วิวัฒนาของสิ่งมีชีวิตและการกำเนิดชีวิต
Evolution คือ การเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ ในสิ่งมีชีวิตทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงหลายๆด้าน โดยเกิดจากกระบวนการหลัก 3 กระบวนการ ได้แก่ ความแปรผัน การสืบพันธุ์ และการคัดเลือกโดยธรรมชาติ
กล่าวคือ วิวัฒนาการ หมายถึง การที่สิ่งมีชีวิตแบบดั้งเดิมเกิดการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยอย่างต่อเนื่องกันเป็นระยะเวลานานจนกลายเป็นสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างไปจากเดิม และสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ในสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม
การศึกษาทางด้านวิวัฒนาการ มี 2 ระดับ ได้แก่
1. Microevolution ศึกษาระดับประชากรในแต่ละสปีชีส์ โดยศึกษาการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบทางพันธุกรรมของประชากรที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง
2. Macroevolution ศึกษากลุ่มของสิ่งมีชีวิตระดับสปีชีส์ขึ้นไป
แนวคิดการกำเนิดสิ่งมีชีวิต
1.สิ่งมีชีวิตเกิดจากสิ่งเหนือธรรมชาติ (Special Creation)
2.สิ่งมีชีวิตเกิดจากสิ่งมีชีวิตจากโลกอื่น
3.สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นเอง (Spontaneous Generation)
4.สิ่งมีชีวิตเกิดจากสิ่งมีชีวิต (Biogenesis)
5.สิ่งมีชีวิตวิวัฒนาการมาจากสิ่งไม่มีชีวิต
กำเนิดของสิ่งมีชีวิต
แนวคิด 2 แนวทางเกี่ยวกับกำเนิดเซลล์เริ่มแรกคือ
1. เชื่อกันว่าเซลล์แรกเริ่มนั้นเกิดจากการที่โมเลกุลพื้นฐานของชีวิต เช่น กรดอะมิโนและน้ำตาลเชิงเดี่ยว เป็นต้น ถูกชะล้างลงมาอยู่ในมหาสมุทรและมีการรวมกลุ่มกันจนมีขนาดใหญ่ แล้วแตกตัวออกซึ่งถือเป็นการเพิ่มจำนวนให้ได้โมเลกุลจำนวนมากในความเข้มข้นสูง เมื่อระยะเวลาผ่านไปโมเลกุลเหล่านี้สามารถนำสารประกอบอื่นเข้าไปสะสมภายในและถูกจำกัดบริเวณด้วยด้วยโครงสร้างซึ่งต่อมาพัฒนาเป็นเยื่อหุ้มเซลล์
2. เซลล์แรกเริ่มเกิดจากโมเลกุลที่มีความสามารถในการสร้างและเพิ่มจำนวนตัวเองได้ เมื่อระยะเวลาผ่านไปโมเลกุลเหล่านี้จึงค่อยๆวิวัฒนาการกระบวนการเมแทบอลิซึมและสร้างเยื่อหุ้มเซลล์จนเกิดเป็นเซลล์ขึ้นได้ในที่สุด เชื่อกันว่าโมเลกุลพวกโพลีนิวคลีโอไทด์ (กรดนิวคลีอิก)
ทฤษฎีวิวัฒนาการ
แนวคิดของลามาร์ก
แนวคิดของลามาร์ก ประเด็นที่ 1
แนวคิดของลามาร์กประเด็นแรกกล่าวว่า สิ่งมีชีวิตมีแนวโน้มที่จะพัฒนาไปมีความซับซ้อนมากขึ้นและสิ่งมีชีวิตมีความพยายามที่จะอยู่รอดในธรรมชาติซึ่งจะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงด้านสรีระไปในทิศทางนั้น “หากอวัยวะใดที่มีการใช้งานมากในการดำรงชีวิตจะมีขนาดใหญ่ ส่วนอวัยวะใดที่ไม่ใช้จะค่อยๆลดขนาดและอ่อนแอลง และเสื่อมไปในที่สุด” แนวคิดดังกล่าวนี้ เรียกว่า กฎการใช้และไม่ใช้ (Law of use and disuse)
แนวคิดของลามาร์ก ประเด็นที่ 2
เกี่ยวเนื่องต่อจากประเด็นแรกที่ว่า “การเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นจากการใช้และไม่ใช้นั้นจะคงอยู่ได้ และสิ่งมีชีวิตสามารถถ่ายทอดลักษณะที่เกิดใหม่นี้ไปสู่รุ่นลูกได้” แนวคิดดังกล่าว เรียกว่า กฎแห่งการถ่ายทอดลักษณะที่ได้มาขณะมีชีวิตอยู่ (Law of inheritance of acquired characteristic)
ในสัตว์พวกงูที่เราจะไม่เห็นขาของมัน แต่หลักฐานจากการศึกษาโครงกระดูกพบว่ายังมีส่วนของกระดูกที่สันนิษฐานว่าเป็นขาหลงเหลืออยู่ ซึ่งลามาร์กอธิบายว่า งูจะอาศัยอยู่ในพงหญ้ารกจึงใช้การเลื้อยพาให้ตัวเคลื่อนไป จึงไม่ต้องใช้ขาและการเลื้อยทำให้ลำตัวยาวขึ้น เมื่อขาไม่ได้ใช้จึงค่อยๆลดเล็กลงจนหายไป ลักษณะนี้ถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อๆไปได้ เราจึงเห็นว่างูรุ่นต่อมานั้นไม่มีขา
http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/150charles-darwin/images/snakebone.gif
แนวคิดของดาร์วิน
แนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการที่ดูจะเป็นที่ยอมรับอย่างแพร่หลายมาจนถึงปัจจุบันนั้นเป็นของชาร์ลส์ ดาร์วิน (Charles Darwin, พ.ศ. 2352-2428) นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ ได้นำเสนอทฤษฎีวิวัฒนาการว่า
“วิวัฒนาการโดยการคัดเลือกตามธรรมชาติ” ดาร์วินอธิบายว่าตามสภาพธรรมชาติสิ่งมีชีวิตที่มีความสามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้ดีกว่าพวกอื่น จะสามารถดำรงชีวิตอยูและถ่ายทอดลักษณะที่เหมาะสมต่อไป
แนวคิดของดาร์วินได้มาจากข้อมูลทางธรรมชาติที่เขาเก็บรวบรวมได้ขณะที่เขาเดินทางไปกับเรือสำรวจตามแนวฝั่งทวีปรอบโลก การสำรวจตามแนวฝั่งของทวีปอเมริกาใต้และหมู่เกาะในมหาสมุทรแปซิฟิก ดาร์วินได้พบว่าพืชและสัตว์บนพื้นทวีป และหมู่เกาะมีความคล้ายคลึงกัน แต่ไม่เหมือนกัน ดาร์วินสังเกตพบว่านกฟินซ์ 13 สปีชีส์พบบนหมู่เกาะกาลาปากอสซึ่งอยู่ในมหาสมุทรแปซิฟิกมีจงอยปากที่มีขนาดและรูปร่างแตกต่างกันตามความเหมาะสมของประเภทอาหารที่นกแต่ละชนิดกิน
หมู่เกาะกาลาปากอส
https://www.msu.edu/course/isb/202/tsao/images/galapagos_islands_map.jpg
จงอยปากของนกฟินซ์ที่แตกต่างกันตามความเหมะสมในการกินอาหาร
http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/150charles-darwin/images/swnov04a.jpg
ในทฤษฎีวิวัฒนาการของดาร์วิน การคัดเลือกตามธรรมชาติเป็นกลไกสำคัญที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในประชากรของสิ่งมีชีวิตสปีชีส์หนึ่งๆ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงนี้นำไปสู่การเกิดสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ขึ้นได้ ดาร์วินเสนอกลไกการคัดเลือกตามธรรมชาติขึ้นจากข้อสังเกต ซึ่งเป็นสภาวะธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตบนโลก คือ
1. การเพิ่มจำนวนประชากรสิ่งมีชีวิตมีแนวโน้มในการผลิตรุ่นลูกจำนวนมากทำให้มีจำนวนประชากรมากเกินไป (overpopulation)
2. การแข่งขัน (competition) มีการแข่งขันระหว่างสมาชิกในประชากร เพื่อความอยู่รอด การแข่งขันนี้ เป็นการแก่งแย่งทรัพยากรที่มีอยู่จำกัดในสภาวะแวดล้อมหนึ่ง ๆ โดยเฉพาะการแก่งแย่งสิ่งจำเป็นในการดำรงชีวิต เช่น อาหาร พื้นที่อยู่อาศัย เป็นต้น
3. ความแปรผันของลักษณะ (variation) สมาชิกในประชากรมีความแตกต่างกัน ในรูปร่าง ลักษณะ ฯลฯ ซึ่งความแตกต่างนี้สามารถส่งทอดไปยังรุ่นลูกได้
จากข้อสังเกตข้างต้น เมื่อทรัพยากรมีจำกัด สมาชิกในประชากรที่มีจำนวนมากมีการแก่งแย่งกัน เฉพาะสมาชิกที่เหมาะสมในสภาวะแวดล้อมขณะนั้นเท่านั้นที่จะเหลือรอดชีวิตอยู่ได้ (survival to produce) และสามารถสืบพันธุ์ผลิตลูกหลานในรุ่นต่อ ๆ ไปได้ จึงมีโอกาสในการส่งทอดลักษณะไปยังรุ่นลูก ส่งผลให้มีการเปลี่ยน แปลงลักษณะในประชากรเกิดขึ้นช้า ๆ จนในที่สุดทำให้วิวัฒนาการเกิดเป็นสปีชีส์ใหม่
หลักฐานหรือข้อมูลสนับสนุนที่บ่งบอกถึงการมีวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต
-หลักฐานจากซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิต
-ข้อมูลสนับสนุนจากกายวิภาคเปรียบเทียบ
-ข้อมูลสนับสนุนจากคัพภะวิทยาเปรียบเทียบ
-ข้อมูลสนับสนุนทางชีวภูมิศาสตร์
-หลักฐานทางชีววิทยาระดับโมเลกุล
การเกิดสปีชีส์ใหม่ (Speciation)
กระบวนการเปลี่ยนแปลงจากสปีชีส์หนึ่งโดยการแตกแขนงออกเป็นสปีชีส์ใหม่ ก่อให้เกิดการเพิ่มจำนวนสปีชีส์มากขึ้น
รูปแบบการเกิดสปีชีส์ใหม่ (Modes of speciation)
1. Anagenesis เป็นการเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไปตามเวลาที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างช้า ๆ จนเกิดเป็นสปีชีส์ใหม่ โดยที่มีการเปลี่ยนแปลงแตกต่างจากสิ่งมีชีวิตเดิม อย่างชัดเจน
2. Cladogenesis การเปลี่ยนแปลงแบบนี้ เกิดจากสภาพภูมิศาสตร์ ทำให้สิ่งมีชีวิตต้องแยกจากกันเป็นเวลานาน ค่อยเป็นค่อยไป ทำให้กลายเป็นสปีชีส์ใหม่ เมื่อมีการกลับมาถิ่นเดิม ก็ไม่สามารถที่จะถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม และผสมพันธุ์สืบต่อกันอีกได้เพราะเป็นสปีชีส์ที่แตกต่างกันแล้ว
http://www.mansfield.ohio-state.edu/~sabedon/campbl24_files/image015.jpg
Reproductive isolation
การแบ่งแยกของการสืบพันธุ์ (reproductive isolation) เป็นกลไกสำคัญในการนำไปสู่การเกิดสปีชีส์ใหม่ แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ
1. Prezygotic isolation
การแบ่งแยกการสืบพันธุ์ก่อนที่จะเกิดการปฏิสนธิ (fertilization) โดยกลไกนี้ได้แก่
1.1 การแบ่งแยกของแหล่งอาศัย (Habitat isolation) เป็นการแบ่งแยกการผสมพันธุ์เนื่องจากประชากรอยู่อาศัยในแหล่งอาศัยที่แตกต่างกัน เช่น ประชากรอยู่คนละเกาะ เป็นต้น
1.2 การแบ่งแยกของพฤติกรรม (Behavioral isolation) เป็นการแบ่งแยกที่เกิดจากความแตกต่างของพฤติกรรมโดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการเกี้ยวพาราสีเพื่อการผสมพันธุ์ หรือพฤติกรรมการผสมพันธุ์โดยตรง เช่น การส่งเสียงร้องเพื่อหาคู่ในฤดูผสมพันธุ์ของกบหากเสียงที่ได้ยินไม่เหมือนของสปีชีส์เดียวกันก็จะไม่ไม่เกิดกาผสมพันธุ์ เป็นต้น
1.3 ความแตกต่างของช่วงเวลาในการผสมพันธุ์ (Temporal isolation) เป็นกลไกการแบ่งแยกการสืบพันธุ์ที่เกิดจากความแตกต่างของช่วงเวลาในการสืบพันธุ์ เช่น พืชต่างสปีชีส์กันที่อาศัยในพื้นที่เดียวกันออกดอกต่างช่วงเวลาทำให้ไม่สามารถที่จะผสมพันธุ์กันได้
1.4 การแบ่งแยกที่เกิดจากความแตกต่างของโครงสร้างของอวัยวะสืบพันธุ์ (Mechanical isolation) เป็นการแบ่งแยกทางการสืบพันธุ์เนื่องจากความแตกต่างของโครงสร้างของอวัยวะในการสืบพันธุ์ทำให้ไม่สามารถที่จะผสมพันธุ์กันได้
1.5 การแบ่งแยกของเซลล์สืบพันธุ์ (Gametic isolation) เป็นการแบ่งแยกการสืบพันธุ์เนื่องจากความแตกต่างของเซลล์สืบพันธุ์ เช่น เกิดจากความแตกต่างของชีวเคมีบางประการของเซลล์สืบพันธุ์ทำให้ไม่สามารถที่จะปฏิสนธิได้
2. Postzygotic isolation
การแบ่งแยกการสืบพันธุ์หลังจากที่เกิดการปฏิสนธิแล้ว
2.1 Reduced hybrid viability เป็นกลไกการแบ่งแยกการสืบพันธุ์ที่เกิดจากการที่ลูกผสมที่เกิดขึ้นไม่สามารถที่จะเจริญเติบโตจนถึงระยะของวัยเจริญพันธุ์ได้ทำให้ไม่สามารถที่จะถ่ายทอดพันธุกรรมต่อไปได้
2.2 Reduced hybrid fertility เป็นกลไกการแบ่งแยกการสืบพันธุ์ที่ลูกผสมเป็นหมันทำให้ไม่สามารถที่จะถ่ายทอดพันธุกรรมต่อไปได้
2.3 Hybrid breakdown เป็นกลไกการแบ่งแยกการสืบพันธุ์ที่ลูกผสมรุ่นที่สอง ที่เกิดจากการผสมพันธุ์ของลูกผสมรุ่นแรกอ่อนแอ เป็นหมันหรือไม่สามารถสืบพันธุ์ต่อไปได้
ที่มา ;
http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/150charles-darwin/index.html
http://cyberclass.msu.ac.th/cyberclass/cyberclass-uploads/libs/html/44080/u206.html
