مقدمه‌ای بر فرگشت

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 به‌طور 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 قرن۱۹ 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 پیشنهادهایی غیر موفق ارائه داد که سعی در توضیح نحوه عملکرد نظریه لامارکیسم داشت. در سال ۱۲۵۹ هجری شمسی، آزمایش‌های آگوست ویسمن نشان داد که تغییراتی 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.
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 ساخت و اداره یک وسیله فراهم می‌آورد. این دستور العمل‌هایی 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 بسته‌هایی 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.

پیدایش پروکاریوت‌ها

در حدود ۴/۵ میلیارد سال پیش کره زمین به وجود آمد و تا حدود ۴ میلیارد سال پیش سطح آن پوشیده از مواد مذاب بود. اما این مواد کم‌کم سرد شدند و پوسته‌ای سنگی روی سطح زمین ایجاد کردند.
جو زمین در آن زمان غنی از گازهای نیتروژن و بخار آب بوده‌است؛ اما فاقد گاز اکسیژن بوده. به دلیل عدم وجود گاز اکسیژن در جو، لایه محافظتی اوزون هم وجود نداشته و گازهایی نظیر آمونیاک و متان که از دهانه آتشفشان‌ها خارج می‌شده و برای تشکیل مولکول‌های آلی مورد نیاز بوده‌اند، توسط اشعه ماورای بنفش از بین می‌رفته‌اند. پس بنابراین امکان ایجاد حیات در جو وجود نداشته‌است.

طبق نظریه حباب گازهای آمونیاک و متان که از دهانه آتش فشان‌های زیر دریایی خارج می‌شده‌اند، قبل از اینکه به سطح آب برسند و نابود شوند، در داخل حباب واکنش داده و مولکول‌های آلی را تشکیل می‌داده‌اند. سپس به سطح آب می‌رسیده و با استفاده از انرژی الکتریکی رعد و برق و خورشید، انرژی لازم برای شرکت در واکنش‌های بعدی را کسب می‌کرده‌اند.

بنابر آنچه که گفته شده حیات در دریاها ایجاد شده‌است. سپس با ایجاد کواسروات و میکروسفر کم‌کم زمینه ایجاد سلول‌ها فراهم شد. باکتری‌های اولیه هتروتروف (مصرف‌کننده) و بی‌هوازی بوده‌اند. پس از مدتی مواد آلی در اقیانوس‌ها کم شد و باکتری‌هایی ایجاد شدند که می‌توانستند مولکول‌های آلی را از مواد غیر آلی بسازند. این باکتری‌ها اتوتروف و بی‌هوازی بوده‌اند. پس از آن نخستین سلول‌های فتوسنتز‌کننده ایجاد شدند که سیانوباکترها بودند. سیانو باکترها تولید اکسیژن می‌کرده‌اند اما خودشان بی‌هوازی بوده‌اند. با پیدایش سیانوباکترها کم‌کم اکسیژن وارد جو زمین شد و لایه اوزن شکل گرفت و امکان حیات در خشکی هم پدید آمد.

همزیستی یوکاریوت‌ها با پروکاریوت‌ها

ابتدا نوعی از پروکاریوت‌ها وارد سلول‌های پیش یوکاریوتی شدند که هوازی و هتروتروف بودند و بعد از ورود به درون سلول‌های پیش یوکاریوتی عضوی از آن‌ها شدند و میتوکندری نام گرفتند. سپس برخی دیگر از سلول‌ها که میتوکندری را قبلاً دریافت کرده بودند نوع دیگری از پروکاریوت‌ها را که احتمالاً از خویشاوندان سیانوباکترها بودند را دریافت کردند و سلول‌های گیاهی را به وجود آوردند. پروکاریوت‌های وارد شده به این سلول‌ها کلروپلاست نام گرفتند.

پیدایش جانداران پُرسلولی

نخستین جانداران پرسلولی که به خشکی آمدند جلبک‌ها و قارچ‌ها بودند. این دو نوع جاندار در روی سطح زمین نوعی مشارکت زیستی دوطرفه به نام همیاری ایجاد کردند و گلسنگ‌ها را ایجاد نمودند.

اولین جانوران ساکن خشکی حشرات بوده‌اند.

اولین مهره داران ساکن دریا نوعی از ماهی‌ها، که کوچک و بدون آرواره بودند (مانند دهان‌گردماهی) بودند. پس از آن ماهی‌های آرواره دار ایجاد شدند.

اولین مهره داران ساکن خشکی، دوزیستان بوده‌اند.

پس از دوزیستان نوعی دیگر از جانداران پدید آمدند که سازگاری بیشتری با محیط داشتند که خزندگان هستند.

بعد از انقراض پنجم انواع زیادی از جانوران از جمله اغلب خزندگان از بین رفتند و باعث شد تا منابع غذایی بیشتری برای بقای پستانداران و پرندگان فراهم شود.