ความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุด: อะไรคือวิวัฒนาการที่ขับเคลื่อน?

หมายเหตุบรรณาธิการ: เราถามนักวิทยาศาสตร์หลายคนจากสาขาต่าง ๆ สิ่งที่พวกเขาคิดว่าเป็นความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในวันนี้และจากนั้นเราก็เพิ่มบางอย่างที่อยู่ในใจของเราเช่นกัน บทความนี้เป็นหนึ่งใน 15 ในซีรีส์ "Mysteries ที่ยิ่งใหญ่ที่สุด" ของ Livescience ที่ทำงานในแต่ละวันธรรมดา

ตั้งแต่จุดผีเสื้อที่แปลกประหลาดไปจนถึงจิ้งจกสีรุ้งไปจนถึงการดัดแปลงที่อนุญาตให้กระรอกและงูไปที่ "บิน" นวัตกรรมทางกายภาพในโลกธรรมชาติสามารถเหลือเชื่อ

การคัดเลือกโดยธรรมชาติได้รับการยอมรับจากนักวิทยาศาสตร์ว่าเป็นเครื่องยนต์หลักที่ขับเคลื่อนสิ่งมีชีวิตและคุณสมบัติที่ซับซ้อน แต่วิวัฒนาการผ่านการคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นคำอธิบายเดียวสำหรับสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนหรือไม่?

"ฉันคิดว่าหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในชีววิทยาในขณะนี้คือการเลือกธรรมชาติเป็นกระบวนการเดียวที่สามารถสร้างความซับซ้อนของสิ่งมีชีวิตได้หรือไม่

ยีนที่ยืดหยุ่น

นักวิทยาศาสตร์บางคนกำลังเสนอเพิ่มเติมให้กับไฟล์รายชื่อกองกำลังวิวัฒนาการ-

"ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาหรือสองปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์เริ่มสงสัยว่ามีคุณสมบัติอื่น ๆ ของระบบที่ซับซ้อน (เช่นสิ่งมีชีวิต) ที่อาจช่วยร่วมกับการคัดเลือกโดยธรรมชาติอธิบายว่าสิ่งต่าง ๆ เช่นดวงตา, ​​แบคทีเรีย flagella, ปีกและเปลือกเต่าLiveScience-

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกที่ส่งตรงไปยังกล่องจดหมายของคุณ

แนวคิดหนึ่งคือสิ่งมีชีวิตมีความยืดหยุ่นในการเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพหรืออื่น ๆ ในระหว่างการพัฒนาเพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมปรากฏการณ์ที่เรียกว่าฟีโนไทป์พลาสติก

การเปลี่ยนแปลงโดยทั่วไปจะไม่ปรากฏในยีน ตัวอย่างเช่นในผึ้งสังคมทั้งคนงานและยามมีจีโนมเดียวกัน แต่ยีนที่แตกต่างกันได้รับการเปิดใช้งานเพื่อให้พวกเขามีพฤติกรรมและสิ่งที่ปรากฏที่แตกต่างกัน ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมเช่นอุณหภูมิและอาหารตัวอ่อนกิจกรรมทางพันธุกรรมที่รวดเร็วซึ่งจบลงด้วยการหล่อผึ้งหนึ่งคนและอีกคนหนึ่ง

หากเป็นประโยชน์ความยืดหยุ่นนี้สามารถส่งต่อไปยังลูกหลานได้และสามารถนำไปสู่วิวัฒนาการของคุณสมบัติใหม่ในสปีชีส์ “ พลาสติกนี้เป็นสิ่งที่สืบทอดได้และการคัดเลือกโดยธรรมชาติสามารถสนับสนุนความเป็นพลาสติกชนิดต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับช่วงของสภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตเผชิญอยู่” Pigliucci กล่าว

ทำเพื่อสั่งซื้อ

การจัดระเบียบตนเองเป็นอีกหนึ่งพลังวิวัฒนาการที่ผู้เชี่ยวชาญบางคนบอกว่าคุณมีคุณสมบัติหรือพฤติกรรมที่ซับซ้อนในเรื่องการใช้ชีวิตและไม่มีชีวิตและลักษณะเหล่านี้จะถูกส่งต่อไปยังลูกหลานผ่านรุ่น

“ ตัวอย่างคลาสสิกนอกชีววิทยาคือพายุเฮอริเคน: สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่การเคลื่อนไหวของอากาศแบบสุ่มเลย แต่โครงสร้างบรรยากาศที่มีการจัดระเบียบสูงซึ่งเกิดขึ้นเองตามสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม” Pigliucci กล่าว "มีหลักฐานเพิ่มขึ้นว่าสิ่งมีชีวิตสร้างความซับซ้อนบางอย่างในระหว่างการพัฒนาในลักษณะที่คล้ายคลึงกัน"

ภาพประกอบทางชีวภาพของการจัดระเบียบตนเองคือการพับโปรตีน สร้อยคอที่มีความยาวของกรดอะมิโนโค้งงอบิดและพับเป็นโปรตีนสามมิติซึ่งรูปร่างกำหนดฟังก์ชั่นของโปรตีน โปรตีนที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนเพียง 100 ตัวสามารถใช้รูปทรงที่ไม่มีที่สิ้นสุด (พันล้านต่อพันล้าน) ในขณะที่การเปลี่ยนรูปร่างนี้ใช้เวลาในการสั่งไม่กี่วินาทีถึงนาทีในธรรมชาติคอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดไม่มีกล้ามเนื้อ แต่ยังดึงความสามารถออกมา

กลไกที่ก่อให้เกิดรูปแบบสุดท้ายอาจเป็นสัญญาณเคมีเช่น

นวนิยายในธรรมชาติ

สภาพแวดล้อมยังสามารถผลักดันการเปลี่ยนแปลงในลักษณะที่ปรากฏหรือฟีโนไทป์ของสัตว์ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่นักชีววิทยาหลายคนสนใจ

ตัวอย่างเช่นฌอนคาร์โรลนักชีววิทยาโมเลกุลที่มหาวิทยาลัยวิสคอนซินแมดิสันค้นพบผีเสื้อในแอฟริกาตะวันออกมีสีที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับเมื่อพวกเขาฟัก ผู้ที่ฟักออกมาในช่วงฤดูฝนก็เกิดขึ้นด้วยตาสีสดใสในขณะที่ญาติในฤดูแล้งของพวกเขาสวมเสื้อโค้ทที่เป็นกลาง

ชีววิทยามีความเข้าใจที่ดีว่าสัตว์พัฒนาจากไข่ที่ปฏิสนธิไปจนถึงสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นอย่างเต็มที่

“ เราไม่เข้าใจว่า…สภาพแวดล้อมและ [พิมพ์เขียวทางพันธุกรรม] มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างการพัฒนา” Theunis Piersma จากศูนย์การศึกษาเชิงนิเวศวิทยาและวิวัฒนาการของมหาวิทยาลัย Groningen ในเนเธอร์แลนด์กล่าว

งานวิจัยของ Piersma เกี่ยวกับ Shorebirds ที่เรียกว่าปมแดงได้เปิดเผยว่านกสามารถแปรเปลี่ยนฟีโนไทป์ของพวกเขาขึ้นอยู่กับเส้นทางการย้ายถิ่นของพวกเขา

เมื่อนำเข้าสู่การถูกจองจำและอยู่ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิที่เย็นกว่ากล้ามเนื้อและอวัยวะการบินของ Shorebirds จะลดลงเพื่อลดการสูญเสียความร้อน นกส่งต่อไปยังลูกหลานความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้

ดังนั้นความลึกลับจึงเริ่มชัดเจนว่าสายพันธุ์ที่หลากหลายมีคุณสมบัติมากมายวิวัฒนาการ- สนามซึ่งเคยพึ่งพาในอดีตส่วนใหญ่ในบันทึกฟอสซิลได้รับการส่งเสริมด้วยการพัฒนาเทคนิคทางพันธุกรรมและการบูรณาการของภาควิทยาศาสตร์ที่หลากหลายการเชื่อมต่อพันธุศาสตร์ชีววิทยานิเวศวิทยาและวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์กำลังส่องแสงเกี่ยวกับกลไกธรรมชาติที่ทำงานเพื่อสร้างสปีชีส์ แต่คำถามมากมายในสนามกำลังต้มบนบัลลังก์ห้องปฏิบัติการ และคำถามดั้งเดิมที่ตรวจสอบโดย Charles Darwin - กลไกที่ทำให้สายพันธุ์ใหม่มีวิวัฒนาการ - ยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างเต็มที่ และคำถามที่เกี่ยวข้องอีกอย่างหนึ่งคือเหตุการณ์ที่มีโอกาสสำคัญเมื่อเทียบกับการคัดเลือกโดยธรรมชาติเพื่อสร้างสิ่งมีชีวิต?

• อีกเรื่องลึกลับที่ยิ่งใหญ่: ทำไมเราถึงปรารถนาสิ่งต่าง ๆ ?
• แกลเลอรี่ภาพ: ดาร์วินบนจอแสดงผล
• ความลึกลับเล็ก ๆ น้อย ๆ ของชีวิต