- ما هي العملية التطورية؟
- نظريات التطور العلمية
- قبل داروين: نظرية الخلق وثبات الأنواع
- مساهمات داروين والاس في علم الأحياء التطوري: الانتقاء الطبيعي
- الرحلة على البيجل
- أصل الأنواع
- بعد داروين: الداروينية الجديدة والتوليف
- دليل على التطور: مجرد نظرية؟
- التنادد
- التماثل الصرفي
- التماثلات الجزيئية
- سجل الحفريات
- الجغرافيا الحيوية
- التطور في العمل: مثال على التطور
- الميلان الصناعي و
- آليات التطور
- الانتقاء الطبيعي
- شروط حدوث الانتقاء الطبيعي
- تطبيقات علم الأحياء التطوري
- الدواء
- الزراعة والثروة الحيوانية
- حماية الأحياء
- المراجع
على التطور البيولوجي هو التغيير في خصائص مجموعات من الكائنات الحية في مسار أجيال. تُعرف مجموعات الكائنات الحية من نفس النوع باسم "التجمعات البيولوجية".
في جوهرها ، تقول نظرية التطور الداروينية الحديثة أن التطور يتكون من تغيير تدريجي لأشكال الحياة. لقد بدأ - على الأرجح - بجزيء له القدرة على تكرار نفسه منذ حوالي 3.5 مليار سنة.
المصدر: chensiyuan
بمرور الوقت ، حدث تفرع للأنساب وظهرت أنواع جديدة ومتنوعة. آليات هذا التغيير التطوري هي الانتقاء الطبيعي وانحراف الجينات.
يسعى علم الأحياء التطوري إلى فهم أصل التنوع البيولوجي وكيفية الحفاظ عليه. نظرًا لأنه علم مركزي في علم الأحياء ، فإنه يعتبر عمومًا فكرًا موحدًا يدمج التخصصات المختلفة للعلوم البيولوجية.
هذه الخاصية الموحدة للبيولوجيا التطورية تم تمييزها في العبارة الشهيرة لثيودوسيوس دوبزانسكي: "لا شيء له معنى في علم الأحياء ، إلا في ضوء التطور."
اليوم ، تمتعت البيولوجيا التطورية بكل التطورات العلمية ، مما سمح بإعادة بناء الأنساب باستخدام العديد من الخصائص الجزيئية والتحليل الإحصائي القوي.
ما هي العملية التطورية؟
التطور مصطلح مشتق من جذور لاتينية تتطور ، والذي يترجم إلى كشف أو الكشف عن إمكانات خفية. اليوم ، كلمة التطور تثير التغيير ببساطة. ربما يكون جزءًا من قاموسنا اليومي للإشارة إلى التغييرات في كائن أو شخص.
ومع ذلك ، يشير التطور البيولوجي إلى التغييرات في مجموعات الكائنات الحية عبر مرور الأجيال. يستخدم هذا التعريف العام للتطور من قبل Futuyma (2005). من المهم ملاحظة أن الكائنات الحية كأفراد لا تتطور ، بينما تتطور مجموعات الكائنات الحية.
في علم الأحياء ، يطلق على مجموعة الأفراد من نفس الأنواع التي تتعايش في الزمان والمكان مجموعات. لكي يتم اعتبار التغيير في مجموعة سكانية تطوريًا ، يجب أن ينتقل من جيل إلى آخر عبر المادة الوراثية.
نظريات التطور العلمية
منذ زمن سحيق ، شعر الإنسان بفضول جوهري حول أصل الحياة ووجود التنوع الهائل الذي تقدمه الكائنات العضوية.
نظرًا لأن عالم الطبيعة البريطاني تشارلز داروين (1809-1882) كان له تأثير كبير على تطور هذا العلم ، فسوف ندرس النظريات المقترحة قبل وبعد مساهماته.
قبل داروين: نظرية الخلق وثبات الأنواع
قبل داروين ، كان علماء الطبيعة وغيرهم من العلماء يتميزون بالتفكير الخلقي فيما يتعلق بأصل الأنواع.
تم التعامل مع الرؤى الأساسية ، حيث كان لكل نوع جوهر ثابت والتباين الذي لاحظناه في المجموعة كان فقط بسبب عيوب الوجود. تم التعامل مع هذا المفهوم في زمن أفلاطون وأرسطو.
بعد مرور الوقت ، بدأ المسيحيون يفسرون مقاطع الكتاب المقدس حرفياً ، مدركين أن الكائنات العضوية قد تم إنشاؤها في حدث واحد بواسطة كيان خارق للطبيعة. لم يسمح هذا المفهوم بإجراء تغييرات في الأنواع بمرور الوقت ، حيث تم إنشاؤها في ظل الكمال الإلهي.
في القرن الثامن عشر كان هدف علماء الطبيعة هو تصنيف الخطة الإلهية التي خلقها الله. على سبيل المثال ، وضع لينيوس الأسس للتصنيف الحالي باتباع هذا الخط الفكري.
في وقت لاحق تم تحدي هذا الرأي من قبل العديد من المفكرين. صاغ جان بابتيست لامارك نظرية ما قبل الداروينية الأكثر صلة في ذلك الوقت. بالنسبة له ، نشأ كل نوع على حدة من خلال التوليد التلقائي وكان قادرًا على "التقدم" أو التحسن بمرور الوقت.
أحد المبادئ الأكثر صلة التي وضعها لامارك كان وراثة الشخصيات المكتسبة. يعتقد عالم الطبيعة هذا أن السمات المختلفة التي نكتسبها طوال حياتنا يمكن أن تنتقل إلى ذريتنا.
على سبيل المثال ، وفقًا لوجهة نظر لاماركيان ، كان على لاعب كمال الأجسام الذي يعمل بجد جميع مجموعات عضلاته أن ينجب أطفالًا ذوي عضلات متطورة. ينطبق نفس المبدأ مع عدم استخدام الأعضاء.
مساهمات داروين والاس في علم الأحياء التطوري: الانتقاء الطبيعي
يظهر اسم تشارلز داروين في معظم نصوص علم الأحياء ، بغض النظر عن تخصصه. أحدث داروين ثورة في علم الأحياء ، والعلوم بشكل عام ، إلى حد لا يصدق - يمكن مقارنته ، على سبيل المثال ، بإسهامات نيوتن.
في شبابه ، احتفظ داروين بفكره مخلصًا لتعاليم الكتاب المقدس. لكن داروين ، مصحوبًا بفكر ديني ، أبدى اهتمامًا بالعلوم الطبيعية ، ولهذا أحاط نفسه بأذكى العقول العلمية في تلك اللحظة.
الرحلة على البيجل
أخذت حياة داروين منعطفًا عندما بدأ في سن مبكرة رحلة على متن سفينة HMS Beagle ، وهي سفينة بريطانية كانت ستستكشف مناطق مختلفة من أمريكا الجنوبية. بعد رحلة استغرقت عامين ، لاحظ داروين وجمعًا تنوعًا هائلاً من الحيوانات والنباتات في أمريكا الجنوبية.
بفضل وضعه المالي الأمثل ، تمكن داروين من تكريس حياته حصريًا لعمله في العلوم البيولوجية. بعد تأملات مكثفة - وكذلك محاضرات عن الاقتصاد - أنشأ داروين نظريته في الانتقاء الطبيعي.
الانتقاء الطبيعي هو فكرة بسيطة وقوية ، كونه آلية تطورية مهمة - على الرغم من أنه ليس الوحيد ، كما سنرى لاحقًا.
هذه الفكرة لم يستنتجها داروين فقط. ابتكر عالم طبيعي شاب يدعى ألفريد والاس أفكارًا متشابهة جدًا. تواصل والاس مع داروين ، وقدم الاثنان معًا نظرية التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي.
أصل الأنواع
في وقت لاحق ، قدم داروين رائعته "أصل الأنواع" ، والتي تكشف عن نظريته بالتفصيل وبأدلة قوية. يحتوي هذا الكتاب على ستة إصدارات عمل عليها داروين طوال حياته.
تنص نظرية الانتقاء الطبيعي على أنه إذا كان هناك بعض الاختلافات المفيدة والقابلة للتوريث في مجموعة من الأفراد ، فسيكون هناك استنساخ تفاضلي بين مالكي السمة. سوف تميل هذه إلى توليد المزيد من النسل ، وبالتالي زيادة تواتر السمة في السكان.
علاوة على ذلك ، اقترح داروين أيضًا أصلًا مشتركًا: لقد تباعدت جميع الأنواع في زمن التطور عن سلف مشترك. وهكذا ، يمكن تمثيل جميع الكائنات العضوية في شجرة الحياة العظيمة.
بعد داروين: الداروينية الجديدة والتوليف
مباشرة بعد نشر "الأصل" ، اندلع جدل كبير بين أهم العلماء في ذلك الوقت. ومع ذلك ، مع مرور السنين ، تم قبول النظرية تدريجياً.
كان هناك علماء أحياء لم يقبلوا أبدًا الأفكار الداروينية ، لذا فقد أوجدوا نظرياتهم التطورية الخاصة بهم ، والتي أصبحت اليوم فقدت مصداقيتها بالكامل تقريبًا. ومن الأمثلة على ذلك اللاماركية الجديدة ، والتكوين العظمي ، والطفرة ، من بين أمور أخرى.
بين الثلاثينيات والأربعينيات من القرن الماضي ، تم التخلص من جميع النظريات المناهضة للداروينية مع ظهور التوليف التطوري. يتألف هذا من اتحاد الأفكار الداروينية مع مساهمات سلسلة من علماء الوراثة وعلماء الأحافير مثل فيشر وهالدين وماير ورايت ، من بين آخرين.
نجح التركيب في توحيد النظريات التطورية مع المبادئ الجينية الصحيحة ، لأن إحدى الصعوبات التي واجهها داروين أثناء عمله كانت جهل الجينات كجزيئات موروثة.
دليل على التطور: مجرد نظرية؟
اليوم ، يعتبر التطور البيولوجي حقيقة مدعومة بأدلة قوية وواسعة. على الرغم من أن علماء الأحياء لا يشككون في صحة العملية ، إلا أننا نسمع في الحياة اليومية أن التطور هو "مجرد نظرية" - مع دلالات ازدراء.
ينبع سوء الفهم هذا من حقيقة أن مصطلح "النظرية" له معان مختلفة في العلم وفي الحياة اليومية. بالنسبة لمعظم الناس ، النظرية هي تنبؤ غير مؤكد لحقيقة ، تتميز بأساس ضعيف. بالنسبة للعالم ، النظرية هي مجموعة من الأفكار المتماسكة والمنظمة بشكل صحيح.
باتباع هذا الترتيب للأفكار ، يمكننا أن نستنتج أن التطور حقيقة ، وهناك آليات لتفسيره ، مثل نظرية الانتقاء الطبيعي. فيما يلي أبرز الأدلة على العملية التطورية.
التنادد
عمليتان أو بنيتان متماثلتان إذا كانت السمة المذكورة قد ورثت مباشرة من سلف مشترك. في علم الأحياء التطوري ، يعتبر التنادد نقطة أساسية ، لأنها الخصائص الوحيدة التي تسمح لنا بإعادة بناء العلاقات بين الأسلاف والسلف بين المجموعات.
التماثل الصرفي
مثال مشهور جدًا للتماثل هو عظام أطراف رباعيات الأطراف. لنأخذ ثلاثة حيوانات تختلف في طريقة حركتها لفهم سبب كون التنادد دليلًا قويًا على العملية التطورية: البشر والحيتان والخفافيش.
تشترك هذه المجموعات الثلاث في خطة هيكلية أساسية في أطرافها الأمامية ، لأنها ورثتها من سلف مشترك. وهذا يعني أن أجدادًا رباعي الأرجل كان له عظم العضد ، يتبعه نصف قطر وزند ، وأخيراً سلسلة من الكتائب.
لا يوجد سبب وظيفي يجعل ثلاثة حيوانات ذات أنماط حياة متباينة تشترك في نفس مخطط العظام في أطرافها.
إذا تم تصميم الحياة ، فلا يوجد سبب لبناء كائن حي مائي وطيران وأرضي بنفس الخطة. لا يوجد مهندس - بغض النظر عن مدى خبرته - سيخلق كائنًا طائرًا وسباحًا بنفس الطريقة.
الطريقة الأكثر منطقية لتفسير ذلك هي بالأصل المشترك. ورث الثلاثة هذه الخطة الهيكلية من سلف وخضعوا للتعديلات التكيفية التي نراها اليوم: الأجنحة والزعانف والأذرع.
التماثلات الجزيئية
لا تقتصر التناظرات على السمات التشريحية للكائن الحي. يمكن أيضًا إثباتها على المستوى الجزيئي. يتم تخزين المعلومات الجينية للكائنات الحية في الحمض النووي ويتم ترجمتها في شكل ثلاثة توائم: ثلاثة نيوكليوتيدات تتوافق مع حمض أميني واحد.
التماثل الجزيئي الشامل هو قراءة هذه الشفرة الجينية ، نظرًا لأن جميع الكائنات العضوية تقريبًا تشترك في هذه اللغة - على الرغم من وجود استثناءات محددة للغاية.
سجل الحفريات
عندما يقترح داروين نظريته في الانتقاء الطبيعي ، يجادل بأن جميع الأشكال الانتقالية التدريجية ليست موجودة في سجل الحفريات لأنها غير مكتملة. في المقابل ، يرى معارضو الأفكار الداروينية أن توقف السجل كدليل ضد النظرية.
يجب أن نتذكر أن عملية التحجر لكائن عضوي هي حدث غير محتمل ، إلى جانب احتمال وجود عينة في حالة جيدة. لهذه الأسباب ، فإن أقل من 1٪ من جميع الأشكال التي عاشت على الإطلاق ممثلة في السجل الأحفوري.
على الرغم من ذلك ، تم العثور على حفريات محفوظة جيدًا والتي تعد بمثابة "نافذة على الماضي". ومن أشهرها الأركيوبتركس. في هذه الحفرية ، تبرز الخصائص الوسيطة بين الزاحف والطيور. وبالمثل ، لدينا العديد من الحفريات البشرية التي سمحت لنا بإعادة بناء تطور البشر.
تم اقتراح بعض النظريات البديلة لشرح عدم استمرارية السجل ، مثل نظرية التوازن المتقطع.
الجغرافيا الحيوية
على الرغم من أن التطور مدعوم بأدلة من العديد من فروع المعرفة ، إلا أن الجغرافيا الحيوية هي التي أقنعت داروين بصدق العملية التطورية.
إن توزيع الكائنات الحية على كوكب الأرض ليس متجانسًا ، ويمكن تفسير العديد من جوانب هذا النمط من خلال نظرية التطور - وليس من خلال فرضية الخلق الخاصة.
عندما نفحص حيوانات الجزر المحيطية (العناصر المعزولة التي لم تتصل أبدًا بالبر الرئيسي) ، نجد أن تكوين الأنواع غريب جدًا. على سبيل المثال ، يمكن رؤية هذا في الجزر الواقعة في شمال المحيط الأطلسي ، والتي تسمى جزر برمودا.
الفقاريات (غير البحرية) الأصلية في المنطقة قليلة جدًا ، خاصة الطيور والخفافيش المهاجرة والسحالي وغيرها. تظهر بعض هذه الأنواع علاقة مهمة مع حيوانات أمريكا الشمالية. البعض الآخر ، من جانبهم ، مستوطن في الجزيرة ولا يوجد في أي منطقة أخرى.
يتوافق نمط التوزيع هذا مع العمليات التطورية ، حيث أن المنطقة مستعمرة على وجه التحديد بحيوانات قادرة على الطيران والتشتت لمسافات كبيرة.
التطور في العمل: مثال على التطور
سوء فهم آخر في علم الأحياء التطوري هو أنه مرتبط بعملية بطيئة للغاية.
في حين أنه من الصحيح أنه للحصول على تكيفات معقدة مثل الفكين أو العيون القوية ذات الرؤية الممتازة ، يجب أن ننتظر بضعة ملايين من السنين ، هناك عمليات تطورية معينة يمكننا مراقبتها بأعيننا في فترة زمنية قصيرة نسبيًا.
بعد ذلك ، سنقوم بتحليل حالة عثة Biston betularia كمثال للتطور في العمل. لاحقًا سنتحدث عن مقاومة المضادات الحيوية ومبيدات الآفات ، وهو مثال آخر للتطور يمكننا ملاحظته في فترة زمنية قصيرة.
الميلان الصناعي و
يعد الميلان الصناعي من أبرز الأمثلة في علم الأحياء التطوري. تم توثيق هذه الظاهرة خلال الثورة الصناعية وتمكنت من إقامة علاقة بين الاختلاف في تلوين عثة Biston betularia وتلوث موطنها.
لدى العثة شكلين: أحدهما نور والآخر مظلم. قبل التلوث ، كان البديل السائد هو العثة الخفيفة ، ربما لأنها كانت تطفو على لحاء أشجار البتولا الخفيف ويمكن أن تمر دون أن يلاحظها أحد من قبل الحيوانات المفترسة المحتملة - الطيور.
مع ظهور الثورة الصناعية ، زاد التلوث إلى مستويات كبيرة. بدأ لحاء الأشجار يأخذ لونًا داكنًا بشكل متزايد ، مما أدى إلى حدوث تغيير في ترددات المتغيرات الفاتحة والداكنة للعث.
كانت العثة المظلمة هي البديل السائد لبعض الوقت ، حيث يمكن أن تختبئ بشكل أفضل في اللحاء الأسود.
بعد ذلك ، تم تنفيذ برامج تنظيف البيئة التي ساعدت في الحد من التلوث البيئي. بفضل كفاءة هذه البرامج ، بدأت الأشجار في استعادة لونها المميز الأصلي.
كما يمكننا أن نخمن ، تغير تواتر العث مرة أخرى ، وكان البديل الواضح هو السائد. وهكذا ، تم توثيق العملية التطورية في فترة زمنية مدتها 50 عامًا.
آليات التطور
التطور البيولوجي هو عملية تنطوي على خطوتين: توليد التنوع ثم التكاثر التفاضلي للتغيرات ، إما عن طريق الانتقاء الطبيعي أو عن طريق الانجراف الجيني. لهذا السبب ، لا ينبغي استخدام مصطلحي الانتقاء الطبيعي والتطور بالتبادل - لأنهما ليسا كذلك.
من منظور علم الوراثة السكانية ، التطور هو التغيير في الترددات الأليلية بمرور الوقت داخل مجموعة سكانية. وبالتالي ، فإن القوى التي تغير ترددات الأليل هي الانتقاء ، والانجراف ، والطفرة ، والهجرة.
الانتقاء الطبيعي
كما ذكرنا سابقًا ، كانت أكبر مساهمة لداروين في علم الأحياء هي اقتراح نظرية الانتقاء الطبيعي. لقد أساءت وسائل الإعلام تفسير هذا الأمر بشكل خاطئ ، وربطته بعبارات خاطئة مثل: "البقاء للأصلح".
شروط حدوث الانتقاء الطبيعي
الانتقاء الطبيعي فكرة بسيطة ولها نتائج مبهرة. إذا استوفى النظام الخصائص التالية ، فسوف يتطور - حتماً - من خلال الانتقاء الطبيعي:
تطبيقات علم الأحياء التطوري
يحتوي علم الأحياء التطوري على عدد من التطبيقات ، لكل من الطب والزراعة وبيولوجيا الحفظ والتخصصات الأخرى.
الدواء
تعتبر نظرية التطور من العلوم الأساسية في مجال الطب. على سبيل المثال ، يسمح لنا بالتنبؤ بنتيجة الاستخدام العشوائي للمضادات الحيوية لعلاج الأمراض المعدية.
عندما نطبق مضادًا حيويًا دون داع أو لا نكمل العلاج الطبي ، فإننا سنقضي على المتغيرات غير المقاومة ، لكن الأفراد المقاومين سيزيدون تواترها في التجمعات البكتيرية.
في الوقت الحالي ، تعد مسألة المقاومة البكتيرية لمعظم المضادات الحيوية موضوع اهتمام واهتمام عالمي. إن زيادة الوعي باستخدام المضادات الحيوية هي إحدى الطرق لتقليل هذه المضاعفات.
على سبيل المثال ، تعد بكتيريا Staphylococcus aureus شائعة في غرف العمليات وتسبب العدوى في المرضى أثناء العمليات الجراحية.
اليوم ، البكتيريا مقاومة تمامًا لعدد من المضادات الحيوية ، مثل البنسلين والأمبيسلين والأدوية ذات الصلة. على الرغم من إنتاج مضادات حيوية جديدة لمواجهتها ، فإن الأدوية أقل فاعلية وأقل كفاءة.
تعد أزمة المقاومة واحدة من أكثر الأمثلة دراماتيكية للتطور ، والتي يمكننا ملاحظتها بأعيننا ، لذا فهي أيضًا بمثابة دليل على عملية التطور.
الزراعة والثروة الحيوانية
يمكن استقراء نفس المبدأ التطوري لاستخدام مبيدات الآفات للقضاء على الآفات ، في المحاصيل ذات الأهمية الاقتصادية الكبيرة. إذا تم استخدام نفس النوع من مبيدات الآفات لفترة طويلة ، فإننا نفضل زيادة المتغيرات المقاومة.
وبالمثل ، يسعى المزارعون للحصول على "أفضل" الحيوانات التي تزيد من إنتاج (الحليب واللحوم وما إلى ذلك). يختار أصحاب المزارع هؤلاء الأفراد الذين يجدونهم أكثر فائدة من الناحية العملية. مع مرور الأجيال ، أصبح الأفراد يشبهون بشكل متزايد ما يرغب فيه البشر.
تشبه عملية الانتقاء الاصطناعي البشري هذه الانتقاء الطبيعي ، من حيث النجاح التكاثري التفاضلي. مع الاختلاف الملحوظ في الطبيعة لا يوجد كيان اختيار.
حماية الأحياء
فيما يتعلق بقضايا الحفظ ، فإن فهم الظواهر مثل "الاختناقات" وانخفاض اللياقة البدنية الناجم عن زواج الأقارب يسمح بتجنبها ووضع خطط حماية تزيد من اللياقة وتحافظ على صحة السكان.
المراجع
- Audesirk، T.، Audesirk، G.، & Byers، BE (2004). علم الأحياء: العلم والطبيعة. تعليم بيرسون.
- داروين ، سي (1859). حول أصول الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي. موراي.
- فريمان ، س. ، وهيرون ، جي سي (2002). التحليل التطوري. برنتيس هول.
- فوتويما ، دي جي (2005). تطور. سيناور.
- هول ، BK (محرر). (2012). التنادد: الأساس الهرمي لعلم الأحياء المقارن. الصحافة الأكاديمية.
- هيكمان ، سي بي ، روبرتس ، إل إس ، لارسون ، إيه ، أوبر ، دبليو سي ، وجاريسون سي (2001). المبادئ المتكاملة لعلم الحيوان. ماكجرو هيل.
- كاردونج ، ك.ف. (2006). الفقاريات: التشريح المقارن ، الوظيفة ، التطور. ماكجرو هيل.
- كليمان ، RM (2016). موسوعة علم الأحياء التطوري. الصحافة الأكاديمية.
- لوسوس ، جي بي (2013). دليل برينستون للتطور. مطبعة جامعة برينستون.
- Reece، JB، Urry، LA، Cain، ML، Wasserman، SA، Minorsky، PV، & Jackson، RB (2014). علم الأحياء كامبل. بيرسون.
- رايس ، سا (2009). موسوعة التطور. نشر Infobase.
- راسل ، ب ، هيرتز ، ب ، وماكميلان ، ب. (2013). علم الأحياء: العلم الديناميكي. نيلسون للتعليم.
- سولير ، م. (2002). التطور: أساس علم الأحياء. مشروع الجنوب.
- ستار ، سي ، إيفرز ، سي ، وستار ، إل (2010). علم الأحياء: مفاهيم وتطبيقات بدون علم وظائف الأعضاء. سينجاج ليرنينج.
- Wake، DB، Wake، MH، & Specht، CD (2011). Homoplasy: من اكتشاف نمط إلى تحديد عملية وآلية التطور. علم، 331 (6020) ، 1032-1035.