ลองนึกภาพรูปถ่ายของปู่ย่าตายายปู่ย่าตายายและพ่อแม่ของคุณอยู่เคียงข้างกัน คุณจะเห็นความคล้ายคลึง แต่แต่ละรุ่นจะดูแตกต่างจากรุ่นก่อน
นี่คือกระบวนการวิวัฒนาการในรูปแบบที่ง่ายที่สุด: การสืบเชื้อสายมาพร้อมกับการดัดแปลง
ตลอดหลายชั่วอายุคน การปรับเปลี่ยนจำนวนมหาศาลก็เป็นไปได้ นี่คือที่มาของความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตบนโลก
อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้ได้รับการเข้าใจผิดมานานแล้วว่าเป็นเส้นทางที่นำไปสู่สิ่งมีชีวิตที่ "สูงกว่า" หรือ "ดีกว่า" ในทิศทางเดียว ตัวอย่างเช่น ภาพประกอบ Time-Life อันโด่งดังของ Rudolph Zallinger ในปี 1965 "ถนนสู่เป็นคนฉลาด" แสดงให้เห็นว่ามนุษย์มีวิวัฒนาการเป็นขั้นเป็นตอนตั้งแต่บรรพบุรุษคล้ายลิงไปจนถึงมนุษย์สมัยใหม่
ทฤษฎีบรรพชีวินวิทยายุคแรกเกี่ยวกับชีวิตโบราณได้ขยายมุมมองนี้ไปไกลกว่ามนุษย์ สนับสนุนแนวคิดนี้orthogenesis หรือ "วิวัฒนาการที่ก้าวหน้า"” ซึ่งเชื้อสายแต่ละรุ่นได้ก้าวไปสู่รูปแบบที่ซับซ้อนหรือปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้น
แต่วิวัฒนาการไม่มีเส้นชัย ไม่มีเป้าหมายสุดท้าย ไม่มีสถานะสุดท้าย สิ่งมีชีวิตวิวัฒนาการโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติกระทำในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาที่เฉพาะเจาะจง หรือเพียงแค่ล่องลอยไปโดยไม่มีการเลือกทิศทางที่ชัดเจน
ในการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ที่ฉันดำเนินการด้วยมาคาเลห์ สมิธจากนั้นเป็นนักศึกษาฝึกงานด้านการวิจัยระดับปริญญาตรีที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ซึ่งได้รับการสนับสนุนทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ เราพยายามที่จะศึกษาว่าแบบจำลองทางเดียวของวิวัฒนาการการสืบพันธุ์ถือเป็นจริงในพืชหรือไม่
ในทางตรงกันข้าม เราพบว่าในเฟิร์นหลายประเภท ซึ่งเป็นหนึ่งในกลุ่มพืชที่เก่าแก่ที่สุดในโลก มีวิวัฒนาการของกลยุทธ์การสืบพันธุ์เคยเป็นถนนสองทางโดยบางครั้งพืชก็พัฒนา "ถอยหลัง" ไปเป็นรูปแบบที่พิเศษน้อยกว่า
เส้นทางวิวัฒนาการไม่เป็นเส้นตรง
ความกดดันในการคัดเลือกอาจเปลี่ยนแปลงไปตามจังหวะการเต้นของหัวใจและควบคุมวิวัฒนาการไปในทิศทางที่ไม่คาดคิด
เอาและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เป็นต้น เป็นเวลากว่า 150 ล้านปีที่ไดโนเสาร์กดดันการคัดเลือกสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในยุคจูราสสิกอย่างมาก ซึ่งจะต้องมีขนาดเล็กและอาศัยอยู่ใต้ดินเพื่อหลีกเลี่ยงการถูกล่าจนสูญพันธุ์
ต่อมาเมื่อประมาณ 66 ล้านปีก่อนนั้นดาวเคราะห์น้อยชิคซูลุบกวาดล้างไดโนเสาร์โนเวียส่วนใหญ่ออกไป ทันใดนั้น สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กก็โล่งใจจากแรงกดดันในการคัดเลือกสัตว์นักล่าที่รุนแรง และสามารถอาศัยอยู่เหนือพื้นดินได้ในที่สุดพัฒนาไปสู่รูปแบบที่ใหญ่ขึ้นรวมถึงมนุษย์ด้วย
ในขณะที่กฎของดอลโลได้รับการวิพากษ์วิจารณ์และแนวคิดดั้งเดิมของมันก็ค่อยๆ จางหายไปจากวาทกรรมที่ได้รับความนิยม มุมมองนี้ยังคงมีอิทธิพลต่อแง่มุมต่างๆ ของชีววิทยาในปัจจุบัน
พืชพรรณและความก้าวหน้า
พิพิธภัณฑ์มักพรรณนาถึงวิวัฒนาการของสัตว์เช่นความก้าวหน้าแบบเส้นตรงไปสู่ขั้นที่สูงขึ้นแต่พวกเขาไม่ได้เป็นเพียงแหล่งเดียวของการเล่าเรื่องนี้ นอกจากนี้ยังปรากฏอยู่ในการสอนเกี่ยวกับวิวัฒนาการของการสืบพันธุ์ของพืชด้วย
พืชที่มีท่อลำเลียงในยุคแรกๆ ซึ่งมีเนื้อเยื่อที่สามารถเคลื่อนย้ายน้ำและแร่ธาตุไปทั่วพืชนั้นมีโครงสร้างคล้ายก้านไม่มีใบ เรียกว่า เทโลเมสโดยมีแคปซูลอยู่ที่ปลายเรียกว่าสปอร์รังเจียซึ่งผลิตสปอร์
เทโลมทำหน้าที่ใหญ่ของพืชทั้งสอง นั่นคือ เปลี่ยนแสงแดดให้เป็นพลังงานผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง และปล่อยสปอร์เพื่อสร้างพืชชนิดใหม่
บันทึกฟอสซิลแสดงให้เห็นว่าเมื่อเวลาผ่านไป พืชได้พัฒนาโครงสร้างพิเศษมากขึ้น ซึ่งแบ่งหน้าที่การสืบพันธุ์และการสังเคราะห์แสงเหล่านี้
เคลื่อนผ่านเชื้อสายพืชจากไลโคไฟต์ที่มีสปอร์ตั้งแต่เฟิร์นไปจนถึงไม้ดอก การสืบพันธุ์มีความพิเศษมากขึ้นเรื่อยๆ แท้จริงแล้ว ดอกไม้มักถูกมองว่าเป็นเป้าหมายสุดท้ายของวิวัฒนาการทางพฤกษศาสตร์
ทั่วทั้งอาณาจักรพืช เมื่อสายพันธุ์ต่างๆ พัฒนาโครงสร้างการสืบพันธุ์ เช่น เมล็ด กรวย และดอกไม้ พวกมันไม่ได้กลับไปสู่รูปแบบที่เรียบง่ายกว่าและไม่แตกต่าง รูปแบบนี้รองรับความซับซ้อนของการสืบพันธุ์ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่เฟิร์นก็เป็นข้อยกเว้นที่สำคัญ
พัฒนาแต่ไม่ได้ก้าวหน้าเสมอไป
เฟิร์นมีกลยุทธ์การสืบพันธุ์ที่หลากหลาย สปีชีส์ส่วนใหญ่รวมการพัฒนาสปอร์และการสังเคราะห์ด้วยแสงไว้ในใบเดี่ยว - กลยุทธ์ที่เรียกว่า monomorphism ฟังก์ชันอื่นๆ แยกฟังก์ชันเหล่านี้เพื่อให้มีใบประเภทหนึ่งสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง และอีกประเภทหนึ่งสำหรับการสืบพันธุ์ - กลยุทธ์ที่เรียกว่าพฟิมอร์ฟิซึม
หากรูปแบบของความเชี่ยวชาญเฉพาะทางที่เห็นได้ทั่วไปทั่วทั้งพืชนั้นเป็นสากล เราก็คาดหวังว่าเมื่อเชื้อสายของเฟิร์นพัฒนาพฟิมอร์ฟิซึ่ม มันก็ไม่สามารถเปลี่ยนวิถีและกลับไปสู่โมโนมอร์ฟิซึมได้ อย่างไรก็ตาม ด้วยการใช้คอลเลกชันประวัติศาสตร์ธรรมชาติและอัลกอริธึมในการประมาณวิวัฒนาการของเฟิร์น ฉันและสมิธพบข้อยกเว้นสำหรับรูปแบบนี้
ภายในครอบครัวที่เรียกว่าเฟิร์นโซ่ (Blechnaceae)เราพบหลายกรณีที่พืชมีการพัฒนาพฟิสซึ่มที่มีความเชี่ยวชาญสูง แต่จากนั้นก็เปลี่ยนกลับเป็นรูปแบบทั่วไปของโมโนมอร์ฟิซึม
การขาดเมล็ดทำให้เฟิร์นมีความยืดหยุ่น
เหตุใดเฟิร์นจึงมีกลยุทธ์การสืบพันธุ์ที่ยืดหยุ่นเช่นนี้ คำตอบอยู่ที่สิ่งที่พวกเขาขาด: เมล็ด ดอกไม้ และผลไม้ สิ่งนี้ทำให้พวกมันแตกต่างจากพืชเมล็ดมากกว่า 350,000 สายพันธุ์ที่อาศัยอยู่บนโลกทุกวันนี้
ลองนึกภาพการนำใบเฟิร์นที่อุดมสมบูรณ์มาย่อขนาดลงแล้วห่อให้เป็นเม็ดเล็ก ๆ ให้แน่น โดยพื้นฐานแล้วนั่นคือสิ่งที่เมล็ดที่ไม่ได้รับการผสมพันธุ์ – ใบเฟิร์นไดมอร์ฟิกที่ได้รับการดัดแปลงอย่างมากในแคปซูล
เมล็ดพืชเป็นเพียงโครงสร้างที่มีความเชี่ยวชาญสูงเพียงโครงสร้างเดียวในชุดลักษณะการสืบพันธุ์ โดยแต่ละอาคารอยู่หลังสุด ทำให้เกิดรูปแบบเฉพาะเจาะจงจนแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะกลับด้าน แต่เนื่องจากเฟิร์นที่มีชีวิตไม่มีเมล็ด พวกมันจึงสามารถปรับเปลี่ยนตำแหน่งที่จะวางโครงสร้างการสร้างสปอร์บนใบได้
การค้นพบของเราชี้ให้เห็นว่าความเชี่ยวชาญด้านการสืบพันธุ์ในพืชบางชนิดไม่สามารถย้อนกลับได้ แต่อาจขึ้นอยู่กับจำนวนโรงงานเฉพาะทางที่ได้รับมาเมื่อเวลาผ่านไป
ในโลกที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในปัจจุบัน การรู้ว่าสิ่งมีชีวิตหรือลักษณะใด "ถูกกักขัง" อาจมีความสำคัญในการทำนายว่าสายพันธุ์ต่างๆ ตอบสนองต่อความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมใหม่ๆ และการเปลี่ยนแปลงที่อยู่อาศัยของมนุษย์อย่างไร
สิ่งมีชีวิตที่พัฒนาไปตามเส้นทาง "ทางเดียว" อาจขาดความยืดหยุ่นในการตอบสนองต่อแรงกดดันในการคัดเลือกใหม่ในลักษณะเฉพาะ และต้องคิดหากลยุทธ์ใหม่ที่จะเปลี่ยนแปลง ในเชื้อสาย เช่น เฟิร์น สปีชีส์อาจรักษาความสามารถในการ "พัฒนาถอยหลัง" ไว้ได้ แม้ว่าจะเชี่ยวชาญแล้วก็ตาม
ท้ายที่สุดแล้ว การศึกษาของเราเน้นย้ำบทเรียนพื้นฐานทางชีววิทยาวิวัฒนาการ:ไม่มีทิศทางที่ "ถูกต้อง" ในวิวัฒนาการไม่มีการก้าวไปสู่เป้าหมายสุดท้าย
เส้นทางวิวัฒนาการเป็นเหมือนใยที่พันกัน โดยมีบางกิ่งแยกออก บางกิ่งมาบรรจบกัน และบางกิ่งก็วนกลับมาหาตัวเอง
เจค็อบ เอส. สวิตเซอร์แลนด์, ผู้ช่วยศาสตราจารย์สาขาวิชาชีววิทยาวิวัฒนาการพืช,มหาวิทยาลัยเทนเนสซี
บทความนี้เผยแพร่ซ้ำจากการสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-
