หลักฐานวิวัฒนาการ: กำเนิดพืช สัตว์ และเชื้อรา

ศตวรรษที่ 19 เป็นช่วงเวลาของการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ก้าวล้ำซึ่งทำให้ทฤษฎีที่เคยมีมาก่อนหน้านี้มากมายเกี่ยวกับต้นกำเนิดของโลกและมนุษยชาติกลับหัวกลับหาง ในปี พ.ศ. 2398 อัลเฟรด รัสเซลล์ วอลเลซ ตีพิมพ์ข้อเสนอทฤษฎีวิวัฒนาการด้วยวิธีการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ตามด้วยงานตีพิมพ์ของ Charles Darwin ในปี 1859 เกี่ยวกับต้นกำเนิดของสายพันธุ์.

ปีของการทำงานรวบรวมหลักฐานที่น่าสนใจซึ่งนำไปสู่การยอมรับอย่างกว้างขวางของ ทฤษฎีวิวัฒนาการ โดยนักวิชาการทั่วโลก

นักธรรมชาติวิทยา Charles Darwin ใช้เวลาหลายปีในการวิเคราะห์หลักฐานของวิวัฒนาการก่อนที่จะเผยแพร่ผลการวิจัยของเขา ทฤษฎีของเขาได้รับอิทธิพลอย่างมากจากนักวิชาการที่มีความคิดเหมือนกันในสมัยนั้น โดยเฉพาะอัลเฟรด รัสเซลล์ วอลเลซ, เจมส์ ฮัตตัน Thomas Malthus และ Charles Lyell.

ตามทฤษฎีวิวัฒนาการ สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนแปลงและปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมอันเป็นผลมาจากลักษณะทางกายภาพและพฤติกรรมที่สืบทอดมาจากพ่อแม่สู่ลูก

คำจำกัดความของวิวัฒนาการของดาร์วินมีศูนย์กลางอยู่ที่แนวคิดเรื่องการเปลี่ยนแปลงที่ช้าและค่อยเป็นค่อยไปของคนรุ่นก่อนๆ ซึ่งเขาเรียกว่า “สืบเชื้อสายด้วยการปรับเปลี่ยน

หลักฐานของคำจำกัดความของวิวัฒนาการมาจากการศึกษาทางชีวภูมิศาสตร์ของวอลเลซในป่าฝนอเมซอนและการสังเกตของดาร์วินเกี่ยวกับหมู่เกาะกาลาปากอสที่เก่าแก่ นักวิจัยทั้งสองนิยามหลักฐานเชิงวิวัฒนาการว่าเป็นข้อพิสูจน์ความเชื่อมโยงระหว่างสิ่งมีชีวิตกับบรรพบุรุษร่วมกัน

การค้นพบที่น่าตื่นเต้นในหมู่เกาะกาลาปากอสทำให้ดาร์วินมีรากฐานที่มั่นคงในการผลักดันแนวคิดเรื่องวิวัฒนาการและการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น ดาร์วินสังเกตเห็นความแตกต่างของปากนกในประชากรนกฟินช์กาลาปาโกสตามธรรมชาติ และต่อมาก็เข้าใจถึงความสำคัญของการค้นพบของเขา ดาร์วินสังเกตเห็นว่านกฟินช์หลายสายพันธุ์สืบเชื้อสายมาจากสายพันธุ์อเมริกาใต้ที่อพยพไปยังหมู่เกาะกาลาปากอส

ข้อสรุปของดาร์วินได้รับการยืนยันในการศึกษาล่าสุดที่ดำเนินการโดยนักภูมิอากาศวิทยา Peter และ Rosemary Grant Grants เดินทางไปยังหมู่เกาะกาลาปากอสและบันทึกว่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิทำให้แหล่งอาหารเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร ด้วยเหตุนี้ สปีชีส์บางประเภทจึงตายไปในขณะที่บางชนิดรอดชีวิต เนื่องมาจากลักษณะเฉพาะที่แปรผันของประชากร เช่น ระยะยาว ปลายปากแหลมเพื่อเข้าถึงแมลง

การคัดเลือกโดยธรรมชาติ นำไปสู่การอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตที่เหมาะสมที่สุด หมายความว่าสิ่งมีชีวิตที่ปรับตัวได้ดีกว่าจะขจัดสายพันธุ์ที่ปรับตัวได้น้อยกว่า ตัวอย่างแรงกดดันในการคัดเลือก ได้แก่

• ปริมาณอาหารที่มีอยู่
• ที่พักพิง
• อากาศเปลี่ยนแปลง 
• จำนวนนักล่า 

การดัดแปลงที่สืบทอดมาจะสะสมและอาจส่งผลให้เกิดสายพันธุ์ใหม่ ดาร์วินแย้งว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมดสืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษร่วมกันเป็นเวลาหลายล้านปี

1. หลักฐานฟอสซิล

นักบรรพชีวินวิทยาได้ติดตามประวัติวิวัฒนาการของมนุษย์โดยการวิเคราะห์กระดูกฟอสซิลที่แสดงให้เห็นว่าขนาดสมองและลักษณะทางกายภาพเปลี่ยนแปลงไปอย่างช้าๆ ตามที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติสมิธโซเนียน Homo sapiens (มนุษย์สมัยใหม่) เป็นไพรเมต เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับลิงใหญ่แห่งแอฟริกาและมีบรรพบุรุษร่วมกันซึ่งมีอยู่ประมาณ 6 ถึง 8 ล้านปี ที่ผ่านมา

บันทึกฟอสซิลสามารถระบุวันที่สิ่งมีชีวิตจากช่วงเวลาหนึ่งและแสดงวิวัฒนาการของสายพันธุ์ต่าง ๆ จากบรรพบุรุษร่วมกัน บันทึกฟอสซิล มักถูกนำมาเปรียบเทียบกับข้อเท็จจริงที่ทราบเกี่ยวกับธรณีวิทยาของพื้นที่ที่มีฟอสซิลอยู่

2. การค้นพบพันธุ์บรรพบุรุษ

การตามล่าหาฟอสซิลของดาร์วินเป็นหลักฐานสำคัญสำหรับวิวัฒนาการและการดำรงอยู่ของสายพันธุ์บรรพบุรุษที่สูญพันธุ์ไปแล้ว ขณะสำรวจอเมริกาใต้ ดาร์วินพบซากม้าประเภทที่สูญพันธุ์ไปแล้ว

บรรพบุรุษของม้าอเมริกันสมัยใหม่เป็นสัตว์เล็มหญ้าขนาดเล็กที่มีนิ้วเท้าซึ่งร่วมกับบรรพบุรุษร่วมกับแรด การปรับตัวเป็นเวลาหลายล้านปี ได้แก่ ฟันแบนสำหรับเคี้ยวหญ้า เพิ่มขนาด และกีบเท้าเพื่อการวิ่งอย่างรวดเร็วจากผู้ล่า

ซากดึกดำบรรพ์ สามารถเปิดเผยการเชื่อมโยงที่ขาดหายไปในห่วงโซ่วิวัฒนาการ ตัวอย่างเช่น การค้นพบสกุล Tiktaalik อาจแสดงให้เห็นวิวัฒนาการของปลาเป็นสัตว์บกที่มีสี่ขา นอกจากจะเป็นสายพันธุ์เฉพาะกาลที่มีเหงือกแล้ว บรรพบุรุษ Tikaalik ยังเป็นตัวอย่างของ วิวัฒนาการโมเสค ซึ่งหมายความว่าส่วนต่างๆ ของร่างกายมีวิวัฒนาการในอัตราที่ต่างกันเมื่อปรับจากน้ำสู่พื้นดิน

3. ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของพืช

หญ้า ต้นไม้ และต้นโอ๊กอันยิ่งใหญ่วิวัฒนาการมาจากสาหร่ายสีเขียวและไบรโอไฟต์ ซึ่งปรับตัวให้เข้ากับพื้นดินเมื่อประมาณ 410 ล้านปีก่อน สปอร์ของฟอสซิลแนะนำว่าสาหร่ายดึกดำบรรพ์ปรับให้เข้ากับอากาศแห้งโดยการพัฒนาสารเคลือบหนังกำพร้าสำหรับพืชและสปอร์

ในที่สุด พืชบกได้พัฒนาระบบหลอดเลือดและสารสีฟลาโวนอยด์เพื่อป้องกันรังสียูวีจากแสงแดด วงจรชีวิตการสืบพันธุ์ในพืชหลายเซลล์และเชื้อรามีความซับซ้อนมากขึ้น

4. คล้ายกัน คุณสมบัติทางกายวิภาค

ทฤษฎีวิวัฒนาการได้รับการสนับสนุนโดยการดำรงอยู่ของ โครงสร้างที่คล้ายคลึงกันซึ่งเป็นลักษณะทางกายภาพร่วมกันระหว่างหลายสายพันธุ์ แสดงว่าพวกมันสืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษร่วมกัน

สัตว์ที่มีแขนขาเกือบทั้งหมดมีโครงสร้างเหมือนกัน ซึ่งบ่งบอกถึงลักษณะร่วมก่อนที่จะแยกจากบรรพบุรุษร่วมกัน ในทำนองเดียวกัน แมลงทั้งหมดเริ่มต้นด้วยหน้าท้อง หกขา และหนวด แต่แยกจากที่นั่นเป็นสายพันธุ์จำนวนมาก

5. เหงือกในตัวอ่อนมนุษย์

คัพภวิทยา เสนอหลักฐานอันทรงพลังที่สนับสนุนทฤษฎีวิวัฒนาการ โครงสร้างตัวอ่อนที่สิ่งมีชีวิตมีร่วมกันแทบจะเหมือนกันระหว่างสปีชีส์ที่ย้อนกลับไปสู่บรรพบุรุษร่วมกัน

ตัวอย่างเช่น ตัวอ่อนของสัตว์มีกระดูกสันหลัง รวมทั้งมนุษย์ มีโครงสร้างคล้ายเหงือกในคอที่มีความคล้ายคลึงกันกับเหงือกปลา อย่างไรก็ตาม ลักษณะบรรพบุรุษบางอย่าง เช่น เหงือกบนไก่ตัวอ่อนไม่ได้พัฒนาเป็นอวัยวะหรืออวัยวะจริง

คัพภวิทยาเสนอหลักฐานอันทรงพลังที่สนับสนุนทฤษฎีวิวัฒนาการ โครงสร้างตัวอ่อนที่สิ่งมีชีวิตมีร่วมกันแทบจะเหมือนกันระหว่างสปีชีส์ที่ย้อนกลับไปสู่บรรพบุรุษร่วมกัน

ตัวอย่างเช่น ตัวอ่อนของสัตว์มีกระดูกสันหลัง รวมทั้งมนุษย์ มีโครงสร้างคล้ายเหงือกในคอที่มีความคล้ายคลึงกันกับเหงือกปลา อย่างไรก็ตาม ลักษณะบรรพบุรุษบางอย่าง เช่น เหงือกบนไก่ตัวอ่อนไม่ได้พัฒนาเป็นอวัยวะหรืออวัยวะจริง

6. โครงสร้างร่องรอยแปลก ๆ

โครงสร้างร่องรอย เป็นของเหลือจากวิวัฒนาการที่มีจุดประสงค์เพื่อบรรพบุรุษร่วมกัน ตัวอย่างเช่น ตัวอ่อนของมนุษย์มีหางในระยะแรกของการพัฒนา หางกลายเป็นกระดูกหางที่แยกไม่ออกเพราะมีหางไม่มีประโยชน์อะไรในมนุษย์ หางในสัตว์อื่นๆ ช่วยให้พวกมันทำหน้าที่ต่างๆ เช่น ทรงตัวและแมลงวันตบ

ร่องรอยของกระดูกขาหลังในงูเหลือมเป็นหลักฐานของการวิวัฒนาการของกิ้งก่าเป็นงู ในแหล่งที่อยู่อาศัยบางแห่ง กิ้งก่าที่มีขาสั้นที่สุดจะเคลื่อนไหวและมองเห็นได้ยากกว่า กว่าล้านปี ขาสั้นลงและแทบไม่มีเลย วลีทั่วไป "ใช้มันหรือสูญเสียมันไป" ยังใช้กับการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการอีกด้วย

7. การวิจัยทางชีวภูมิศาสตร์

ชีวภูมิศาสตร์ เป็นสาขาวิชาชีววิทยาที่สนับสนุนทฤษฎีวิวัฒนาการของดาร์วิน ชีวภูมิศาสตร์พิจารณาว่าการกระจายตัวทางภูมิศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตทั่วโลกปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันอย่างไร

ภูมิศาสตร์มีบทบาทสำคัญในการเก็งกำไร นกฟินช์ของดาร์วินมีความหลากหลายตั้งแต่บรรพบุรุษของนกฟินช์บนแผ่นดินใหญ่และระหว่างหมู่เกาะกาลาปากอสเพื่อให้เข้ากับสภาพแวดล้อมในปัจจุบัน นกฟินช์สายพันธุ์บรรพบุรุษเป็นสัตว์กินเมล็ดซึ่งทำรังอยู่บนพื้นดิน อย่างไรก็ตาม นกฟินช์ที่ดาร์วินค้นพบทำรังอยู่ในที่ต่างๆ และกินกระบองเพชร เมล็ดพืช และแมลง ขนาดและรูปร่างของปากนกที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการทำงาน

เกาะ Kangaroo ใกล้ออสเตรเลียเป็นหนึ่งในสถานที่ไม่กี่แห่งบนโลกที่สัตว์มีกระเป๋าหน้าท้องเจริญรุ่งเรืองพร้อมกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในรกและโมโนทรีมวางไข่ ตามชื่อของมัน สัตว์มีกระเป๋าหน้าท้องอย่างจิงโจ้และโคอาล่าเจริญเติบโตได้ดีและมีจำนวนมากกว่ามนุษย์อย่างมากมาย

หลังจากที่เกาะแยกจากทวีปออสเตรเลีย พืชและสัตว์ต่างๆ ได้พัฒนาเป็นสายพันธุ์ย่อยที่ไม่ถูกรบกวนจากสัตว์นักล่าหรือการล่าอาณานิคมจนถึงปี ค.ศ. 1800 นักวิทยาศาสตร์เปรียบเทียบและเปรียบเทียบพืช สัตว์ และเชื้อราของแผ่นดินใหญ่กับพืชที่พบในเกาะ Kangaroo เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการปรับตัว การคัดเลือกโดยธรรมชาติ และการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการ

การแปรผันแบบสุ่มในพืชและเชื้อราทำให้สิ่งมีชีวิตบางชนิดมีความเหมาะสมมากขึ้นในการตั้งรกรากในพื้นที่ใหม่และส่งต่อรหัสพันธุกรรมของพวกมัน ด้วยเหตุนี้จึงสนับสนุนทฤษฎีการคัดเลือกโดยธรรมชาติของดาร์วิน

8. การปรับตัวแบบอะนาล็อก

การปรับตัวที่คล้ายคลึงกันสนับสนุนกระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติและทฤษฎีวิวัฒนาการ การปรับตัวที่คล้ายคลึงกันคือกลไกการเอาชีวิตรอดที่ดัดแปลงโดยสิ่งมีชีวิตที่ไม่เกี่ยวข้องซึ่งเผชิญกับแรงกดดันในการคัดเลือกที่คล้ายคลึงกัน

สุนัขจิ้งจอกอาร์กติกที่ไม่เกี่ยวข้องและ ptarmigan (นกขั้วโลก) ผ่านการเปลี่ยนสีตามฤดูกาล สุนัขจิ้งจอกอาร์กติกและ ptarmigan มียีนที่แปรผันซึ่งทำให้พวกมันพัฒนาสีที่อ่อนกว่าใน ฤดูหนาวผสมผสานกับหิมะและหลบเลี่ยงผู้ล่าที่หิวโหย แต่นั่นไม่ได้บ่งชี้ถึงบรรพบุรุษร่วมกัน

9. รังสีปรับตัว

ฮาวายเป็นกลุ่มเกาะที่มีนกและสัตว์สวยงามมากมาย ซึ่งเชื่อกันว่ามีถิ่นกำเนิดในเอเชียตะวันออกหรืออเมริกาเหนือ

honeycreepers ฮาวายประมาณ 56 สปีชีส์มีวิวัฒนาการมาจากเพียงหนึ่งหรือสองสปีชีส์ ซึ่งจากนั้นไปตั้งรกรากอยู่ในปากน้ำที่ต่างกันบนเกาะในกระบวนการที่เรียกว่ารังสีปรับตัว ความผันแปรของรังผึ้งฮาวายแสดงให้เห็นการดัดแปลงจะงอยปากแบบเดียวกับนกฟินช์ของดาร์วิน

10. Post-Pangaea Species Divergence

หลายล้านปีก่อน ทวีปของโลกอยู่ใกล้กันและก่อตัวเป็นมหาทวีปที่เรียกว่าปังเกีย สิ่งมีชีวิตที่คล้ายกันสามารถพบได้ทั่วโลก แผ่นเปลือกโลกที่เคลื่อนตัวทำให้ Pangea ลอยออกจากกัน

พืชและสัตว์มีวิวัฒนาการแตกต่างกัน พืช สัตว์ และเชื้อราจากผืนดินเดิมมีวิวัฒนาการแตกต่างกันในทวีปที่ก่อตัวขึ้นใหม่ บรรพบุรุษพัฒนาเป็นสายเลือดใหม่ หลัง Pangaea เป็นสิ่งมีชีวิตที่ปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงทางภูมิศาสตร์

11. หลักฐานดีเอ็นเอ

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยเซลล์ที่เติบโต เผาผลาญ และสืบพันธุ์ตามรหัสพันธุกรรมของพวกมัน พิมพ์เขียวอันเป็นเอกลักษณ์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดมีอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (ดีเอ็นเอ). การตรวจสอบลำดับดีเอ็นเอของกรดอะมิโนและยีนที่หลากหลายของสัตว์ พืช และเชื้อรา ให้เบาะแสเกี่ยวกับเชื้อสายบรรพบุรุษและบรรพบุรุษร่วมกัน

ชุดตรวจดีเอ็นเอสามารถเปิดเผยบรรพบุรุษและระบุญาติที่หายสาบสูญไปนานโดยอิงจากการเปรียบเทียบสารพันธุกรรมในตัวอย่างน้ำลายหรือผ้าเช็ดแก้มที่ส่งมา ความแปรปรวนทางพันธุกรรมในประชากรตามธรรมชาติเป็นผลมาจากการสับเปลี่ยนของยีนตามปกติในการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศและการกลายพันธุ์แบบสุ่มระหว่างการแบ่งเซลล์ ความผิดพลาดที่ไม่ได้รับการแก้ไขอาจส่งผลให้เกิดปัญหา เช่น โครโมโซมมากเกินไปหรือน้อยเกินไป ส่งผลให้เกิดความผิดปกติทางพันธุกรรม

บ่อยขึ้น, การกลายพันธุ์ ไม่สำคัญและไม่ส่งผลต่อการควบคุมยีนหรือการสังเคราะห์โปรตีน ในบางครั้ง การกลายพันธุ์อาจกลายเป็นการปรับตัวที่ได้เปรียบ

ประวัติวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต รวมทั้งต้นกำเนิดของมนุษย์มีอายุนับล้านปี อย่างไรก็ตาม คุณสามารถหาหลักฐานของการวิวัฒนาการที่รวดเร็วและรวดเร็วของสายพันธุ์ต่างๆ ได้ ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียมีการสืบพันธุ์และวิวัฒนาการอย่างรวดเร็วเพื่อให้มียีนที่ต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ

แมลงที่สามารถต้านทานยาฆ่าแมลงได้ดีกว่าจะอยู่รอดและขยายพันธุ์ในอัตราที่สูงขึ้น

ตัวอย่างของการคัดเลือกโดยธรรมชาติสามารถรับรู้ได้แบบเรียลไทม์ ตัวอย่างเช่น หนูสนามสีอ่อนจะพบเห็นได้ง่ายในทุ่งนาและกินโดยนักล่า หนูสีเทาน้ำตาลจะกลมกลืนกับสภาพแวดล้อมได้ดีขึ้น สีพรางตัวช่วยเพิ่มความอยู่รอดและการสืบพันธุ์

ทฤษฎีวิวัฒนาการมีประโยชน์ในด้านการเกษตร แม้กระทั่งก่อนที่จะค้นพบยีนและโมเลกุลของดีเอ็นเอ เกษตรกรใช้การคัดเลือกพันธุ์เพื่อปรับปรุงพืชผลหรือฝูงปศุสัตว์ ผ่านกระบวนการคัดเลือกเทียม พืช สัตว์ และเชื้อราที่มีคุณภาพดีเยี่ยมได้ถูกผสมข้ามพันธุ์เพื่อปรับปรุงประชากรโดยรวมและสร้างลูกผสมในอุดมคติ

อย่างไรก็ตาม ลูกผสมมักมีความแปรปรวนเพียงเล็กน้อย ซึ่งคุกคามการอยู่รอดของสายพันธุ์หากสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงหรือเกิดโรค