیوتکنولوژی یا فناوری زیستی نامیده اند.