تکامل با چه سرعتی رخ می‌دهد؟

اندازه‌گیری سرعت تکامل دشوار است، اما بر اساس شواهد فسیلی و پژوهش‌های موردی، تکامل در شرایط محیطی متغیر می‌تواند بسیار سریع‌تر از تصور داروین رخ دهد.

چارلز داروین در اواسط قرن نوزدهم نظریه تکامل را مطرح کرد، اما بر این باور بود که فرایند بنیادین تکامل بسیار آهسته و در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناسی، یعنی میلیون‌ها سال رخ می‌دهد. اما آیا حق با داروین است، یا تکامل می‌تواند سریع‌تر نیز رخ دهد؟ تکامل با چه سرعتی عمل می‌کند؟

در ابتدا، باید تکامل را تعریف کنیم. تکامل فرآیندی است که در طی آن، ژن‌ها یا ظاهر فیزیکی هر گونه به تدریج و در طول زمان، تغییر می‌کند. نیروی محرک فرایند تکامل «انتخاب طبیعی» است، یعنی افرادی که ویژگی‌های سودمندتری دارند، زنده می‌مانند و تولیدمثل می‌کنند و این ویژگی‌ها را به نسل‌های بعدی خود منتقل می‌کنند. چنین فرایندی در طی نسل‌های متعدد، به عنوان تکامل تطبیقی شناخته می‌شود.

ترکیب انتخاب طبیعی و تکامل تطبیقی به گونه‌ها کمک می‌کند تا خود را با تغییرات محیطی تطبیق دهند. تیموتی بونه، زیست‌شناس فرگشتی از مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه و دانشگاه لا روشل، به‌ لایوساینس می‌گوید: «این فرآیند به گونه امکان می‌دهد تا تغییرات محیط زندگی خود را ردیابی کند.»

برای مثال، در نمونه‌ی معروف «سهره‌های داروین» یا فنچ‌های گالاپاگوس، پرنده‌هایی تأثیرگذار از جزایر گالاپاگوس، می‌بینیم که گونه‌های مختلفی از این پرنده‌ها در طی چند دهه، منقارهایی با شکل‌ها و اندازه‌های متفاوت را تکامل دادند تا در تغذیه از انواع مختلف مغزها و حشرات، تخصص پیدا کنند. یافته‌ها پس از انتشار کتاب برنده‌ی جایزه پولیتزر با عنوان «منقار سهره: داستانی از تحول در دوره ما» توجه بسیاری را به خود جلب کرد.

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 تکامل تطبیقی رخ می‌دهد.

انتخاب مصنوعی، سرعت تکامل را افزایش می‌دهد

در اوایل تا اواسط قرن بیستم، دانشمندان دریافتند که تکامل می‌تواند بسیار سریع‌تر از آنچه که داروین گمان می‌کرد، رخ دهد. آن‌ها با استفاده از نظریه انتخاب طبیعی، تنها در عرض هفت سال، توانستند محصولات کشاورزی را به شکلی تغییر دهند که خوش‌طعم‌تر شوند و سگ‌ها را نیز در طی چند نسل، اهلی کنند. بونه می‌گوید: «ما باعث شدیم که تکامل اتفاق بیفتد. می‌توانستیم تغییراتی را که در مقیاس چند نسل رخ می‌دهد، ببینیم. تغییرات می‌توانند بسیار چشمگیر باشند.»

انتخاب مصنوعی، سرعت تکامل را افزایش داد. اما فرایند تکامل به طور طبیعی با چه سرعتی رخ می‌دهد؟

بونه و گروهی بین‌المللی از محققان، برای پاسخ به این پرسش، دهه‌ها داده‌ی ژنتیکی مربوط به ۱۹ گونه پرنده و پستاندار را تحلیل کردند. آن‌ها دریافتند که سرعت تکامل تطبیقی، دو تا چهار برابر سریع‌تر از برآوردهای پیشین است. به طور دقیق‌تر، در هر نسل از نمونه‌های مطالعه، بقا و تولیدمثل در شرایط کاملاً پایدار به طور متوسط ۱۸٫۵ درصد افزایش داشت.

یعنی اگر بقا و تولیدمثل به میزان یک‌سوم کاهش یابد، تکامل تطبیقی در سه تا هفت نسل، جمعیت را بازیابی می‌کند. برای مثال، گوسفندهای بزرگ‌شاخ (Ovis canadensis) در طی ۲۰ سال یا سه نسل، شاخ‌های خود را به اندازه‌ی دو سانتی‌متر کوتاه‌تر کردند، زیرا آن‌هایی که شاخ‌های بزرگتری داشتند، توسط شکارچیان 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 که احتمالاً به دلیل تغییر در میزان بارش برف اتفاق افتاده بود.

اما شرایط در طبیعت، هرگز پایدار باقی نمی‌ماند. بونه توضیح می‌دهد: «می‌بینیم که جمعیت‌ها در حال تطبیق هستند، اما نمی‌دانیم که با چه چیزی تطبیق می‌یابند.» او افزود تغییرات محیطی، رقابت، بیماری‌ها و انسان‌ها، همگی می‌توانند باعث تغییر در سرعت تکامل شوند. بونه می‌گوید: «تکامل برای تثبیت یا دست‌کم کاهش تأثیر تغییراتی که در محیط رخ می‌دهد، در صحنه حضور دارد.»

تغییرات اقلیمی یکی از مهم‌ترین عوامل محرک تکامل است

همچنین، بونه می‌گوید تغییرات اقلیمی یکی از مهم‌ترین عوامل محرک تکامل تطبیقی است، اما دانشمندان مطمئن نیستند که جمعیت‌ها بتوانند با سرعت کافی با چنین تغییراتی سازگار شوند. با ایجاد تغییر در دما، الگوهای آب‌وهوایی و افزایش سطح آب دریاها، برخی گونه‌ها به مناطق خنک‌تر مهاجرت کرده یا خود را با شرایط شوری بیشتر تطبیق داده‌اند. با این حال، محیط‌ها ممکن است سریع‌تر از توان تکامل برای سازگاری تخریب شوند.

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

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

دانشمندان چگونه سرعت تکامل را اندازه می‌گیرند؟ فلیپ جینجریچ، دیرین‌شناس از دانشگاه میشیگان، روشی را ابداع کرد که با استفاده از واحدی به نام «داروین»، سرعت تکامل را اندازه‌گیری می‌کند. او دریافت که تکامل در بازه‌های زمانی طولانی‌مدت، به آهستگی رخ می‌دهد، در حالی که در بازه‌های کوتاه‌تر، سرعت آن بسیار بیشتر است.

مایکل بنتن، دیرین‌شناس مهره‌داران از دانشگاه بریستول، می‌گوید: «سرعت تکامل می‌تواند به دلیل تغییرات محیطی مداوم، به طرز شگفت‌انگیزی بالا باشد. هر چه مقیاس زمانی کوتاه‌تر باشد، سرعت تکامل بیشتر است، حتی پس از اینکه تأثیر زمان را در نظر بگیریم.»

هر چه مقیاس زمانی کوتاه‌تر باشد، سرعت تکامل بیشتر است

همچنین، جیمز استرود و همکارانش در دانشگاه میامی، در حال بررسی ایگواناهای سبز غیربومی به‌عنوان نمونه‌ای برای پژوهش موردی تکامل سریع هستند. این موجودات سازگار با گرما، در هنگام سرمای ناگهانی میامی، یخ می‌زنند و از درخت‌ها سقوط می‌کنند. استرود توضیح می‌دهد: «ما دیدیم که بعضی از ایگواناها می‌میرند، اما برخی زنده می‌مانند و آن‌هایی که زنده می‌مانند، می‌توانند دماهای سردتر را تحمل کنند. این نشان می‌دهد که احتمالاً تکامل 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 ایکتئوسورها در کمتر از ۳ میلیون سال و سریع‌تر از نهنگ‌ها، به موجوداتی غول‌پیکر تبدیل شدند، زیرا آن‌ها برترین شکارچیان اقیانوسی بودند.

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