วิวัฒนาการ

การถ่ายทอดทางพันธุกรรม

วิวัฒนาการในสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นจากการแลกเปลี่ยนยีนระหว่างกระบวนการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม ซึ่งปรากฏเป็นลักษณะเฉพาะของสิ่งมีชีวิต ในมนุษย์ ตัวอย่างเช่นสีของม่านตาเป็นหนึ่งในลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่ถ่ายทอดได้ โดยแต่ละคนก็จะได้รับลักษณะดังกล่าวจากบิดามารดา การถ่ายทอดลักษณะดังกล่าวควบคุมโดยยีน ยีนจะอยู่เป็นคู่บนโครโมโซมของสิ่งมีชีวิต และแสดงออกลักษณะทางพันธุกรรมเรียกว่า "จีโนไทป์" (genotype)
ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่สร้างขึ้นอันประกอบด้วยลักษณะทางพันธุกรรม (จีโนไทป์) และพฤติกรรมอันเกิดจากการหล่อล้อมของสิ่งแวดล้อม รวมกันเรียกว่า "ฟีโนไทป์" (phenotype) ลักษณะที่สิ่งมีชีวิตแสดงออกก็จะการปฏิสัมพันธ์ร่วมกันระหว่างลักษณะทางพันธุกรรม (จีโนไทป์) และสิ่งแวดล้อม ผลลัพธ์ก็คือ ไม่ใช่ทุกลักษณะของสิ่งมีชีวิต (ฟีโนไทป์) ที่จะสามารถถ่ายทอดลักษณะดังกล่าวสู่ลูกหลานได้ ตัวอย่างเช่น ลักษณะสีผิวของคนที่แดดส่องจนกลายเป็นสีแทน เป็นลักษณะที่เกิดร่วมกันระหว่างลักษณะพันธุกรรมแต่ละบุคคล (จีโนไทป์) ร่วมกับสิ่งแวดล้อม ดังนั้นลักษณะผิวสีแทนดังกล่าวจะไม่สามารถส่งผ่านไปยังรุ่นลูกได้ อย่างไรก็ตาม ผิวของคนทั่วไปก็มีปฏิกิริยาต่อแสงแดดแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความแตกต่างของจีโนไทป์ อย่างไรก็ดีตัวอย่างดังกล่าวไม่มีผลต่อคนผิวเผือก เนื่องจากคนเหล่านี้ผิวหนังจะไม่มีปฏิกิริยากับแสงแดด
ลักษณะการถ่ายทอดทางพันธุกรรมถ่ายทอดระหว่างดีเอ็นเอของแต่ละรุ่น อันเป็นโมเลกุลที่เก็บข้อมูลลักษณะ และรหัสพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ดีเอ็นเอเป็นสารพวกพอลิเมอร์ ประกอบด้วยเบส 4 ชนิด ลำดับเบสในดีเอ็นเอเรียงลำดับตามข้อมูลทางพันธุกรรม โดยใช้อักษรทางภาษาอังกฤษแทน อันได้แก่ A, T, C และ G ในการวิเคราะห์ข้อมูลทางคอมพิวเตอร์ ส่วนของโมเลกุลดีเอ็นเอที่ระบุหน้าที่ของยูนิตเรียกว่า "ยีน" แต่ละยีนก็จะมีลำดับเบสที่แตกต่างกันไป ในเซลล์ ประกอบไปด้วยดีเอ็นเอสายยาวรวมกันกับโปรตีนเป็นโครงสร้างรวมกันเรียกว่า "โครโมโซม"  บริเวณจำเพาะที่อยู่ของโครโมโซมเรียกว่า "โลคัส" (locus) ลำดับของดีเอ็นเอ ณ ตำแหน่งโลคัสแตกต่างกันไปในแต่ละคน ทำให้เกิดรูปแบบที่แตกต่างกันในลำดับดังกล่าว เรียกว่า "อัลลีล" (allele) ลำดับดีเอ็นเอสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยผ่านการะบวนการกลายพันธุ์ ทำให้เกิดอัลลีลใหม่ ถ้ากระบวนการกลายพันธุ์เกิดขึ้นกับยีน อัลลีลใหม่จะส่งผลกระทบต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิตอันเนื่องมาจากการควบคุมของยีน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงลักษณะฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตามความสอดคล้องระหว่างอัลลีล และลักษณะทางพันธุกรรมทำงานร่วมกันในบางกรณี แต่ลักษณะส่วนใหญ่จะซับซ้อน และเป็นลักษณะที่ควบคุมโดยยีนมากกว่า 1 ชนิด

การแปรผัน

ฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดเป็นผลมาจากทั้งจีโนไทป์ และอิทธิพลจากสิ่งแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตนั้นอาศัยอยู่ ส่วนสำคัญของการแปรผันในฟีโนไทป์ในประชากรเกิดจากสาเหตุที่แตกต่างกันระหว่างจีโนไทป์ ทฤษฎีวิวัฒนาการสมัยใหม่ให้คำจำกัดความถึงวิวัฒนาการในฐานะของการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะเวลานานในความแปรผันทางพันธุกรรม ความถี่ของแต่ละแอลลีลจะผันแปร ความสัมพันธ์อาจแพร่หลายมากขึ้น หรือน้อยลง วิวัฒนาการเกิดขึ้นโดยการเปลี่ยนแปลงความถี่อัลลีลโดยวิธีใดวิธีหนึ่ง ความแปรผันจะหายไปเมื่ออัลลีลไปถึงจุดฟิกเซชัน (fixation) กล่าวคือเป็นลักษณะแปรผันดังกล่าวสูญหายไปจากประชากรหรือถูกแทนที่ด้วยลักษณะใหม่ที่ไม่เหมือนเช่นบรรพบุรุษ
ความแปรผันเกิดขึ้นการกลายพันธุ์ในองค์ประกอบของยีน อาจเกิดจากการอพยพของประชากร (ยีนโฟลว์) หรือการจับคู่กันของยีนใหม่ๆในกระบวนการสืบพันธุ์ ความแปรผันยังอาจเกิดขึ้นจากการแลกเปลี่ยนยีนระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์ อาทิ การแลกเปลี่ยนยีนในแบคทีเรียและการไฮบริดในพืช แม้ว่าจะเกิดการแลกเปลี่ยนยีนทำให้ความแปรผันเกิดความเปลี่ยนแปลงผ่านกระบวนการข้างต้น แต่จีโนมส่วนใหญ่ของสปีชีส์ก็ยังคงเอกลักษณ์จำเพาะแต่ละสปีชีส์ไว้ อย่างไรก็ดี แม้การเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในจีโนไทป์สามารถสร้างความเปลี่ยนแปลงอย่างมากต่อฟีโนไทป์ได้ อาทิ ชิมแปนซีและมนุษย์มีความแตกต่างของจีโนมเพียง 5%

ทฤษฎีการผ่าเหล่า (Theory of Mutation)

ทฤษฎีนี้ ฮิวโก เดอ ฟรีส์ (Hugo de Vries) ซึ่งเป็นนักพฤกษศาสตร์ชาวฮอลันดา ตั้งขึ้นใน ค.ศ. 1895 เดอ ฟรีส์ พบพืชดอกชนิดหนึ่ง มีลักษณะแปลกกว่าต้นอื่น ๆ เขาจึงนำเมล็ดของพืชต้นเดิมแบบเก่ามาเพาะ ปรากฏว่าได้ต้นที่มีลักษณะแปลกอยู่ต้นหนึ่ง เมื่อนำเมล็ดของต้นที่มีลักษณะแปลกมาเพาะ จะได้ต้นที่มีลักษณะแปลกทั้งหมดแสดงว่าได้เกิดมีการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในต้นเดิม เขาจึงตั้งทฤษฎีของการผ่าเหล่า โดยอาศัยข้อเท็จจริงจากการสังเกต และการทดลองดังกล่าวนี้ ซึ่งแสดงให้เห็นว่า พันธุ์ใหม่ ๆ อาจเกิดโดยกะทันหันได้