ه‍.ش. ۱۳۹۴ مهر ۸, چهارشنبه

فرگشت تولیدمثل

از: فرخ فرپژوه

فرگشت تولیدمثل

زیست‌شناسیتولیدمثل


فرگشت تولیدمثل

تولید مثل یکی از بنیادی‌ترین مفاهیم زیست‌شناسی است؛ که در زیست‌شناسی به‌معنای تولید یک نسخۀ مشابه و در نتیجه ادامه پیدا کردن حیات است. گرچه تولید مثل اغلب در راستای تولید اولاد در گیاهان و جانوران به‌کار می‌رود، ولی این مفهوم بنیادی‌تر از چیزی است که در نگاه اول به نظر می‌رسد. برای درک این موضوع باید به مبدا حیات برگشت.

یکی از نخستین ویژگی‌هایی که موجب پیدایش حیات شده بایستی توانایی یک‌سری واکنش‌های شیمیایی در زمین اولیه در تولید کپی از خودشان بوده باشد. تولید مثل در پایه‌ای‌ترین سطح در واقع بازتولید شیمیایی است. در طول فرگشت حیات، بایستی سلول‌هایی با سطح فزاینده‌ای از پیچیدگی پدید آمده باشند؛ و البته تولید چیزهایی مثل خودشان ضروری بوده است. بدیهی است که آن‌هایی که به هر دلیل قادر به تولید حداقل یک کپی موفق از خودشان نباشند ادامه نمی‌یابند. در ارگانیسم‌هایی (موجودات زنده) که تک‌سلولی هستند تولید مثل یعنی توانایی یک سلول در بازتولید یک سلول جدید از خودش، ولی در ارگانیسم‌های چندسلولی به‌معنی رشد و باززایی است.

یک راه هر ارگانیسم برای تولیدمثل این است که یک کپی همانند خودش بسازد. ارگانیسم‌هایی که به این شکل تولید مثل غیرجنسی دارند قادرند با سرعت و به سادگی تکثیر شوند.

تولید مثل جنسی، در آن‌سو، بسیار پیچیده و بغرنج است. نه تنها یک ارگانیسم باید اسپرم یا تخمک تولید کند، بلکه او باید هم‌چنین یک فرد از جنس مخالف پیدا کند و معیارهای انتخاب شریک را برآورده کند و سپس با موفقیت جفت‌گیری کند. پس از همۀ این‌ها، ارگانیسم فقط نیمی از ترکیب ژنتیکی‌اش را به فرزند منتقل می‌کند.

پس از پذیرش گستردۀ نظریه فرگشت، دانشمندان شروع به پرسش کردند. اگر تولید مثل جنسی این اندازه بغرنج و از لحاظ زیست‌شناسی پرخرج است، پس چرا این‌قدر رواج دارد؟

تولید مثل جنسی هرگز شروع به رشد و تکامل نمی‌کرد، و هرگز به این رشد و تکامل تا رسیدن به این درجه از پیچیدگی که امروزه در بسیاری از حیوانات و گیاهان وجود دارد، ادامه نمی‌یافت، مگر اینکه فواید فرگشتی قابل توجهی در اختیار بگذارد.

اینکه این فواید چه می‌توانند باشند، به هر روی، همچنان موضوع گفتگوهای مجامع علمی است. نظریه‌ها در مورد فرگشت جنسیت باید توسط آزمون‌های تجربی بسیار مشکل اثبات شوند، پس درهای پاسخ به این موضوع هم‌چنان به روی گمانه‌زنی‌ها باز است.


بازترکیبی ژنتیکی

مشهورترین نظریه در میان زیست‌شناسان این است که، تولید مثل جنسی اجازۀ «بازترکیبی ژنتیکی» را می‌دهد. به عبارت دیگر :

  • جهش‌های موفق و سودمند از نسل‌های مستقل می‌توانند با هم ترکیب شوند

  • جهش‌های موفق و سودمند می‌توانند از جهش‌های مضر جدا شوند.

  • ویژگی‌های ژنتیکی ناموفق می‌توانند به سادگی از یک جمعیت موجود حذف شوند.

بدون تولید مثل جنسی، انتخاب طبیعی روی کل آرایش ژنتیکی یک ارگانیسم عمل می‌کند، ولی با وجود تولید مثل جنسی، انتخاب طبیعی بر روی صفات ژنتیکی فرد عمل می‌کند.

با تولید مثل جنسی، شمار کمتری از فرزندان بهترین صفات ژنتیکی را از هر دوی پدر و مادر دریافت می‌کنند. هر چند به‌نظر می‌رسد انتخاب طبیعی در حذف تغییراتِ کمتر موفق بسیار موثر است، به‌ویژه در شرایط طاقت‌فرسای وحشی و جنگلی، جاییکه تنها جزئی از فرزندان به سن تولید مثل می‌رسند.


افزایش آهنگ و نرخ فرگشت

تولید مثل جنسی عموماً به ارگانیسم‌ها کمک می‌کند که سریعتر فرگشت یابند، زیرا آن‌ها می‌توانند با سرعت بیشتری به تغییرات شرایط سازگار شوند و در رقابت با تغییرات موفق‌تر باشند.

سرعت رشد هر ارگانیسم وابسته به نرخ جهش‌های آن است. به هر حال، بیشتر جهش‌ها مضر هستند. بسیار به‌ندرت جهشی اتفاق می‌افتد که برای بقای فرزند و تولید مثل او بیش از پدر و مادرش سودمند و موفقیت‌آمیز باشد.

با تولید مثل غیرجنسی، احتمال این‌که جهش‌های مضر انباشته شوند بیشتر است. بنابراین در تولید مثل غیرجنسی، انتخاب طبیعی عموماً کمترین نرخ جهش را موجب می‌شود.

در سوی دیگر، با تولید مثل جنسی، جهش‌های سودمند می‌توانند از جهش‌های مضر جدا شوند، و بنابراین دستگاه‌های تناسلی ارگانیسم‌های دارای تولید مثل جنسی می‌توانند برای حفظ نرخ بالای جهش رشد و نمو کنند.

جمعیت‌های بزرگ‌تر شانس بیشتری برای ظاهر شدن جهش‌های سودمند دارند، ولی برای ارگانیسم‌های تولید مثل غیرجنسی، زمان قابل توجهی نیاز است تا اینکه جمعیت تغییرپذیر به اندازۀ کافی رشد کند و شانسی برای ظاهر شدن دومین جهش سودمند به‌وجود آید.

تولید مثل جنسی این محدودیت سرعت را به‌وسیلۀ اجازه دادن به جهش‌های سودمند برای منتشر شدن در جمعیت موجود برای ترکیب شدن با دیگر جهش‌های سودمند می‌دهد، و این کار، آهنگ فرگشت را بسیار افزایش می‌دهد.

محتمل است که بدون تولید مثل جنسی، همۀ جهش‌های مفید برای متراکم شدن روی یک نسل آنقدر زمان صرف می‌شد، و آهنگ فرگشت آنقدر آرام بود که زندگی روی زمین فراتر از شکل باکتریایی نمی‌بود.


فرگشت جنسیت

هر چند باکتری‌ها به سادگی با دونیم‌شدن تکثیر می‌شوند، آن‌ها اغلب مواد ژنتیکی را هم مبادله می‌کنند. معمولاً توسط آزاد کردن بخش‌های کوچکی به‌نام پلاسمید که می‌توانند توسط باکتری مجاور جذب شوند این کار انجام می‌شود. در این مسیر، جهش‌های سودمند تقسیم می‌شوند. این می‌تواند احتمالاً به‌عنوان پیش‌درآمد جنسیت در نظر گرفته شود

پس از ظهور گیاهان و حیوانات در اقیانوس‌ها در ۶۰۰ میلیون سال پیش، تنها راه عملی برای این چندسلولی‌های آبزی جدید برای تولید مثل، آزاد کردن دانه‌ها و تخم‌ها بود. سلول‌هایی که شروع به تقسیم شدن کردند، به‌هم چسبیدند، و هر بار که تقسیم می‌شدند تغییر می‌کردند، تا اینکه در آخر یک بالغ جدید تشکیل می‌دادند.

تنها زمان عملی برای پذیرش بالقوۀ مواد ژنتیکی خارجی سودمند پیش از شروع رشد تخم‌ها و دانه‌ها بود. بسیاری از گیاهان و حیوانات دریایی امروزه گرده یا اسپرم در داخل آب آزاد می‌کنند تا توسط دانه‌ها و تخم‌های نزدیک که تا زمانی‌که آن‌ها بارور نشوند شروع به رشد نخواهند کرد، جذب شوند.

هنگامی‌که گیاهان به‌روی زمین رفتند، گرده‌های آن‌ها یا توسط باد حمل می‌شد و یا مستقیماً توسط حشرات به تخم‌ها می‌رسید. در مورد اغلب حیوانات زمینی و بسیاری از حیوانات دریایی، اسپرم به‌طور بسیار کارآمدی با وارد کردن آن درون حفره‌ای در بدن که حاوی تخمک‌هاست، تحویل داده می‌شود.

فرگشت عموماً طرفدار هر جهشی است که محرک پیدا کردن شریک جنسی را افزایش دهد. در حالی‌که موجودات ساده مانند حشرات از الگوهای رفتاری برنامه‌ریزی شده پیروی می‌کنند، حیوانات پیچیده‌تر مانند پستانداران دارای عصب‌های حساس در اندام‌های تناسلی خود هستند که مرکز لذت قدرتمندی را در مغزشان تحریک می‌کند.


نظریه‌های دیگر

یکی از معروف‌ترین نظریه‌های جایگزین برای فرگشت جنسیت این ایده است که می‌گوید تولید مثل جنسی گوناگونی ژنتیکی گسترده‌تری به‌وجود می‌آورد. این مورد به‌ویژه در محیط‌هایی که به‌سرعت تغییر می‌کنند اهمیت دارد، جایی‌که برخی از تغییرات ممکن است به‌خاطر شرایط جدید از بین بروند در حالی‌که دیگر تغییرات ممکن است برای بقای جاندار مناسب‌تر باشند.

شاید متعارف‌ترین شکل این نظریه‌ها فرضیۀ ملکه قرمز (Red Queen) باشد که می‌گوید تغییرات ژنتیکی بزرگتر به گونه‌های تولید مثلی جنسی مقاومت بهتری در برابر بیماری‌ها و انگل‌هایی که سرعت سازگاری زیادی دارند می‌دهد.

مشکل این نظریه‌ها این است که ارتباط و پیوند میان تولید مثل جنسی و گوناگونی ژنتیکی بسیار کم است، زیرا گوناگونی و تنوع یک جمعیت می‌تواند وابسته به آهنگ جهش‌ها باشد و نه شیوۀ تولید مثل. برای یک آهنگ جهش معین، تولید مثل جنسی ممکن است تنوع جمعیت را به دلیل همگرا شدن رفتارهای ژنتیکی سودمندتر کاهش دهد. تنها دلیل این‌که چرا تنوع یک جمعیت غیرجنسی کمتر است این است که فرگشت کسانی که کمترین آهنگ جهش را داشته باشند انتخاب می‌کند به این منظور که انباشت جهش‌های مضر را کاهش دهد.

یکی از جنجالی‌ترین نظریه‌های آلترناتیو این ایده است که می‌گوید مردها اساساً انگل هستند. تولید مثل جنسی زمانی آغاز می‌شود که برخی اندام‌های انگلی به مانند ویروس شروع به تزریق مواد ژنتیکی خود به درون بدن یک میزبان بی‌اطلاع به‌منظور استفاده از دستگاه تولیدمثل او می‌کنند. در سراسر مسیر تاریخ فرگشت، انگل‌ها یک همزیستیِ با هم‌فرگشت را با میزبان‌های خود به‌وجود می‌آورند که به‌دلیل مواد ژنتیکی تقسیم شده و فواید تولید مثل جنسی می‌باشد. از این لحاظ، ممکن است مردها شبیه میزبان‌های مولدی‌شان باشند ولی آن‌ها هم‌چنان اصولاً انگل هستند.

نظریه‌های دیگری در مورد فرگشت تولید مثل جنسی وجود دارد، ولی بیشتر نظریه‌های دیگر معمولاً یا بیان دیگری از نظریه‌های منتشر شده هستند و یا به سادگی قابل رد کردن می‌باشند.


[] يادداشت‌ها




[] پی‌نوشت‌ها

فرخ فرپژوه، فرگشت تولیدمثل، وبلاگ آگاهی


[] جُستارهای وابسته






[] سرچشمه‌ها

برگرفته از وبلاگ: آگاهی