أدلة التطور

11.3 أدلة التطور

أهداف التعلم

بنهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:
  • شرح مصادر أدلة التطور
  • تعريف التراكيب المتماثلة والتراكيب الأثرية

أدلة التطور مقنعة وواسعة النطاق. عند النظر إلى كل مستوى من مستويات التنظيم في الأنظمة الحية، يرى علماء الأحياء بصمة التطور الماضي والحاضر. خصص داروين جزءًا كبيرًا من كتابه، أصل الأنواع، لتحديد الأنماط في الطبيعة التي كانت متوافقة مع التطور، ومنذ داروين أصبح فهمنا أوضح وأوسع.

الأحافير

توفر الأحافير أدلة قوية على أن الكائنات الحية من الماضي ليست هي نفسها الموجودة اليوم؛ فالأحافير تظهر التغيرات التطورية التدريجية بمرور الوقت. يحدد العلماء عمر الأحافير ويصنفونها في جميع أنحاء العالم لتحديد متى عاشت الكائنات الحية بالنسبة لبعضها البعض. يسرد السجل الأحفوري الناتج قصة الماضي، ويظهر تطور الشكل على مدى ملايين السنين (شكل 11.10). على سبيل المثال، تم استعادة سجلات أحفورية مفصلة للغاية لتسلسلات الأنواع في تطور الحيتان والخيول الحديثة. السجل الأحفوري للخيول في أمريكا الشمالية غني بشكل خاص ويحتوي العديد منها على أحافير انتقالية: تلك التي تظهر تشريحًا وسيطًا بين الأشكال المبكرة واللاحقة. يمتد السجل الأحفوري إلى سلف شبيه بالكلب قبل حوالي 55 مليون سنة أدى إلى ظهور أول نوع شبيه بالحصان قبل 55 إلى 42 مليون سنة في جنس Eohippus. تتتبع سلسلة الأحافير التغير في التشريح الناتج عن اتجاه جفاف تدريجي غيّر المشهد من غابات إلى سهول. تظهر الأحافير المتتالية تطور أشكال الأسنان وتشريح القدم والساق لتناسب عادة الرعي، مع تكيفات للهروب من الحيوانات المفترسة، على سبيل المثال في أنواع Mesohippus الموجودة من 40 إلى 30 مليون سنة مضت. أظهرت الأنواع اللاحقة زيادات في الحجم، مثل تلك الخاصة بـ Hipparion، التي وُجدت من حوالي 23 إلى 2 مليون سنة مضت. يظهر السجل الأحفوري العديد من حالات الإشعاع التكيفي في سلالة الخيول، والتي تقلصت الآن بشكل كبير لتشمل جنسًا واحدًا فقط، Equus، مع عدة أنواع.

سلسلة من اللوحات على خط زمني من 55 مليون سنة مضت حتى اليوم تظهر 4 من أسلاف الحصان الحديث. الأول في السلسلة هو Eohippus، الذي عاش من 55 إلى 45 مليون سنة مضت. كان حيوانًا صغيرًا بحجم الكلب، بأربعة أصابع في الأقدام الأمامية وثلاثة في الخلفية، وذيل طويل، وفرو بني مرقط. الثاني هو Mesohippus، الذي عاش من 40 إلى 30 مليون سنة مضت. كان أكبر قليلاً من Eohippus بأرجل أطول. كان لديه 3 أصابع في الأقدام الأمامية والخلفية. الثالث هو Hipparion، الذي عاش من 23 إلى 2 مليون سنة مضت. كان يمشي على إصبعه الأوسط في كل قدم (وهو الآن حافر)، لكنه لا يزال يمتلك بقايا الأصابع المتبقية. كان أكبر بكثير من Hipparion. الرابع هو حصان برزوالسكي، وهو حصان حديث ولكنه مهدد بالانقراض. وهو أصغر وأكثر امتلاءً من الحصان المستأنس بإصبع واحد (حافر) في كل قدم.
شكل 11.10 يوضح هذا الرسم التوضيحي رسومات فنية لهذه الأنواع المستمدة من أحافير التاريخ التطوري للحصان وأسلافه. الأنواع المصورة هي أربعة فقط من سلالة شديدة التنوع تحتوي على العديد من الفروع، والطرق المسدودة، والإشعاعات التكيفية. أحد الاتجاهات المصورة هنا هو التتبع التطوري لمناخ جاف وزيادة في موائل السهول مقابل الغابات، وهو ما ينعكس في الأشكال الأكثر تكيفًا مع الرعي والهروب من الحيوانات المفترسة عن طريق الجري. حصان برزوالسكي هو أحد الأنواع القليلة الحية من الخيول.

التشريح وعلم الأجنة

نوع آخر من الأدلة على التطور هو وجود تراكيب في الكائنات الحية تتشارك نفس الشكل الأساسي. على سبيل المثال، تتشارك العظام في أطراف الإنسان والكلب والطائر والحوت نفس البنية العامة (شكل 11.11). تنتج هذه التشابهات عن أصلها في أطراف سلف مشترك. بمرور الوقت، أدى التطور إلى تغيرات في أشكال وأحجام هذه العظام في الأنواع المختلفة، لكنها حافظت على نفس التخطيط العام، وهو دليل على الانحدار من سلف مشترك. يسمي العلماء هذه الأجزاء المتشابهة تراكيب متماثلة. توجد بعض التراكيب في الكائنات الحية التي ليس لها وظيفة واضحة على الإطلاق، ويبدو أنها أجزاء متبقية من سلف ماضٍ. على سبيل المثال، تمتلك بعض الثعابين عظام حوض على الرغم من عدم وجود أرجل لها لأنها انحدرت من زواحف كانت تمتلك أرجلًا. تسمى هذه التراكيب غير المستخدمة والتي لا وظيفة لها تراكيب أثرية (vestigial structures). أمثلة أخرى على التراكيب الأثرية هي الأجنحة في الطيور غير القادرة على الطيران (والتي قد تكون لها وظائف أخرى)، والأوراق في بعض الصبار، وآثار عظام الحوض في الحيتان، والعيون العمياء لحيوانات الكهوف.

يوضح الرسم التوضيحي مقارنة بين ذراع إنسان، وأرجل كلب وطائر، وزعنفة حوت. جميع الأطراف تحتوي على نفس العظام، ولكن حجم وشكل هذه العظام يختلف.
شكل 11.11 يشير البناء المتشابه لهذه الأطراف إلى أن هذه الكائنات الحية تتشارك سلفًا مشتركًا.

رابط للتعلم

انقر على الأنشطة في هذا الموقع التفاعلي لتخمين أي تراكيب عظمية متماثلة وأيها تماثلية، ولرؤية أمثلة على جميع أنواع التكيفات التطورية التي توضح هذه المفاهيم.

دليل آخر على التطور هو تقارب الشكل في الكائنات الحية التي تتشارك بيئات مماثلة. على سبيل المثال، أنواع الحيوانات غير المرتبطة، مثل الثعلب القطبي وطائر الترمجان، التي تعيش في المنطقة القطبية لديها أغطية بيضاء مؤقتة خلال الشتاء للاندماج مع الثلج والجليد (شكل 11.12). يحدث التشابه ليس بسبب سلف مشترك، ففي الواقع أحد الأغطية من الفرو والآخر من الريش، ولكن بسبب ضغوط انتخابية مماثلة - فوائد عدم رؤية الحيوانات المفترسة لها.

تُظهر الصورة (أ) ثعلبًا قطبيًا بفرو أبيض نائمًا على ثلج أبيض. تُظهر الصورة (ب) طائر ترمجان بريش أبيض واقفًا على ثلج أبيض.
شكل 11.12 الغطاء الشتوي الأبيض لـ (أ) الثعلب القطبي و (ب) ريش طائر الترمجان هي تكيفات مع بيئاتهما. (المصدر أ: تعديل لعمل Keith Morehouse)

علم الأجنة، وهو دراسة تطور تشريح الكائن الحي إلى شكله البالغ، يوفر أيضًا أدلة على القرابة بين مجموعات الكائنات الحية المتباينة على نطاق واسع الآن. غالبًا ما تظهر التراكيب الغائبة في بعض المجموعات في أشكالها الجنينية وتختفي بحلول الوقت الذي يصل فيه الكائن إلى شكله البالغ أو اليافع. على سبيل المثال، تظهر جميع أجنة الفقاريات، بما في ذلك البشر، شقوقًا خيشومية في مرحلة ما من تطورها المبكر. تختفي هذه الشقوق في بالغي المجموعات الأرضية، ولكنها تبقى في الأشكال البالغة للمجموعات المائية مثل الأسماك وبعض البرمائيات. تمتلك أجنة القردة العليا، بما في ذلك البشر، تركيب ذيل أثناء تطورها يختفي بحلول وقت الولادة. السبب في أن أجنة الأنواع غير المرتبطة غالبًا ما تكون متشابهة هو أن التغيرات الطفرية التي تؤثر على الكائن الحي أثناء التطور الجنيني يمكن أن تسبب اختلافات مكبرة في الكائن البالغ، حتى مع الحفاظ على التشابهات الجنينية.

الجغرافيا الحيوية

يتبع التوزيع الجغرافي للكائنات الحية على الكوكب أنماطًا يمكن تفسيرها بشكل أفضل من خلال التطور بالاقتران مع حركة الصفائح التكتونية على مدى الزمن الجيولوجي. المجموعات الواسعة التي تطورت قبل تفكك القارة العظمى بانجيا (منذ حوالي 200 مليون سنة) موزعة في جميع أنحاء العالم. المجموعات التي تطورت منذ التفكك تظهر بشكل فريد في مناطق من الكوكب، على سبيل المثال النباتات والحيوانات الفريدة للقارات الشمالية التي تشكلت من القارة العظمى لوراسيا، وللقارات الجنوبية التي تشكلت من القارة العظمى غوندوانا. أفضل تفسير لوجود Proteaceae في أستراليا وجنوب إفريقيا وأمريكا الجنوبية هو وجود عائلة النباتات هناك قبل تفكك القارة العظمى الجنوبية غوندوانا (شكل 11.13).

تُظهر الخريطة القارة العظمى غوندوانا قبل 220 مليون سنة، مع أمريكا الجنوبية وإفريقيا والهند وشبه الجزيرة العربية والقارة القطبية الجنوبية وأستراليا ونيوزيلندا وغينيا الجديدة وأجزاء من جنوب شرق آسيا في تقارب وثيق. تُظهر خريطة حديثة المناطق من غوندوانا مظللة لإظهار المناطق التي توجد فيها نباتات Proteacea اليوم. تُظهر الصورة المصغرة زهرة Proteacea، Banksia spinulosa، وهي سنبلة طويلة بها العديد من الزهور البرتقالية الصغيرة.
شكل 11.13 تطورت عائلة نباتات Proteaceae قبل تفكك القارة العظمى غوندوانا. اليوم، توجد أفراد هذه العائلة النباتية في جميع أنحاء نصف الكرة الجنوبي (الموضح باللون الأحمر). (مصدر "زهرة Proteacea": تعديل لعمل "dorofofoto"/Flickr)

يعكس التنوع الكبير للجرابيات في أستراليا وغياب الثدييات الأخرى عزلة هذه القارة الجزيرة الطويلة. تتميز أستراليا بوفرة من الأنواع المتوطنة - الأنواع التي لا توجد في أي مكان آخر - وهو أمر نموذجي للجزر التي تمنع عزلتها بفعل مساحات المياه هجرة الأنواع إلى مناطق أخرى. بمرور الوقت، تتباعد هذه الأنواع تطوريًا إلى أنواع جديدة تبدو مختلفة جدًا عن أسلافها التي قد توجد في البر الرئيسي. الجرابيات في أستراليا، والعصافير في جزر غالاباغوس، والعديد من الأنواع في جزر هاواي كلها لا توجد في أي مكان آخر سوى في جزرها، ومع ذلك تظهر علاقات بعيدة مع الأنواع السلفية في البر الرئيسي.

البيولوجيا الجزيئية

مثل التراكيب التشريحية، تعكس تراكيب جزيئات الحياة الانحدار مع التعديل. ينعكس دليل السلف المشترك لجميع أشكال الحياة في عالمية DNA كمادة وراثية، وفي شبه عالمية الشيفرة الوراثية وآلية تضاعف DNA والتعبير الجيني. تنعكس الانقسامات الأساسية في الحياة بين المجالات الثلاثة في اختلافات هيكلية رئيسية في تراكيب محافظة بخلاف ذلك مثل مكونات الريبوسومات وتراكيب الأغشية. بشكل عام، تنعكس قرابة مجموعات الكائنات الحية في تشابه تسلسلات DNA الخاصة بها - وهو بالضبط النمط الذي يمكن توقعه من الانحدار والتنوع من سلف مشترك.

لقد ألقت تسلسلات DNA أيضًا الضوء على بعض آليات التطور. على سبيل المثال، من الواضح أن تطور وظائف جديدة للبروتينات يحدث عادةً بعد أحداث تضاعف الجينات. هذه التضاعفات هي نوع من الطفرات حيث يتم إضافة جين كامل كنسخة إضافية (أو العديد من النسخ) في الجينوم. تسمح هذه التضاعفات بالتعديل الحر لنسخة واحدة عن طريق الطفرة والانتخاب والانحراف الوراثي، بينما تستمر النسخة الثانية في إنتاج بروتين وظيفي. وهذا يسمح بالحفاظ على الوظيفة الأصلية للبروتين، بينما تقوم القوى التطورية بتعديل النسخة حتى تعمل بطريقة جديدة.