گفتار 3
تغییر در گونه‌ها
شواهد تغییر گونه‌ها
گونه‌های بسیاری روی زمین زندگی می‌کنند، اما آیا این گونه‌ها از ابتدا وجود داشته‌اند یا در طول زمان پدید آمده‌اند؟
برخی گونه‌ها از گذشته‌های دور تاکنون باقی مانده‌اند، در حالی که برخی دیگر در طول زمان پدید آمده‌اند یا منقرض شده‌اند.
شواهد علمی نشان می‌دهند که گونه‌ها در طول زمان تغییر کرده‌اند.
شواهدی وجود دارند که نشان می‌دهد گونه‌ها در طول زمان تغییر کرده اند. این شواهد عبارتند از سنگواره‌ها، تشریح مقایسه‌ای و مطالعات مولکولی.
سنگواره‌ها
دیرینه‌شناسان، که به مطالعۀ سنگواره‌ها می‌پردازند، دریافته‌اند که سنگواره، بقایای یک جاندار یا آثاری از آن است که در گذشته دور زندگی کرده است. این بقایا ممکن است شامل قسمت‌های سخت بدن (مانند استخوان‌ها و اسکلت خارجی) یا حتی کل بدن جاندار باشد.
اجزای سنگواره‌ها
معمولاً شامل قسمت‌های سخت بدن مانند استخوان‌ها و اسکلت خارجی است.
در برخی موارد، کل بدن جاندار سنگواره شده است.
مثال ۱: ماموت‌های منجمد که تمام قسمت‌های بدن آنها، حتی پوست و مو، حفظ شده است.
مثال ۲: حشراتی که در رزین گیاهان به دام افتاده‌اند.
اطلاعاتی که سنگواره‌ها ارائه می‌دهند
سنگواره‌ها اطلاعات فراوانی به ما می‌دهند. دیرینه‌شناسان، که به مطالعۀ سنگواره‌ها می‌پردازند، دریافته‌اند که با استفاده از سنگواره‌ها می‌توان به موارد زیر پی برد:
وجود جاندارانی که اکنون منقرض شده‌اند.
مثال: دایناسورها میلیون‌ها سال پیش ساکن زمین بودند، اما نسلشان کاملاً منقرض شده است.
وجود جاندارانی که در گذشته نبوده‌اند، اما امروزه وجود دارند.
مثال: گل لاله و گربه.
جاندارانی که از گذشته‌های دور تا امروز داشته‌اند.
مثال: درخت گیسو، که از ۱۷۰ میلیون سال پیش تاکنون وجود داشته است.
اهمیت مطالعه سنگواره‌ها
سنگواره‌ها نشان می‌دهند که زندگی در زمان‌های مختلف، به شکل‌های گوناگونی جریان داشته است.
دیرینه‌شناسان با مطالعه سنگواره‌ها می‌توانند:
عمر یک سنگواره را تعیین کنند.
تاریخچه تکامل گونه‌ها را بررسی کنند.
دریابند که در هر زمان، چه جاندارانی روی زمین زندگی کرده‌اند.
ارتباط سنگواره‌ها با تغییر گونه‌ها
سنگواره‌ها نشان می‌دهند که گونه‌های جدید در طول زمان به وجود آمده‌اند.
با مقایسه سنگواره‌های قدیمی و گونه‌های امروزی، می‌توان شباهت‌ها و تفاوت‌ها را بررسی کرد و مسیر تکاملی گونه‌ها را مشخص کرد.
شواهد سنگواره‌ای، اطلاعاتی درباره محیط‌های گذشته، سازگاری جانداران، و تغییرات زیستی آنها ارائه می‌دهند.
شکل 10 - برگ درخت گیسو و سنگوارۀ آن
تشریح مقایسه‌ای
تشریح مقایسه‌ای چیست؟
در تشریح مقایسه‌ای، اجزای پیکر جانداران گونه‌های مختلف با یکدیگر مقایسه می‌شوند. تطبیق اجزای بدنی جانداران گاه آشکار می‌سازد که شباهت ساختاری در آنها ریشه در نیاکان مشترک دارد. این مقایسه نشان می‌دهد که ساختار بدن بعضی گونه‌ها از طرح مشابهی برخوردار است.
ساختارهای مورد مطالعه در تشریح مقایسه‌ای
اندام‌های همتا
اندام‌های آنالوگ
ساختارهای وستیجیال
مقایسهٔ ساختارهای مورد مطالعه در تشریح مقایسه‌ای
نوع ساختار | تعریف | شباهت ساختاری | تفاوت در عملکرد | دلالت تکاملی |
اندام‌های همتا | اندام‌هایی که طرح ساختاری یکسان دارند. | دارند. | ممکن است داشته باشند. | وجود نیای مشترک |
اندام‌های آنالوگ | اندام‌هایی که کار یکسان اما طرح ساختاری متفاوت دارند. | ندارند. | ندارند. | پاسخ به نیاز مشابه از مسیرهای تکاملی متفاوت |
ساختارهای وستیجیال | ساختارهایی کوچک، ساده یا بدون عملکرد در یک گونه | — | — | شواهدی از تغییر گونه‌ها در طول زمان |
۱. اندام‌های همتا
اندام‌هایی که طرح ساختاری یکسان دارند، حتی اگر کار متفاوتی انجام دهند، اندام‌های همتا نامیده می‌شوند. این شباهت‌ها نشان‌دهنده وجود نیای مشترک بین گونه‌های مختلف است.
مثلا دست انسان، بال پرنده، باله دلفین و دست گربه؛ همگی دارای طرح استخوانی مشابهی هستند.
اهمیت ساختارهای همتا در زیست‌شناسی
وجود اندام‌های همتا نشان می‌دهد که گونه‌های خویشاوند از یک جد مشترک تکامل یافته‌اند.
زیست‌شناسان از ساختارهای همتا برای رده‌بندی جانداران استفاده می‌کنند.
گونه‌های خویشاوند و استفاده از ساختارهای همتا در رده‌بندی
گونه‌هایی که نیای مشترک دارند، گونه‌های خویشاوند نامیده می‌شوند.
ساختارهای همتا، معیاری برای گروه‌بندی گونه‌های خویشاوند در طبقه‌بندی زیستی هستند.
شکل 11 - نیای مشترک و گونه‌های خویشاوند. از خویشاوندی موجودات زنده در رده‌بندی هم استفاده می‌شود. دلفین با شیر کوهی خویشاوندی نزدیک‌تری دارد تا با کوسه بنابراین دلفین و شیر کوهی در یک گروه قرار می‌گیرند.
۲. اندام‌های آنالوگ
اندام‌هایی که کار یکسان اما طرح ساختاری متفاوت دارند، اندام‌های آنالوگ نامیده می‌شوند. مثلا بال کبوتر و بال پروانه؛ هر دو برای پرواز هستند اما ساختار متفاوتی دارند.
اندام‌های آنالوگ نشان می‌دهند که:
این ساختارها نشان می‌دهند که برای پاسخ به یک نیاز، جانداران به روش‌های مختلفی سازش پیدا کرده‌اند.
جانداران مختلف برای سازش با محیط، به روش‌های متفاوتی به نیازهای مشابه پاسخ داده‌اند.
۳. ساختارهای وستیجیال
تشریح مقایسه‌ای علاوه بر آشکار کردن خویشاوندی گونه‌ها، اطلاعات دیگری را نیز فراهم می‌کند.
وقتی گونه‌های مختلف را مقایسه می‌کنیم، گاهی به ساختارهایی بر می‌خوریم که در یک عده‌ای بسیار کارآمد هستند ولی ساختارهای دیگری نیز وجود دارند که در یک گونه نسبت به گونه‌های دیگر کوچک، ساده یا ضعیف شده‌اند و حتی ممکن است فاقد عملکرد خاصی باشند، این ساختارها، ساختارهای وستیجیال نامیده می‌شوند.
مثلا بقایای پا در مار پیتون؛ این مارها امروزه پا ندارند، اما بقایای پا در لگن آنها دیده می‌شود و این حاکی از وجود رابطه میان آنها و دیگر مهره‌داران است.
چرا ساختارهای وستیجیال اهمیت دارند؟
این ساختارها ردپای «تغییر گونه ها» هستند.
مارها احتمالاً از اجدادی که پا داشته‌اند (مانند سوسمارها) تکامل یافته‌اند.
وجود این ساختارها نشان‌دهنده تغییرات تکاملی و سازگاری جانداران با محیط است.
شکل 12 - بقایای پا در مار پیتون
مطالعات مولکولی
مطالعات مولکولی چیست؟
مقایسه گونه‌ها را می‌توان در سطح ژنگان (ژنوم) نیز انجام داد که «مطالعات مولکولی» نام دارد. این مقایسه اطلاعات ارزشمندی درباره خویشاوندی جانداران و تاریخچه تکاملی آنها ارائه می‌دهد.
چه اطلاعاتی از مطالعات مولکولی به دست می‌آید؟
1. تشخیص ژن‌های مشترک و خاص در گونه‌های مختلف
برخی ژن‌ها در بین گونه‌های مختلف مشترک هستند.
برخی ژن‌ها ویژگی‌های خاص یک گونه را تعیین می‌کنند و در گونه‌های دیگر یافت نمی‌شوند.
2. تشخیص میزان خویشاوندی بین گونه‌ها
پژوهشگران با مقایسه توالی DNA گونه‌های مختلف، میزان نزدیکی آنها را از منظر ژنتیکی بررسی می‌کنند.
هرچه شباهت بین دناهای دو جاندار بیشتر باشد، آنها خویشاوندی نزدیک‌تری دارند.
3. بررسی تاریخچه تغییر گونه‌ها
مطالعات مولکولی می‌توانند نشان دهند که یک گونه در طول زمان چگونه تغییر کرده است.
توالی‌های حفظشده در گونه‌های مختلف
توالی‌هایی از دنا که در بین گونه‌های مختلف دیده می‌شوند و در طول زمان بدون تغییر باقی مانده‌اند، توالی‌های حفظشده نامیده می‌شوند.
این توالی‌ها اطلاعاتی درباره تاریخچه تکاملی گونه‌ها ارائه می‌دهند.
ژن‌های مربوط به عملکردهای حیاتی، مانند تولید پروتئین‌های مهم یاخته‌ای، معمولاً دارای توالی‌های حفظشده هستند.
بررسی توالی‌های حفظشده در جانداران مختلف می‌تواند ارتباط تکاملی بین آنها را مشخص کند.
اهمیت مطالعات مولکولی در زیست‌شناسی تکاملی
مطالعات مولکولی به زیست‌شناسان کمک می‌کند تا مسیر تکاملی گونه‌ها را بهتر درک کنند.
این مطالعات در ترکیب با شواهد سنگواره‌ای و تشریح مقایسه‌ای، به شناخت بهتر روابط تکاملی جانداران کمک می‌کند.
تحلیل دنا امکان بررسی دقیق‌تر تغییرات ژنتیکی و ارتباط آنها با ویژگی‌های فنوتیپی (ظاهری) جانداران را فراهم می‌کند.
توالی‌های ژنتیکی در برخی گونه‌ها نشان می‌دهد که برخی ژن‌ها در طی میلیون‌ها سال تغییر نکرده‌اند، که این امر نشان‌دهنده عملکرد حیاتی آن‌هاست.
گونه‌زایی
تعریف گونه
تعاریف مختلفی برای گونه ارائه شده است که هرکدام در محدوده خاصی کاربرد دارند.
یکی از رایج‌ترین تعاریف گونه توسط زیست‌شناس ارنست مایر ارائه شده است. از نظر او «گونه به جاندارانی اطلاق می‌شود که در طبیعت می‌توانند با یکدیگر آمیزش کنند و زاده‌های زیستا و زایا به وجود آورند، اما قادر به آمیزش موفقیت‌آمیز با جانداران دیگر نیستند.»
این تعریف برای جاندارانی که تولیدمثل جنسی دارند، مناسب است. ولی در مورد جانداران دارای تولیدمثل غیرجنسی کاربردی ندارد.
اصطلاحات مهم در تعریف گونه
زیستا: به موجودی گفته می‌شود که پس از تولد زنده مانده و به زندگی عادی خود ادامه می‌دهد.
آمیزش موفقیت‌آمیز: آمیزشی که به تولید زاده‌های زیستا و زایا منجر شود.
جدایی تولیدمثلی و نقش آن در گونه‌زایی
«جدایی تولیدمثلی» به عواملی گفته می‌شود که مانع آمیزش برخی از افراد یک گونه با افراد دیگری از همان گونه می‌شوند. این جدایی باعث ایجاد محدودیت در تبادل ژن‌ها و در نهایت جدایی خزانه ژنی می‌شود.
جدایی تولیدمثلی یکی از عوامل اصلی در فرآیند گونه‌زایی است.
اگر جدایی تولیدمثلی ادامه یابد، احتمال ایجاد گونه جدید فراهم می‌شود. به این ترتیب که وقتی تبادل ژنی بین گروه‌های یک گونه متوقف شود، تغییرات ژنتیکی مستقل در این گروه‌ها می‌تواند به ایجاد گونه‌های جدید منجر شود.
عوامل ایجاد جدایی تولیدمثلی عبارتند از:
موانع جغرافیایی (رودخانه‌ها، کوه‌ها و دریاها).
تفاوت‌های رفتاری (تغییر در روش‌های جفت‌یابی یا الگوهای زادآوری).
تفاوت‌های ژنتیکی که مانع ترکیب مؤثر ژنگان در فرزندان شود.