شانس و فرآیند انتخاب طبیعی

یکی از مفاهیم مهم و کلیدی که همچنان زیست شناسان یک نظر واحد و عمومی در مورد آن نداشته و اختلاف نظرهای وسیع پیرامون آن وجود دارد نقش شانس یا احتمال در فرآیند انتخاب طبیعی است.

خبرگزاری مهر، گروه دین و اندیشه - سید مهدی دزفولی: زیست شناسی تکاملی دارای مفاهیم بنیادین و کلیدی است که در عین گستردگی اما با این حال با مناقشات و اختلاف نظرات فراوانی مواجه می باشد. یکی از این مفاهیم مهم و کلیدی که همچنان زیست شناسان یک نظر واحد و عمومی در مورد آن نداشته و همچنان اختلاف نظرهای وسیع پیرامون آن وجود دارد نقش شانس (Chance) یا احتمال در فرآیند انتخاب طبیعی (Natural Selection) است.

برای بررسی بهتر این موضوع در این یادداشت، ابتدا تلاش می شود به چند تعریف کلی در زیست شناسی تکاملی همانند مفهوم رانش ژنتیکی بپردازیم و بعد وارد موضوع اصلی شویم.

رانش ژنتیکی چیست؟

رانش ژنتیکی یا رانش اللی تغییرات ایجاد شده در بسامد نسبی اشکال مختلف یک ژن (الل) در یک جمعیت، بواسطه بخت و شانس و نمونه گیری تصادفی است. الل‌های فرزندان، نمونه تصادفی الل‌های والدین آن هاست. بخت و شانس می‌تواند در بقای افراد و تولید مثل آن‌ها نقش داشته باشد. رانش ژنتیکی یک فرایند مهم فرگشتی است و با گذشت زمان توان تغییر بسامد اللی را دارد. بسامد اللی کسری از تعداد کل نمونه‌های ژن در یک جمعیت است که در یک ویژگی خاص مشترک هستند. رانش ژنتیکی می‌تواند به از میان رفتن برخی الل‌های ژن منجر شود و از این راه توان کاهش تنوع ژنتیکی را دارد. بر خلاف انتخاب طبیعی، تغییرات ایجاد شده بوسیله رانش ژنتیکی در اثر نقش عوامل زیست محیطی و فشارهای سازگاری نیست.

تغییرات ایجاد شده بوسیله رانش ژنتیکی می‌توانند برای زاد و ولد جاندار سودمند، بی اثر و یا زیان بار باشند. اثر رانش ژنتیکی در جمعیت‌های کوچک بیشتر است. هر چه جمعیت بزرگتر باشد این فرایند کمتر خود را نشان می‌دهد. دانشمندان در مورد اهمیت نقش رانش ژنتیکی در مقایسه با انتخاب طبیعی نظرات بسیار متفاوتی دارند. برای چندین دهه نظرات رانلد فیشرکه معتقد به نقش بسیار محدود رانش ژنتیکی در فرایند فرگشت بود، دیدگاه غالب در این زمینه به شمار می‌رفت. موتو کی مورا در سال ۱۹۶۸ با نظریه بی طرفی فرگشت مولکولی جانی تازه به گفتگوهای مربوط به رانش ژنتیکی بخشید. این نظریه اظهار می‌دارد که بسیاری از تغییرات موجود در مواد ژنتیکی، در اثر رانش ژنتیکی ایجاد گردیده‌اند.

رانش و تثبیت

نمونه گیری تصادفی سبب ایجاد الل‌های جدید در یک جمعیت نخواهد شد ولی می‌تواند سبب ناپدید شدن الل‌های موجود در یک جمعیت گردد. از آن جهت که نمونه گیری تصادفی سبب تغییر بسامد الل‌های نسل بعدی می‌شود این فرایند می‌تواند در طول زمان جمعیت را به سوی یکسانی ژنتیکی براند. هنگامی که بسامد یک الل به ۱ برسد (۱۰۰٪) می‌توان گفت که آن الل در آن جمعیت تثبیت شده‌است. از سوی دیگر هنگامی که فراوانی یک الل به ۰ برسد(۰٪) این حالت نشانگر از میان رفتن آن الل در جمعیت است. رانش ژنتیکی با تثبیت الل به ایستایی می‌رسد و بسامد الل پس از آن تغییر نخواهد کرد. معرفی الل‌های جدید بواسطه جریان ژن و جهش می‌تواند منجر به پایان این حالت ایستایی گردد. می‌توان نتیجه گرفت که با وجود تصادفی بودن رانش ژنتیکی، این فرایند در طول زمان سبب کاهش تنوع ژنتیکی می‌شود.

رانش ژنتیکی در مقابل انتخاب طبیعی

گرچه هر دوی این فرایندها محرک فرگشت هستند، بر خلاف انتخاب طبیعی، رانش ژنتیکی پدیده‌ای کاملا تصادفی است. رانش ژنتیکی یک فرایند نمونه گیری در طی نسل‌های پیاپی، بدون دخالت فشارهای سازواری که از سوی محیط زیست القا می‌گردند است. انتخاب طبیعی فرایندی جهت دار در راه افزایش سازگاری‌های زیست محیطی است ولی رانش ژنتیکی بدون آنکه در مسیری خاص حرکت کند تنها بر اساس حساب احتمالات اثر خود را القا می‌کند. به همین دلیل رانش ژنتیکی سبب تغییر بسامد ژنوتیپی در یک جمعیت بدون توجه به ارتباط آن با فنوتیپ است.

تغییرات ژنوتیپی ایجاد شده می‌توانند منجر به تغییرات فنوتیپی شوند و یا این که به هیچ تغییر فنوتیپی منجر نگردند. رانش ژنتیکی کاملا نسبت به سود و یا زیانی که هر الل ممکن است ایجاد کند نابینا و بی توجه است، حال آنکه انتخاب طبیعی به شکل مستقیم با توجه به فنوتیپ اثر خود را نشان می‌دهد. انتخاب طبیعی به ویژه روی مزایای سازگارانه و زیان بار صفات فنوتیپی اثر می‌کند و از این راه به شکل غیر مستقیم ژنوتیپ را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

انتخاب طبیعی الل‌هایی که موجب ایجاد صفات سودمند می‌گردند را به طور غیر مستقیم پاداش می‌دهد و فراوانی آن‌ها را می‌افزاید. به همین صورت انتخاب طبیعی سبب کاهش الل‌های زیان بار می‌گردد ونسبت به الل‌های بی اثر نیز کاملا بی اعتنا است. در جمعیت‌های طبیعی این دو فرایند دست در دست هم عمل می‌کنند. با این حال اندازه جمعیت نقش به سزایی در میزان اثر بخشی این فرایندها بازی می‌کند. اثرات آماری خطای نمونه گیری درتکثیر الل‌ها در جمعیت‌های کوچک بسیار بارزتر از جمعیت‌های بزرگ است.

هنگامی که جمعیت بسیار کوچک است، اثر رانش ژنتیکی غالب است و ممکن است منجر به بقای صفات زیان بار و نابودی صفات سودمند گردد. در این حالت ممکن است اثرات انتخاب طبیعی به دلیل غالب بودن رانش ژنتیکی نتوانند خود را نشان دهند. به دلیل این که در جمعیت‌های بزرگ خطای نمونه گیری اندک است و تغییرات شدیدی در بسامد الل‌ها از این راه در طول نسل‌های متوالی رخ نمی‌دهد، انتخاب طبیعی در طول زمان می‌تواند اثر گزینشی محدود خود را نشان دهد و منجر به تغییر فراوانی الل‌ها گردد.

نباید از یاد برد که حتی در جمعیت‌های بزرگ در صورتی که فراوانی یک الل بسیار محدود باشد، رانش ژنتیکی توان غلبه بر نقش انتخاب طبیعی را دارد. به عنوان مثال اگر در یک جمعیت یک جهش سودمند رخ دهد چنین صفتی در معرض حذف توسط رانش ژنتیکی است. پیش از آن که اثر رانش طبیعی بروی آن الل اندک و قابل چشم پوشی گردد، فراوانی چنین صفتی باید به یک حد آستانه‌ای برسد.

آیا فرگشت فرآیندی شانسی است؟

از یک نظر، فرگشت فرایندی کاملاً شانسی است. به این معنی که علت موفقیت افرادی خاص از هرگونه، نسبت به بقیه افراد آن‌گونه، این نبوده که این عده آگاهانه و هشیارانه در جهت پروراندن مهارتی خاص در خود تلاش می‌کردند بلکه به ‌این ‌علت بوده که آن عده خاص، بطور تصادفی، ژن‌هایی را در بدن خود داشته‌اند که آن ژن‌ها راه‌انداز خصایص، ویژگی‌ها، انطباق‌ها و رفتارهای افزایش‌دهنده موفقیت در بقا و تولیدمثل آن‌ها بوده است.

قانونی که انتخاب طبیعی بر اساس آن انتخاب و عمل می‌کند، میزان انطباق و سازگاری با محیط است. در هر نسل، کسانی انتخاب می‌شوند که توانایی سازگاری با شرایط زیست-محیطی و اجتماعی خود رادارند.

آن‌هایی که برحسب شانس و اتفاق، دارای ژن یا ژن‌هایی‌اند یا از طریق جهش ژنی، دارنده چنین ژن‌هایی می‌شوند که آن‌ها را در انطباق با محیط کارآمدتر کرده یا تولیدمثل موفق را در آن‌ها افزایش می‌دهد، شانس بالاتری برای زنده ماندن و تولیدمثل موفق و درنتیجه گسترش ژن‌های خود خواهند داشت.

توجه کنید که به‌کارگیری واژه «تصادفی» به معنای بدون علت بودن نبوده و صرفاً به این معناست که کنترل چیزی از دست ما خارج باشد. تصادف در فرگشت را، ژن‌ها و هماهنگی آن‌ها با محیط، تعیین می‌کند. فردی برحسب‌تصادف یعنی اینکه تحت کنترل خود او نیست، دارای ژنی است که منجر به راه‌اندازی رفتارهایی در او می‌شود که تناسب او را افزایش می‌دهند. همین تصادفی که منجر به‌تناسب افزایی در آن فرد شده، می‌تواند درجایی دیگر به قیمت پایین آمدن تناسب او تمام شود. البته تصادف و شانس به سه معنای مختلف توسط داروین بیان شده بود که عبارت بودند از ۱- بدون اینکه علت آن را بدانیم اما از پیش مشخص شده است! ۲- شانس به معنای ارسطویی آن ۳- شانس به معنای لاپلاسی و ریاضیاتی آن.

خود انتخاب طبیعی، تصادفی عمل نمی‌کند. این تفاوت‌های ارثی افراد است که منشأیی تصادفی دارند. انتخاب طبیعی درواقع نتیجه تعامل بین محیط و تفاوت‌های ارثی در یک جمعیت است. تفاوت‌ها به‌صورت اتفاقی روی‌داده‌اند، اما انتخاب طبیعی بطور اتفاقی عمل نمی‌کند. محیط، صفات مطلوب را خلق نمی‌کند، بلکه فقط روی گوناگونی‌های موجود در هر جمعیت، تأثیر گذاشته و از ماندگاری و زادآوری برخی نسبت به برخی دیگر، پشتیبانی می‌کند.

تعبیر شانس در نوشته های جان بیتی

جان بیتی به عنوان یکی از مشهورترین فیلسوفان زیست شناس حال حاضر تلاش های بسیاری برای تدقیق مفهوم شانس و احتمال در انتخاب طبیعی انجام داده است. وی در مقالات سال ۱۹۸۴ و ۲۰۱۰ که با عنوان مفهوم شانس و انتخاب طبیعی می باشد، مجددا به معنای شانس در فرآیند انتخاب طبیعی اشاره می کند و سعی می کند با مثال معمار و مصالح ساختمانی این موضوع را شرح و بسط دهد.

از نظر بیتی با مثال هایی که از نوشته های داروین و چارلز لایل و آسا گری(استاد و دوست داروین که با وی نامه نگاری و مکاتبات متعدد داشته اند) می آورد انتخاب طبیعی را به عنوان معمار و شانس و تصادف را به عنوان مصالح ساختمانی میگیرد که هر چه باشد باید با آن یک ساختمان (بدن موجودات زنده) ساخته شود و این مصالح ممکن است به انواع و اقسام مختلف باشند و به همین دلیل ما شاهد به وجود آمدن موجودات مختلف در طبیعت هستیم.

بیتی به عنوان یک فیلسوف در مقاله ابتدایی خود در سال ۱۹۷۹ از شانس به عنوان عاملی حرف می زند که وجود دارد و وجود آن را نمی توانیم انکار کنیم اما دلیل آن را نمی دانیم اما در نوشتارها و مقالات بعدی خود به نوعی سعی می کند شانس را به معنای خطا عنوان کند و هرکجا در نظریه انتخاب طبیعی شاهد خطا و موارد از پیش تعیین نشده بودیم پس با شانس و تصادف مواجه هستیم.

از نظر بیتی نمی توان میان مفاهیم تجربی و نظری شانس و انتخاب طبیعی تفاوت و تمایزی را قائل شد اما به وجود آن اذعان دارد و آن را نفی نمی کند هر چند به علّیت آن اشاره نمی کند و در این باره سکوت می کند. در این باره فلاسفه زیست شناس دیگری همانند تیموتی شاناهان و الکس روزنبرگ تا حدودی با وی موافق هستند هر چند در مورد بحث های علیتی شانس در انتخاب طبیعی با وی اختلاف نظر دارند و جان بیتی نیز در این مورد سکوت می کند.

بررسی مفاهیم کلیدی در زیست شناسی تکاملی و فرآیند انتخاب طبیعی نشان می دهد که اجماع نظری در این باره وجود ندارد اما با پیش رفتن تحقیقات و بررسی مدل های ریاضیاتی و آماری در گونه های مختلف زیستی امید است که به صورت دقیق تر و بهتری بتوان به یک مفهوم و تعریف عمومی تری دست یافت که طیف وسیعی از زیست شناسان بر روی آن اجماع نظر داشته باشند.

منبع: خبرگزاری مهر