การสืบเชื้อสายร่วมกัน

ในสาขาชีววิทยาวิวัฒนาการ การสืบเชื้อสายร่วมกัน หรือ การสืบสกุลร่วมกัน (อังกฤษ: Common descent) เป็นทฤษฎีที่อธิบายว่ากลุ่มสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ๆ ได้มีบรรพบุรุษร่วมกันใกล้สุด (most recent common ancestor, MRCA) อย่างไร มีหลักฐานว่า สิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกสืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษร่วมกัน และในปี 2559 นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ระบุยีน 355 ตัวจากบรรพบุรุษร่วมกันของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่ยังมีชีวิตอยู่บนโลก สิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กันจะมีบรรพบุรุษร่วมกันในช่วงการเกิดสปีชีส์ ที่สปีชีส์ต่าง ๆ จะกำเนิดจากกลุ่มบรรพบุรุษเดียวกัน โดยกลุ่มที่มีบรรพบุรุษร่วมกันใกล้กันกว่า ก็จะเป็นญาติใกล้ชิดกันมากกว่า และสิ่งมีชีวิตที่ยังมีชีวิตอยู่ทั้งหมดก็ได้มีบรรพบุรุษร่วมกันที่เรียกว่า บรรพบุรุษร่วมที่ใกล้กันที่สุดของสิ่งมีชีวิตบนโลก (LUCA) ซึ่งมีชีวิตประมาณ 3,900 ล้านปีก่อน (โดยโลกเกิดเมื่อ 4,450 ล้านปี ± 1% ก่อน) หลักฐานที่เก่าแก่ที่สุดของสิ่งมีชีวิตบนโลก 2 ชิ้นก็คือ ทฤษฎีการสืบเชื้อสายร่วมกันสากล (อังกฤษ: universal common descent) บ่งว่า สิ่งมีชีวิตที่ยังมีชีวิตอยู่ทั้งหมดบนโลกจะสืบยีนร่วมกัน โดยแต่ละชนิดล้วนแต่สืบเชื้อสายมาจากสปีชีส์ดั้งเดิมชนิดเดียว แม้อาจมี การถ่ายทอดยีนในแนวราบ (horizontal gene transfer) ในวิวัฒนาการยุคต้น ๆ ซึ่งสร้างปัญหาต่อแบบจำลอง monophyly ซึ่งแสดงว่าสิ่งมีชีวิตแตกสาขามาจากชาติพันธุ์เดียว นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษชาลส์ ดาร์วิน ได้เสนอการสืบเชื้อสายร่วมกันทั้งหมดผ่านกระบวนการวิวัฒนาการเป็นคนแรกในหนังสือ กำเนิดสปีชีส์ (On the Origin of Species) ในปี พ.ศ. 2402 ซึ่งสรุปว่า มีความสง่างามในมุมมองของชีวิตเช่นนี้ พร้อมกับอานุภาพหลายอย่างของมัน ซึ่งดั้งเดิมเกิดเป็นรูปแบบไม่กี่อย่างหรืออย่างเดียว และนั่น ในขณะที่โลกลูกนี้กำลังหมุนไปตามกฎความโน้มถ่วงที่ตายตัว จากจุดเริ่มต้นที่ง่าย ๆ เห็นปานนั้น รูปแบบหาที่สุดไม่ได้ ที่สวยงามที่สุดและมหัศจรรย์ที่สุด ได้วิวัฒนาการและกำลังวิวัฒนาการเกิดขึ้น ในคริสต์ทศวรรษ 1740 นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสปีแยร์ หลุยส์ โมเพร์ทุยส์ ได้เสนอเป็นครั้งแรกเท่าที่รู้ ว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมดอาจมีบรรพบุรุษร่วมกัน และได้แปรต่างจากกันผ่านความต่าง ๆ กันแบบสุ่มและการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ในบทความปี พ.ศ. 2293 เขาได้ให้ข้อสังเกตว่า ในการผสมกันแบบบังเอิญอันเป็นกระบวนการผลิต (สิ่งมีชีวิต) ตามธรรมชาติ เพราะสัตว์จะสามารถรอดชีวิตในระบบที่มีการปรับตัวเข้าได้ในระดับหนึ่งเท่านั้น เราไม่สามารถกล่าวได้หรือว่า มันไม่มีอะไรพิเศษในความจริงว่า การปรับตัวเช่นนี้มีอย่างแน่ ๆ ในสปีชีส์ทั้งหมดที่ยังมีอยู่ เราอาจกล่าวได้ว่า ความบังเอิญได้สร้างหน่วยสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ เป็นจำนวนมาก ส่วนน้อยส่วนหนึ่งจากสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ ได้จัดระเบียบโดยที่อวัยวะของสัตว์สามารถสนองความจำเป็นของตน (ในขณะที่) สัตว์มากกว่านั้นมากไม่แสดงทั้งการปรับตัวหรือการจัดระเบียบ สัตว์พวกหลังนี้ได้สูญสิ้นไปหมดแล้ว ดังนั้น สปีชีส์ที่เราเห็นทุกวันนี้ เป็นเพียงแค่ส่วนน้อยที่โชคชะตาแบบไม่เลือกได้ผลิตขึ้น ต่อมาในปี 2333 อิมมานูเอล คานต์จึงได้เขียนว่า ความคล้ายคลึงกันของสัตว์แสดงนัยถึงรูปแบบดั้งเดิมที่เหมือนกัน และดังนั้น ถึงบรรพบุรุษที่มีร่วมกัน แม้จะมีรูปแบบหลายหลาก พวกมันดูเหมือนจะสร้างขึ้นตามต้นแบบร่วมกันอย่างหนึ่ง และความคล้ายคลึงเช่นนี้ในสัตว์เหล่านี้ เสริมความสงสัยของเราว่า พวกมันจริง ๆ เป็นญาติกัน เกิดจากแม่แรกเริ่มร่วมกัน และปู่ของดาร์วินได้เขียนในปี 2337 ไว้ว่า มันกล้าเกินไปหรือไม่ที่จะจินตนาการว่า ในระยะเวลาอันยาวนานเช่นนี้ ตั้งแต่โลกได้เริ่มมี อาจนับอายุขัยเป็นล้าน ๆ ชั่วยุคก่อนเริ่มประวัติศาสตร์มนุษย์ มันกล้าเกินไปหรือไม่ที่จะจินตนาการว่า สัตว์เลือดอุ่นทั้งหมดได้เกิดมาจากใยชีวิตเพียงเส้นเดียว ที่กำเนิดจักรวาล (the great First Cause) ได้ประสิทธิ์ประสาทความเป็นสัตว์ให้ พร้อมกับอำนาจในการได้ส่วนใหม่ ๆ พร้อมกับสมรรถภาพใหม่ ๆ ที่ระบุทิศทางโดยความขัดเคือง ความรู้สึก ความตั้งใจ และความสัมพันธ์ และดังนั้น จึงมีศักยภาพในการปรับปรุงตนต่อไปโดยกิจกรรมตามธรรมชาติของตน และในการสืบทอดข้อปรับปรุงเหล่านี้ตามรุ่นไปยังลูกหลาน ไปกับโลกอย่างไม่ที่สิ้นสุด มุมมองของชาลส์ ดาร์วินตามผลงานปี 2402 เกี่ยวกับการสืบเชื้อสายร่วมกันก็คือ มันเป็นไปได้ว่ามีบรรพบุรุษเพียงแค่หนึ่งเดียวสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบ ดังนั้น ผมจึงต้องอนุมานจากความคล้ายคลึงกันว่า สิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่เคยมีชีวิตอยู่บนโลกนี้ น่าจะสืบสายมาจากรูปแบบรุ่นต้นกำเนิดโลกอย่างหนึ่ง ที่ได้เกิดมีชีวิตเป็นครั้งแรก สิ่งมีชีวิตที่รู้จักทั้งหมดมีมูลฐานจากกระบวนการทางชีวเคมีพื้นฐานที่เหมือนกัน คือ ข้อมูลทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสอยู่ในดีเอ็นเอ คัดลอกเป็นอาร์เอ็นเอผ่านปฏิกิริยาของโปรตีนและเอนไซม์ (RNA polymerase) แล้วแปลงเป็นโปรตีนโดยไรโบโซม โดยมี ATP, NADPH, และโมเลกุลอื่น ๆ เป็นแหล่งพลังงาน เป็นต้น อนึ่ง รหัสพันธุกรรม (คือข้อมูลดีเอ็นเอที่ใช้แปลงเป็นโปรตีน) ยังแทบเหมือนกันในสิ่งมีชีวิตที่รู้จักทั้งหมด ตั้งแต่แบคทีเรีย อาร์เคีย สัตว์ ตลอดจนถึงพืช นักชีววิทยาทั่วไปมองความสากลของรหัสเช่นนี้ว่า เป็นหลักฐานให้น้ำหนักแก่ทฤษฎีการสืบเชื้อสายร่วมกันสากล (universal common descent) การวิเคราะห์รหัสทางพันธุกรรมที่ต่างกันเล็กน้อย ยังให้หลักฐานกับทฤษฎีอีกด้วย ตัวอย่างหนึ่งก็คือ Cytochrome c ซึ่งเป็น hemeprotein ที่สิ่งมีชีวิตโดยมากมีเหมือนกัน อนึ่ง การเปรียบเทียบทางสถิติของสมมติฐานต่าง ๆ แสดงว่า การมีบรรพบุรุษร่วมกันอย่างสากลเป็นไปได้สูงกว่าสมมติฐานที่กำหนดว่ามีแหล่งกำเนิดต่าง ๆ กัน ความคล้ายคลึงกันของสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช่การปรับตัว ไม่สามารถอธิบายด้วยปรากฏการณ์วิวัฒนาการเบนเข้า และดังนั้น จึงเป็นตัวสนับสนุนที่น่าเชื่อถือสำหรับทฤษฎีการสืบเชื้อสายร่วมกันสากล หลักฐานเช่นนี้มาจากกรดอะมิโนและลำดับดีเอ็นเอ คือโปรตีนที่มีโครงสร้างสามมิติเช่นเดียวกันไม่จำเป็นต้องมีลำดับกรดอะมิโนที่เหมือนกัน ดังนั้น ความคล้ายคลึงกันที่ไม่จำเป็นของลำดับจึงเป็นหลักฐานว่าสืบทอดเชื้อสายมาร่วมกัน อนึ่ง ในบางกรณี ยังมีโคดอน (เป็นลำดับนิวคลีโอไทด์ 3 ลำดับ) หลายชุดที่เข้ารหัสกรดอะมิโนอันเดียวกัน ดังนั้น ถ้าสปีชีส์ 2 ชนิดใช้โคดอนที่ตำแหน่งเดียวกันเพื่อแปลงเป็นกรดอะมิโน แม้จะทำได้จากโคดอนในตำแหน่งอื่น ๆ ด้วย นี่ก็เป็นหลักฐานว่าสืบทอดเชื้อสายมาร่วมกันเร็ว ๆ นี้ ความสากลทางวัฏจักรชีวิตของเซลล์ในด้านต่าง ๆ ก็สนับสนุนหลักฐานอื่นซึ่งน่าเชื่อถือกว่าดังที่กล่าวมาแล้วอีกด้วย ความคล้ายคลึงกันรวมทั้งสารพลังงานคือ อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) และความจริงว่า กรดอะมิโนที่พบทั้งหมดในโปรตีนมี Chirality แบบ "มือซ้าย" อย่างไรก็ดี ก็ยังเป็นไปได้ว่าความคล้ายคลึงกันเช่นนี้มีผลจากกฎทางฟิสิกส์หรือทางเคมี ไม่ใช่การสืบทอดเชื้อสายร่วมกันสากล และดังนั้น ความเหมือนกันจึงอาจมาจากวิวัฒนาการเบนเข้า หลักฐานสำคัญอีกอย่างก็คือมันเป็นไปได้ที่จะสร้างต้นไม้วิวัฒนาการชาติพันธุ์ (phylogenetic trees) หรือ "พงศาวลี" ของสปีชีส์อย่างละเอียดลออ ที่แสดงหมวดหมู่และบรรพบุรุษร่วมกันของสปีชีส์ที่ยังมีชีวิตอยู่ทั้งหมด เช่น งานศึกษาปี 2553 วิเคราะห์ข้อมูลพันธุกรรมที่มีอยู่โดยใช้สถิติ แล้วสร้างต้นไม้วิวัฒนาการชาติพันธุ์ ซึ่งแสดง "หลักฐานเชิงปริมาณที่เข้มแข็ง โดยการทดสอบแบบรูปนัย สำหรับความเป็นเอกภาพของชีวิต" อย่างไรก็ดี มีนักวิชาการที่ไม่เห็นด้วยกับข้ออ้างว่าเป็น "การทดสอบแบบรูปนัย" เพราะไม่พิจารณาวิวัฒนาการเบนเข้า แม้เจ้าของงานจะได้ตอบโต้ข้อคัดค้านการใช้คำนี้ ทั่วไปแล้ว ต้นไม้เยี่ยงนี้จะสร้างโดยใช้การเปรียบเทียบทางสัณฐานวิทยา เช่น รูปร่างที่ปรากฏ สภาพของเอ็มบริโอ เป็นต้น แต่เร็ว ๆ นี้ ก็ยังสามารถสร้างต้นไม้ด้วยข้อมูลโมเลกุล คือเทียบความคล้ายความต่างของลำดับยีนและลำดับโปรตีน วิธีการเหล่านี้ทั้งหมดแสดงผลที่คล้ายกันถึงแม้ความแตกต่างของยีนจะไม่มีผลต่อสัณฐานรูปร่างภายนอก ความเข้ากันได้ของต้นไม้ที่สร้างโดยข้อมูลต่าง ๆ จึงเป็นหลักฐานที่เข้มแข็งของการสืบทอดเชื้อสายร่วมกันที่เป็นมูล การคัดเลือกพันธุ์โดยทำขึ้น (Artificial selection) แสดงความหลายหลากที่สามารถมีในสิ่งมีชีวิตที่มีบรรพบุรุษร่วมกันเร็ว ๆ นี้ ในกระบวนการนี้ มนุษย์เป็นผู้คัดเลือกการสืบทอดพันธุ์ของสปีชีส์ในแต่ละรุ่น ๆ โดยให้สิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะที่ต้องการสืบพันธุ์ต่อไป โดยลักษณะที่ต้องการจะเด่นขึ้นเรื่อย ๆ ในรุ่นต่อ ๆ มา เป็นกรรมวิธีที่ใช้อย่างได้ผลมานานก่อนที่วิทยาศาสตร์จะค้นพบมูลฐานทางพันธุกรรม ความหลากหลายของสุนัขเลี้ยง เป็นตัวอย่างแสดงอำนาจของการคัดเลือกพันธุ์โดยทำขึ้น คือ สุนัขหมดทุกพันธ์มีบรรพบุรุษเดียวกัน คือสืบทอดเชื้อสายมาจากหมาป่า มนุษย์คัดเลือกพันธุ์ของมันเพื่อให้ได้ลักษณะโดยเฉพาะบางอย่าง เช่น สี หรือตัวยาว ตัวใหญ่ ซึ่งสร้างสุนัขพันธุ์ต่าง ๆ รวมทั้งชีวาวา เกรตเดน แบสซิตฮาวนด์ ปั๊ก และพูเดิล เทียบกับหมาป่าที่ไม่ได้คัดเลือกพันธุ์โดยทำขึ้น ซึ่งค่อนข้างจะเหมือน ๆ กัน เกษตรกรในยุคต้น ๆ ได้เพาะพันธุ์ผักหลายชนิดจากพืชวงศ์ผักกาด (Brassicaceae) สปีชีส์ Brassica oleracea (กะหล่ำป่า) โดยคัดเลือกลักษณะโดยเฉพาะ ๆ ผักสามัญเช่น กะหล่ำปลี กะหล่ำดอกอิตาลี (บรอกโคลี) คะน้า กะหล่ำดอก (cauliflower) กะหล่ำปม (kohlrabi) และกะหล่ำดาว (Brussels sprout) ล้วนแต่เป็นลูกหลานของกะหล่ำป่า กะหล่ำดาวสร้างขึ้นโดยคัดเลือกตา/หน่อที่ใหญ่ บรอกโคลีโดยคัดก้านดอกที่ใหญ่ กะหล่ำปลีโดยคัดก้านใบสั้น ๆ และคะน้าโดยคัดใบใหญ่ การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นกระบวนการวิวัฒนาการ ที่ลักษณะสืบสายพันธุ์ซึ่งเพิ่มความเหมาะสมของสิ่งมีชีวิตจะสามัญมากขึ้น และที่ลักษณะซึ่งลดความเหมาะสมจะสามัญน้อยลง เมื่อเขาศึกษาอยู่ที่หมู่เกาะกาลาปาโกส ชาลส์ ดาร์วินได้สังเกตเห็นนกกระจาบปีกอ่อน 13 พันธุ์ที่เป็นญาติใกล้ชิดกัน แต่ต่างกันมากที่จะงอยปาก จะงอยปากของแต่ละสปีชีส์จะเหมาะกับอาหารที่มีในสิ่งแวดล้อมของนกนั้น ๆ ซึ่งแสดงว่า รูปร่างจะงอยปากได้วิวัฒนาการผ่านการคัดเลือกโดยธรรมชาติ จะงอยปากใหญ่จะพบในเกาะที่แหล่งอาหารหลักของนกก็คือผลไม้เปลือกแข็ง และดังนั้น จึงช่วยให้นกเปิดเปลือกแล้วกินเนื้อข้างใน ปากเรียวยาวจะพบกับนกที่แมลงเป็นแหล่งอาหารที่ดีที่สุดในเกาะที่ตนอยู่ ซึ่งช่วยให้นกดึงแมลงออกจากซอกเล็ก ๆ ที่มันซ่อนอยู่ นกก็พบด้วยในแผ่นดินใหญ่ โดยเชื่อว่านกได้อพยพไปยังหมู่เกาะแล้วเริ่มปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมผ่านกระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติ