آیا تا به حال تکامل را به عنوان یک ماراتن آهسته و تدریجی از تغییرات کوچک در طول میلیونها سال تصور کردهاید؟ این دیدگاه کلاسیک داروین توسط یک مدل تکاملی جدید و بهروز به چالش کشیده شده است که سرعتی بسیار دراماتیکتر را پیشنهاد میکند. به نظر میرسد سیستمهای زنده در یک دینامیک «انشعاب و گاز دادن» تکامل مییابند، جایی که گونههای جدید به جای یک خزش طولانی و پیوسته، در انفجارهای ناگهانی و شدید ظاهر میشوند.
این ایده کاملاً جدید نیست؛ بلکه بر اساس مفهوم تعادل منقطع (punctuated equilibrium) استوار است که توسط دیرینهشناسان نایلز الدرج و استیون جی گولد در سال ۱۹۷۲ معرفی شد. آنها متوجه شدند که سوابق فسیلی اغلب نشان میدهد گونهها برای میلیونها سال بدون تغییر باقی میمانند و سپس—بنگ!—یک فرم جدید ناگهان ظاهر میشود. این موضوع با دیدگاه غالب تغییرات آهسته و تدریجی در تضاد بود.
اکنون، با دههها دادههای جدید از فسیلها و زیستشناسی مولکولی، دانشمندان یک چارچوب ریاضی جدید برای آزمایش دقیقتر این ایدهها توسعه دادهاند. تیمی به رهبری زیستشناس تکاملی، جردن داگلاس، در دانشگاه ملی استرالیا مدلی ساختهاند که این جهشهای تکاملی را بهتر ثبت میکند.
تیم داگلاس در حال مطالعه خانوادهای از آنزیمهای باستانی به نام آمینواسیل-tRNA سنتتازها (aaRSs) بودند که برای ساخت پروتئینها ضروری هستند و قدمتشان به قبل از آخرین جد مشترک جهانی تمام حیات بازمیگردد. آنها متوجه شدند که این آنزیمها در انفجارهای بسیار سریعی تکامل یافتهاند. این امر آنها را به سمت توسعه یک مدل جهانیتر سوق داد.
چارچوب آنها یک پارامتر کلیدی به نام «جهش» (spikes) را برای اندازهگیری میزان تغییری که درست در لحظه انشعاب یک دودمان جدید رخ میدهد، معرفی میکند. این امر دیدگاه سنتی را به چالش میکشد که پس از جدا شدن دو گونه، آنها فقط به صورت غیرفعال از یکدیگر دور میشوند. در عوض، داگلاس معتقد است که اغلب یک «نیروی دافعه مغناطیسی» وجود دارد که بلافاصله آنها را در جهات مختلف به حرکت در میآورد و پس از آن دورهای از تکامل آهستهتر و مستقل فرا میرسد.
این تیم مدل خود را بر روی بیش از دوازده مجموعه داده آزمایش کرد و نتایج شگفتانگیز بود:
- سَرپایان: تکامل ماهی مرکب، هشتپا و خویشاوندان آنها در ۵۰۰ میلیون سال گذشته تقریباً به طور کامل توسط این انفجارها هدایت شده است. ۹۹ درصد خیرهکننده از تکامل آنها—ظهور بازوها، اشکال جدید بدن—در جهشهای تماشایی درست پس از انشعاب یک دودمان جدید رخ داده است. تغییرات تدریجی نقشی تقریباً ناچیز داشتهاند.
- آنزیمهای باستانی: تحقیقات خودشان بر روی آنزیمهای aaRS نشان داد که مدل جدید با جهشهای تکاملیاش، یک درخت تکاملی دقیقتر ایجاد میکند که از نظر زمانی ۳۰ درصد کوتاهتر است، که نشاندهنده فرآیند تکاملی بسیار سریعتری نسبت به تصورات قبلی است.
- زبانهای انسانی: این «انشعاب جهشی» (saltative branching)، آنطور که آنها مینامند، به زیستشناسی محدود نمیشود. آنها همین الگو را در تکامل خانواده زبانهای هندواروپایی یافتند، جایی که زبانها درست در زمان جدا شدن از یکدیگر به سرعت تغییر میکنند.
این دیدگاه جدید به ادغام دیدگاههای اغلب متناقض دیرینهشناسان، که تغییرات ناگهانی را در سوابق فسیلی میبینند، و زیستشناسان مولکولی، که اغلب تغییرات ظریفتر و تدریجی را در DNA مشاهده میکنند، کمک میکند. این نشان میدهد که این انفجارهای سریع فرآیندی جدا از انتخاب طبیعی نیستند، بلکه دورههایی از سازگاری بسیار سریع هستند که شاید با محیطهای جدید یا فشارهای تکاملی در هنگام جدا شدن یک جمعیت آغاز میشوند.
اگرچه این چارچوب نیاز به آزمایش بیشتر بر روی صدها مجموعه داده موجود دارد، اما روشی زیبا و قدرتمند برای درک ریتم پویا و انفجاری تاریخ حیات ارائه میدهد. تکامل شاید کمتر شبیه یک راهپیمایی آهسته و بیشتر شبیه یک نمایش آتشبازی باشد، با وقفههای طولانی و به دنبال آن انفجارهای درخشان و تحولآفرین.
منبع: Quanta Magazine