گزارش دومین نشست دوره‌ی نظریه‌های تکاملی (1)

شاهد وهابی – خورشید : دومین نشست از دوره‌ی نظریه‌های تکاملی مؤسسه‌ی فرهنگی پژوهشی خورشید راگا، روز چهارشنبه نهم آذرماه، برگزار شد.

دکتر شروین وکیلی، آموزگار دوره، نشست دوم را با دو پرسش مرکزی مهم آغاز کردند. پرسش از تنوع و پیچیدگی. چگونه موجودی که در ابتدا ساده بوده‌است، به تدریج پیچیده‌تر می‌شود؟ و اینکه چرا درخت جانداران تا این حد متنوع و گونه‌گون است؟ جهت نزدیک شدن به پاسخ این دو پرسش، نیازمند تعریف معنامحوری هستیم که اتم حوزه‌ی فرگشت زیستی باشد، یعنی تجزیه آن به اجزایی خردتر، محقق را از فضای فرگشت زیستی خارج سازد.

این کوانتوم معنایی، گونه (species) است. بدون تلاش در ارائه‌ی تعریفی دقیق از گونه، انواع تعاریف در این باب را می‌توان به چند رده تقسیم کرد که بر هر یک اشکالاتی وارد است.

نخست تعاریف گونه بر مبنای شباهت ریختی، تا حد ریزه‌کاریهای آناتومیک، که جهت بهره‌برداری از چنین تعریفی، باید کل چرخه حیات جاندار را زیر نظر گرفت. به عنوان مثال، لارو و پوره یا نوچه (نمف)، قبل از بلوغ دگردیسی را طی می‌کنند که باعث تغییر گونه‌اش نمی‌شود. اغلب حشرات در پیله آنزیمی ترشح می‌کنند که بجز شبکه‌ی عصبی، سایر اجزای بدن را در خود حل می‌کند و عملاً ریخت جاندار از نو ساخته می‌شود. بنابراین صرف مشاهده‌ی شباهتها و تفاوتها در میان حالت بالغ گونه‌های مختلف کافی نیست.

دوم تعریف از طریق مرز تولیدمثلی، دوتایی‌هایی که جفت بالقوه دارند و می‌توانند فرزند زایا تولید کنند. با این تعریف گونه‌هایی که تغییر جنسیت را تجربه می‌کند یا گونه‌ای که زایا نباشد، مانند قاطر بلاتکلیف می مانند.

سوم از روی صفتهای منحصر به گونه‌ی جاندار، بنابراین می‌توان گونه را خزانه‌ای ژنتیکی معرفی کرد که ریخت (دقیق آناتومیک) منحصر به فرد تولید کند. هر صفتی، بواسطه‌ی وجود یک پروتئین در موجود زنده بوجود می‌آید. در انسان شمار این پروتئینها حدود 100 هزار است که البته این پروتئینها از روی پایه‌ای به تعداد بسیار کمتر یعنی حدود 30 هزار ژن پیاده می‌شوند.

از خاستگاه اکولوژی نیز می‌توان رده ای برای رده‌بندی تعاریف گونه بازشناسی کرد، محلی از زیستگاه را که گونه در آنجا زندگی کند، کنام گویند. کنام، مجموعه‌ی متغیرهای جاندار و بی‌جانی از محیط است که به گونه متصل است. گونه ی پیچیده تر به متغیرهای بیشتری از کنامش وابسته است. اینکه گونه‌هایی که دگردیسی قبل از بلوغ را تجربه می‌کنند، دو نقطه ی متفاوت از کنام را برای زندگی انتخاب می‌کنند، این تعریف را دچار مشکل می‌کند و چرایی دارد که در نشست بعدی توضیح داده خواهد شد.

پس از رده‌بندی تعاریف گونه، به رده بندی روابط بین گونه ای می پردازیم. بر مبنای منابع مورد استفاده‌ی گونه، رابطه‌های شکار/شکارچی، انگلی، همزیستی و رقابت قابل شناسایی است. از میان اینها رابطه‌ی انگلی، برنده-بازنده است و رابطه های همزیستی و شکار/شکارچی برنده-برنده است. و فقط رابطه‌ی رقابت است که می‌تواند بیش از یک شکل از اشکال بازی را داشته باشد.

جهت رفع ابهام لازم است یادآوری شود این روابط بر محور بقا و در سطح گونه ارزیابی می‌شوند. مثلاً رابطه‌ی شکار/شکارچی باعث تنظیم جمعیتی می‌شود، یعنی شکار شدن فیلتری است که فقط به قوی‌ترین افراد گونه اجازه‌ی حیات می دهد به این صورت منابع فقط مصروف بقای گونه می‌شود. رابطه‌ی اهلی کردن، نوعی همزیستی است. انتخاب طبیعی حاکم بر تکامل گونه ی اهلی شونده، خواست گونه ی اهلی کننده است که معمولاً از طریق نظارت روی جفت‌گیری (اصلاح نژاد) عمل می کند. شکارچی گونه را قوی می‌کند، یعنی آسیب‌پذیری گونه در برابر حفظ بقا را می‌کاهد، اما اهلی کردن گونه را تضعیف می‌کند، یعنی آسیب‌پذیری‌اش را می‌افزاید. اگر چه هر دو بر محور بقا ارزیابی می‌شوند و بنابراین هر دو برنده-برنده‌اند.

تا اینجا منظور از گونه روشن شد، حال اگر از جانداران مشابه، گونه‌هایی استقراء کنیم، تلاش به سازماندهی جانداران در سطح این گونه ها، به ساختاری درختی می انجامد که منطق عرضی آن تنوع و منطق طولی آن پیچیدگی است. جایابی یک گونه در این درخت نسبت به سایر گونه‌ها، یا نیاز به معرفی گونه‌‌ای نو، از طریق DNA که خود نوعی سنگواره‌ی اطلاعاتی است ممکن می‌گردد. درخت جانداران در جانوران تنوع بیشتری دارد و از هر 10 گونه، 9 الی 8 گونه‌اش حشره است.

اما گونه‌ی اولیه که حیات پیچیدگی را از آنجا آغاز کرده است، چه بوده است؟ از طریق تکنیکهایی نظیر ساعت مولکولی، میتوکندری حوا (یعنی دنبال کردن سیر تکامل از طریق توارث ژنهای مادر به فرزند در میتوکندری‌اش) و … می‌دانیم که دست کم در سطح بیوشیمیایی همه هم تبار هستیم و نخستین واحد تبادل انرژی (شیمیایی) ATP بوده‌است. اما برای اطلاعات بیشتر باید به تاریخ طبیعی، Natural History، بپردازیم. زمین، بستر حیات، مسیری 5/4 میلیارد ساله را طی کرده تا ظرفیت اشکال پیچیده‌ی امروزین حیات را در خود بپرورد. این 5/4 میلیارد سال را به دوره‌ها، دورانها و عصرهایی تقسیم‌بندی می‌کنیم. قبل از بیان مهمترین رخدادها و زمان تقریبی وقوعشان، باید گفت رخداد مرکزی از رخدادهای حاشیه‌ای، با توجه به اثر آن رخداد روی شکل کنونی حیات تفکیک می‌شود.

1.         برخورد جرم آسمانی به نام Thea به زمین و جدا شدن ماه با وزنی حدود 6/1 وزن کره‌ی زمین که باعث پیدایش حرکت وضعی زمین، شکل‌گیری قطب‌های کره زمین، خنک شدن زمین و در نهایت چهار فصل شده است؛ حدود 4 میلیارد و 600 میلیون سال پیش.

2.         خنک شدن زمین حدود 4 میلیارد سال پیش، کم-کم باعث جدا شدن سه فاز ماده (جامد و گاز و آب) از هم شد. آزمایش معروف میلر که به مشاهده‌ی تولید مولکولهای همانندساز RNA (نخستین شکل حیات) در آزمایشگاه منجر شد، به روشن شدن اتفاقات این دوره‌ی کمک می‌کند. میلر با بخار آب، قوس الکتریکی (شبیه‌سازی صاعقه)، سولفید هیدروژن و متان شرایط جو آن دوره را شبیه‌‌سازی کرد. مشاهدات میلر حاکی از آن بود که بعد از حدود 2 هفته، در این محیط آزمایشگاهی قند، اسیدهای آمینه و … بوجود آمدند. بنابراین سیستم تکاملی خیلی راحت بوجود آمده‌است، اما ناپایدار بوده و به راحتی نابود می‌شده‌است. شواهدی نیز در دست است که حیات چندین بار بوجود آمده، اما فقط یکبار باقی مانده‌است. به عبارت دیگر حیات خیلی بدشانس بوده است! پرسشی که در اینجا مطرح می‌شود آن است که نقطه‌ی صفر حیات چیست؟ و البته بر اساس روشهای مختلف آزمایشگاهی، نقطه‌های صفر آزمایشگاهی مختلفی برای حیات تولید شده‌اند.

3.         دوره بعدی حدود 8/3 میلیارد سال پیش است و precamberian خوانده می‌شود و دوره‌ای است که در آن قطعاً سلول داریم. رخداد اصلی نهادینه شدن تبادل‌گرایی ATP میان عناصر درون سلولی تمام سلولهاست.

4.         حدود 5/3 میلیارد سال پیش، پروکاریوتها بوجود آمدند، و چرخه‌های گلیکولیز تکامل یافتند. که به معنی پیچیده شدن مصرف انرژی است. نوری که در این دوره به زمین می‌تابد، برای جانداران کشنده است. یعنی مصرف انرژی، هنوز تا حد مصرف انرژی نورانی تکامل نیافته است و جذب انرژی صرفاً از طریق خوردن مواد آلی (و معدنی) و جذب انرژی شیمیایی ذخیره شده در آنها ممکن است.

5.         حدود 3 میلیارد سال پیش، ماه آنقدر به زمین نزدیک است که موج دریاها ارتفاعی در حد 300 متر دارند. نوری که به زمین می‌رسد، فرکانس بالایی دارد و یون‌ساز است، یعنی باعث شکسته شدن مولکولها می‌گردد. در این دوره، برای نخستین بار سلولهای مصرف‌کننده‌ی نور (فتوسنتز کننده) نیز بوجود آمدند. امکان مصرف نور به عنوان منبع انرژی، مکانیسمهای متفاوتی داشته است و یکی از آنها کاهش شدت نور است. پیدایش سپری در مقابل این نور کشنده، با تولید اکسیژن ممکن گردیده است. اکسیژن اولیه، از فضولات موجودات زنده‌ی این دوره محسوب می‌شود. سلولهای تولید کننده‌ی اکسیژن چرخه‌ی بازخورد مثبتی بوجود آوردند که تولید اکسیژن، کاهش نور، تولید اکسیژن می باشد. قبل از وجود اکسیژن، تنها سپر موجود، بخار آب بوده است.

6.         5/2 میلیارد سال پیش، چرخه‌ی مصرف انرژی تا حد فوتوسنتز تکامل یافت. گروهی از سلولهای اولیه آنقدر اکسیژن تولید کردند که غیر از دو نوع جاندار، همگی نابود شدند. یکی مصرف‌کننده‌های اکسیژن و دیگری آنهایی که در محیطهای غیر قابل نفوذ اکسیژن زندگی می‌کردند. اکسیژن ماده‌ای بسیار فعال و اکسیدکننده است و از عوامل پیری شناخته می‌شود. این گروه که از محیطهای قابل نفوذ اکسیژن گریختند، از منظر بقا کاملاً جاویدان بوده و در واقع سنگواره‌هایی زنده هستند به نام آرکی‌ها.

7.         حدود 85/1 میلیارد سال پیش، اولین پرسلولیها را می‌بینیم که البته همگی یوکاریوت نیستند. چرا پر سلولیها اینقدر دیر بوجود آمدند؟ زیرا که در ساختارهای پرسلولی اولیه، برخی باید با آب در تماس مستقیم باشند. و غشاء سلولی به پیدایش پروتئینی نیاز دارد که بتواند فشار اسمزی را تنظیم کند. تحقیقات کنونی روی بسیاری از ابهامات اولیه رخدادهای این دوره به توافق رسیده‌اند و در حال حاضر پرسش اصلی بر سر چگونگی شکل¬گیری غشاء سلولی است.

8.         یوکاریوتهای اولیه 5/1 میلیارد سال پیش بوجود آمدند.

9.         حدود 860 میلیون سال پیش تفکیک جنسیت رخ می‌دهد. یعنی بخشی از سلول وراثتی متحرک می‌شود که به آن پدر می‌گویند و بخشی دیگر ثابت می‌شود که مادر خواهد بود.

10.       از 850 میلیون تا 650 میلیون سال پیش یک عصر یخبندان داریم که مکانیزم پیدایش آن، بازخورد مثبت است. یعنی چرخه‌ی یخ زدن آب، سبک بودن یخ نسبت به آن، روی آب آمدن یخ و جذب کمتر نور خورشید به دلیل سفیدی یخ و سردتر شدن دمای کره‌ی زمین. خروج زمین از این حالت احتمالاً به دلیل انباشت گازهای گلخانه‌ای ناشی از آتشفشانهاست.

11.       کل جانداران در این 500 میلیون سال اخیر بوجود آمده‌اند که اتفاق خاصی در آن نمی‌افتد و دوره‌ای تکنواست، و فقط تکرار پیچیده شدن است.

این نشست با پخش اسلایدهایی همراه بود که به فهم مطالب ارائه شده کمک می‌کرد. در پایان نشست، آقای دکتر وکیلی با طرح پرسشی دیگر به نشست پایان دادند: چرا حیات به سمت پیچیده‌تر شدن پیش می‌رود؟ چرا جهت زمانی تکامل پیچیدگی است و سادگی نیست؟