مقدمه‌ای بر نظریه تکامل

                     

خلاصه مقاله

موجودات زنده جهت بقا زاد و ولد میکنند.

فرزندان به طرق تصادفی به مقداری جزئی از پدر و مادرشان متفاوتند.

اگر این تفاوت مفید باشد، فرزند محتمل‌تر است که زنده مانده و تولید مثل کند.

این به این معنا است که نسل بعد تفاوت‌های مفیدی نسبت به قبلی‌ها خواهند داشت.

این تفاوت‌ها روی هم انباشته شده و باعث تغییرات درون جمعیت می‌شوند.

در طول زمان، این فرایند به صورت تدریجی منجر به گونه کاملاً جدیدی از حیات می‌شود.

این فرایند مسئول تنوع گونه‌های حیات در دنیای امروز می‌باشد.

فرایند تغییر در گونه‌های حیات در اثر گذشت زمان و در طول نسل‌ها تکامل گفته می‌شود. رشته زیست‌شناسی تکاملی به بررسی اینکه چگونه و چرا این تکامل اتفاق می‌افتد می‌پردازد. یک اندامگان (ارگانیزم: organism) از والدینش خصوصیات و ویژگی‌هایی از طریق ژن‌هایش به ارث می‌برد. تغیرات در این ژن‌ها (که جهش خوانده می‌شود) می‌تواند ویژگی‌های جدید در فرزندهای سیستم حیاتی تولید کند. اگر این ویژگی‌های جدید باعث بشود که فرزندها بهتر بتوانند با محیط خارجی وفق پیدا کنند، در زنده ماندن و تولید مثل موفق‌تر خواهند بود. به این فرایند انتخاب طبیعی گفته شده، و باعث می‌شود که ویژگی‌هایی که مفید هستند عمومی‌تر شوند. در طول نسل‌های فراون، یک جمعیت می‌تواند آنقدر ویژگی‌های جدید کسب کند که به یک گونه جدید از موجودات تبدیل شود.
نظریه تکامل در سال ۱۲۳۸ هجری شمسی (۱۸۵۹ میلادی) و با انتشار کتاب «درباره مبدأ گونه‌ها» توسط چارلز داروین بوجود آمد. علاوه بر این، کار گرگور یوهان مندل با گیاهان به توضیح الگوهای وراثتی ژن‌ها کمک کرده و منجر به فهمی از نحوه عملکرد سیستم وراثتی شد. اکتشافات بعدی در زمینه نحوه جهش ژن‌ها به همراه پیشرفت‌ها در رشته «ژنتیک جمعیت» توضیحات بیشتری در زمینه نحوه عملکرد تکامل فراهم آورد. دانشمندان امروزه فهم به نسبت خوبی نسبت به پیدایش گونه‌های جدید دارند. آنها فرایند به وجود آمدن گونه جدید را هم در آزمایشگاه و هم در طبیعت مشاهده کرده‌اند. این دیدگاه مدرن از تکامل مهم ترین نظریه علمی موجود برای کمک به فهم حیات می‌باشد.

ایده داروین: تکامل توسط انتخاب طبیعی

چارلز داروین این ایده را داشت که نحوه کلی پرورش موجودات زنده از اجدادشان به گونه یکسانی و مستقل از نوع گونه می‌باشد. در سال ۱۲۱۷ هجری شمسی (۱۸۳۸ میلادی) او فرایندی که اسمش را «انتخاب طبیعی» گذاشت را پیشنهاد کرد و توضیحاتی درباره عملکرد فرایند داد. داروین نظریه اش را بر پایه پنج مشاهده زیر قرار داد:

1. اگر تمامی افراد در یک گونه از موجود ات بصورت موفقیت آمیزی تولید مثل کنند، جمعیت آن گونه بصورت غیر قابل کنترلی افزایش می‌یابد.
2. جمعیت‌ها گرایش دارند که تقریباً از یک سال تا سال بعد ثابت بمانند.
3. منابع طبیعی محدود هستند.
4. هیچ دو فردی از یک گونه دقیقاً یکسان نیستند.
5. میزان زیادی از این تغییر پذیری در یک جمعیت می‌تواند به فرزندها برسد.

چارلز داروین ایده تکامل توسط انتخاب طبیعی را پیشنهاد کرد.

داروین از اینکه سیستم‌های حیاتی بیش از آنچه که امکان حمایت و نگاهداری از آن را داشته باشند، فرزند تولید میکنند این نتیجه را گرفت که حتماً باید رقابت برای زنده ماندن وجود داشته باشد - فقط تعداد کمی از هر نسل زنده خواهند ماند. داروین متوجه شد که شانس به تنهایی زنده ماندن موجودات را تعیین نمی‌کند. در واقع، زنده ماندن بستگی به ویژگی‌های هر شخص دارد و این ویژگی‌ها یا به زنده ماندن و تولید مثل کمک کرده، و یا دست و پاگیر میشوند. محتمل‌تر است که آن موجوداتی که بهتر خود را وفق می‌دهند فرزندهای بیشتری نسبت به رقبایشان باقی بگذارند. داروین این نکته را متوجه شد که عدم برابری توانایی موجودات در زنده ماندن باعث تغییرات تدریجی در جمعیت می‌شود. آن ویژگی‌هایی که به سیستم حیاتی کمک می‌کنند که زنده مانده و تولید مثل کند طی قرن‌ها به روی هم انباشته می‌شود. از طرف دیگر، آن ویژگی‌هایی که مانع زنده ماندن و تولید مثل هستند، ناپدید میشوند. داروین از اصطلاح انتخاب طبیعی جهت توصیف این فرایند استفاده کرد.

مشاهده گونه‌های مختلف حیوانات و گیاهان پایه اصلی نظریه انتخاب طبیعی را تشکیل می‌داد. به عنوان مثال، داروین مشاهده کرد که گل‌های ارکید و حشرات رابطه نزدیکی با هم داشته که امکان پخش گردهای گیاهان را فراهم میاورد. گل‌های ارکید شامل بخش‌های مختلفی دارند که حشرات را جذب می‌کند تا اینکه گرد گیاه به بدن حشرات بچسبد. از این طریق، حشرات گرده را از یک ارکید نر به یک ارکید ماده منتقل میکنند. علی رغم ظاهر پیچیده ارکیدها، این بخش‌های تخصصی یافته از همان ساختارهایی کلّی درست شده‌اند که در گیاهان دیگر نیز دیده می‌شود. داروین پیشنهاد کرد که گل‌های ارکید کار یک مهندس ایده آل نبوده، بلکه حاصل وفق پذیری اجزاء گل به شرایط محیط در طول فرایند انتخاب طبیعی می‌باشد.
داروین هنوز در حال تحقیق و آزمایش با ایده‌هایش در زمینه بود انتخاب طبیعی بود که نامه‌یی از آلفرد والاس دریافت کرد که نظریه‌اش یا تقریباً مشابه مال خودش می‌دانست. این منجر به انتشار فوری هر دو نظریه با هم شد. والاس و داروین هر دو تاریخ را مانند یک درخت خانواده می‌دیدند، که سرها دوشاخه درخت یک جد مشترک قرار دارد. نوک شاخه‌ها گونه‌های مدرن، و شاخه‌ها اجداد مشترکی که بین گونه‌های مختلف مشترک است را نشان می‌دهد. جهت توضیح این روابط، داروین بیان کرد که تمام موجودات زنده به هم مرتبتند، و این به معنای این است که کل حیات می‌بایست ناشی از تکامل شکل‌های اولیه محدودی از حیات (و شاید تنها یک شکل اولویه از حیات) باشد. او این فراید را «نزول با اصلاحات» نامید.
داروین نظریه‌اش را در سال ۱۲۳۸ هجری شمسی (۱۸۵۹ میلادی) و با انتشار کتاب «درباره مبدأ گونه‌ها» به ثبت رسانید. با اساس این نظریه، تمامی حیات روی کره زمین حاصل یک فرایند ادامه دار طبیعی می‌باشد. این نظریه ایجاب می‌کند که تمامی موجودات زنده روی کره زمین یک جد مشترک دارند. اعتراض‌هایی با این نظریه از طرف گروه‌های مذهبی که متعقدند که انواع مختلف حیات روی زمین منجر از خلق خاص آنها می‌باشد. درون جامعه علمی امروز بیش از ۹۹ درصد دانشمندان از نظریه تکامل به عنوان توضیحی برای پدیده حیات حمایت میکنند.

 منبع تغییرات

نظریه انتخاب طبیعی داروین شالوده نظریه مدرن تکامل را بنا نهاد. آزمایش‌ها و مشاهدات او نشان داد که گونه‌های مختلف با هم تفاوت‌هایی داشته، بعضی از این اختلافات به ارث رسیده‌اند، و انتخاب طبیعی می‌تواند توضیحی برای این اختلافات باشد. داروین ولی نتوانست منبع این تغییرات را توضیح دهد. مانند خیلی از پیشینیانش، داروین به اشتباه فکر می‌کرد که ویژگی‌های به ارث رسیدنی محصولی از استفاده یا عدم استفاده بوده، و اینکه ویژگی‌هایی که توسط یک سیستم حیاتی در طول حیاتش کسب می‌شود به فرزندانش منتقل می‌شود. داروین به دنبال مثالهایی مانند پرندگانی که از روی زمین تغذیه میکنند پاهای قوی تری به خاطر تمرین بدست می‌آورند، و بال‌های ضعیف تری به دلیل پرواز نکردن بدست می‌آورند تا آنجا که بطور مثال شتر مرغ اصلاً پرواز نمی‌توانست بکند، بود.  این اشتباه «به ارث رسیدن ویژگی‌های کسب شده» خوانده می‌شود و بخشی از نظریه قلب ماهیت گونه‌ها بود که در سال ۱۱۱۸ هجری شمسی توسط ژان لامارک ارائه شد. در اواخر ۱۹ میلادی این نظریه به لامارکیسم شهرت یافته بود بیان می‌کرد که ویژگی‌های کسب شده توسط یک سیستم حیاتی در طول حیاتش قابل به ارث رسیدن هستند. داروین پیشنهاداتی غیر موفق که سعی در توضیح نحوه عملکرد نظریه لامارکیسم داد. در سال ۱۲۵۹ هجری شمسی، آزمایش‌های آگوست ویسمن نشان داد که تغیراتی که در یک شخص به دلیل استفاده یا عدم استفاده به وجود می‌آیند نمی‌توانند به ارث برسند. این باعث شد که نظریه لامارکیسم طرفدارانش را به تدریج از دست بدهد.

جیمز واتسن، یکی از چند مکتشف ساختارDNA.

اطلاعاتی که احساس فقدانشان وجود داشت و می‌توانست به توضیح اینکه چگونه خصوصیات از والدین به فرزندان منتقل میشوند را گرگور مندل فراهم آورد؛ تحقیقاتی که بنیان علم ژنتیک را بنا نهاد. آزمایش‌های مندل بر روی چندین نسل از گیاه نخود فرنگی نشان داد که نحوه عملکرد وراثت به این طریق است که در هنگام تشکیل سلول‌های جنسی در زمان لقاح کردن، اطلاعات وراثتی جدا شده و مجدداً با هم آمیخته می‌شوند.
این مانند آمیختن دو دسته کارت است که سلول فرزند نیمی از کارت‌های والد اول و نیمی از کارت‌های والد دوم را به نحوه تصادفی می‌گیرد. مندل اسم این اطلاعات را «عوامل» گذاشت ولی بعداً به نام ژن شهرت یافتند. ژن‌ها واحدهای اصلی وراثت را در یک سیستم حیاتی تشکیل میدهند. آنها شامل اطلاعاتی هستند که پرورش و رفتار سیستم حیاتی را جهت می‌بخشد.
ژن‌ها از DNA (یک مولکول بلند که حامل اطلاعات می‌باشد) درست شده‌اند. این اطلاعات در دنباله nucleotides در DNA کد و ذخیره میشود، همانگونه که دنباله حروف در کلمات در یک صفحه کاغذ حاوی اطلاعات میباشند. ژن‌ها مانند دستورالعمل‌های کوتاهی بوده که از "حروف الفبای" DNA درست شده‌اند. مجموعه ژن‌ها وقتی در کنار هم قرار میگیرد، اطلاعات کافی را جهت ساختن و اداره یک اندامگان فراهم می‌آورد همانند یک کتابچه راهنما که اطلاعات کافی را جهت سخت و اداره یک وسیله فراهم می‌آورد. این دستور العمل هایی که توسط این حروف DNA مکتوب شده‌اند میتواند تغییر کنند: زمانی که جهشی اتفاق می‌افتد دستور العمل‌های درون یک ژن ممکن است عوض شوند. درون یک سلول، ژنها در کرموزوم‌ها که بسته هایی جهت حمل DNA میباشند حمل میشوند. ژنها در کرموزوم‌ها به مانند دانه‌های تسبیح مرتب پشت سر هم قرار گرفته‌اند. بر زدن آرایش کرموزوم‌ها ترکیب جدید و یکتایی در ژنهای فرزندان ایجاد میکند.