تغییر در گونه ها

گونه های بسیاری روی کره زمین زندگی می کنند. آیا این گونه ها در گذشته های دور هم وجود داشته اند؟ یا اینکه در طول زمان پدید آمده اند؟ شواهدی وجود دارند که نشان می دهند گونه ها در طول زمان تغییر کرده اند.

1 )سنگواره ها
در سال های قبل، با انواع سنگواره ها و نحوه تشکیل آنها آشنا شده اید. به یاد دارید که سنگواره عبارت بود از بقایای یک جاندار یا آثاری از جانداری که در گذشته دور زندگی می کرده است. سنگواره معمولا حاوی قسمت های سخت بدن جانداران (مثل استخوان ها یا اسکلت خارجی) است.

گاهی ممکن است کل یک جاندار سنگواره شده باشد مثل ماموت های منجمد شده ای که همه قسمت های بدن آنها، حتی پوست و مو، حفظ شده اند یا حشراتی که در رزین های گیاهان به دام افتاده اند.

سنگواره ها اطلاعات فراوانی به ما می دهند. دیرینه شناسان، که به مطالعه سنگواره ها می پردازند، دریافته اند که در گذشته جاندارانی زندگی می کرده اند که امروز دیگر نیستند، مثل دایناسورها. در مقابل، جاندارانی هم هستند که امروز زندگی می کنند، اما در گذشته زندگی نمی کرده اند مثل گل لاله یا گربه.

در این میان، گونه هایی هم هستند که از گذشته های دور تا زمان حال زندگی کرده اند مثل درخت گیسو. شواهد سنگواره ای نشان می دهند که این درخت در 170 میلیون سال پیش هم وجود داشته است.

دیرینه شناسان قادرند عمر یک سنگواره را تعیین کنند. آنان اکنون می دانند که در هر زمان، چه جاندارانی وجود داشته اند. در مجموع، سنگواره ها نشان می دهند که در زمان های مختلف، زندگی به شکل های مختلفی جریان داشته است

2 )تشریح مقایسه ای
در تشریح مقایسه ای اجزای پیکر جانداران گونه های مختلف با یکدیگر مقایسه می شود. این مقایسه نشان می دهد که ساختار بدنی بعضی گونه ها از طرح مشابهی برخوردار است. مقایسه اندام حرکتی جلویی در مهره داران مختلف، از طرح ساختاری یکسان حکایت دارد.

اندام هایی را که طرح ساختاری آنها یکسان است، حتی اگر کار متفاوتی انجام دهند، اندام ها یا ساختارهای همتا می نامند. دست انسان، بال پرنده، باله دلفین و دست گربه مثال هایی از اندام های همتا هستند.

زیست شناسان بر این باورند که این گونه ها، نیای مشترکی دارند یعنی اینکه در گذشته از گونه مشترکی مشتق شده اند. به همین علت این شباهت ها میان آنها دیده می شود. گونه هایی را که نیای مشترکی دارند گونه های خویشاوند می گویند.

از خویشاوندی موجودات زنده در رده بندی هم استفاده می شود. دلفین با شیر کوهی خویشاوندی نزدیک تری دارد تا با کوسه. بنابراین دلفین و شیر کوهی در یک گروه قرار می گیرند.

زیست شناسان از ساختارهای همتا برای رده بندی جانداران استفاده می کنند و جانداران خویشاوند را در یک گروه قرار می دهند.ساختارهایی را که کار یکسان اما طرح ساختاری متفاوت دارند، ساختارهای آنالوگ می نامند. بال کبوتر و بال پروانه آنالوگ اند چون هر دو برای پرواز کردن اند (کار یکسان) گرچه ساختارهای متفاوتی دارند. این ساختارها نشان می دهند که برای پاسخ به یک نیاز، جاندارانبه روش های مختلفی سازش پیدا کرده اند.

تشریح مقایسه ای عالوه بر آشکارکردن خویشاوندی گونه ها، اطالعات دیگری را نیز فراهم می کند. وقتی گونه های مختلف را مقایسه می کنیم، گاهی به ساختارهایی بر می خوریم که در یک عده بسیار کارآمد هستند اما در عده دیگر، کوچک یا ساده شده و حتی ممکن است فاقد کار خاصی باشند. این ساختارهای کوچک، ساده یا ضعیف شده را ساختارهای وستیجیال (به معنی ردپا) می نامیم.

مار پیتون با اینکه پا ندارد اما بقایای پا در لگن آن به صورت وستیجیال موجود است و این حاکی از وجود رابطه ای میان آن و دیگر مهره داران است. در واقع ساختارهای وستیجیال ردپای تغییر گونه ها هستند. شواهد متعددی در دست است که نشان می دهد مارها از تغییر یافتن سوسمارها پدید آمده اند.

3 )مطالعات مولکولی
مقایسه گونه ها را می توان در تراز ژنگان هم انجام داد. از این مقایسه، اطلاعات ارزشمندی به دست می آید. مثلا اینکه کدام ژن ها در بین گونه ها مشترک اند و کدام ژن ها ویژگی های خاص یک گونه را باعث می شوند.

همچنین، زیست شناسان از مقایسه بین دنای جانداران مختلف برای تشخیص خویشاوندی آنها استفاده می کنند. هرچه بین دنای دو جاندار شباهت بیشتری وجود داشته باشد، خویشاوندی نزدیک تری دارند. همچنین می توان به تاریخچۀ تغییر آنها پی برد. توالی هایی از دنا را که در بین گونه های مختلف دیده می شوند توالی های حفظ شده می نامند.

گونه زایی
تعاریف مختلفی برای گونه وجود دارد که هر کدام در محدودة مشخصی کارآمدند. یکی از تعاریف رایج برای گونه، تعریفی است که ارنست مایر ارائه کرده است و برای جاندارانی کاربرد دارد که تولیدمثل جنسی دارند.

((گونه در زیست شناسی به جاندارانی گفته می شود که می توانند در طبیعت با هم آمیزش کنند و زاده های زیستا و زایا به وجود آورند ولی نمی توانند با جانداران دیگر آمیزش موفقیت آمیز داشته باشند.))

زیستا در تعریف بالا، به جانداری گفته می شود که زنده می ماند و زندگی طبیعی خود را ادامه می دهد. همچنین، منظور از آمیزش موفقیت آمیز، آمیزشی است که به تولید زاده های زیستا و زایا منجر شود.اگر میان افراد یک گونه جدایی تولیدمثلی رخ دهد، آن گاه خزانه ژنی آنها از یکدیگر جدا و احتمال تشکیل گونه جدید فراهم می شود.

منظور از جدایی تولیدمثلی، عواملی است که مانع آمیزش بعضی از افراد یک گونه با بعضی دیگر از افراد همان گونه می شوند. به طور کلی ساز وکارهایی را که باعث ایجاد گونه ای جدید می شوند، به دو گروه تقسیم می کنند: گونه زایی دگرمیهنی که در آن جدایی جغرافیایی رخ می دهد و گونه زایی هم میهنی که در آن جدایی جغرافیایی رخ نمی دهد. در شکل زیر این دو نوع گونه زایی با هم مقایسه شده اند.

گاهی بر اثر وقوع رخدادهای زمین شناختی و سدهای جغرافیایی، یک جمعیت، به دو قسمت جداگانه تقسیم می شود. مثالً در نتیجه پدیده کوه زایی، ممکن است در یک منطقه مثالً کوه، دره و یا دریاچه ایجاد شود و یک جمعیت را به دو قسمت تقسیم کند.

این سدهای جغرافیایی، ارتباط دو قسمت را – که قبالً به یک جمعیت تعلق داشتند – قطع می کنند و بین آنها دیگر شارش ژن صورت نمی گیرد. بر اثر وقوع پدیده هایی همچون جهش، نوترکیبی و انتخاب طبیعی، به تدریج دو جمعیت یاد شده با یکدیگر متفاوت می شوند.

از آنجا که شارش ژن میان آنها وجود ندارد، این تفاوت بیشتر و بیشتر می شود تا جایی که حتی اگر این دو جمعیت کنار هم باشند، آمیزشی بین آنها رخ نخواهد داد(مثال زمان تولیدمثل آنها فرق کند)؛ بنابراین می توان آنها را دو گونه مجزا به شمار آورد. اگر جمعیتی که از جمعیت اصلی جدا شده است کوچک باشد، آن وقت اثر رانش ژن را نیز باید در نظر گرفت که خود بر میزان تفاوت بین دو جمعیت می افزاید.

گاهی بین جمعیت هایی که در یک زیستگاه زندگی می کنند، جدایی تولیدمثلی اتفاق می افتد و در نتیجه، گونه جدیدی حاصل می شود. این نوع گونه زایی را گونه زایی هم میهنی می نامند. در گونه زایی هم میهنی، برخالف گونه زایی دگرمیهنی، جدایی جغرافیایی رخ نمی دهد.

پیدایش گیاهان چندلادی (پلی پلوییدی)، مثال خوبی از گونه زایی هم میهنی است. چندلادی به تولید گیاهانی منجر می شود که زیستا و زایا هستند اما نمی توانند در نتیجه آمیزش با افراد گونۀ نیایی خود، زاده های زیستا و زایا پدید آورند و بنابراین گونه ای جدید به شمار می روند.

گیاهان چند لادی بر اثر خطای میوزی ایجاد می شوند. می دانیم که جدا نشدن فام تن ها در میوز به تشکیل گامت هایی با عدد فام تنی غیرطبیعی منجر می شود و اگر این گامت ها با گامت طبیعی لقاح کنند تخم طبیعی تشکیل نخواهد شد.

در اوایل دهه ۱۹۰۰ دانشمندی به نام هوگو دووری که با گیاهان گل مغربی ۱۴=۲n کار می کرد، متوجه شد که یکی از گل های مغربی ظاهری متفاوت با بقیه دارد. وی با بررسی فام تن های آن دریافت که که این گیاه به جای ۱۴ فام تن، ۲۸ فام تن دارد و بنابراین چارلاد (تتراپلوئید) 4n است.

گامت هایی که گیاه چارلاد ایجاد می کند، دولاد ( ۲n )اند نه تک لاد (n) .اگر گامت های این گیاه با گامت های گیاهان طبیعی، که تک لادند، آمیزش کنند تخم های حاصل سه لاد (تریپلوئید یا ۳n ) خواهند شد. گیاه سه لادِ حاصل از نمو این تخم، نازاست.

اما اگر گیاه چارلاد بتواند خودلقاحی انجام دهد، یا در نزدیکی آن گیاه چارلاد مشابه دیگری وجود داشته باشد، یاخته تخم ۴n خواهد بود و گیاهی که از آن ایجاد می شود، قادر به میوز بوده، بنابراین زایاست. این گیاه، با جمعیت نیایی خود (که ۲n )بودند، نمی تواند آمیزش کند و بنابراین به گونه جدیدی تعلق دارد که افراد آن ۴n هستند. شکل زیر این ساز وکار را برای گیاهی با ۶ فام تن نشان می دهد.

شواهد تغییر گونه ها

📌 سنگواره عبارت است از بقایای یک جاندار یا آثاری از جانداری که در گذشتة دور زندگی میکرده است. سنگواره معمولاً (نه قطعا) حاوی قسمت های سخت بدن جانداران (مثل استخوان ها یا اسکلت خارجی) است

📌 انواع سنگواره

* آثاری از جاندار

* بقایای یک جاندار مانند قسمت های سخت بدن (استخوان ها یا اسکلت خارجی)

* کل یک جاندار مانند ماموت منجمد شده (شامل پوست + مو + …) و حشرات به دام افتاده در رزین (نوعی ترشحات حفاظتی گیاهی)

📌 دیرینه شناسان دریافته اند که در گذشته جاندارانی زندگی میکرده اند که امروز دیگر نیستند مثل دایناسورها. در مقابل، جاندارانی هم هستند که امروز زندگی میکنند، اما در گذشته زندگی نمیکرده اند مثل گل لاله یا گربه.

📌 در این میان، گونه هایی هم هستند که از گذشته های دور تا زمان حال زندگی کرده اند مثل درخت گیسو (گیاهان آونددار). شواهد سنگواره ای نشان میدهند که این درخت در 170 میلیون سال پیش هم وجود داشته است.

📌 دیرینه شناسان قادرند عمر یک سنگواره را تعیین کنند. آنان اکنون میدانند که در هر زمان، چه جاندارانی وجود داشته اند. در مجموع، سنگواره ها نشان میدهند که در زمان های مختلف، زندگی به شکل های مختلفی جریان داشته است.

📌 در تشریح مقایسه ای اجزای پیکر جانداران گونه های مختلف با یکدیگر مقایسه میشود.

📌 تشریح مقایسه ای نشان میدهد که ساختار بدنی بعضی گونه ها از طرح مشابهی برخوردار است

📌 مقایسة اندام حرکت جلویی در مهره داران مختلف، از طرح ساختاری یکسان حکایت دارد. اندام هایی را که طرح ساختاری آنها یکسان است، با اینکه کار متفاوتی دارند، « اندام ها یا ساختارهای همتا » می نامند. دست انسان، بال پرنده، بالة دلفین و دست گربه مثال هایی از اندام های همتا هستند

📌 علت وجود ساختارهای همتا در گونه های متفاوت چیست؟ زیست شناسان بر این باورند که این گونه ها، نیای مشترکی دارند یعنی اینکه در گذشته از گونة مشترکی مشتق شده اند ، به همین علت این شباهت ها میان آنها دیده میشود. گونه هایی را که نیای مشترکی دارند گونه های خویشاوند می گویند

📌 از خویشاوندی موجودات زنده در رده بندی هم استفاده میشود. دلفین (پستاندار) با شیر کوهی (پستاندار) خویشاوندی نزدیکتری دارد تا با کوسه (نوعی ماهی). بنابراین دلفین و شیر کوهی در یک گروه (پستانداران) قرار میگیرند

📌 دوزیستان از تغییر ماهی ها ، خزندگان از تغییر دوزیستان ، پرندگان و پستانداران از تغییر خزندگان ، در گذشته ایجاد شده اند

📌 زیست شناسان از ساختارهای همتا برای رده بندی جانداران استفاده میکنند و جانداران خویشاوند را در یک گروه قرار میدهند

📌 ساختارهایی را که کار یکسان اما طرح متفاوت دارند، ساختارهای آنالوگ (غیر همتا) می نامند. بال کبوتر (استخوان دار) و بال پروانه آنالوگ اند چون هر دو برای پرواز کردن اند (کار یکسان) اما ساختارهای متفاوتی دارند. این ساختارها نشان میدهند که برای پاسخ به یک نیاز، جانداران به روش های مختلفی سازش پیدا کرده اند

📌 تشریح مقایسه ای علاوه بر آشکار کردن خویشاوندی گونه ها، اطلاعات دیگری (مانند ساختارهای وستیجیال) را نیز فراهم میکند

📌 وقتی گونه های مختلف را مقایسه می کنیم، گاهی به ساختارهایی برمیخوریم که در یک عده بسیار کارآمد هستند اما در عدة دیگر، کوچک یا ساده شده و حتی ممکن است فاقد کار خاصی باشند. این ساختارهای کوچک، ساده یا ضعیف شده را ساختارهای وستیجیال (به معنای ردپا)مینامیم.

📌 در واقع ساختارهای وستیجیال « ردپای تغییر گونه ها » هستند

📌 مارها از تغییر یافتن سوسمارها پدید آمده اند. مار پیتون با اینکه پا ندارد اما بقایای پا در لگن آن به صورت وستیجیال موجود است و این حاکی از وجود رابطه ای میان آن و دیگر مهره داران (مانند سوسمارها)است

📌 زیست شناسان از ساختارهای همتا برای موارد زیر استفاده میکنند

*رده بندی جانداران

*قرار دادن جانداران خویشاوند در یک گروه

📌 دستاورد های مطالعات مولکولی انجام شده توسط زیست شناسان:

یافتن ژن های مشترک بین گونه های مختلف + یافتن ژن های ویژه خاص هر گونه + مقایسه بین دنای جانداران برای خویشاوندی آنها + تعیین میزان خویشاوندی دو جاندار در مقایسه با جانداران دیگر + پی بردن به تاریخچه تغییر جانداران + تعیین توالی حفظ شده بین گونه های مختلف

📌 مقایسه گونه ها را میتوان در تراز ژنگان هم انجام داد. از این مقایسه، اطلاعات ارزشمندی به دست می آید. مثلاً اینکه کدام ژن ها در بین گونه ها مشترک اند و کدام ژن ها ویژگی های خاص یک گونه را باعث میشوند

📌 بعضی از ژن ها بین جانداران مشترک هستند : همه جانداران ژن یا ژن های RNAپلیمراز ، هلیکاز ، DNAپلیمراز ، آنزیم های سازنده ATP ، پروتئین ریبوزومی ، رنای ریبوزومی و … دارند.

📌 هرچه دنای دو جاندار شباهت بیشتری داشته باشد، خویشاوندی نزدیکتری دارند.

📌 توالی هایی از دنا را که در بین گونه های مختلف دیده میشوند توالی های حفظ شده می نامند

📌 توالی های حفظ شده بیانگر این است که اطلاعات مذکور در طول حیات اهمیت بالایی داشته اند و انتخاب طبیعی آنها را انتخاب کرده است

گونه زایی

📌 تعاریف مختلفی برای گونه وجود دارد که هر کدام در محدودة مشخصی کارآمدند. یکی از تعاریف رایج برای گونه، تعریفی است که ارنست مایر ارائه کرده است و برای جاندارانی کاربرد دارد که تولیدمثل جنسی دارند: {گونه در زیست شناسی به جاندارانی گفته میشود که میتوانند در طبیعت با هم آمیزش کنند و زاده های زیستا و زایا به وجود آورند ولی نمیتوانند با جانداران دیگر آمیزش موفقیت آمیز داشته باشند}

📌 جانداران دارای تولید مثل جنسی : اغلب یوکاریوتها

* گروهی از آغازیان

* گروهی از قارچها

*اغلب گیاهان

* همه جانوران (بیمهره ها + مهره داران)

📌 اگر میان افراد یک گونه جدایی تولیدمثلی رخ دهد، آن گاه خزانه ژنی آنها از یکدیگر جدا و احتمال تشکیل گونة جدید فراهم میشود. منظور از جدایی تولیدمثلی، عواملی است که مانع آمیزش بعضی از افراد یک گونه با بعضی دیگر از افراد همان گونه میشوند

گونه زایی دگر میهنی

📌 اولین اتفاق در گونه زایی دگرمیهنی ایجاد سد جغرافیایی و توقف شارش است

📌 مراحل گونه زایی دگرمیهنی

1-جدا شدن دو جمعیت و ایجاد سد جغرافیایی یا رخداد های زمین شناختی (توقف یکی از عوامل موثر بر تغییر جمعیت = توقف شارش بین دو جمعیت جدا شده)

 2-اثر وقوع پدیده هایی همچون جهش ، نوترکیبی ، انتخاب طبیعی ، آمیزش غیرتصادفی ، رانش

3-ایجاد تفاوت بین دو جمعیت به صورت تدریجی (تغییر تدریجی طی سالهای زیادی)

4-افزایش تفاوت بین دو جمعیت جدا شده

 5-ایجاد جدایی تولیدمثلی بین دو جمعیت و عدم آمیزش بین افراد دو جمعیت (حتی اگر کنار یکدیگر قرار گیرند)

6-اکنون دو گونه مجزا ایجاد شده است

📌 مثال سد جغرافیایی یا رخداد های زمین شناختی: پدیده کوه زایی و ایجاد کوه + ایجاد دره + ایجاد دریاچه

📌 به منظور ایجاد گونه زایی دگرمیهنی ، همه عوامل تغییر دهنده جمعیت فعال هستند به غیر از شارش

گونه زایی هم میهنی

📌 ترتیب وقوع مراحل گونه زایی هم میهنی

1-وقوع خطای میوزی (پدیده باهم ماندن کروموزوم ها) – نوعی جهش (ناهنجاری عددی + بدون شکستن پیوند فسفودی استر)

] نکته: در مرحله آنافاز میوز 1 کروموزوم ها و در مرحله آنافاز 2 ، کروماتیدهای خواهری با هم میمانند. و (همه یا گروهی از) یاخته های حاصل از نظر عدد کروموزومی و تعداد کروموزوم با گامت طبیعی فرق خواهند داشت [

2-ایجاد گامت هایی با عدد کروموزومی (و تعداد کروموزوم) غیر طبیعی (تغییر سریع و ناگهانی)

3- وقوع خودلقاحی یا وقوع لقاح بین دو گامت غیرطبیعی (با عدد کروموزومی یکسان)

4- ایجاد یاخته تخم با عدد کروموزمی دو برابر یاخته تخم طبیعی

5-تقسیم و رشد یاخته تخم و ایجاد گونه جدید با عدد کروموزمی دو برابر گونه اولیه

📌 افراد دو گونه متفاوت نمیتوانند با یکدیگر به تبادل ژن (تولید مثل و ایجاد زاده های زیستا و زایا)به صورت پایدار بپردازند

📌 اگر گیاه گل مغربی n2 سبب ایجاد گیاه گل مغربی n 4  (در اثر گونه زایی هم میهنی) شود. گیاه 2n ، n  گامت تولید میکند. گیاه 4n ،  2n گامت  تولید خواهد کرد. از لقاح گامتهای n و n2 در نهایت یاخته تخم و رویان   3nایجاد میشود. گیاه سه لاد  (3n)حاصل از نمو این تخم ، زیستا است اما زایا نیست. (گیاه تری لاد ، میوز ، کراسینگ اور ، تتراد ، جدا شدن جفت الل هر صفت ، جدا شدن کروموزومهای همتا از یکدیگر ، تولید گامت ، لقاح ، تولید لوله گرده ، تولید کیسه رویانی ، تولید آندوسپرم و رویان ندارد)

📌 اگر گیاه چارلاد بتواند خودلقاحی انجام دهد، یا در نزدیکی آن گیاه چارلاد مشابه دیگری وجود داشته باشد، یاخته تخم و رویان n 4 و آندوسپرم n6 خواهد بود و گیاهی که از آن ایجاد میشود، قادر به میوز بوده، بنابراین زایاست و زیستا است. این گیاه، با جمعیت نیایی خود (که n2بودند) نمیتواند آمیزش کند و بنابراین به گونة جدیدی تعلق دارد که افراد آن n4 هستند

📌 در اوایل دهة 1900 دانشمندی به نام هوگو دووری که با گیاهان گل مغربی) 14 = n2 (طبیعی کار میکرد، متوجه شد که یکی از گل های مغربی ظاهری متفاوت با بقیه دارد. وی با بررسی فام تن های آن دریافت که این گیاه به جای 14 فام تن، 28 فام تن دارد و بنابراین چارلاد (تتراپلوئید) n 4 است. گامت هایی که گیاه چارلاد ایجاد میکند، دولاد n 2اند نه تک لاد n

📌 ژنوتیپ ، عدد کروموزومی و تعداد دنای هسته در هر یاخته پوشش دانه ، مشابه گیاه ماده است