خاستگاه گونه‌ها کجاست؟

نویسنده: باب هولمز
برگردان: احسان سنایی

ماهیان آب‌های سرد جنوبگان از ضدیخ‌های زیستی برای بقای‌ خود بهره می‌برند؛ شکارچیان دنیای وحش از طعمه‌های لذیذی همچون Viceroy butterflies، صرفاً به‌سبب شباهت‌شان با پروانه‌های زهرآلود «مونارش» می‌گذرند و باکتری‌های بیماری‌زا رفته‌رفته در برابر آنتی‌بادی‌ها مقاوم‌تر می‌شوند.

هر جای طبیعت که بنگرید، حضور «انتخاب طبیعی» داروین در سازگاری گونه‌ها با زیستگاه‌‌های‌شان دیده می‌شود؛ اما شگفت آنکه‌ نقش این انتخاب، عملاً در یکی از اساسی‌ترین گام‌های فرگشت گونه‌ها رنگ می‌بازد و آن، خاستگاه گونه‌های جدید زیستی؛ یا «گونه‌زایی» است. ظاهراً این فرآیند پیچیده، به «تصادف» متکی است.

این احتمال را پروفسور «مارک پیگل» (Mark Pagel)؛ زیست‌شناس فرگشتی دانشگاه ریدینگ انگلستان می‌دهد؛ که اگر ادعای مباحثه‌بر‌انگیزش از صحت کافی برخوردار باشد، آن‌گاه احتمالاً استعداد «انتخاب طبیعی»، در آفرینش نقش‌های فرش گسترده‌ی حیات – از وفور حشرات و جوندگان امروز گرفته تا مرگ آغازیان دیروز – را می‌بابد از رخدادهای تصادفی، کم‌رنگ‌تر پنداشت.

آیا تصادف گونه‌های گوناگون زیستی زمین را خلق کرده است؟ / ریچارد ویلکینسون

البته هیچ‌ تردیدی پیرامون نقش محوری انتخاب طبیعی در فرآیند فرگشت نیست. ایده‌ی متقاعدکننده‌ی داروین در کتاب «منشأ انواع»، که یک و نیم قرن از انتشارش می‌گذرد؛ به‌همراه پژوهش‌های بی‌شمار پس از آن، هیچ شکی در این خصوص باقی نگذاشته‌؛ اما انتقادات موجهی به انتخاب داروین در نام‌گذاری اثرش وارد است: این کتاب، عملاً علت ایجاد گونه‌های جدید زیستی یا همان «منشأ انواع» را مطرح نکرده است.

دیگر زیست‌شناسان از آن زمان کنجکاو این‌اند که چگونه یک گونه به دو تیره‌ی متفاوت تقسیم می‌شود؛ حال آنکه شاید از خود بپرسید آنها با بهره‌گیری از ابزار ژنتیک – که داروین بدان مجهز نبود – حتماً تاکنون این سؤال را پاسخ گفته‌اند، اما چنین نیست. علت گونه‌زایی، هنوز از بزرگترین پرسش‌های بی‌جواب زیست‌شناسی فرگشتی است.

حتی ارائه‌ی تعاریف دقیق نیز آنقدرها ساده نیست. اکثر زیست‌شناسان، یک گونه را مجموعه‌ای از جانداران می‌خوانند که تنها توان زاد و ولد در میان اجتماع خود – و نه دیگر گونه‌ها – را دارند. هرچند همانند هر تعریف زیست‌شناختی دیگر، استثنائات بسیاری در این دیده می‌شود؛

اما غالباً تعریفی کارساز است. به‌ویژه آن‌که تمرکز توجهات‌اش بر خصوصیت حائز اهمیتی میان گونه‌هاست: برای اینکه‌ یک گونه به دو تیره تقسیم شود، برخی از اعضای گونه‌ی اصلی، نباید توان جفت‌گیری با هم‌نوعان‌ خود را داشته باشند. اینکه چگونه چنین چیزی ممکن است، همه را به شگفتی واداشته.

در اواسط قرن بیستم، زیست‌شناسان مدعی شدند انزوای تناسلی، گاه بعد از انتقال برخی ارگانیسم‌ها به دریاچه‌های تازه‌شکل‌گرفته یا جزایر دورافتاده رخ می‌دهد. دیگر گونه‌زایی‌ها نیز احتمالاً حاصل بروز دگرگونی‌های چشمگیری میان کروموزم‌هاست که برخی از افراد جامعه را ناتوان از جفت‌گیری موفق با مشابهان‌اش می‌سازد.

به‌هرحال اینکه چنین دگرگونی‌های شدیدی را صرفاً علت ظهور همه و یا حتی اغلب گونه‌های جدید بدانیم، اندکی نامحتمل است و همین‌جاست که «انتخاب طبیعی» رخ می‌نماید. گونه‌ها را به ‌شکل اجتماعات متمرکز و یا پراکنده‌ای در نواحی گوناگون می‌توان دید که ممکن است با مرور زمان همچون دو دوستی که به‌دنبال سازگاری با شرایط گوناگون رفته‌رفته از هم جدا می شوند؛ آن‌ها نیز از هم فاصله بگیرند.

پیگل می‌گوید: «گمان می‌کنم تصور ناآزموده‌ای که مردم از فرآیند گونه‌زایی دارند، انباشتگی تدریجی – برخی گونه‌ها - به‌سبب بروز انتخاب طبیعی از بین دگرگونی‌های پیش‌آمده است؛ تا اینکه سرانجام دسته‌ای از افراد پدید می‌آیند که دیگر توان جفت‌گیری با جمعیت پیشین را از دست داده‌اند».

تاکنون هیچ‌کس راهی برای آزمایش این گفته‌ و اینکه آیا اغلب گونه‌زایی‌ها ناشی از آن است را نیافته؛ اما بیش از یک دهه پیش، پیگل ایده‌ای را برای حل این مسئله ارائه داد. اگر گونه‌های جدید حاصل‌جمع شمار فراوانی از تغییرات نه‌چندان چشمگیر باشند؛ آنگاه باید ردپای فرآیند گونه‌زایی را در اطلاعات آماری اجدادشان مشاهده کرد.

عموماً انبوهی از عوامل کوچک به‌منظور ایجاد برآیندی واحد به هم می‌پیوندند؛ آنچنانکه که با بررسی نمونه‌ی فراوانی از این برآیندها متوجه می‌شویم آنها تمایل به ایجاد منحنی آشنای زنگوله‌ای دارند؛ منحنی‌ای که متخصصین آمار آن را «توزیع نرمال» نیز می‌نامند.

مثلاً تفاوت قد انسان‌ها بسیار است؛ اما اغلب قدها متمایل به سمت مقادیر متوسط‌اند. ازاین‌رو اگرچنانکه گونه‌زایی حاصل دگرگونی‌های فرگشتی قراوان باشد، آنگاه آمار وقفه‌های زمانی موجود مابین گونه‌زایی‌های متوالی – یا به‌عبارتی طول هر کدام از شاخه‌های درحت فرگشتی آن گونه - می‌باید انحنایی زنگوله‌وار داشته باشد.

هرچند این ایده ساده و آزمودنی به نظر می‌رسد، اما مطابق معمول مشکلی وجود دارد: به اندازه‌ی کافی درخت فرگشتی مناسب موجود نیست تا بتوان محاسبه‌ی آماری دقیقی از ابعاد شاخه‌هایش به عمل آورد. از این‌رو پیگل این ایده را رها کرد و به تفکر در دیگر موارد پرداخت.

تا اینکه چند سال پیش، به لطف فناوری ارزان و سریع ترتیب‌گذاری DNA، او متوجه شد این درختان، ناگهان فراوان شده‌اند و حال امکان پژوهش موجود است. پس با کمک دو تن از دانشجویانش «کریس وندیتی» و «اندرو مید»، دست‌به‌کار تحقق این ایده‌ی دیرین شد. گروه، با بررسی مقالات گوناگون موفق به خوشه‌بندی ۱۳۰ درخت فرگشتی از درختان و قارچ‌ها گرفته تا جانوران شد.

پس از غربال نمونه‌های مشکوک، آن‌ها نهایتاً به ۱۰۱ درخت از گونه‌هایی چون گربه‌، زنبور عسل، شاهین، گل سرخ و نمونه‌های مشابه دست یافته و با بررسی هر کدام‌شان به تفکیک، فواصل موجود میان هر گونه‌زایی متوالی – یا ابعاد هر شاخه – را محاسبه نمودند. از آن پس شمار شاخه‌های هم‌قد را جمع زده و الگوی توزیعی هر ساخه را به دست آوردند.

اگر گونه‌زایی، ناشی از انتخاب طبیعی از میان تغییرات کوچک اما فراوان باشد، انتظار می‌رود ابعاد شاخه‌ها یک منحنی زنگوله‌ای را ایجاد کند. به‌عبارتی اگر چنانچه تغییرات مرتبه‌ای، پله‌به‌پله گونه‌های جدید را تا آستانه‌ی ناسازگاری هل دهند، آنگاه انتظار یک منحنی نرمال را می‌توان داشت و اگرچنانچه تغییرات، با ضریب بیشتر همدیگر را تقویت کرده و سریع‌تر به آستانه‌ی مزبور برسند آنچه به دست خواهد آمد، یک منحنی لگاریتمی وابسته به منحنی نرمال خواهد بود.

با کمال شگفتی، الگوهای یادشده، تنها در ۸ درصد از موارد به‌دست آمد و منحنی نرمال نیز طبعاً در این مردود شد. در عوض پیگل و دستیارانش فهمیدند که در ۷۸ درصد از درختان، توزیع ابعادی شاخه‌ها منحنی آشنای دیگری را شکل می‌دهد: «توزیع نمایی».

منحنی نمایی را نیز همانند زنگوله‌ای می‌توان توصیف نمود؛ هرچند این توصیف، چیزی نیست که زیست‌شناسان انتظارش را داشته باشند. الگوی نمایی درست زمانی رخ می‌نماید که رویدادی نادر به‌وقوع بپیوندد. مثلاً فواصل زمانی مابین مکالمات تلفنی متوالی، مدت زمان واپاشی یک اتم رادیواکتیو و یا مسافت مابین مکان وقوع سوانح جاده‌ای در یک اتوبان، در یک توزیع نمایی می‌گنجد.

مقایسه‌ای میان دو نمودار زنگوله‌ای یا توزیع نرمال (بالا) و نمودار نمایی (پایین)

برای پیگل، نشانه‌های ظهور این الگو در فرآیند گونه‌زایی مشخص است. او می‌گوید: «تراکم رخدادها نیست که گونه‌زایی را به‌وجود می‌آورد؛ بلکه رخدادهای منفرد و نادری هستند که از آسمان می‌افتند». به‌عبارتی هر رخداد نادری، قادر به برانگیزش گونه‌زایی است. نه‌فقط انزوای فیزیکی و دگرگونی‌های ژنتیکی عمده؛ که وقایع زیست‌محیطی، ژنتیکی و روان‌شناختی نیز از این جمله‌اند.

پیدایش یک رشته‌کوه که خود انشعاب فیزیکی یک گونه‌ی زیستی را موجب می‌شود، قادر به چنین کاری است. به‌همین‌ترتیب، رخدادی غیرمترقبه می‌تواند عمل جفت‌گیری ماهی‌ها را از آب‌های ژرف، به سمت سطح دریا سوق داده و یا باعث شود سوسمارهای ماده، نرهای خال‌آبی را به‌جای خال‌قرمز ترجیح دهند.

پیگل معتقد است امتیاز کلیدی به‌دست‌آمده از شواهد آماری این بود که فهمیدم عامل برانگیزش گونه‌زایی، ‌باید از رخدادهای تصادفی نشأت یافته و به‌زبان علمی، غیرقابل پیش‌بینی باشد. او می‌گوید: «ما نمی‌گوییم که انتخاب طبیعی اشتباه است و داروین اشتباهاً بدان رسیده است». هنگامی‌که گونه‌ای به دو دسته منشعب شود احتمالاً انتخاب طبیعی، هر دسته را با اوضاع محیطی و غیرمحیطی منحصربفردی که هرکدامشان در آینده با آن مواجه خواهند شد، سازگار خواهد ساخت.

او در ادامه می‌افزاید: «گمان می‌کنم آن چیزی که مقاله‌مان نشان می‌دهد این است که تا چه اندازه گونه‌زایی می‌تواند اغلب مطلقاً حالت تصادفی داشته باشد. این – پژوهش – گونه‌زایی را از یدک‌ کشیده‌شدن آهسته در پشت انتخاب طبیعی فارغ کرده و به آن جایگاه متفاوتی می‌بخشد».

نتیجه‌ آنکه به‌دنبال انتشار این نتایح، مباحثه بر سر یکی از بحث‌برانگیزترین جنبه‌های فرگشت، بار دیگر بالا گرفت؛ اینکه بالاخره آیا فرگشت قابل پیش‌بینی است، یا نه؟ اگر حق با پیگل باشد، انتخاب طبیعی از مسیری آهسته و قابل‌پیش‌بینی، گونه‌های موجود را شکل می‌بخشد؛ حال‌آنکه ماهیت تصادفی گونه‌زایی بدین معناست که دگرگونی‌های فرگشتی، غیرقابل‌پیش‌بینی است.

بدین‌ترتیب این یافته‌ ظاهراً با تشبیه «استفان ژی گولد»؛ دیرین‌شناس، زیست‌شناس فرگشتی و تاریخ‌دان آمریکایی که گفته بود «اگر می‌توانستید تاریخ را برگردانده و فرگشت حیات در زمین را تکرار کنید، هربار نتیجه‌ی متفاوتی به دست می‌آمد»؛ همخوانی دارد.

تابدین‌جا دیگر زیست‌شناسان فرگشتی، تمایلی به تأیید صمیمانه‌ی ایده‌ی پیگل نشان نداده‌اند. برخی آن را جذاب، اما نیازمند آزمایشات بیشتری می‌دانند. دکتر «آرنه مورس»؛ از دانشگاه «سیمون فریزر» ونکوور کانادا می‌گوید: «مدل رویدادهای نادر و منفرد؛ در مقام یک توصیف؛ یک توصیف بالقوه، ایده‌ی درخشانی است».

گروه دیگری نیز اعتقاد دارند آنچه پیگل انجام داده، روشن‌سازی بخشی از داستان است. دکتر «دانیل رابوسکی»، از دانشگاه کالیفرنیا-برکلی می‌گوید: «این – فرضیه – یک جزء لازم، اما ناکافی گونه‌زایی را به شما می‌گوید. شما دو چیز دارید: چیزی که انزوا را موجب می‌شود، و چیزی که تفکیک و تمایز را موجب می‌شود» و احتمالاً فرآیند دومی - یعنی اینکه دو جامعه آنچنان متحول شوند که آنها را دو گونه‌ی مجزا بپنداریم – مسئول دگرگونی‌های تدریجی و سازگارانه‌‌ای است که توسط انتخاب طبیعی کنترل می‌شود.

پروفسور مایک پیگل؛ ایده‌پرداز فرضیه‌ی گونه‌زایی تصادفی

ایده‌ی نقش کم‌رنگ «سازگاری» در آفرینش گونه‌های جدید، آنچنان قابل تطابق با انگاره‌های بنیادین فرگشت نبوده و نمونه‌ی بارزش پدیده‌ای است که زیست‌شناسان آن را «تشعشع سازشی» می‌نامند. زمانی‌که مجال بوم‌شناختی مناسبی برای یک گونه پیش آید – مثلاً زمانیکه سهره‌های آمریکای جنوبی برای نخستین بار در گالاپاگوس گرد‌هم‌آمدند – این گونه با تنوع در اشکال گوناگون، به این شرایط واکنش نشان می‌دهد و نتیجتاً هرکدام خود را به شرایطی خاص انطباق می‌دهند.

این فواره‌ی گونه‌زایی بدین معناست که جانداران، نیازی به انتظار برای وقوع یک رخداد نادر و پیش‌بینی‌ناپذیر برای برانگیزش گونه‌زایی – آنگونه به پیگل به آن معتقد است - ندارند؛ بلکه در عوض انتخاب طبیعی است که آنان را به جلو می‌راند. دکتر «لی ون ولن» از دانشگاه شیکاگو می‌گوید: «به‌نظرم اینجا کشیدن، اندکی بیشتر بر هل دادن می‌چربد». اما آیا واقعاً این‌طور است؟

پیگل طی این کاوش، انحصاراً ردپای این نوع از وفور فرگشتی را می‌جسته است. فواره‌های گونه‌زایی؛ خودشان را به شکل درختانی با شاخه‌های قد و نیم‌قد نشان می‌دهند؛ به‌ بیان دیگر، نرخ دگرگونی‌ها به نسبت زمان بسیار فراوان است و تماماً منحنی متفاوتی را به‌دست خواهد داد.

پیگل می‌گوید: «این (تشعشع سازشی) مدلی بود که گمان می‌کنم اغلب درختان – فرگشتی – را از قلم انداخته بود. هنگامی‌که عمل می‌کند، به‌خوبی عمل می‌کند؛ اما تنها شامل ۶ درصد از موارد می‌شود. به‌نظر نمی‌رسد این همان مسیر متداولی باشد که گونه‌های مختلف از آن طریق نیازهای‌شان را برطرف کنند».

این یافته همچنین پشتیبان مستقل دیگری نیز دارد. «دکتر لوک هارمون» از دانشگاه آیداهوی مسکو و دانشجویانش نیز ۴۹ درخت فرگشتی گوناگون را مورد بررسی قرار دادند تا بفهمند آیا فواره‌های فرگشتی در ابتدای تارخچه‌ی زیستی آن گونه، که انتظار می‌رود خلأهای انطباقی زیادی در آن زمان میانشان موجود باشد، دیده می‌شود یا خیر.

طبق پژوهش‌ این گروه نیز که برای انتشار در نشریه‌ی «فرگشت» پذیرفته شده؛ شواهد اندکی گویای وجود چنین الگویی میان گونه‌هاست.

اگر حقیقتاً گونه‌زایی فرآیندی تصادفی باشد، این موضوع از دیدگاه زیست‌شناسان به چه معناست؟ گونه‌ها با تمرکز بر فشار انتخابی‌ای که دو دسته‌شان را به طبقات بوم‌شناختی متفاوت تقسیم می‌کند؛ ممکن است از سازگاری خود با محیط جدید باخبر باشند، اما از گونه‌زایی نه.

پیگل می‌گوید: «اگر واقعاً می‌خواهید بدانید چرا جوندگان بسیار زیادی وجود دارند و تعداد دیگر انواع پستانداران اینقدر کم است؛ به جای درنظرگرفتن خلأهای موجودی که مداوماً طبیعت درصدد پرکردن‌شان است؛ باید نگاهی به فهرست دلایل احتمالی بروز گونه‌زایی در محیط زیست آن جانور بیندازید».

مثلاً جوندگانی که با اقلیم سرد سازگاری یافته‌اند؛ در صورت گرم شدن هوا، به سمت محیط منزوی بالای کوه‌ها کشیده می‌شوند. به‌همین‌ترتیب آبزیانی که مراحل نوزادی‌شان را در کف دریا می‌گذارنند، احتمالاً به اجتماعات منزوی تقسیم شده و ازاین‌رو به زیرشاخه‌هایی بیشتر از آبزیانی که نوزادان‌شان شناورند، تفکیک می‌شوند.

در حقیقت این درست همان چیزی است که دیرینه‌شناسی به نام دکتر «دیوید ژابلونسکی» از دانشگاه ایالتی شیکاگو مابین حلزون‌های دریایی یافته است.

در این ضمن، پیگن معتقد است گونه‌زایی می‌تواند یکی دیگر از مشخصه‌های مبهم طبیعت را رمزگشایی کند.

زیست‌شناسان با ترتیب‌گذاری چندین‌‌باره‌ی DNA حیوانات وحشی، متوجه شده‌اند که جانورانی که به‌ظاهر از یک گونه قلمداد می‌شوند؛ در حقیقت دو، چند و یا حتی ده‌ها گونه‌ی متفاوت از هم‌اند. مثلاً جنگل‌های ماداگاسکار اقامتگاه بیش از ۱۶ گونه موش پوزه‌دار است که همگی در زیستگاه‌های مشابهی به‌سر می‌برند، کارهای مشابهی می‌کنند و حتی ظاهراً مشابه یکدیگرند.

توصیف این اجتماعات مرموز، یا تکیه بر این فرض که گونه‌زایی نتیجه‌ی نهایی انتخاب طبیعی است و واگرایی انشعابات یک گونه را سبب می‌شود، امکان‌پذیر نیست. اما اگرچنانچه ایجاد گونه‌های جدید، نتیجه‌ی بروز تصادفات گوناگون باشد آنگاه نیازی به درنظرگرفتن تفاوت بوم‌‌شناختی، برای توجیه چنین چیستانی نیست.

جرقه‌ی چنین ایده‌ای برای نخستین بار هنگامی‌که پیگل زیر یک درخت تنومند جنگلی در تانزانیا نشسته بود و جست‌وخیز میمون‌هایی از دو گونه‌‌ی متفاوت را 40 متر بالاتر از سرش نگاه می‌کرد، رخ داد. او می‌گوید: «جدا از اینکه یکی‌شان سیاه‌و‌سفید بود و دیگری قرمز، آنها کارهای مشابهی می‌کردند. یادم می‌آید که فکر می‌کردم گونه‌زایی چقدر ممکن است انتخابی باشد، و این همان چیزی بود که مدل‌ها به ما گفتند».