مقدمه‌ای بر فرگشت

عنوان طراحی: ترایس رپتر و لانه
تغییرات ژنتیکی از یک نسل
تا نسل بعد می‌توانند باعث
افزایش یا کاهش شانس زنده ماندن
سیستم حیاتی شود.
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 کاملا جدیدی از حیات می‌شود.
این فرایند مسئول تنوع گونه‌های حیات در دنیای امروز است.
200px
درخت مهره‌داران از دیدگاه فسیل‌شناسی، توسط ارنست هکل (۱۸۷۹ میلادی)
تاریخچه تکاملی گونه‌ها توسط یک درخت توصیف شده که همه شاخه‌های آن از یک تنه واحد می‌رویند. اگر چه درخت ارنست هکل قدیمی شده، ولی اصول اصلی بازسازی‌های پیچیده‌تر مدرن را نشان می‌دهد. (درخت زیست)
به فرایند تغییر گونه‌های حیات طی زمان و در طول نسل‌ها فرگشت یا تکامل گفته می‌شود. واژه فرگشت ترکیبی است از پیشوند فر- به معنای افزایش، بهتری و بن ماضی گشت از مصدر گشتن به معنای تغییر کردن، تبدیل شدن. رشته زیست‌شناسی تکاملی به بررسی اینکه چگونه و چرا این تکامل اتفاق می‌افتد می‌پردازد. یک اندامگان یا ارگانیزم از والدینش خصوصیات و ویژگی‌هایی از طریق ژن‌هایش به ارث می‌برد. تغییرات 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 فراوان، 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 مبدا 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 مهم‌ترین نظریه علمی موجود برای کمک به فهم حیات می‌باشد.گرچه نظریه تکامل در بسیاری از موارد پاسخگوست ولی در مورد کثرت گروه‌های خونی قادر به توضیح نمی‌باشد.چنانچه گروه خونی oدارای حداکثر جمعیت می‌باشد ولی در فرایند جنسی با دیگر گروه‌های خونی مغلوب است پس این اکثریت از کجا امده است.چطور زنی که در اکثریت قرار دارد در فرایند جنسی مغلوب است.این اکثریت از کجا منشا میگیرد؟نظریه تکامل در مورد گروهای خونی نه تنها قادر به پاسخگویی نیست بلکه دچار سردرگمی می‌شود.گروه خونی که اکثریت جمعیت را دارند ولی مغلوب هستند.
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 نظریه‌اش را بر پایه پنج مشاهده زیر قرار داد:
اگر تمامی افراد در یک گونه از موجود ات به صورت موفقیت آمیزی تولید مثل کنند، جمعیت آن گونه به صورت غیرقابل کنترلی افزایش می‌یابد.
جمعیت‌ها گرایش دارند که تقریبا از یک سال تا سال بعد ثابت بمانند.
منابع طبیعی محدود هستند.
هیچ دو فردی از یک گونه دقیقا یکسان نیستند.
میزان زیادی از این تغییرپذیری 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 حتما 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، 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 می‌آورد. گل‌های ارکید شامل بخش‌های مختلفی هستند 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. علی‌رغم ظاهر پیچیده ارکیده‌ها، این بخش‌های تخصصی یافته از همان ساختارهایی کلی درست شده‌اند که در گیاهان دیگر نیز دیده می‌شود. داروین پیشنهاد کرد که گل‌های ارکید کار یک مهندس ایده‌آل نبوده، بلکه حاصل وفق‌پذیری اجزاء گل به شرایط محیط در طول فرایند انتخاب طبیعی می‌باشد.
داروین هنوز در حال تحقیق و آزمایش با ایده‌هایش در زمینه انتخاب طبیعی بود که نامه‌ای از آلفرد والاس دریافت کرد که نظریه‌اش را تقریبا 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 مرتبطند، و این به معنای این است که کل حیات می‌بایست ناشی از تکامل شکل‌های اولیه محدودی از حیات (و شاید تنها یک شکل اولیه 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 مبدا 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 مطرح شد که معتقدند 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
داروین به این نکته اشاره کرد که گل ارکیده جهت تضمین گرده افشانی‌شان تطبیق‌های پیچیده‌ای با محیط می‌کنند. علی‌رغم این تطبیق‌های ظاهرا پیچیده، بخش‌های اصلی گل ارکیده همان بخش‌هایی هستند که گل‌های دیگر را تشکیل می‌دهند ولی در گل ارکید تخصصی‌تر شده‌اند.
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 قوی‌تری به خاطر تمرین بدست می‌آورند، و بال‌های ضعیف‌تری به دلیل پرواز نکردن بدست می‌آورند تا آنجا که بطور مثال شتر مرغ اصلا 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 مجددا 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 بعدا 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 قبلا دریافت کرده بودند نوع دیگری از پروکاریوت‌ها را که احتمالا از خویشاوندان سیانوباکترها بودند را دریافت کردند و سلول‌های گیاهی را بوجود آوردند. پروکاریوت‌های وارد شده به این سلول‌ها کلروپلاست نام گرفتند.
پیدایش جانداران پرسلولی
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.