| من سلسلة مقالات علم الأحياء |
| نظرية التطور |
 |
| آليات و عمليات |
| أبحاث و تاريخ |
|
براهين و إثباتات |
| تطور علم الأحياء التطوري |
|
علم الوراثة البيئي |
| بوابة علم الأحياء · |
في علم الأحياء ، النشوء أو التطور هي عملية أدت لظهور جماعات المتعضيات organisms الحية ، بشكل عام يؤدي التطور لظهور ميزات trait جديدة و متجددة من جيل لأخر ، تؤدي في النهاية إلى تغيير و تحسين كافة مواصفات النوع قيد التطور مما يؤدي إلى نشوء نوع جديد من الكائنات الحية . مصطلح نشوء عضوي organic evolution أو النشوء البيولوجي يستخدم غالبا لتفريق هذا المصطلح عن استعمالات اخرى .
بدأ تطور نظرية النشوء الحديثة بإدخال مصطلح الاصطفاء الطبيعي natural selection في مقالة مشتركة لتشارلز داروين و ألفريد روسل والاس . من ثم حققت النظرية شعبية و اسعة بعد الاقبال على قراءة كتاب داروين أصل الأنواع .
كانت فرضية داروين و والاس الأساسية ان التطور يحدث وفق ميزة قابلة للتوريث heritable trait تؤدي إلى زيادة فرصة بعض الأفراد الحاملين لهذه الميزة trait بالتكاثر أكثر من الأفراد الذين لا يحملونها . هذه الفرضية كانت جديدة تماما و مخالفة لمعظم أسس النظريات التطورية القديمة خصوصا النظرية المطورة من قبل جان بابيست لامارك.
حسب نظرية داروين و والاس : يحدث التطور نتيجة تغير في ميزات قابلة للتوريث ضمن مجموعة حيوية population على امتداد أجيال متعاقبة ، كما يحدده التغيرات في التكرارات الأليلية للجينات . و مع الوقت ، يمكن ان تنتج هذه العملية ما نسميه انتواعا ، أي تطور نوع جديد من الأحياء بدءا من نوع موجود أساسا. بالنسبة لهذه النظرية فإن جميع المتعضيات الموجودة ترتبط ببعضها البعض من خلال سلف مشترك common descent ، كنتيجة لتراكمات التغيرات التطورية عبر ملايين السنين .
التطور أيضا مصدر للتنوع الحيوي على كوكب الأرض ، بما فيها الأنواع المنقرضة المسجلة ضمن السجل الأحفوري أو المستحاثي. [1][2] الآلية الأساسية التي ينتج بها التغير التطوري هي ما تدعوه النظرية : الاصطفاء الطبيعي natural selection (الذي يتضمن البيئي و الجنسي و القرابة مع الانسياق الجيني ), هاتين العمليتين او الآليتين تقومان بتأثيرهما على التنوع الجيني المتشكل عن طريق الطفرات ، و التأشيب الجيني genetic recombination و انسياب الجينات gene flow . لذا يعتبر الاصطفاء الطبيعي عملية يتم بها بقاء و نجاة الأفراد ذوي الميزات الأفضل (للحياة) و بالتالي التكاثر . إذا كانت هذه الميزات قابلة للتوريث فإنها ستنتقل إلى الأجيال اللاحقة ، مما ينتج ان الميزات الأكثر نفعا و صلاحية للبقاء تصبح أكثر شيوعا في الأجيال اللاحقة . [3][1][4] فبإعطاء وقت كاف ، يمكن أن تنتج هذه العملية العفوية تلاؤمات متنوعة نحو تغيرات الشروط البيئية [5]
الفهم الحديث للتطور يعتمد على نظرية الاصطفاء الطبيعي ، التي وضعت أسسها أساسا في ورقة مفصلية عام 1858 من قبل تشارلز داروين و ألفرد روسل والاس و نشرت ضمن كتاب داروين الشهير أصل الأنواع. في الثلاثينات من القرن العشرين ، ترافق الاصطفاء الطبيعي الدارويني مع نظرية الوراثة الماندلية لتشكل ما يدعى الاصطناع التطوري الحديث ، و عرفت أيضا بالداروينية-الجديدة Neo-Darwinism . الاصطناع الحديث modern synthesis يصف التطور كتغير في تكرار و توافر الأليلات ضمن مجموعة حيوية population من جيل إلى الجيل الذي يليه . [5] هذه النظرية سرعان ما أصبحت المبدأ المركزي المنظم للبيولوجيا الحديثة ، نسبة لقدرتها التفسيرية و التنبؤية العالية ، تربط حاليا بشكل مباشر مع دراسة أصل مقاومة المضادات الحيوية في الجراثيم ، eusociality في الحشرات ، و التنوع في النظام البيئي ecosystem للأرض . مع أن هناك إجماع علمي لدعم صلاحية و صحة نظرية التطور ، لتطبيقاتها و قدرتها التفسيرية و التنبؤية لأصول الجناس و النواع الحية ، فإن هذه النظرية تبقى في قلب جدالات دينية و اجتماعية بل و علمية حول مفاهيمها و مدى صحتها بسبب صدامها مع بعض الرؤى حول نظرية الخلق في بعض الديانات.
فهرس |
دراسة التطور
تاريخ الفكر التطوري
تعود فكرة التطور البيولوجي إلى عهود قديمة فبعض الفلاسفة الإغريق كانوا يؤمنون بهذه الفكرة مثل أناكسيماندر و أبيقور إضافة لبعض قلاسفة الهند مثل باتانجالي. لكن النظريات العلمية للتطور لم تظهر بشكلها الحالي إلا في القرنين الثامن عشر و التاسع عشر على يد جان-بابيست لامارك و تشارلز داروين .
تطافر الأنواع transmutation of species (التحول بالطفرات) كان أمرا مقبولا من قبل العديد من العلماء قبل 1859 ، لكن عمل داروين عن أصل الأنواع عن طريق الاصطفاء الطبيعي أمن أول طرح مقنع و كامل لهذه الفرضية [6] للآلية التي يحدث بها التغير التطوري من نوع لآخر : ألا وهي الاصطفاء الطبيعي . بعد الكثير من العمل على نظريته قام داروين بنشر عمله عن التطور بعد تسلمه رسالة من ألفردروسل والاس بكشف له والاس فيها عن اكتشافه الشخصي حول موضوع الاصطفاء الطبيعي .لهذا يتسب لوالاس دورا مشاركا في التأسيس لهذه النظرية . [7] نشر كتاب داروين أثار قدرا كبيرا من الجدل العلمي و الاجتماعي . فبرغم من أن حدوث تطور بيولوجي من نوع ما أصبح مقبولا من قبل عدد كبير من العلماء ، فإن أفكار داروين خاصة حول حدوث تطور تدريجي من خلال الاصطفاء الطبيعي تمت مهاجمتها و نقدها بقوة . إضافة لذلك كان داروين قادرا أن يبين الاختلاف بين النواع مفسرا إياه بالاصطفاء الطبيعي ثم التلاؤم ، إلا انه كان عاجزا عن تفسير كيفية نشوء الاختلاف أو كيف يتم تعديل النواع عبر الأجيال ، كان لا بد من انتظار نشوء علم الوراثة على يد ماندل . [8]
استطاع غريغور ماندل بالعمل على وراثة النبات من كشف حقيقة انتقال ميزات معينة certain traits في حبات البازلاء ، هذا الانتقال يحدث بأشكال متنوعة وكانت قابلة للتوريث بنسب واضحة قابلة للتنبؤ . [9] أعيد إحياء عمل ماتدل في عام 1901 ، و فسر بداية على أنه دعم "للقفزة" المعاكسة للداروينية ، أو ما يدعى بمدرسة القفز التطوري saltationist و معاكسة لفكرة التدرجية . [10]
إثباتات التطور
يقول العلماء أن التطور قد خلف وراءه العديد من السجلات التي تروي تاريخ الأنواع المختلفة و زمن نشوءها . الأحافير بمجموعها مع التشريح المقارن للنباتات و الحيوانات الموجودة حاليا ، تشكل سجلا تشريحيا و مورفولوجيا . و بالمقارنة التشريحية و الشكلية بين الأنواع الحالية و الأنواع المنقرضة يمكن لعلماء المستحاثات ان يقوموا بمعرفة الارتباطات و الأصول المشتركة بين هذه الأنواع . تقوم بعض السمستحاثات المهمة بإثبات الصلة بين أنواع منقرضة و انواع موجودة حاليا عن طريق ما يدعى أنواع "انتقالية" ، مثال هذه الأنواع الانتقالية أرخايوبتركس الذي أثبت العلاقة بين الديناصورات و الطيور . [11] and the recently-discovered Tiktaalik, which clarifies the development from fish to animals with four limbs.[12]
لاحقا سمح تطور علم الوراثة الجزيئي و خصوصا إمكانية سلسلة الدنا ، للبيولوجيين بدراسة سجل التطور عن طريق البنى الوراثية للمتعضيات الحالية و المنقرضة ، مما وسع بشكل كبير و عدل من إمكانية إيجاد الصلات و القرابات بين الأنواع و احيانا كان يؤدي لتعديلات جذرية في التصنيف الحيوي للأحياء . غن طريق التشابه و الاختلاف بين تسلسلات الدنا للمتعضيات الحية يقوم البيولوجيون حاليا بإيجاد و تعديل العلاقات و صلات القرابة بين الأنواع الحية قديمها و جديدها . فعن طريق الدراسات الوراثية تبين أن 95% من الصيغة الوراثية (الجينية) متشابهة بين الإنسان و الشمبانزي . [13][14]
تم جمع إثباتات أخرى من بعض البنى التشريحية الموجودة في بعض الكائنات الحية كما عند الباندا أو شكل الأقدام عند السحالي أو انعدام العيون عند الأسماك الكهفية ، مما قدم إثباتات لإمكانية التنامي التطوري . تقدم دراسات أخرى إثباتات عن طريق تمثيل صلات تطورية تتضمن التوزع الجغرافي للأنواع . مثلا : أحاديات الفتحة Monotreme ، مثل platypus و معظم الجرابيات marsupials مثل الكنغر و الكوالا وجدوا فقط في أستراليا وضحوا أن سلفهم المشترك مع الثدييات المشيمية placental mammals عاش قبل غمر الجسر الأرضي القديم بين أستراليا و آسيا .
جميع هذه الإثباتات من علم الإحاثة ، التشريح ، علم الوراثة ، و الجغرافيا ، إضافة لمعلومات أخرى حول تاريخ الأرض قام العلماء بربطها سوية ضمن إطار تقدم نظرية التطرو من خلاله و تجعلها نظرية علمية متماسكة. فمثلا علم المناخ الإحاثي paleoclimatology يشير إلى العصر الجليدي الدوري الذي كان فيه مناخ الأرض أكثر برودة ، مما أدى لنشوء و انتشار أنواع حية قادرة على تحمل البرد القارس أهم هذه الأنواع الماموث woolly mammoth.
الإثباتات المورفولوجية
غالبا ما تعتبر المستحاثات إثباتات حرجة لتقييم عمق الصلات بين الأنواع . بما أن استحاثة متعضية يعتبر أمرا نادر الحدوث ، يحدث غالبا بوجود أجزاء صلبة مثل الأسنان و العظام ، لذلك فإن المستحاثات غالبا ما تعتبر بأنها تقدم معلومات ضئيلة أو متوسطة الأهمية حول علاقات القرابة بين الأنواع . مع هذا فيمكن حدوث استحاثة لبعض النواع بدون أجزاء صلبة (أسنان ، عظام) في بعض الظروف : rapid burial, بيئات منخفضة الأكسجين, او تأثير ميكروبيولوجي . [15] تؤمن السجلات الأحفورية أنماطا متعددة من البيانات المهمة لدراسة التطور . اولا يحوي السجل الأحفوري الأمثلة المعروفة المبكرة للحياة ، إضافة لحدوث أولى حالات القرابة الفردية بين الأنواع . فمثلا حسب السجل الأحفوري ظهر أول حيوانات معقدة في عصر الكمبري المبكر ، أي حوالي 520 مليون سنة مضت. ثانيا سجلات الأنواع المنفردة تعطي معلومات بخصوص الأنماط و الأشكال التي مر بها النوع و سرعة التغير و التطور في هذا النوع .، مظهرة مثلا فيما إذا تطور هذا النوع إلى نوع جديد مختلف (في عملية ندعوها الانتواع speciation ) تدريجيا و بشكل متزايد ، أو خلال قترات زمنية قصيرة نسبيا ضمن الزمن الجيولوجي . ثالثا يعتبر السجل الأحفوري وثيقة للأنماط الكبيرة الانتشار و الأحداث المهمة في تاريخ الحياة ، و العديد من هذه المستحاثات قد أثرت بشكل فعلي في تصورنا للتاريخ التطوري لعلاقات القربى . مثلا الانقراض الكبير نتج في عدة أزمنة مؤديا لفقدان مجموعات كاملة من الأنواع ، مثل الديناصورات غير الطيارة non-avian dinosaurs ، في حين أنها لا تؤثر على مجموعات أخرى من الأنواع . مؤخرا استطاع علماء البيولوجيا الجزيئية أن يستعملوا الزمن منذ تقارب الأنساب lineages المختلفة ليقوموا يمعايرة سرعة أو معدل التراكم التطافري، حساب أزمنة تطور جينومات الأنساب المختلفة .
علم الوراثة العرقي كعلم يدرس أصل النواع و أسلافها ، قدم و كشف أن البنى ذات التنظيم الداخلي المتشابه يمكن أن تقوم بوظائف متقاربة . أقدام الفقاريات تعتبر مثالا شائعا لهذه البنى المتشابهة .
أسلاف الكائنات الحية
طالع أيضا : سلف مشترك.
في علم الأحياء ، تعتبر نظرية السلف المشترك العام universal common descent نظرية تفترض أن جميع الأحياء الموجودة على سطح الأرض تنحدر من سلف مشترك وحيد عام أو لنقل حوض جيني أصلي وحيد . تستند نظرية السلف المشترك إلى وجود سمات مشتركة بين كافة المتعضيات الحية . في أيام داروين كانت الاثباتات على التشارك بالسمات يستند فقط إلى الملاحظات المرئية للتشابهات الشكلية ، مثل حقيقة أن جميع الطيور حتى التي لا تطير تملك أجنحة . أما اليوم فهناك إثباتات أقوى تقوم على أساس علم الوراثة تؤكد وجود السلف المشترك. مثلا ، كل خلية حية تستخدم نفس الحمض النووي كمادة وراثية (دنا و رنا ) ، و تستخدم نفس الحموض الأمينية كوحدات بناء للبروتينات . إضافة لذلك فإن جميع الأحياء تستخدم نفس الشفرة الوراثية (باختلافات ضئيلة و نادرة ) لترجمة الحموض النووية إلى تسلسل الحموض الأمينية الذي تشكل البروتينات في النهاية . هذه التماثل العام لهذه السمات المشتركة في خلايا جميع الكائنات الحية يطرح بقوة فرضية السلف الواحد للأحياء.
المعلومات حول التطور المبكر للحياة يتضمن مدخلات من حقول معرفية كالجيولوجيا و علوم الكواكب planetary science . هذه العلوم توفر معلومات حول تاريخ الأرض المبكر و التغيرات التي أنتجت الحياة بالرغم من العديد من لامعلومات قد دمرتها الأحداث الجيولوجية عبر الزمن .
تاريخ الحياة
التطور الكيميائي (أو ما يدعى بالتخلق اللاحيوي ) من تفاعلات كيميائية ذاتية التحفيز self-catalytic chemical reactions إلى ظهور الحياة (انظر أصل الحياة ) لا يمثل جزءا من نظرية التطور الحيوية ، من غير الواضح حتى الآن اللحظة التي تشكلت فيها الظروف المناسبة لهذه المجموعة المعقدة من التفاعلات إن حدثت لتشكل لنا الظاهرة الفريدة و الغريبة و التي تدعى الحياة.
لم يعرف الكثير بعد عن التطورات المبكرة في الحياة. لكن من الواضح بشكل غير قابل للشك أن جميع الكائنات الحية تتشارك بسمات مشتركة بشكل واضح ، بما في ذلك البنية الخلوية و نفس الشفرة الوراثية . معظم العلماء يفسرون هذا التشابه على أنه تشارك لجميع الأحياء بسلف وحيد مشترك، تطور عنه العمليات الخلوية الأساسية جميعها ، مع هذا لا يوجد إجماع علمي على وجود علاقة بين المملالك الثلاث : الجراثيم القديمة Archaea و البكتريا، وحقيقيات النوى) كما ليس هناك إجماع حول أصل الحياة. محاولات إلقاء الضوء على التاريخ المبكر للحياة يركز بشكل عام على سلوك الجزيئات الضخمة macromolecule بخاصة الرنا وسلوك الأنظمة المعقدة.
نشوء التركيب الضوئي الأكسجيني (قبل حوالي 3 بلايين عام مضى) والنشوء التالي لغلاف جوي غير مرجع غني بالأكسجين يمكن تعقبه من خلال تشكل مناجم الحديد المجمع banded iron، ولاحقا الأسرة الحمراء من أكسيد الحديد. تعتبر عملية التركيب الضوئي شرطا أساسيا لتطور تنفس خلوي هوائي، الذي يعتقد أنه تشكل قبل بليونين من السنين.
أنظر أيضاً
المراجع
- ^ أ ب Futuyma، Douglas J. (2005). Evolution. Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates, Inc. ISBN 0-87893-187-2.
- ^ Gould، Stephen J. (2002). The Structure of Evolutionary Theory. Belknap Press. ISBN 0-674-00613-5.
- ^ Lande, R., Arnold, S.J. (1983). "The measurement of selection on correlated characters". Evolution 37: 1210–1226.
- ^ Haldane, J.B.S. (1953). "The measurement of natural selection". Proceedings of the 9th International Congress of Genetics 1: 480–487.
- ^ أ ب Mechanisms: the processes of evolution. Understanding Evolution. University of California, Berkeley. وُصِل لهذا المسار في 2006-07-14.
- ^ In the years after Darwin's publication and fame, numerous "predecessors" to natural selection were discovered, such as William Charles Wells and Patrick Matthew, who had published unelaborated and undeveloped versions of similar theories earlier to little or no attention. Historians acknowledge that Darwin was the first to develop the theory rigorously and developed it independently. On Matthew, one historian of evolution has written that he "did suggest a basic idea of selection, but he did nothing to develop it; and he published it in the appendix to a book on the raising of trees for shipbuilding. No one took him seriously, and he played no role in the emergence of Darwinism. Simple priority is not enough to earn a thinker a place in the history of science: one has to develop the idea and convince others of its value to make a real contribution. Darwin's notebooks confirm that he drew no inspiration from Matthew or any of the other alleged precursors."
- ^ Bowler، Peter J. (2003). Evolution: The History of an Idea. Berkeley: University of California Press، 158.
- ^ Darwin's proposal of a hereditary mechanism, pangenesis, lacked evidence and was ultimately rejected, being replaced by genetics.Darwin’s Theory of Pangenesis
- ^ Bowler، Peter J. (1989). The Mendelian Revolution: The Emergence of Hereditarian Concepts in Modern Science and Society. Baltimore: John Hopkins University Press.
- ^ The convinced Mendelians, such as William Bateson and Charles Benedict Davenport, and biometricians, such as Walter Frank Raphael Weldon and Karl Pearson, became embroiled in a bitter debate, with Mendelians charging that the biometricians did not understand biology, and biometricians arguing that most biological traits exhibited continuous variation rather than the "jumps" expected by the early Mendelian theory. It is now recognized that the Mendelians were investigating Mendelian traits, those traits where existing variation is controlled by one gene and therefore is discrete, and the biometricians were investigating complex traits, where those traits were controlled by multiple genes, and the variation is therefore continuous.
- ^ Feduccia, Alan (1996). The Origin and Evolution of Birds. New Haven: Yale University Press. ISBN 0-300-06460-8.
- ^ Daeschler, Edward B., Shubin, Neil H., & Jenkins Jr, Farish A. (April 2006). "A Devonian tetrapod-like fish and the evolution of the tetrapod body plan". Nature 440: 757–763. DOI:10.1038/nature04639. Retrieved on 2006-07-14.
- ^ Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium (2005). "Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome". Nature 437: 69–87.
- ^ Britten, R.J. (2002). "Divergence between samples of chimpanzee and human DNA sequences is 5%, counting indels". Proc Natl Acad Sci U S A 99: 13633–13635.
- ^ Schweitzer M.H. et al (2005). "Soft-tissue vessels and cellular preservation in Tyrannosaurus rex". Science 307 (5717): 1952-1955.
|
المواضيع الأساسية في علم الأحياء التطوري |
|---|
| عمليات التطور: تلاؤم adaptation - إثبات - تطور واسع macroevolution - تطور دقيق microevolution - انتواع (تشكل نوع جديد) speciation |
| آليات: اصطفاء selection - انسياق جيني genetic drift - انسياب الجينات gene flow - طفرة mutation |
| أنماط: تخلق تغيري anagenesis - تخلق تراجعي - تخلق تفرعي cladogenesis (فرع حيوي Clade ) |
| تاريخ: تاريخ الفكر التطوري - تشارلز داروين - أصل الأنواع - التشكل التطوري الحديث |
| حقول أخرى: علم الوراثة المجموعي - علم الوراثة البيئي - تطور بشري - تطور جزيئي - علم الوراثة العرقي - نظاميات systematics - تنموي تطوري |
| قائمة مواضيع البيولوجيا التطورية | خط زمني للتطور | خط زمني بالتطور البشري |