กลไกของการวิวัฒนาการ
การวิวัฒนาการคืออะไร
การวิวัฒนาการคือการพัฒนาชีวิตในโลก
ซึ่งเป็นกระบวนการที่เริ่มต้นเมื่อพันล้านปีก่อน และยังเกิดขึ้นอยู่
การวิวัฒนาการอธิบายได้ว่า ทำไมชีวิตในโลกจึงหลากหลายมาก
มันอธิบายได้ว่า protozoa ง่ายๆ สามารถกลายเป็นสัตว์และพืชล้านๆ สปีชีสที่เห็นอยู่ทุกวันนี้
การวิวัฒนาการเป็นข้อสงสัยที่เราอาจมีเมื่อเราเห็นสุนัขพันธุ์ Dachshund และ Great Dane อยู่พร้อมกัน
ทำไมบรรพบุรุษของสายพันธุ์หนึ่งสามารถมีลูกหลานที่ดูต่างกับเขามาก
ในการตอบปัญหานี้เราจะโฟกัสไปที่สัตว์ โดยไม่คำนึงถึงสิ่งมีชีวิตอื่นๆ เช่นต้นไม้และฟังไจ
คำถามแรกที่เราควรตอบคือ สัตว์สายพันธ์หนึ่งสามารถพัฒนากลายเป็นอีก สปีชีส์ หนึ่งได้อย่างไร
อ้า แต่สปีชีส์ มีความหมายว่าอะไร
สปีชีส์ หมายถึงประชาคมสัตว์ที่สามารถสืบพันธุ์กันได้และลูกหลานของมันก็สามารถสืบพันธุ์กันได้ต่อๆ ไป
เพื่อที่จะเข้าใจปัญหาให้ดีขึ้น เราจำเป็นต้องโฟกัสไปที่สิ่งเหล่านี้
ความเป็นสิ่งเดียวอันเดียว (uniqueness) ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งเป็นผลจากการผลิตลูกจำนวนมากเกินความจำเป็นและการถ่ายทอดลักษณะ (heredity)
และประเด็นที่ 2 คือ การเลือกสรร (selection)
เรามาดูเรื่องความเป็นสิ่งเดียวอันเดียวก่อน
สัตว์ทุกตัวมีความเป็นสิ่งเดียวอันเดียวอยู่เสมอ และสิ่งนี้จำเป็นสำหรับการวิวัฒนาการ
สมาชิกในแต่ละสปีชีส์อาจมีคุณลักษณะคล้ายกันมาก แต่ทุกตัวจะมีคุณสมบัติประจำตัวและคุณลักษณะที่แตกต่างกันบ้าง
มันอาจใหญ่กว่า อ้วนกว่า แข็งแรงกว่า หรือกล้าหาญกว่า สัตว์พวกเดียวกัน
เพราะเหตุใดถึงเกิดความแตกต่างเหล่านี้ ลองดูสัตว์ชนิดหนึ่ง
สัตว์ทุกตัวประกอบด้วยเซลล์
เซลล์เหล่านี้มีนิวเคลียส
ซึ่งในนิวเคลียสมีโครโมโซม
และโครโมโซม มี ดีเอ็นเอ
ดีเอ็นเอ ประกอบด้วยยีนต่างๆ
และยีนเหล่านี้เป็นตัวที่เก็บข้อมูลชีวิต
มันเก็บคำสั่งสำหรับเซลล์ และเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติประจำตัวและคุณลักษณะของสิ่งมีชีวิตนั้น
และเป็นเพราะดีเอ็นเอมีความเป็นได้อย่างเดียวสำหรับสัตว์ทุกตัว
มันแตกต่าง กันในสัตว์แต่ละตัว จึงทำให้มันมีคุณลักษณะต่างกันไปบ้าง
แต่ดีเอ็นเอที่หลากหลายมหาศาลเกิดขึ้นได้อย่างไร
ปัจจัยสำคัญอันหนึ่งคือ การผลิตลูกมากเกินความต้องการหรือจำเป็น
ในธรรมชาติเราสังเกตว่าสัตว์จะออกลูกมากกว่าที่จำเป็นสำหรับให้สปีชีส์นั้นอยู่รอดได้
และลูกเหล่านี้จะตายเมื่ออายุเยาว์ไว
หรือมีจำนวนมากกว่าที่สิ่งแวดล้มจะสนับสนุนได้
นี่เป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้เกิดความแตกต่างในแต่ละสปีชีส์
ยิ่งมีลูกมากเท่าใด ยิ่งมีความแตกต่างมากเท่านั้น
และนี่คือสิ่งที่ธรรมชาติต้องการ คือความแตกต่างเล็กๆ น้อยๆ มากๆ เท่าที่เป็นไปได้
สาเหตุที่ 2 ที่ทำให้เกิดความเป็นหนึ่งเดียวคือ heredity
หรือการถ่ายทอดทางพันธุกรรมนั่งเอง การถ่ายทอดทางพันธุกรรมหมายถึงการถ่ายทอด ดีเอ็นเอ ให้กับลูก
ปัจจัย 2 อย่างที่มาเกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้คือ
recombination and mutation (รีคอมบินเนชั่น และ การกลายพันธุ์)
รีคอมบินเนชัน เป็นการผสมผสานอย่างสุ่มของดีเอ็นเอของสัตว์ 2 ตัว
เมื่อสัตว์ 2 ตัวผสมพันธุ์กัน มันจะ รีคอมไบน (รวมตัวใหม่) ยีนของมัน 2 ครั้ง
ครั้งแรกจะต่างคนต่างทำกันเมื่อมันผลิตเซลล์สืบพันธุ์ คือตัวอสุจิหรือไข่
เซลล์สืบพันธุ์จะได้รับยีนครึ่งหนึ่ง และสลับมัน (เหมือนสับไผ้)
รีคอมบินเนชันครั้งที่ 2 จะเกิดเมื่อตัวผู้ผสมพันุ์กับตัวเมีย
พ่อแม่จะให้ 50% ของดีเอ็นเอของตนแก่ลูก เรียกได้ว่า ให้ 50% ของคุณสมบัติประจำตัวและคุณลักษณะที่ไม่ซ้ำใครให้แก่ลูก
ยีนเหล่านี้จะถูกผสมผสานและผลก็คือ ลูกเหล่านี้จะมีดีเอ็นเอที่เป็นการผสมผสานอย่างสุ่ม
และมีคุณสมบัติประจำตัวและคุณลักษณะ ของพ่อแม่ของมัน
ซึ่งทำให้ความแตกต่างหลากหลายในแต่ละสปีชีส์ยิ่งเพิ่มมากขึ้น
แต่การกลายพันธุ์ก็สำคัญไม่น้อยสำหรับการวิวัฒนาการ
การกลายพันธุ์ (mutation) คือการเปลี่ยนแปลงอย่างสุ่มในดีเอ็นเอ
Mutation จะเกิดขึ้นเมื่อส่วนใดส่วนหนึ่งของดีเอ็นเอถูกเปลี่ยนแปลง
การเปลี่ยนแปลงนี้อาจมีผลเสียและทำให้ป่วยหรือเป็นโรคก็ได้เช่นมะเร็ง
แต่มันอาจเป็นผลกลางหรือผลดีก็ได้ เช่นตาสีฟ้าในมนุษย์ เป็นต้น
ในทุกกรณี mutation ต้องมีผลต่อเซลล์สืบพันธุ์ นั่นคือ เซลล์สเปิร์มหรือไข่
เพราะดีเอ็นเอในเซลล์สืบพันธุ์เท่านั้นที่ถูกถ่ายทอดให้ลูก
นี่คือสาเหตุที่เราต้องปกปิดอวัยะสืบพันธุ์เมื่อมีการฉายเอ็กซเรย์ ส่วนอื่นของร่างกายจะไม่รับการเสี่ยงภัยแต่อย่างใด
สรุป ในกระบวนการถ่ายทอด สัตว์จะถ่ายทอดคุณลักษณะให้ลูกในรูปแบบดีเอ็นเอ
รีคอมบินเนชัน และการกลายพันธ์ทำการเปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอ ทำให้ลูกๆ แต่ละตัวไม่เหมือนกัน
และได้รับส่วนผสมอย่างสุ่มของคุณลักษณะของพ่อแม่
คำสำคัญที่นี่คือ
สุ่ม กระบวนการทั้งหมดนี้ขึ้นอยู่กับความบังเอิญ
รีคอมบินเนชัน และการกลายพันธุ์แบบสุ่มทำให้เกิดปัจเจกที่มีคุณสมบัติประจำตัวและคุณลักษณะผสมผสานกันอย่างสุ่ม
ซึ่งก็จะถูกผสมผสานอีกทีและถูกถ่ายทอดต่อไปอีก
แต่เราจะลงเอยว่ามันขึ้นอยู่กับความอังเอิญได้อย่างไร เมื่อสัตว์ทั้งหลายดูเหมือนว่าปรับตัวเข้าสิ่งแวดล้อมได้อย่างดี
เช่น ตั๊กแตนกิ่งไม้ นกฮัมมิงเบิร์ด และปลากบ (frogfish)
คำตอบอยู่ที่สองประเด็นที่กล่าวถึงแล้ว คือ การคัดเลือก (selection)
สัตว์แต่ละตัวจะอยู่ภายใต้กระบวนการคัดเลือกตามธรรมชาติ
ดังที่กล่าวมาแล้ว แต่ละบุคคลจะผิดเพี้ยนจากบุคคลอื่นเล็กน้อย
และในแต่ละสปีชีส์ก็มีความแตกต่างมากพอ
อิธิพลของสิ่งแวดล้อมก็มีผลต่อสิ่งมีชีวิต ปัจจัยการคัดเลือกเหล่านี้ คือ
ผู้ล่า ปรสิต สัตว์สปีชีส์เดียวกัน คุณลักษณะของถิ่นที่อยู่ และภูมิอากาศ
การคัดเลือกเป็นกฎเกณฑ์ที่สัตว์ทุกตัวต้องอยู่ภายใต้
สัตว์แต่ละตัวมีคุณสมบัติประจำตัวและคุณลักษณะต่างๆ ที่ไม่เหมือนใคร
คุณสมบัติประจำตัวและคุณลักษณะนี้ทำให้มันสามารถเอาตัวรอดได้หรือไม่ได้ในสภาพแวดล้อมต่างๆ
ตัวใดที่มีคุณสมบัติประจำตัวและคุณลักษณะที่ไม่เหมาะสมก็จะถูกคัดออกจากสิ่งแวดล้อม
พวกที่รอดได้ก็จะถ่ายทอดคุณสมบัติประจำตัวและคุณลักษณะที่เพิ่มสมรรถนะให้ลูก
เพราะเหตุนี้ความหลากหลายจึงสำคัญมาก
เพราะเหตุนี้สัตว์จึงพยายามมีลูกที่แตกต่างกันให้มากที่สุด
มันเป็นการรับประกันว่าลูกอย่างน้อย 1 ตัวจะผ่านการคัดเลือกธรรมชาติ ทำให้โอกาสรอดได้สูงขึ้น
ตัวอย่างที่ดีคือ นกฟินช์ที่อยู่บนเกาะเล็กๆห่างชายฝั่งอเมริกาใต้
มันเป็นสัตว์ที่มีชื่อเสียงมากที่สุดในโลกวิทยาศาสตร์ นกนี้เรียกว่า Darwin’s finches (นกฟินช์ของดาร์วิน) เป็นการให้เกียรติผู้ที่ค้นพบ
และนี่คือเรื่องของนกฟินช์พวกนี้
2-3 ร้อยปีมาแล้ว นกฟินช์ฝูงเล็กๆ ถูกลพายุพัดออกทะเลไปตกที่เกาะกาลาพากอส กลางมหาสมุทรปาซิฟิก
นกฟินช์พวกนี้พบสิ่งแวดล้อมใหม่ที่เป็นสวรรค์ของฟินช์
มันจึงแพร่พันธุ์อย่างรวดเร็วและเป็นจำนวนมาก ในไม่ช้าเกาะก็เต็มไปด้วยนกฟินช์
ซึ่งหมายความว่า อาหารก็ร่อยหรอ
สวรรค์ฟินช์ก็ถูกคุกคามโดยการอดตายและเพื่อนฟินช์ก็กลายเป็นฟินช์คู่แข่ง
ตอนนี้ละที่การคัดเลือก (selection) จะมาเกี่ยวข้อง
ความแตกต่างเล็กน้อย ในกรณีนี้คือจะงอย ที่แตกต่างกันเล็กน้อยทำให้นกเหล่านี้อยู่ได้โดยไม่ต้องแข่งขันกับฟินช์เพื่อนด้วยกัน
จะงอยของฟินช์บางตัวจะเหมาะสมสำหรับการขุดหาไส้เดือน
ตัวอื่นสามารถใช้จะงอยสำหรับการกะเทาะเปลือกเมล็ดต่างๆ
นกฟินช์เหล่านี้จึงหาช่องทางในระบบนิเวศน์ให้กับตนเองได้
ในช่องทางนี้มันปลอดภัยจากการเข็งขันสูง
มันเริ่มผสมพันธุ์กับฟินช์ที่ใช้ช่องทางระบบนิเวศน์เดียวกันเท่านั้น
ในหลายชั่วอายุของมัน คุณลักษณะพิเศษของมันก็จะเพิ่มสมรรถนะเรื่อยๆ
ซึ่งทำให้นกฟินช์สามารถทำประโยชน์กับช่องทางของมันได้อย่างสำเร็จ
ความแตกต่างระหว่างนกที่กินหนอนกับนกที่กินเมล็ดยิ่งห่างเหิญจนมันไม่สามารถผสมพันธุ์กันได้
จึงเกิดสปีชีสใหม่
ทุกวันนี้มีนกฟินช์14สปีชีส์บนเกาะกาลาพากอส
ซึ่งทั้งหมดเป็นลูกหลานนกฝูงเดิมที่ถูกพัดพาไปที่เกาะ
ทั้งหมดนี้คือ วิธีที่เกิดสปีชีส์ใหม่โดยการวิวัฒนาการ
ซึ่งอาศัยความแตกต่างของแต่ละบุคคลและการออกลูกหลานจำนวนมากเกินความจำเป็น
รีคอมบินเนชันและการกลายพันธุ์ ในการถ่ายทอดพันธุกรรม
และในการคัดเลือก โดยธรรมชาติ
ทำไมเรื่องนี้จึงสำคัญ
เพราะมันอธิบายว่าความหลากหลายของชีวิตเกิดขึ้นได้อย่างไร และทำไมสิ่งมีชีวิตจึงเหมาะกับสภาพแวดล้อมของมัน
แต่มันมีผลต่อเราส่วนตัวด้วย
เราทุกคนเป็นผลของการวิวัฒนาการ 3.5 พันล้านปี
ซึ่งรวมถึงคุณด้วย
บรรพบุรุษของคุณได้ต่อสู้และปรับตัวเพื่อให้อยู่รอดมาได้
ซึ่งความอยู่รอดนี้เป็นเรื่องที่ไม่แน่นอนมาก
อย่าลืมว่า 99% ของทุกสปีชีส์ที่เคยมีมาในโลกสูญพันธุหมดไปแล้ว
คุณก็อาจนับได้ว่าเป็น เรื่องที่สำเร็จก็ได้
พวกไดนาเสาได้สูญพันธุ์หมดไปแล้ว แต่คุณยังมีชีวิตอยู่
กำลังชมวีดีโอนี้
เพราะฉะนั้นคุณเป็นสิ่งพิเศษมาก
เช่นเดียวกับสัตว์อื่นที่มีชีวิตอยู่ในวันนี้
ไม่สามารถมีอะไรมาแทนได้และไม่เหมือนสิ่งใดอื่นในเอภพ