تاریخ علمی جهان – بخش یازدهم

فرگشت:

آیا امکان پیدایش حیات و فرگشت آن از لحاظ فلسفی وجود دارد؟ این پرسش را می توان اینگونه گفت: آیا نظم یا سیستم منظم می تواند خود به خود به وجود آید؟ در مقاله آنتروپی به این پرسش پاسخ داده شده است. اگر نیروی گزینشگری وجود داشته باشد، از دل تصادف نیز نظم حاصل می شود. مثال آن حرکات تصادفی یک جعبه میوه است که نیروی گزینشگر جاذبه سبب بالا آمدن میوه های بزرگتر می شود. به طوری که هر بیننده ای احساس می کند، این یک چیدمان است نه حاصل تصادف! نمونه دیگر ریختن مقداری شن و ماسه در یک غربال و تکان دادن تصادفی آن است. تنها ماسه هایی که از سوراخهای غربال کوچکترند، از درون آن رد شده و بقیه فیلتر می شوند. کار فرگشت چیست؟ عبور موجوداتی که با شرایط محیط سازگارند و فیلتر کردن آنهایی که ناسازگارند. مثال را می توانید تا حد امکان ساده کنید. موجودات زنده ای را در نظر بگیرید که هر چند وقت به درون غربالی هدایت و فیلتر می شوند. یک سری از غربال عبور کرده و راه زندگی را پیش می گیرند و بقیه که درون غربال باقی مانده اند، نابود می شوند.

ما با شنیدن نام غربال فقط اندازه در ذهنمان مرور می شود. اما این یک استعاره است. شرایط محیطی، فیلترهای گوناگونی سر راه موجودات زنده قرار می دهد: مقدار و نوع کالری، دما، اتمسفر، آب، خشکی، آفتاب، آتشفشان، سیل، زلزله، دشت، جنگل، کویر، کوهستان و بسیاری دیگرکه در ذهن ما نیز نمی گنجد! به قدری این فیلترها متنوع و زیادند که انتظار بر این است که تمامی موجودات زنده فیلتر شده و منقرض شوند، اما زندگی و حیات نیز حقه های خود را دارد: متنوع تر از فیلترها! چگونه؟ با جهش های ژنتیکی، شارش ژنی و نیز جنسیت و نو ترکیبی! موضوع جنسیت که از صفات خود ماست، جالب تر است. جنسیت، بیخودی خلق نشده است. گونه های دو جنسیتی، تنوع بیشتری در ژنها ایجاد نموده و موفقیت بیشتری در بالا رفتن از شاخه های درخت تکامل از خود نشان می دهند. با تنوعی که موجودات زنده با این روشها از خود می سازند، موفق شده اند چند میلیارد سال از غربالهای پیش روی خود در زمین عبور کنند. هر چند که ۹۹.۹ % آنها فیلتر شدند و از میان رفتند!

نظریه فرگشت:

اولین تئوری نوین و وسوسه انگیز تکامل در سال ۱۸۰۹ توسط ژان لامارک، زیست شناس فرانسوی بیان شد. وی باور داشت که صفات و اندوخته های اکتسابی به فرزندان و نسلهای بعدی به ارث می رسد. در یک نگاه ساده، این تئوری صحیح به نظر می رسد. جانوری برای خوردن برگهای درختان بلندتر تلاش می کند و گردن و پاهایش کمی بلندتر می شود. این خصوصیات به فرزند او منتقل شده و او نیز آنها را تقویت کرده و به نسل بعد ارث می دهد. پس از چندین نسل، سرانجام زرافه خلق می شود!

اما این تئوری جذاب از بنیان غلط است! امروزه یک شخص مستعد می تواند همچون آرنولد، هر روز چند ساعت بدنسازی کار کند و ماهیچه هایش را تا چند برابر بزرگ و قوی کند، اما دریغا که فرزند او ذره ای از این همه تلاش را به ارث نخواهد برد! یک ماهیگیر سفیدپوست جنوبی پس از ساعتها ماهیگیری در مقابل آفتاب، پوستش تیره می شود، اما ذراه ای از این تیرگی پوست به فرزند او منتقل نخواهد شد. آزمایش مشهوری که لامارکیسم را باطل ساخت، بریدن دم چندین نسل از موشها توسط واهیمان زیست شناس بود. دم آخرین نسل این موشها، هنوز طبیعی و به اندازه بود. این موضوع البته جای خوشبختی نیز دارد، چرا که هرگونه جراحت و معلولیت به فرزندان منتقل نمی شود. موضوع بسیار بدیهی است. ژنها کار خودشان را می کنند! صفات اکتسابی و پرورشی در حافظه ژنها تاثیری نمی گذارد.

لامارکیسم کنار گذاشته شد و داروین در سال ۱۸۵۸ بنیان گذار علم فرگشت شد. البته نه در حد یک تئوری با اندکی شواهد، شبیه کاری که آلفرد والاس همزمان با او انجام داد. وی با اشتیاق فراوان و سفرهای متعدد، تمام عمر خود را صرف گردآوری شواهد نمود. امروزه مو لای درز نظریه فرگشت نمی رود! بنیان نظریه داروین بر خلاف فیزیک نیوتنی، هر روز قوی تر و محکم تر شد. عصاره کتاب منشا انواع داروین به سه نکته اشاره می کند: اول اینکه حیات از صدها میلیون سال قبل وجود داشته است. دوم اینکه حیات از یک یا تعداد کمی ارگانیسم ساده کار خود را آغاز کرده و به گوناگونی فزاینده ای رسیده است. شبیه بذری که به درخت تبدیل شده و هر شاخه آن بیانگر یک گونه مختلف است. سومین نکته اشاره می کند که فرآیند خلق و بقای این گونه ها ناشی از نیروی طبیعت است. این فرآیند را داروین انتخاب طبیعی نامید.

امروزه می توان نظریه فرگشت یا تکامل را به صورت ساده و منطقی توضیح داد: گوناگونی ژنتیکی برای انواع ارگانیسمها وجود دارد. این ارگانیسمها بیش از تعدادی که بتوانند زنده بمانند، فرزند تولید می کنند و این فرزندان به همان دلیل اختلاف ژنتیکی، در توانایی تطبیق خود با محیط و در نتیجه بقا و تولید مثل با یکدیگر متفاوتند. اکنون محیط، عملیات فیلتر سازی را میان این فرزندان آغاز می کند. آنهایی که به خاطر ژنهای ویژه سازگار پذیرترند، باقی مانده و ژنهای موفقیت آمیز خود را به نسل بعد منتقل می سازند.

نکته ای که گفتن آن همین جا ضروری است، در مورد شیوه گفتار علم فرگشت است. بسیاری افراد و حتی دانشمندان، هنگام صحبت در مورد تکامل طوری حرف می زنند که آدمی را به یاد لامارکیسم می اندازند! مثلا گفته می شود که در این شرایط، گونه ای از شامپانزه ها ناچار شدند بر روی دو پا راه بروند و انشقاق آدمی از شامپانزه اتفاق افتاد. شاید این شیوه گفتار منطقی نباشد، اما کاملا جا افتاده است و قطعا گوینده یا نویسنده به دنبال تایید لامارکیسم نیست و ایشان برای خلاصه گویی به چنین گفتاری روی می آورند. در واقع باید گفته شود که مثلا در میان تنوع ژنتیکی انواع شامپانزه، آن گونه ای که روی دو پا راه می رفته با محیط پیرامون خود سازگارتر گشته و شاخه جدیدی از یک گونه موفق به وجود آمد و به سمت انسان شدن پیش رفته است. در مثالی دیگر عنوان می شود که انسانها به تدریج موهای خود را از دست دادند. آدمی با اراده خود مویی را از دست نداده است! آن گونه ای از انسانها که به خاطر ژنتیک ویژه موی کمتری داشته و در واقع غدد عرقی بیشتری داشته است، موفق تر عمل کرده است و انواع پر مو فلیتر شده اند.

اینکه طبیعت چقدر سعی و خطا کرده و چقدر زمان صرف تولید اولین سلول زنده کرده است، به درستی مشخص نیست. به نظر می رسد که در ابتدا چندین نوع موجود زنده تک سلولی شبیه باکتریها در دریاها زندگی می کرده اند. این باکتریها از ترکیبات کربنی موجود در دریاها استفاده می کردند، اما با گسترش آنها مواد غذایی آماده کمیاب شد و تنها باکتریهایی موفق به ادامه زندگی شدند که انرژی خود را از خورشید می گرفتند و بدین ترتیب فتوسنتز آغاز شد! فتوسنتز نیاز به هیدروژن داشت که از سولفید هیدروژن آتشفشانها به دست می آمد، اما محدودیت این منبع هیدروژن راه را برای موجودات زنده پیچیده تری از باکتریها هموار کرد: سیانو باکتریها یا همان جلبکهای آبی. این جلبکها با دارا بودن کلروفیل توانایی آن را داشتند که هیدروژن لازم برای فتوسنتز را از تجزیه آب بگیرند و در نتیجه …

اکسیژن تولید شد! کلروفیل، ماده ای شیمیایی است که تمامی گیاهان امروزی با آن عمل فتوسنتز را انجام می دهند. به طور خلاصه در فتوسنتز آب و دی اکسید کربن به قند و اکسیژن تبدیل می شود. البته قند درادامه واکنشها در گیاهان می تواند به سلولز، نشاسته، پروتئین و چربی تبدیل شود. بنابراین گیاهان، منبع غذایی تمامی جانوران محسوب می شوند. آثار جلبکهای آبی هنوز نیز بر روی زمین قابل مشاهده است: استروماتولیت ها! اینها همان سنگهای رسوبی حاصل از عملکرد سیانو باکتریها هستند که همراه با برخی فسیلهای میکروسکوپی قاطعانه نشان می دهند که آثار حیات ابتدایی در گونه های تک سلولی بدون هسته، حتی در دوره پرکامبرین و بیش از ۳.۵ میلیارد سال پیش وجود داشته است. به این جانداران، پروکاریوت می گویند که شامل آرکی ها و باکتریها می شود.

این دو به لحاظ ساختاری و ژنتیکی از یکدیگر متمایز می شوند. به نظر می رسد که آرکی ها که حدود ۱۰۰ گونه را تشکیل می دهند، حتی قدیمی تر از باکتریها با حدود ۴۰۰۰ گونه باشند. سلولهای پروکاریوت، فاقد هسته و میتوکندری بوده و اجزای آنها همچون آنزیمها، ریبوزومها ، DNA و … در تماس مستقیم با مایع سیتوپلاسم قرار دارند. این سلول های ابتدایی توانایی خلق گونه های پیچیده حیات را نداشتند. آنها میلیاردها و میلیاردها بار برای بیش از ۱.۵ میلیارد سال تشکیل شدند و از بین رفتند. در طول این زمان بسیار طولانی، هیچ جاندار پیچیده تری خلق نشد تا اینکه سرانجام با یک جهش بزرگ در درخت حیات روبرو می شویم: خلق سلول دارای هسته!

خلق سلول دارای هسته!

احتمالا با بلعیده شدن یک باکتری توسط یک آرکی و ترکیب این دو با همدیگر، در حدود ۲ میلیارد سال قبل، سلول پیچیده و پیشرفته تری که دارای هسته بود، ایجاد می شود: یوکاریوت! البته این زمان بر اساس شواهد فسیلی اعلام شده است، در حالی که مدارک ژنتیکی، ایجاد یوکاریوت را تا ۳ میلیارد سال عقب می برد! این نوع سلولها می توانستند انرژی بیشتری از طریق باکتری بلعیده شده ذخیره کنند. در نتیجه اندازه سلول و تعداد ژنوم آن بزرگتر شده، سازگاری آنها با محیط افزایش یافته و قادر بودند مدت زمان بیشتری زنده مانده و تولید مثل کنند!

از این زمان به بعد علاوه بر یوکاریوتها یا آغازیان (تک سلولی های هسته دار)، شاهد پیدایش گیاهان، قارچها و جانوران هستیم، به طوریکه تولید یوکاریوت را می توان مبدا حیات پیشرفته و گونه های چند سلولی دانست. بهترین گواه در مورد ترکیب شدن باکتری با آرکی چیست؟ توالی ژنومی که امروزه مثلا در سلول یک انسان وجود دارد. ۲۰۰ ژن در اطراف کروموزومهای ما وجود دارد که مشابهت بالایی با ژنوم آرکی ها دارد. در عوض DNA موجود در میتوکندری شباهت زیادی به انواع موجود در باکتریها دارد.

حرکت به سوی چند سلولی ها:

با افزایش تولید مثل، برخی از انواع تک سلولی ها گرد هم جمع شدند و کلونی سلولی را به وجود آوردند. به تدریج پس از گذشت ۱۵۰ میلیون سال، میان این جمعیت تک سلولی تقسیم کار انجام گرفته و سرانجام آن خلق چند سلولی هاست! این جریان تا تشکیل گیاهان و قارچهای چند سلولی و نیز جانوران چند سلولی پیش می رود.

تکامل جانوران:

تکامل جانوران نیز همچون حیات در آبها آغاز شد. در پایان دوره پرکامبرین یعنی حدود ۵۳۰ میلیون سال قبل ،اغلب بی مهرگان نظیر اسفنجها، ستاره های دریایی، عروسهای دریایی، طنابداران، کرمهای حلقوی، بندپایان، کرمهای پهن و… متکامل شده بودند. چون آنها فاقد پوشش سخت بیرونی بودند، عملاً فسیل زیادی از این دوران کشف نشده است. این پرسش مطرح می شود که بدون فسیلهای کافی چگونه می توان اینگونه نظر داد؟ توسط اطلاعات جمع آوری شده از علم مورفولوژی (ریخت شناسی) و زمان سنجی ژنتیک.

انفجار کامبرین و جهش به سوی مهره داردان:

یکی از پرسشهای مهم فرگشت این است که چگونه نرم تنان به مهره داران یا جانورانی که ستون فقرات دارند، مانند ماهی ها، خزندگان، پرندگان و خود ما تبدیل شدند؟ پاسخ این معما در یک کرم دریایی کوچک به نام لنسلت یا آمفیوکسوس است که در مرز جانوران بی مهره و مهره دار قرار دارد! این جانور اگر چه استخوان ندارد، اما در پشت خود نوعی اسکلت تکامل نیافته شبیه شاسی یک مهره دار را یدک می کشد. از طرفی رمز گشایی ژنتیک نشان می دهد که در ۴۵۰ میلیون سال قبل یک جهش مهم و بنیادی در ژنتیک، باعث چهار برابر شدن زنجیره ژنوم برخی جانوران شده است. این زمان طبق شواهد فسیلی، تقریبا معادل همان دوره ای است که مهره داران پدید آمده و انفجار کامبرین را رقم زدند. اکنون به آخرین قطعه پازل می رسیم. با نگاهی به توالی ژنوم آمفیوکسوس متوجه می شویم که ژنوم مهره داران و حتی خود ما، همان ژنوم آمفیوکسوس است که ۴ برابر شده است! ژنها یک حافظه قوی و غیر قابل انکار در تاریخ فرگشت محسوب می شوند. چهار برابر شدن ژنوم یک کرم معادل شد با خلق تمامی مهره داران زمین!

ژنهای اصلی دستور ساخت یک عضو بدن را می دهند و ژنهای میانی زمان بندی رشد اجزای آن عضو را تعیین می کنند. از این رو مثلا جمجمه جانورانی همچون نهنگ، اسب آبی، شتر، خفاش، میمون، تمساح، لاک پشت، انسان و … یک مشابهت کلی به یکدیگر دارند که ناشی از ژنهای کنترل کننده یا هومئوباکس برای ساخت آنهاست. اما تفاوت جمجمه ها با هم به خاطر اختلاف در ژنهای میان رتبه می باشد. این ژنها ، طول زمان رشد نواحی مختلف جمجمه را تعیین می کنند. بنابراین مثلا در یک جمجمه پیشانی کشیده تر می شود و در دیگری بینی رشد بزرگتری خواهد داشت. ما می دانیم که اختلافهای کوچک ژنتیکی حتی در یک گونه جانوری و خود ما نیز تفاوتهای کمی را در این زمینه ایجاد می نماید. همین اختلافهای کوچک ژنتیکی که توسط جهشها ایجاد می شوند، یکی از مهمترین راهکارهای فرگشت برای تطبیق جانوران با محیط زیست خویش است! اما جهشهای ژنتیکی چگونه پدپد می آیند؟ توسط کپی هایی که شبیه اصل نیستند و اصولا کپی نمی تواند کاملا شبیه اصل باشد! کپی های ژنتیکی پر از اشتباهند که انتخاب طبیعت، برخی از آنها را به سمت موفقیت و بقا رهنمون می دارد!

مهاجرت از دریا به خشکی:

در دوره کامبرین، حیات وابستگی کامل به دریاها داشت تا اینکه سرانجام در ۴۲۰ میلیون سال پیش برخی از جلبکها با پوشش مومیایی خود توانستند تا حدودی از دریاها مستقل شوند! اما در واقع اولین گیاهان خشکی به ۴۰۰ میلیون سال قبل تعلق دارند. این گیاهان که همچون خزه ها فاقد ریشه ، اما دارای آوندهای گیاهی بودند، فرشی سبز و انبوه را در کناره دریاها و رودها تشکیل داده و به سمت خشکی گسترش یافتند.

نخستین جانورانی که خود را تقریبا با خشکی وفق دادند مفصل داران (اجداد هزار پایان) بودند که با پوشش زره مانند خود قادر به حفظ آب در بدن خود بودند. اینها در میان همان خزه های مرطوب گسترش یافتند. اما یکی از مهمترین جهشهای فرگشت در حدود ۳۸۰ میلیون سال قبل رخ داد که در طی آن برخی از ماهیها به عنوان نخستین مهره داران به خشکی نفوذ کردند. دوزیستان یادگار این سفر هستند! این مهاجرت سبب پیدایش تمامی جانوران خشکی و از جمله خود ما شد. فسیلی که نشانگر مهاجرت گونه ای ماهی از دریا به خشکی است در سال ۲۰۰۴ توسط نیل شوبین ( Neil Shubin ) پس از ۵ سال جستجو در یکی از جزایر کانادا کشف شد. نام این جانور را تیک تالیک گذاشتند. جانوری دارای فلس، شبیه ماهی و دارای باله هایی شبیه پا برای راه رفتن. اما چرا چنین جانورانی به خشکی مهاجرت کردند؟ برای فرار از دست شکارچیهای بی رحم! خشکی های آن زمان بسیار امن بود.

جهش مهم بعدی به جانورانی تعلق دارد که با پوست و تخمهای غیر قابل نفوذ خود توانستند به معنای واقعی کلمه خشکی را جولانگاه خود سازند! این جانوران خزندگان بودند! دایناسورها محصول همین گروه از جانوران بودند! حشرات حدود ۳۵۰ میلیون سال قبل، یعنی در دوره کربونیفر پدید آمدند و تحقیقات نشان می دهد که گروه های اولیه آنها به سنجاقکها شباهت داشته اند! اما پس از مدتی در انواع گوناگون پدید آمدند و اغلب نیز از انواع امروزی بزرگتر بودند! یک سنجاقک می توانسته بزرگی یک عقاب را داشته باشد! فراوانی اکسیژن سبب اندازه بزرگ آنها بوده است. غلظت اکسیژن در بالاترین حد تاریخ زمین و تقریبا دو برابر امروز بوده و چون حشرات از طریق روزنه های بدن خود تنفس می کنند، می توانستند اکسیژن را به اندامهای داخلی بدن خود رسانده و تا این حد بزرگ شوند. حشرات بالدار اولین جاندارنی بودند که پرواز کردند و ۱۰۰ میلیون سال در پرواز رقیب نداشتند! بزرگترین خطر برای آنها عنکبوتهای دام گستر بود.

پرندگان جهش بعدی خزندگان هستند! فسیل آرکئوپتریکس که ۱۴۰ میلیون سال قبل می زیسته حد واسط خزندگان و پرندگان را نمایش می دهد! تسلط خزندگان و به ویژه دایناسورها بر خشکی و حتی دریا حدود ۱۸۵ میلیون سال به درازا کشید تا اینکه حدود ۶۵ میلیون سال پیش به یکباره ناپدید شدند! بیشتر دانشمندان دلیل این موضوع را برخورد یک شهاب سنگ بزرگ به زمین می دانند! انقراض دایناسورها راه را برای فرگشت پستانداران و از جمله انسان هموار کرد!

ادامه دارد »»»

نویسنده : احمد مصدر / سایت علمی بیگ بنگ

منابع بیشتر: Evolution , Miller–Urey experiment , evolution.berkeley , Origin of life

فرگشت و ژنتیک، بهنام محمد پناه
تکامل چیست؟ ، ارنست مایر، ترجمه سلامت رنجبر

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=39206

(۲۲ نفر , میانگین : ۵,۰۰ از ۵)