چارلز داروین یک متخصص علوم طبیعی انگلیسی بود که تئوری تکامل بیولوژیکی به واسطه‌ی انتخاب طبیعی را ارائه داد. داروین تکامل را به‌عنوان تغییر نسل‌ها تعریف کرد؛ ایده‌ای که گونه‌ها طی زمان تغییر کرده و گونه‌های جدیدی را به‌وجود می‌آورند و دارای یک جد مشترک هستند. ساوزکاری که داروین برای تکامل پیشنهاد کرد، انتخاب طبیعی بود. به‌علت اینکه منابع در طبیعت محدود هستند، موجوداتی که دارای صفات توارث‌پذیری هستند و موجب ماندگاری و تولیدمثل بیشتر آن‌ها می‌شود، نسبت به همتایان خود فرزندان بیشتری تولید خواهند کرد و فراوانی این صفات در نسل‌های بعدی افزایش خواهد یافت. انتخاب طبیعی موجب می‌شود که جمعیت‌ها سازگار شوند؛ یعنی با گذشت زمان برای محیط خود مناسب شوند. انتخاب طبیعی به محیط بستگی داشته و نیاز به وجود تنوع قابل توارث در افراد یک گروه دارد.

تکامل واژه‌ای است که سریعا موجب یادآوری موضوع تبدیل شدن یک موجود تک‌سلولی به دایناسور و سپس میمون و انسان می‌شود! اما تئوری تکامل واقعا چه چیزی به ما می‌گوید؟ چارلز داروین برای مطرح کردن این موضوع که تمام گونه‌ها دارای اجداد مشترکی هستند، معروف است. به خاطر همین است که به او پدر علم تکاملمی گویند. اما داروین تنها فردی نبود که به دنبال منشا مشترک گونه‌های مختلف بود.

پیشینه‌ی موضوعات مرتبط با تکامل و دانشمندانی که روی تفکر داروین تاثیرگذار بودند

آلفرد والاس کسی بود که نحوه‌ی پراکندگی گونه‌های مختلف را در مناطق مختلف مورد مطالعه قرار داد. این حوزه از علم، زمین‌شناسیِ زیستی نامیده‌می‌شود و والاس به‌عنوان پدر این شاخه از علم شناخته می‌شود. او این موضوع را مطالعه می‌کرد که گونه‌های مختلف، چرا و به چه شکلی در مناطق مختلف زندگی می‌کنند. والاس گونه‌های بسیاری از موجودات، به‌ویژه آن‌هایی را که در آسیا و حوزه‌ی رودخانه‌ی آمازون در آمریکای جنوبی زندگی می‌کردند، مورد مطالعه قرار داد.

برای سالیان طولانی، این باور وجود داشت که جهان و تمام موجودات زنده‌ی آن، همیشه به همین صورت بوده‌اند. برای مثال یک قورباغه همیشه یک قورباغه بوده‌است؛ ولی ایده‌ی جدید پیشنهاد می‌کرد که این موضوع ممکن است درست نباشد. والاس علاقمند به تئوری‌های پیشنهاد شده توسط دانشمندان پیشین نظیر لامارک بود. علاوه بر این والاس نیز مانند داروین تحت‌تاثیر مقاله‌ی توماس مالتوس در حوزه‌ی اقتصاد قرار گرفته بود. عنوان کتاب مالتوسمقاله‌ای درباره‌ی اصول جمعیت بود. مالتوس در این نوشته توضیح داده‌ بود که سیاست‌های مبارزه با فقر عملکرد ندارد زیرا جمعیت جهان رشد مداوم داشته و منابع قادر به حفظ همه‌ی آن‌ها نیستند. مالتوس به رشد جمعیت‌های بشری علاقمند بود و درمورد عواملی که از رشد بی‌حد جمعیت‌های انسانی جلوگیری می‌کرد، نظیر بیماری و محدودیت غذا مطالبی نوشته بود.

اگرچه این کتاب، منبع بعیدی برای الهام گرفتن است؛ اما داروین و والاس هم اشاره کرده بودند که موجودات زنده با تمام پتانسیل خود تولیدمثل نخواهند کرد، زیرا منابع به‌اندازه‌ی کافی وجود ندارد. طرح این موضوع، این سوال را با خود به همراه آورد: چرا برخی افراد در تولید مثل موفق هستند ولی بقیه نه؟ والاس و داروین هر دو گفتند که تنها آن‌هایی که برای محیط خود مناسب‌ترین هستند، تولیدمثل خواهند کرد. ایده‌ی آن‌ها درمورد تغییر گونه‌ها طی زمان نیز مشابه بود. به همین دلیل است که داروین نامه‌های والاس را به‌عنوان مقدمه‌ی خوبی برای کتاب منشا گونه‌ها در نظر گرفت.

البته اختلافاتی هم در تئوری‌های داروین و والاس وجود داشت. در حالی‌که داروین اعتقاد داشت تکامل با اهرم رقابت بین افراد پیش می‌رود، والاس بر این باور بود که محیط نیروی محرک است. والاس اساسا معتقد بود که گونه‌ها طی زمان تغییر می‌کنند تا بتوانند به محیط‌های جدید خود سازگار شوند. دیگر تفاوت بین تئوری‌های والاس و داروین این بود که والاس نقش انتخاب جنسی را در تکامل در نظر نمی‌گرفت. اکنون ما می‌دانیم که احتمالا در هر دو مورد، نظر داروین درست است.

برخی از فلاسفه‌ی یونان باستان نیز دارای ایده‌هایی در ارتباط با تکامل بودند. پالتو که از معروف‌ترین این فلاسفه بود، اعتقاد داشت گونه‌ها ثابت و بدون تغییرند و دیدگاه او تا مدت‌ها پس از مرگش هم همچنان تاثیر زیادی در اندیشه‌ی غرب داشت.

در اوایل قرن نوزدهم، لامارک در کتابی عنوان کرد که تکامل اتفاق افتاده‌ است و سازوکاری نیز برای آن پیشنهاد کرد. لامارک بر این باور بود که تغییرات موجود در یک فرد توسط محیطش ایجاد می‌شود و استفاده یا عدم استفاده از یک ساختار بدن طی دوران زندگی می‌تواند به فرزندانش انتقال پیدا کند و منجر به ایجاد تغییر در یک گونه شود. برای مثال لامارک به این مطلب اشاره کرد که زرافه‌ها دارای گردنِ درازی هستند زیرا برخی از آن‌ها طی دوران زندگی گردن خود را دراز کرده‌اند، سپس آن‌ها این صفت گردن‌درازی را به فرزندان خود منتقل کرده‌اند. البته این سازوکار تکاملی درست نبود و لامارک از کسانی بود که پاسخ اشتباهی پیدا کرد. اگرچه باید به خاطر داشته باشیم که لامارک علی‌رغم ایده‌ی اشتباهش، از پیشگامان تکامل بود. او یکی از نخستین افرادی بود که با ایده‌ی تکامل ارتباط برقرار کرد و درمورد نحوه‌ی اتفاق افتادن آن ایده‌پردازی کرد.

در قرن هجده، جیمز هاتون دانشمند اسکاتلندی پیشنهاد کرد که تغییرات زمین‌شناسی به تدریج با تجمع تغییرات کوچک رخ می‌دهد. این دیدگاه بر خلاف دیدگاه رایج زمین‌شناسی آن زمان بود که در آن گفته می‌شد، زمین حاصل حوادث فاجعه‌باری است که طی دوره‌ی زمانی نسبتا کوتاهی در گذشته رخ داده‌ است. دیدگاه هاتون در قرن نوزدهم توسط چارلز لیل دانشمند زمین‌شناسی که دوست داروین بود، رایج شد. ایده‌ی لیل درمورد تغییرات تدریجی زمین‌شناسی می‌توانسته نقش مهمی در شکل‌گیری تفکر داروین در مورد تکامل بیولوژیکی تدریجی داشته باشد.

سفر داروین با بیگل

ایده‌های کتاب منشا گونه‌ها عمدتا مبتنی بر مشاهدات مستقیم سفر دور دنیای داروین بود. از سال ۱۸۳۱ تا ۱۸۳۶، او مسافر کشتی اکتشافی بیگل بود که در آمریکای جنوبی، استرالیا و جنوب آفریقا توقف‌هایی داشت. در هر توقف، داروین دارای فرصتی برای مطالعه و فهرست کردن گیاهان و جانوران محلی بود.

در طول این سفرها داروین الگوهای پراکنش و ویژگی‌های موجودات را بررسی کرد. برخی از مهم‌ترین الگوهایی که داروین در مورد توزیع موجودات به آن‌ها پی برده بود، حاصل مشاهدات او در جزایر گالاپاگوس بوده‌اند. داروین متوجه شده بود که جزایر مجاور گالاپاگوس دارای گونه‌های مشابه ولی نه کاملا یکسانی از سهره‌ها هستند. علاوه بر این او به این نکته نیز توجه کرده بود که هر گونه از سهره کاملا مناسب محیط خودش است. برای نمونه گونه‌هایی که از دانه‌های درشت گیاهان تغذیه می‌کردند، دارای منقارهای بزرگ و محکم‌تری بودند؛ در حالیکه آن‌هایی که از حشرات تغذیه می‌کردند، دارای منقارهای نازک و تیزی بودند. در نهایت او مشاهده کرد که سهره‌ها و دیگر جانورانی که روی جزایر گالاپاگوس زندگی می‌کردند، شبیه گونه‌های موجود در سرزمین‌های اصلی اکوادور بودند؛ اما با گونه‌هایی که در مناطق دیگر جهان وجود داشتند، متفاوت بودند.

البته داروین در این سفر متوجه تمامی این موضوعات نشد. در حقیقت او تا زمانی که سال‌ها بعد نمونه‌هایش را به یک دانشمند پرنده‌شناس نشان داد، حتی متوجه نشده بود که تمام این سهره‌ها گونه‌های نزدیک ولی مجزایی هستند. ولی به‌تدریج به سمتی آمد که بتواند الگوی سهره‌های مرتبط ولی متفاوت را توجیه کند. بر اساس ایده‌ی داروین، این الگو در صورتی معنا‌دار بود که سالها پیش پرندگانی از سرزمین اصلی نزدیک وارد جزایر گالاپاگوس شده باشند. روی هر جزیره، سهره‌ها ممکن است به‌تدریج به شرایط محلی سازگار شده باشند. این فرایند می‌توانسته منجر به تشکیل یک یا تعداد بیشتری گونه روی هر جزیره شده‌ باشد. در سال‌های بعد داروین مجموعه‌ای از ایده‌هایی که می‌توانست این الگوها را توجیه کند، توسعه و تصحیح کرد. در نهایت داروین در کتاب منشا گونه‌ها دو ایده‌ی کلیدی را مطرح کرد: تکامل و انتخاب طبیعی.

تئوری تکامل از طریق انتخاب طبیعی نخستین بار در کتاب منشا گونه‌های داروین در سال ۱۸۵۹ مطرح شد. تکامل به‌واسطه‌ی انتخاب طبیعی یکی از بهترین تئوری‌های تاریخ علم است که توسط شواهد معتبر مختلفی از حوزه‌های مختلف علم از جمله دیرینه‌شناسی، زمین‌شناسی، ژنتیک و زیست‌شناسی توسعه‌ای حمایت می‌شود. این تئوری دارای دو نکته‌ی کلیدی است: تمام اشکال حیات روی زمین با هم مرتبط هستند و این تنوع در حیات حاصل تغییر جمعیت‌ها توسط انتخاب طبیعی است؛ جایی که برخی صفات در بعضی محیط‌ها مطلوب‌تر از دیگر صفات هستند. اگر بخواهیم ساده‌تر بگوییم این تئوری را می‌توان به صورت تغییر نسل‌ها تعبیر کرد. گاهی این تئوری به‌صورت بقای شایسته‌ترین‌ها نیز تعریف می‌شود؛ در این راستا، شایستگی یک گونه با توانایی بقا و تولیدمثل او ارتباط دارد. هرچه توانایی بقا و تولیدمثل گونه‌ای بیشتر باشد یعنی شایستگی او بیشتر است.

تکامل چیست؟

 ایده اساسی در مورد تکامل بیولوژیکی این است که جمعیتها و گونه‌های موجودات طی زمان دچار تغییر می‌شوند.  یک گونه، گروهی از موجودات شبیه به هم هستند که می‌توانند با هم جفت‌گیری کرده و فرزندان سالم و باروری تولید کنند. برای نمونه تمام انسان‌ها به گونه هومو ساپینس (Homo sapiens) تعلق دارند. سگ‌های اهلی هم همه عضو یک گونه به نام کانیس فامیلیاریس (Canis familiaris) هستند.

داروین همچنین مکانیسمی برای تکامل پیشنهاد داد: انتخاب طبیعی که در نتیجه‌ی آن صفات توارث‌پذیری که به موجود کمک می‌کنند زنده بماند و تولید مثل کند، طی زمان در جمعیت فراوان می‌شوند. یک صفت توارث‌پذیر (قابل توارث) صفتی است که از طریق ژن‌ها از والدین به فرزندان منتقل می‌شود. برای مثال رنگ چشم یک صفت توارث‌پذیر است: این صفت توسط ژن‌هایی که فرد از پدر و مادر خود دریافت کرده‌است، تعیین می‌شود.

داروین پیشنهاد کرد که گونه‌ها طی زمان تغییر می‌کنند و گونه‌های جدیدی به وجود می‌آیند ولی تمام این گونه‌ها دارای یک جد مشترک هستند. در این مدل، هر گونه دارای مجموعه‌ای از تفاوت‌های توارث‌پذیر منحصر به فردی نسبت به جد مشترک است که با گذشت زمان روی هم انباشته شده‌اند. تکرار این انشعاب‌ها و ایجاد گونه‌های جدید از اجداد مشترک، یک درخت چند سطحی ایجاد می‌کند که تمام موجودات زنده را به هم مرتبط می‌کند. گونه‌های مدرن امروزی در نوک نمودار ظاهر می‌شوند در حالیکه گونه‌های اجدادی در  پایه دیده می‌شوند.

انتخاب طبیعی

موضوع مهمی که در این جا وجود دارد این است که داروین فقط در مورد این که موجودات دچار تکامل شده‌اند، سخن نگفت. اگر این آغاز و پایان تئوری او بود، او امروزه این همه در کتاب‌ها و تاریخ نبود. او سازوکاری را نیز برای تکامل پیشنهاد داد: انتخاب طبیعی. مکانیسمی که او پیشنهاد کرد، ظریف و منطقی بود و توضیح می‌داد که چگونه جمعیت‌ها تکامل پیدا می‌کنند و با گذشت نسل‌ها تغییر می‌کنند به‌صورتی که برای محیطشان مناسب‌تر شوند.

مفهوم انتخاب طبیعی داروین بر اساس چندین مشاهده ی کلیدی بود:

اغلب صفات قابل توارث هستند. در موجودات زنده بسیاری از ویژگی‌ها به ارث برده می شوند؛ یعنی از والدین به فرزندان منتقل می شوند (داروین می‌دانست که این موضوع درست است هرچند او نمی‌دانست که صفات از طریق ژن‌ها انتقال پیدا می‌کنند).

تعداد فرزندانی که به دنیا می‌آیند، پیش از تعدادی است که می‌توانند زنده بمانند. تعداد فرزندانی که موجودات زنده به دنیا می‌آورند، بیش از چیزی است که محیط قادر به حمایت از آن باشد، بنابراین در هر نسل رقابتی بر سر منابع محدود وجود دارد.

فرزندان از لحاظ صفات قابل توارث با هم فرق دارند. فرزندان در هر نسلی از لحاظ صفاتشان (رنگ، اندازه، شکل و...) اندکی با هم فرق دارند و بسیاری از این ویژگی‌ها قابل توارث هستند.

بر اساس این مشاهدات ساده داروین به این نتیجه گیری‌ رسید:

در یک جمعیت برخی افراد، صفات به ارث رسیده‌ای دارند که به آن‌ها کمک می‌کند در شرایط محیطی خاص مثل وجود شکارچی‌ها و منابع غذایی محدود، زنده مانده و تولیدمثل کنند. افراد دارای این صفات نسبت به همتایان خود فرزندان بیشتری تولید خواهند کرد؛ زیرا این صفات موجب ماندگاری بیشتر و تولیدمثل بیشتر آن‌ها می‌شود. از آن جایی که این صفات کمک‌کننده توارث‌پذیر هستند و موجودات دارای این صفات فرزندان بیشتری تولید می‌کنند، این صفات در نسل‌های بعدی فراوان‌تر شده و با گذشت زمان، جمعیت به محیطش سازگارتر می‌شود (زیرا در آن محیط افراد دارای صفات کمک‌کننده به‌طور پیوسته موفقیت تولیدمثلی بیشتری نسبت به همتایان خود دارند).

این مدل تکامل بر اساس انتخاب طبیعی به داروین این امکان را داد که بتواند الگوهایی را که طی سفرهای خود دیده بود، توجیه کند. برای نمونه اگر گونه‌های سهره‌ی جزایر گالاپاگوس یک جد مشترک داشته باشند، این منطقی است که آن‌ها به‌طور کلی شبیه هم و نیز شبیه سهره‌های سرزمین اصلی که احتمالا از آن منشا گرفته‌اند، باشند. در عین حال اگر سهره‌ها برای نسل‌های متوالی در جزایر جداگانه زندگی کرده باشند، هر گروه در معرض محیط متفاوتی قرار گرفته که در هر محیط صفات خاصی مطلوب‌تر بوده‌اند؛ مثلا اندازه و شکل منقار برای استفاده از منابع غذایی مختلف. این عوامل می‌توانسته منجر به ایجاد گونه‌های متمایز روی هر جزیره شده‌ باشد.

برای اینکه ببینیم انتخاب طبیعی چگونه روی جمعیت‌های ایزوله‌شده‌ی سهره‌ها در محیط‌های مختلف عمل کرده و  موجب تغییر شکل منقار می‌شود، می‌توانیم از یک مثال بسیار ساده استفاده کنیم. اگر یک جزیره دارای گیاهانی باشد که دانه‌های بزرگ تولید می‌کنند و منابع غذایی دیگر محدود باشد، پرندگانی که دارای منقارهای بزرگ‌ و محکم هستند، در این محیط احتمال زنده ماندن و تولید مثل بیشتری دارند؛ زیرا پرنده‌های دارای این نوع منقار، بهتر می‌توانند دانه‌ها را بشکنند و محتویات آن را بخورند و احتمال گرسنه ماندنشان کمتر است.

از طرف دیگر در جزیره‌‌ای که دارای گونه‌های حشره زیادی است و منابع غذایی دیگر آن محدود است، پرندگان دارای منقار باریک و تیز احتمال زنده‌مانی و تولیدمثل بیشتری دارند؛ چرا که پرندگان نوک تیز بهتر می‌توانند حشرات را شکار کنند و احتمال گرسنه ماندنشان کمتر می‌شود. با گذشت زمان این الگوهای بقا و تولیدمثل متفاوت بر اساس شکل منقار (به‌عنوان یک صفت توارث‌پذیر) می‌تواند موجب تغییر در شکل منقار هر جمعیت شود.

مثلا جمعیت روی جزیره‌ی اول ممکن است به سمت منقارهای بزرگ‌تر و محکم‌تر پیش برود؛ در حالی‌که جمعیت جزیره‌ی دوم ممکن است به سمت داشتن منقارهای نازک‌تر و نوک‌تیزتر پیش برود. در نهایت دو جمعیت سهره ممکن است به انداز‌ه‌ای  از هم متفاوت به نظر برسند (در اثر این تغییر و احتمالا دیگر تغییرات مشابه) که به‌عنوان گونه‌های مختلف طبقه‌بندی شوند.

مثالی دیگر برای انتخاب طبیعی

برای  بهتر  نشان دادن مفهوم انتخاب طبیعی بیایید یک مثال فرضی دیگر در نظر بگیریم. در این مثال گروهی از موش‌ها با تنوع قابل توارث در رنگ پوشش (سیاه و قهوه‌ای مایل به زرد) در منطقه‌ی جدیدی که دارای سنگ‌های سیاهی است، رها می‌شوند. در این محیط پرندگان شکاری موش‌های قهوه‌ای را بهتر از موش‌های سیاه از میان سنگ‌های تیره تشخیص می‌دهند. از آن جایی که پرندگان شکاری راحت‌تر موش‌های قهوه‌ای رنگ را می‌بینند تعداد زیادی از موش‌های قهوه‌ای شکار می‌شوند و تعداد بسیار کمتری از موش‌های سیاه شکار می‌شوند. به این ترتیب نسبت موش‌های سیاه در جمعیت زیاد می‌شود.

سمت چپ: جمعیتی از موش‌ها وارد منطقه‌ای شده‌اند که رنگ سنگ‌های آن بسیار تیره است. در نتیجه‌ی تنوع ژنتیکی طبیعی برخی از این موش‌ها سیاه و برخی قهوه‌ای هستند. تصویر وسط: موش‌های قهوه‌ای رنگ برای پرندگان شکاری قابل مشاهده‌تر هستند. بنابراین موش‌های قهوه‌ای بیش از موش‌های سیاه خورده می‌شوند. فقط موش‌های باقی‌مانده به سن تولیدمثل رسیده و فرزند تولید می‌کنند. تصویر راست: به علت اینکه موش‌های سیاه نسبت به موش‌های قهوه‌ای دارای شانس بیشتری برای تولیدمثل بودند، فراوانی موش‌های سیاه در نسل بعد افزایش خواهد یافت.

 رنگ پوشش یک صفت قابل توارث است (صفتی که می‌تواند از والد به فرزند منتقل شود)، بنابراین افزایش نسبت موش‌های سیاه در جمعیت باقی‌مانده به معنای افزایش نسبت بچه موش‌های سیاه در نسل بعدی است. بعد از چندین نسل از انتخاب، جمعیت ممکن است به کلی از موش‌های سیاه تشکیل شود. این تغییر در یک ویژگی قابل توارث جمعیت مثالی از تکامل است.

انتخاب طبیعی به محیط بستگی دارد

از نظر انتخاب طبیعی صفاتی مطلوب به شمار می‌آیند که در یک محیط خاص موجب ماندگاری و تولید مثل بیشتر افراد دارای آن صفات نسبت به دیگر افراد شوند. صفاتی که در یک محیط مطلوب هستند ممکن است در محیط دیگر حتی مضر باشند. برای مثال در سناریوی ساده‌شده‌ی بالا علت فراوان‌تر شدن موش‌های سیاه نسبت به موش‌های قهوه‌ای طی نسل‌های متوالی، این نیست که آنها تکامل‌یافته‌تر هستند؛ بلکه به این خاطر است که آن‌ها دارای یک ویژگی قابل توارث هستند که به آن‌ها امکان ماندگاری و تولید مثل بیشتر را در آن محیط خاص می‌دهد. در محیط متفاوت مثلا جایی که رنگ سنگ‌ها کمرنگ‌تر باشد، جای صفت مطلوب و نامطلوب می‌تواند عوض شود.

انتخاب طبیعی روی تنوع قابل توارث موجود عمل می کند

انتخاب طبیعی به مقداری مواد اولیه نیاز دارد و این مواد اولیه تنوع قابل توارث در ویژگی‌های موجودات می‌باشد. برای اینکه انتخاب طبیعی روی یک صفت عمل کند باید آن صفت دارای تنوع باشد (وجود تفاوت از نظر آن صفت بین افراد). همچنین این تفاوت‌ها باید قابل توارث باشند و توسط ژن‌های آن موجود تعیین شده باشند. مثلا در مورد مثال موش یک تنوع قابل توارث در رنگ پوشش وجود داشت: انواع خاصی از ژن‌ها موجب رنگ سیاه و ژن‌های دیگری موجب رنگ قهوه‌ای می‌شدند. اگر تمام موش‌ها قهوه‌ای رنگ بودند، جمعیت راهی برای سازگاری با محیط جدیدش نداشت و ممکن بود به کلی از بین برود.

تنوع قابل توارث حاصل جهش‌های تصادفی است

منشا اولیه واریانت‌های ژنی جدیدی که صفات توارث‌پذیر جدیدی مانند رنگ پوشش را ایجاد می‌کنند، جهش‌های تصادفی هستند (تغییر در توالی DNA). جهش‌های تصادفی که به فرزندان نیز منتقل می‌شوند، در سلول‌های زایشی یعنی اسپرم و تخمک اتفاق می‌افتند. تولیدمثل جنسی این واریانت‌های ژنی را با هم ترکیب می‌کند و تنوع بیشتری به‌وجود می‌آید. یک نکته‌ی مهم در این جا اینکه جهش و تنوع ژنتیکی تصادفی و بدون جهت است. به این معنا که یک موش به‌صورت عمدی نمی‌تواند برای اینکه رنگ خودش یا فرزندانش طور دیگری شود، جهش پیدا کند. ولی اگر به‌صورت تصادفی جهشی رخ بدهد که رنگ پوشش موش را تغییر دهد، تنوع حاصل از آن جهش می‌تواند تحت عمل انتخاب طبیعی قرار بگیرد.

انتخاب طبیعی و تکامل گونه‌ها

حال می‌خواهیم ببینیم که انتخاب طبیعی چگونه خود را با دیدگاه وسیع‌تر تکاملی داروین تطابق می‌دهد، چیزی که در آن تمام موجودات زنده یک جد مشترک دارند و طبق یک درخت پر از شاخه‌ی بزرگ از آن منشعب شده‌اند. چه چیزی در هر کدام از آن نقاط شاخه‌ها در حال اتفاق افتادن است؟

در مثال سهره‌های داروین ما دیدیم گروه‌های داخل یک جمعیت ممکن است توسط مرزهای جغرافیایی نظیر تشکیل جزیره یا دیگر مکانیسم‌ها از هم جدا شوند. پس از این جدا شدن، این گروه‌ها دیگر نمی‌توانند با هم ارتباط داشته باشند و هر کدام هم در معرض محیط‌های متفاوتی قرار می‌گیرند. احتمالا در هر محیط صفات متفاوتی از نظر انتخاب طبیعی مطلوبیت پیدا می‌کنند (البته دیگر نیروهای تکاملی مانند رانش تصادفی، نیز ممکن است به صورت جداگانه روی هر گروهی عمل کند). با گذشت زمان تفاوت در صفات قابل توارث گروه‌ها زیاد شده و موجب می‌شود که آن‌ها به‌عنوان گونه‌های جدا در نظر گرفته شوند.

بر اساس شواهد مختلف دانشمندان بر این باورند که این نوع فرایندها طی تاریخ حیات زمین بارها و بارها تکرار شده‌اند. تکامل از طریق انتخاب طبیعی و دیگر مکانیسم‌های پشت صحنه‌ی تنوع باورنکردنی اشکال کنونی حیات می‌تواند توجیه‌گر سازگاری بین موجودات امروزی و محیط‌های آن‌ها باشد.

منشا نهنگ‌ها

در نخستین ویرایش منشا گونه‌ها در سال ۱۸۵۹، داروین حدس‌هایی در مورد اینکه چگونه انتخاب طبیعی می‌توانسته موجب شود یک پستاندار زمینی به یک نهنگ تبدیل شود، ارائه کرد. به‌عنوان یک مثال فرضی داروین از خرس‌های سیاه آمریکای شمالی که می‌دانستند برای شکار حشرات در حالیکه دهانشان باز است در آب شنا می‌کنند، استفاده کرد. او در ادامه در مورد تبدیل شدن خرس‌ها به موجودی مانند نهنگ در اثر انتخاب طبیعی سخن به میان آورد. داروین به خاطر این مثال فرضی‌اش، مورد تمسخر قرار گرفت در ویرایش‌های بعدی کتاب، این صفحه را حذف کرد. اکنون دانشمندان می‌دانند ایده‌ی داروین درست بود؛ ولی مثال اشتباهی زد. به جای خرس‌ها باید مثلا از مثال گاوها، کرگدن‌ها و اسب‌های آبی استفاده می‌کرد.

داستان منشا نهنگ‌ها یکی از جذاب‌ترین حکایات تکاملی و یکی از بهترین مثال‌هایی است که دانشمندان برای انتخاب طبیعی دارند.

قدیمی‌ترین جد ساکن سواحل از نهنگ‌های امروزی، سینونیکس (چینی‌پنجه)، یک جانور کفتار مانند بود که در سمت چپ بالا نشان داده شده‌است. در طول بیش از ۶۰ میلیون سال چندین تغییر شکل تکاملی اتفاق افتاد: از بالا به پایین: ایندوهایس، آمبولوستوس (نهنگ راه‌رو)، رودوستوس، باسیلوسور، دورودون (دندان نیزه‌ای) و نهایتا نهنگ کوهان‌دار امروزی.

برای درک منشا نهنگ‌ها  باید درک پایه ای از اینکه انتخاب طبیعی چگونه کار می‌کند، داشته باشیم. انتخاب طبیعی می‌تواند موجب تغییرات کوچکی در گونه‌ها شود و موجب شود که یک جمعیت از لحاظ رنگ یا اندازه طی چندین نسل تغییر کند. این فرایند، تکامل در مقیاس کوچک یا microevolution نامیده می‌شود؛ اما انتخاب طبیعی قادر به انجام کارهای بیشتری هم است. با فرض وجود زمان کافی و انباشته‌شدن تغییرات کوچک، انتخاب طبیعی می‌تواند یک گونه‌ی کاملا جدید به وجود آورد. به این فرایند، تکامل کلان یا macroevolution گفته می‌شود.  این همان چیزی است که می‌تواند دایناسورها را به پرندگان، پستانداران دوزیست را به نهنگ‌ها و اجداد میمون‌ها را به انسان‌ها تبدیل کند.

مثال نهنگ‌ها را در نظر بگیرید؛ زیست‌شناسان با استفاده از تکامل به‌عنوان راهنمای آن‌ها و دانستن اینکه انتخاب طبیعی چگونه کار می‌کند، می‌دانند که انتقال نهنگ‌های اولیه از زمین به آب طی مراحلی قابل پیش‌بینی اتفاق افتاده‌ است. برای مثال، تکامل سوارخ تنفسی (که در بالای سر جانور وجود دارد) می‌تواند به‌صورت زیر اتفاق افتاده باشد:

تغییرات ژنتیکی تصادفی منجر به تولد نهنگی (یا تعدادی نهنگ) شد که سوارخ بینیش پشت سرش قرار داشت. این جانوران با زندگی آبی سازگاری بیشتری داشتند؛ زیرا مجبور نبودند برای تنفس کاملا به سطح آب بیایند. این‌ها با موفقیت بیشتری که داشتند، فرزندان بیشتری تولید کردند. در نسل‌های بعد تغییرات ژنتیکی بیشتری اتفاق افتاد و موجب دور تر شدن محل بینی و قرار گرفتن آن روی سر شد. دیگر قسمت‌های بدن نهنگ‌ها نیز تغییر کرد. پاهای جلو به باله شنا مبدل شد. پاهای عقب ناپدید شد و کلا تغییراتی در جهت حرکت راحت‌تر آن‌ها در آب اتفاق افتاد.

داروین همچنین به نوعی از انتخاب طبیعی اشاره کرد که به موفقیت موجود زنده در جذب جفت مربوط می‌شد، چیزی که به‌عنوان انتخاب جنسی مطرح شد. رنگارنگی پرهای پرندگانی نظیر طاووس و شاخ‌های گوزن نر صفاتی بوده‌اند که تحت این نوع از انتخاب تکامل پیدا کرده‌اند.

دانش مدرن

داروین چیزی درمورد ژنتیک نمی‌دانست. او الگوهای تکاملی را مشاهده کرد؛ ولی درمورد سازوکار آن چیزی نمی‌دانست. بعدها با کشف اینکه چگونه ژن‌ها صفات رفتاری و بیولوژیکی مختلف را کد‌گذاری می‌کنند و اینکه چگونه ژن‌ها از والدین به فرزندان منتقل می‌شوند؛ این موضوعات مشخص‌تر شد. تلفیق ژنتیک و تئوری داروین باعنوان ترکیب تکاملی مدرن شناخته می‌شود.

تنوع فیزیکی و رفتاری که انتخاب طبیعی روی آن عمل می‌کند، در سطح DNA و ژن‌ها اتفاق می‌افتد. چنین تغییراتی جهش نامیده می‌شوند. در واقع جهش‌ها همان ماده‌ی خامی هستند که تکامل روی آن‌ها عمل می‌کند. جهش‌ها حاصل خطاهای تصادفی در تکثیر یا ترمیم DNA هستند که گاهی بر اثر مواد شیمیایی یا اشعه نیز اتفاق می‌افتند. در اغلب مواد، جهش‌ها مضر یا خنثی هستند؛ اما گاهی هم جهش می‌تواند برای موجود مفید واقع شود. اگر چنین باشد، فراوانی این جهش در نسل‌های بعد زیاد شده و در کل جمعیت پخش می‌شود. در واقع انتخاب طبیعی با حفظ و انباشتن جهش‌های مطلوب و حذف جهش‌های مضر، فرایند تکامل را هدایت می‌کند. جهش‌ها تصادفی هستند ولی انتخاب برای آن‌ها تصادفی نیست.

البته باید اشاره کنیم که انتخاب طبیعی تنها مکانیسمی نیست که از طریق آن موجودات زنده تکامل پیدا می‌کنند. برای مثال با مهاجرت موجودات، ژن‌ها می‌توانند از یک جمعیت به جمعیت دیگر انتقال پیدا کنند، پدیده‌ای که به آنجریان ژنی گفته می‌شود. فراوانی ژن‌ها در اثر پدیده رانش تصادفی نیز تغییر می‌کند. 

شواهد تکامل

شواهد مربوط به تکامل از حوزه‌های مختلف علمی می‌آیند:

آناتومی: تشابه ویژگی‌های فیزیکی (ساختارهای مشابه) گونه‌ها می‌تواند به‌علت آن باشد که آن ویژگی‌ها در یک جد مشترک وجود داشته‌ است.

زیست‌شناسی ملکولی: کدهای ژنتیکی و توالی DNA تایید کننده وجود تبار مشترک بین گونه‌ها هستند. مقایساتDNA می‌تواند چگونگی ارتباط ژنتیکی بین گونه‌ها را نشان دهد.

جغرافیای زیستی: توزیع جهانی موجودات و ویژگی‌های منحصر به فرد گونه‌های موجود در جزیره‌ها نشان دهنده‌ی همراه بودن تکامل و تغییرات زمین‌شناسی است.

فسیل‌ها: رکوردهای فسیلی وجود گونه‌های منقرض شده‌ای را نشان می‌دهد که با گونه‌های امروزی ارتباط دارند.

مشاهدات مستقیم: ما می‌توانیم مستقیما تکامل را در مقیاس کوچک در موجوداتی با طول عمر کوتاه مشاهده کنیم (مثلا مقاوم شدن حشرات به آفت‌کش‌ها)

شواهد محکم

با وجود اینکه دانشمندان توانستند پیش‌بینی کنند نهنگ‌های اولیه چه شکلی بوده‌اند؛ ولی مدرک فسیلی برای اثبات ادعای خود نداشتند. مخالفان این تئوری این موضوع را به‌عنوان اثباتی برای  اتفاق نیفتادن تکامل مطرح می کردند:تا حالا چیزی شبیه نهنگی که راه برود، دیده نشده‌است! اما در اوایل دهه‌ی ۱۹۹۰ این دقیقا همان چیزی بود که دانشمندان توانستند آن را پیدا کنند. در سال ۱۹۹۴، دیرینه‌شناسان توانستند فسیل بقایای نهنگ شناگر و راه‌روAmbulocetus natans، را پیدا کنند. باله‌های جلوی او دارای قلاب‌های سُم‌مانند کوچکی بود و اندازه‌ی پای عقب خیلی بزرگ شده بود. این موجود به‌طور آشکار برای شنا سازگار شده بود؛ اما علاوه بر آن مانند فک‌ها قادر به حرکتی آرام روی زمین بود. نهنگ‌های مدرن خودشان را به کمک باله‌های قوی و ضربات قوی انتهای دمشان در آب به جلو می‌رانند؛ اما نهنگ راه‌رو دارای دمی شلاق مانند بوده‌است و برای حرکت در آب از پاهای خود هم استفاده می‌کرده‌است.

در سال‌های اخیر تعداد بیشتر و بیشتری از این گونه‌های گذرا یا پیوندهای گمشده بین گونه‌ها کشف شده‌است و موجب تایید بیشتر تئوری داروین شده‌است. جالب این‌که فسیلی در حمایت از تکامل انسان نیز پیدا شده‌است. در اوایل سال ۲۰۱۸، یک آرواره و دندان فسیل‌شده پیدا شد که تخمین زده می‌شود دارای قدمتی  ۱۹۴ هزار ساله باشد. این‌ها حداقل ۵۰ هزار سال قدیمی‌تر از فسیل‌های انسان‌های مدرن هستند که قبلا در خارج از آفریقا پیدا شده‌بود. به عقیده‌ی دانشمندان، این یافته‌ها نشانه‌ای دیگر درمورد تکامل یافتن انسان است.

بخشی از استخوان آرواره‌ای کشف‌شده در منطقه‌ی خاورمیانه که به نظر می‌رسد از قدیمی‌ترین فسیل پیداشده از انسان مدرن در آفریقا حداقل ۵۰ هزار سال قدیمی‌تر باشد

مخالفان داروین چه می گویند؟

همچون دیگر تئوری‌های علمی، تئوری داروین نیز مخالفانی دارد.

برخی از دانشمندان بر این باورند که تئوری داروین برای توضیح حیات و آفرینش انسان کافی نیست. پرفسور کولین ریوز از دانشکده‌ی علوم ریاضی دانشگاه کاونتری توضیح می‌گوید:

داروینیسم در قرن ۱۹ یک ایده‌ی جالب بود؛ اما درمورد توانایی انتخاب طبیعی برای ایجاد سیستم‌های بیولوژیکی پیچیده جای تردید وجود دارد.

او یکی از  دانشمندانی است که مخالفت علمی خود با داروینیسم را اعلام کرده‌است. کریس ویلیامز دکترای بیوشیمی از دانشگاه اوهایو سخن می‌گوید:

به‌عنوان یک متخصص بیوشیمی و توسعه‌دهنده‌ی نرم‌افزار که روی غربالگری ژنتیکی و متابولیکی کار می‌کنم، از پیچیدگی غیر قابل توصیف حیات شگفت‌زده می‌شوم. هر کدام از ما یک برنامه‌ی کامپیوتری عظیم از ۶ میلیارد جفت باز DNA در هر سلول داریم که هدایت‌گر توسعه‌ی ما از یک تخم بارورشده‌ است و مشخص می‌کند که چگونه بیش از ۲۰۰ نوع بافت ساخته شود و همه‌ی این‌ها را در تعامل با هم حفظ می‌کند. افراد معدودی خارج از حوزه‌ی ژنتیک یا بیوشیمی متوجه می‌شوند که تکامل‌گرایان هنوز هم نمی‌توانند جزئیات اساسی منشا حیات و به‌ویژه منشا اطلاعات ژنتیکی را در نخستین ارگانیسم همتاساز (self-replicating) بازگو کنند. او به چه ژن‌هایی نیاز داشته‌ است یا آیا اصلا ژنی داشته است؟ چه مقدار DNA و RNA داشته است؛ یا آیا اصلا دارای اسیدهای نوکلئیک بوده‌است؟ چگونه مولکول‌های سرشار از اطلاعات قبل از انتخاب طبیعی به‌وجود آمده‌‌اند؟

فرانسیس کریک، یکی از کاشفان مارپیچ مضاعف DNA اعتقاد داشت که واحدهای سازنده‌ی حیات باید نتیجه‌ی چیزی فراتر از جهش‌های تصادفی باشند. کریک با این حرف اعتبار علمی خود را به خطر انداخت: یک مرد صادق که از تمام دانش موجود تاکنون آگاهی دارد فقط می‌تواند بگوید که در برخی موارد منشا حیات بیشتر به یک معجزه شبیه است. در جهان علمی این بیان معادل کفر (از نظر علمی) است که پیشنهاد می‌کند چیزی بیش از تکامل‌شانسی منجر به وجود ما شده‌ است. کریک یکی از دانشمندانی بود که اعتقاد داشت که مداخله‌ای هوشمندان باید در کار بوده باشد و حتی فرضیه فرازمینی را تصدیق می‌کرد.

کیت بنت یک دیرینه‌شناس تکاملی در دانشگاه QUB، مخالف نقش انتخاب طبیعی در تغییرات تکاملی است. او معتقد است تکامل به‌صورت نامنظم و شاید در نتیجه‌ی تجدید بنای تصادفی ساختار ژنتیکی اتفاق می‌افتد و بنابراین غیر قابل پیش‌بینی است. در بحثی اخیر در New Scientist ، بنت سوالی را مطرح کرده‌است:

اگر تکامل کلان حقیقتا پیامدی از انتخاب طبیعی و سازگای باشد؛ ما انتظار خواهیم داشت که تغییرات محیطی محرک تغییرات تکاملی باشد... آیا این چیزی است که به‌راستی اتفاق می‌افتد؟ کشف فسیلی در کلمبیا در سال ۲۰۰۹ مثالی از این است که نه گیاهان و نه گونه‌های حیوانی به‌طور معنی دارای طی زمان تغییر نکرده‌اند، حتی با فرض میلیون‌ها سال تغییرات اقلیمی و دیگر فشارهای محیطی.

برخی سیاستمداران و رهبران مذهبی نیز تئوری تکامل را محکوم می‌کنند؛ اما دانشمندان درگیر این علم، هیچ جنجالی نمی‌بینند. بسیاری از مردم دارای اعتقادات عمیق مذهبی نیز تئوری تکامل را پذیرفته‌اند. تکامل به‌خوبی با مثال‌های زیادی از تغییرات در گونه‌های مختلف حمایت می‌شود؛ چیزی که منجر به تنوع عظیمی که ما امروزه شاهد آن هستیم شده‌است. اگر فردی حقیقتا بتواند توجیه بهتری از تئوری تکامل و انتخاب طبیعی ارائه دهد، آن فرد یک داروین جدید خواهد بود.

تصور غلط: بیشتر زیست‌شناسان تئوری داروین را رد کرده‌اند

تاکنون از نظر علمی چالش‌های محکمی برای اصول اولیه‌ی داروینیسم که تکامل عمدتا با مکانیسم انتخاب طبیعی روی تنوع موجود روی جمعیت‌ها عمل می‌کند و اینکه گونه‌های مختلف دارای جد مشترک هستند، وجود نداشته است. حقیقت این است که نمی‌توان ادعا کرد ایده‌ی داروین رد شده‌است بلکه می‌توان گفت بر اساس اطلاعاتی که حاصل علم پس از داروین است، اصلاحاتی در آن اعمال شده‌است. مثلا در تئوری داروین تکامل به‌طور کلی دارای حرکتی بسیار آهسته و عمدی است اما امروزه می‌دانیم که در برخی شرایط تکامل می‌تواند در سرعت نسبتا سریع نیز اتفاق بیفتد. همچنین ما اکنون می‌دانیم (اگرچه داروین نمی‌دانست) که جهش‌های ژنتیکی منبع تنوعی هستند که انتخاب طبیعی روی آن‌ها عمل می‌کند؛ ما ایده‌ی انتخاب طبیعی داروین را رد نکرده‌ایم بلکه فقط اطلاعاتی به آن افزوده‌ایم.