تكامل با چه سرعتی رخ می‌دهد؟

تكامل با چه سرعتی رخ می‌دهد؟علوم پایه و مهندسیعلمیچهارشنبه ۲۸ شهریور ۱۴۰۳ - ۲۲:۳۰مطالعه 4 دقیقهغزل امیریتبلیغاتتبلیغاتتبلیغاتاندازه‌گیری سرعت تكامل دشوار است، اما بر اساس شواهد فسیلی و پژوهش‌های موردی، تكامل در شرایط محیطی متغیر می‌تواند بسیار سریع‌تر از تصور داروین رخ دهد .

تبلیغاتچارلز داروین در اواسط قرن نوزدهم نظریه تكامل را مطرح كرد، اما بر این باور بود كه فرایند بنیادین تكامل بسیار آهسته و در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناسی، یعنی میلیون‌ها سال رخ می‌دهد. اما آیا حق با داروین است، یا تكامل می‌تواند سریع‌تر نیز رخ دهد؟ تكامل با چه سرعتی عمل می‌كند؟در ابتدا، باید تكامل را تعریف كنیم .

تكامل فرآیندی است كه در طی آن، ژن‌ها یا ظاهر فیزیكی هر گونه به تدریج و در طول زمان، تغییر می‌كند. نیروی محرك فرایند تكامل «انتخاب طبیعی» است، یعنی افرادی كه ویژگی‌های سودمندتری دارند، زنده می‌مانند و تولیدمثل می‌كنند و این ویژگی‌ها را به نسل‌های بعدی خود منتقل می‌كنند .

چنین فرایندی در طی نسل‌های متعدد، به عنوان تكامل تطبیقی شناخته می‌شود.تركیب انتخاب طبیعی و تكامل تطبیقی به گونه‌ها كمك می‌كند تا خود را با تغییرات محیطی تطبیق دهند. تیموتی بونه، زیست‌شناس فرگشتی از مركز ملی تحقیقات علمی فرانسه و دانشگاه لا روشل، به‌ لایوساینس می‌گوید: «این فرآیند به گونه امكان می‌دهد تا تغییرات محیط زندگی خود را ردیابی كند .

»برای مثال، در نمونه‌ی معروف «سهره‌های داروین» یا فنچ‌های گالاپاگوس، پرنده‌هایی تأثیرگذار از جزایر گالاپاگوس، می‌بینیم كه گونه‌های مختلفی از این پرنده‌ها در طی چند دهه، منقارهایی با شكل‌ها و اندازه‌های متفاوت را تكامل دادند تا در تغذیه از انواع مختلف مغزها و حشرات، تخصص پیدا كنند .

یافته‌ها پس از انتشار كتاب برنده‌ی جایزه پولیتزر با عنوان «منقار سهره: داستانی از تحول در دوره ما» توجه بسیاری را به خود جلب كرد.اما مؤلفه‌ی سومی نیز وجود دارد: گونه‌زایی. هر گونه‌ای در طی این فرایند، به مرور زمان به دو گونه‌ی متمایز تقسیم می‌شود .

بونه می‌گوید این فرآیند بسیار آهسته‌تر از تكامل تطبیقی رخ می‌دهد.انتخاب مصنوعی، سرعت تكامل را افزایش می‌دهددر اوایل تا اواسط قرن بیستم، دانشمندان دریافتند كه تكامل می‌تواند بسیار سریع‌تر از آنچه كه داروین گمان می‌كرد، رخ دهد .

آن‌ها با استفاده از نظریه انتخاب طبیعی، تنها در عرض هفت سال، توانستند محصولات كشاورزی را به شكلی تغییر دهند كه خوش‌طعم‌تر شوند و سگ‌ها را نیز در طی چند نسل، اهلی كنند. بونه می‌گوید: «ما باعث شدیم كه تكامل اتفاق بیفتد .

می‌توانستیم تغییراتی را كه در مقیاس چند نسل رخ می‌دهد، ببینیم. تغییرات می‌توانند بسیار چشمگیر باشند.»انتخاب مصنوعی، سرعت تكامل را افزایش داد. اما فرایند تكامل به طور طبیعی با چه سرعتی رخ می‌دهد؟بونه و گروهی بین‌المللی از محققان، برای پاسخ به این پرسش، دهه‌ها داده‌ی ژنتیكی مربوط به ۱۹ گونه پرنده و پستاندار را تحلیل كردند .

آن‌ها دریافتند كه سرعت تكامل تطبیقی، دو تا چهار برابر سریع‌تر از برآوردهای پیشین است. به طور دقیق‌تر، در هر نسل از نمونه‌های مطالعه، بقا و تولیدمثل در شرایط كاملاً پایدار به طور متوسط ۱۸٫۵ درصد افزایش داشت .

یعنی اگر بقا و تولیدمثل به میزان یك‌سوم كاهش یابد، تكامل تطبیقی در سه تا هفت نسل، جمعیت را بازیابی می‌كند. برای مثال، گوسفندهای بزرگ‌شاخ (Ovis canadensis) در طی ۲۰ سال یا سه نسل، شاخ‌های خود را به اندازه‌ی دو سانتی‌متر كوتاه‌تر كردند، زیرا آن‌هایی كه شاخ‌های بزرگتری داشتند، توسط شكارچیان مورد هدف قرار می‌گرفتند .

موش‌های برفی (Chionomys nivalis) در طی ۱۰ سال یا هشت نسل، تا سه گرم از وزن خود را از دست دادند كه احتمالاً به دلیل تغییر در میزان بارش برف اتفاق افتاده بود.بیشتر بخوانیدتكامل می‌تواند با سرعت بسیار بالایی اتفاق بیفتد5 فروردین 01مطالعه '3چرا تكامل اغلب اوقات به سود حیوانات كوچك است؟28 اردیبهشت 03مطالعه '5اما شرایط در طبیعت، هرگز پایدار باقی نمی‌ماند .

بونه توضیح می‌دهد: «می‌بینیم كه جمعیت‌ها در حال تطبیق هستند، اما نمی‌دانیم كه با چه چیزی تطبیق می‌یابند.» او افزود تغییرات محیطی، رقابت، بیماری‌ها و انسان‌ها، همگی می‌توانند باعث تغییر در سرعت تكامل شوند .

بونه می‌گوید: «تكامل برای تثبیت یا دست‌كم كاهش تأثیر تغییراتی كه در محیط رخ می‌دهد، در صحنه حضور دارد.»تغییرات اقلیمی یكی از مهم‌ترین عوامل محرك تكامل استهمچنین، بونه می‌گوید تغییرات اقلیمی یكی از مهم‌ترین عوامل محرك تكامل تطبیقی است، اما دانشمندان مطمئن نیستند كه جمعیت‌ها بتوانند با سرعت كافی با چنین تغییراتی سازگار شوند .

با ایجاد تغییر در دما، الگوهای آب‌وهوایی و افزایش سطح آب دریاها، برخی گونه‌ها به مناطق خنك‌تر مهاجرت كرده یا خود را با شرایط شوری بیشتر تطبیق داده‌اند. با این حال، محیط‌ها ممكن است سریع‌تر از توان تكامل برای سازگاری تخریب شوند .

جیمز استرود، زیست‌شناس فرگشتی در مؤسسه فناوری جورجیا، می‌گوید: «تكامل همیشه در حال رخ‌دادن است.» اما او می‌پرسد اگر انتخاب طبیعی این‌قدر قدرت دارد، چرا همه چیز با سرعت تكامل پیدا نمی‌كند؟ این پرسش، او را به سمت پژوهش در این زمینه سوق داد .

استرود و همكارانش از پژوهش‌های خود نتیجه گرفتند كه انتخاب طبیعی در بازه‌های زمانی كوتاه‌مدت (چند نسل یا چند سال) در مارمولك‌های مناطق گرمسیری بسیار پویاتر است، اما در بازه‌های زمانی طولانی‌تر (میلیون‌ها سال) این تغییرات به تعادل می‌رسد و عملاً تغییر خاصی رخ نمی‌دهد .

كپی لینكمیزان تغییردانشمندان چگونه سرعت تكامل را اندازه می‌گیرند؟ فلیپ جینجریچ، دیرین‌شناس از دانشگاه میشیگان، روشی را ابداع كرد كه با استفاده از واحدی به نام «داروین»، سرعت تكامل را اندازه‌گیری می‌كند .

او دریافت كه تكامل در بازه‌های زمانی طولانی‌مدت، به آهستگی رخ می‌دهد، در حالی كه در بازه‌های كوتاه‌تر، سرعت آن بسیار بیشتر است.مایكل بنتن، دیرین‌شناس مهره‌داران از دانشگاه بریستول، می‌گوید: «سرعت تكامل می‌تواند به دلیل تغییرات محیطی مداوم، به طرز شگفت‌انگیزی بالا باشد .

هر چه مقیاس زمانی كوتاه‌تر باشد، سرعت تكامل بیشتر است، حتی پس از اینكه تأثیر زمان را در نظر بگیریم.»هر چه مقیاس زمانی كوتاه‌تر باشد، سرعت تكامل بیشتر استهمچنین، جیمز استرود و همكارانش در دانشگاه میامی، در حال بررسی ایگواناهای سبز غیربومی به‌عنوان نمونه‌ای برای پژوهش موردی تكامل سریع هستند .

این موجودات سازگار با گرما، در هنگام سرمای ناگهانی میامی، یخ می‌زنند و از درخت‌ها سقوط می‌كنند. استرود توضیح می‌دهد: «ما دیدیم كه بعضی از ایگواناها می‌میرند، اما برخی زنده می‌مانند و آن‌هایی كه زنده می‌مانند، می‌توانند دماهای سردتر را تحمل كنند .

این نشان می‌دهد كه احتمالاً تكامل در حال رخ‌دادن است.»سوابق فسیلی نیز سرنخ‌هایی را ارائه می‌دهند. در دوره تریاس (۲۵۱٫۹ تا ۲۰۱٫۳ میلیون سال پیش)، پس از انقراض پرمین، خزندگان دریایی بزرگی به نام ایكتئوسورها در كمتر از ۳ میلیون سال و سریع‌تر از نهنگ‌ها، به موجوداتی غول‌پیكر تبدیل شدند، زیرا آن‌ها برترین شكارچیان اقیانوسی بودند .

بنتن توضیح می‌دهد كه عواملی مانند تطبیق با شرایط محیطی جدید، پركردن موقعیت‌های زیست‌محیطی جدید، فرار از شكارچیان و رقابت با سایر حیوانات، اغلب باعث افزایش سرعت تكامل می‌شوند. او می‌گوید: «شاید پاسخ درست این باشد كه همه‌ی موجودات، در صورت نیاز، از توانایی تكامل فوق‌العاده سریع برخوردار هستند .