گیاهی که می‌تواند «رو به عقب» تکامل پیدا کند
فرادید| عکسی از پدر، مادر، مادربزرگ‌ها و پدربزرگ‌های خود را کنار هم تصور کنید. بدون تردید متوجه شباهت‌هایی بین آن‌ها می‌شوید، اما در عین حال هر نسلی از نسل‌های پیشین خود متمایز به نظر می‌رسد. این فرایند تکامل در ساده‌ترین شکل آن است: وراثت همراه با اصلاح.
به گزارش فرادید، در طول بسیاری از نسل‌ها، مقدار خیره‌کننده‌ای از اصلاح میسر می‌شود. طبق دیدگاه زیست‌شناسان تکاملی، این گونه است که تنوع حیات روی زمین به وجود آمده است.
با این حال، مدت‌هاست این ایده در قالب مسیری که در یک جهت به سوی ارگانیسم‌های «برتر» یا «بهتر» منتهی می‌شود، به اشتباه درک شده است. برای نمونه، تصویر معروف زمان-زندگی رودولف زالینگر در سال ۱۹۶۵ به نام «جاده انسان خردمند»، انسان‌ها را در حال تکامل به شکل گام به گام از اجداد میمون‌مانند به انسان مدرن نشان می‌دهد.
با بسط دادن این دیدگاه به جانداران غیر از انسان، نظریه‌های دیرین‌شناسی اولیه درباره حیات باستانی از ایده‌ی «تکامل پیشرونده» پشتیبانی کردند که در آن، هر نسل از یک دودمان به سمت اشکال پیچیده‌تر یا بهینه‌تر پیشرفت کرده است.
اما تکامل خط پایان ندارد. هیچ هدف نهایی و هیچ وضعیت نهایی وجود ندارد. موجودات زنده با انتخاب طبیعی تکامل می‌یابند، در یک لحظه زمین‌شناسی خاص عمل می‌کنند یا صرفاً بدون انتخاب قوی به هر جهتی سوق پیدا می‌کنند.
در یک مطالعه‌ی تازه منتشرشده که با هدایت ماکاله اسمیت محقق دانشگاه هاروارد انجام شده، این موضوع بررسی شده که آیا مدل یک‌طرفه از تکامل تولیدمثلی همیشه در گیاهان صادق است یا خیر. بر خلاف انتظار، محققان متوجه شدند در بسیاری از انواع سرخس‌ها (یکی از قدیمی‌ترین گروه‌های گیاهی روی زمین) تکامل استراتژی‌های تولیدمثلی یک خیابان دو طرفه بوده و گیاهان گاهی اوقات به سوی اشکال کمتر پیچیده یا به عبارتی «رو به عقب» تکامل می‌یابند.
مسیر تکامل خطی نیست
انتخاب طبیعی می‌تواند در یک چشم بهم زدن تغییر کند و تکامل را در جهت‌های غیرمنتظره هدایت کند. برای نمونه، دایناسورها و پستانداران را در نظر بگیرید. برای بیش از ۱۵۰ میلیون سال، دایناسورها فشار شدیدی بر پستانداران ژوراسیک وارد کردند، پستاندارانی که مجبور بودند کوچک بمانند و زیر زمین زندگی کنند تا از شکار شدن تا حد انقراض جلوگیری کنند.
سپس، حدود ۶۶ میلیون سال پیش، سیارک چیکسولاب بیشتر دایناسورهای غیرپرنده را از بین برد. ناگهان، پستانداران کوچک از فشار شکارگر قوی خود رها شدند و توانستند بالای زمین زندگی کنند و در نهایت به اشکال بزرگ‌تر، از جمله انسان، تکامل پیدا کنند.
بوناسینادون شالتسی، جد پستانداران مدرن، در دوره تریاس در سایه دایناسورها در برزیل فعلی می‌زیست
سال ۱۸۹۳، دیرین‌شناس بلژیکی، لوئیس دولو، این ایده را مطرح کرد که وقتی یک موجود زنده به نقطه خاصی پیشرفت میکند، به همان شکلی که تکامل یافته به حالت قبلی باز نمی‌گردد، حتی اگر با شرایطی مشابه با شرایطی روبرو شود که در گذشته تجربه کرده است. قانون دولو، آنطور که شناخته شده، بر این دلالت دارد که پیچیدگی تا حد زیادی یک خیابان یک‌طرفه است، با ارگانیسم‌هایی که لایه‌های پیچیدگی را انباشته می‌کنند که تکامل رو به عقب را غیرممکن میکند.
در حالی که از قانون دولو انتقاد شده و ایده اصلی آن تا حد زیادی از گفتمان عمومی محو شده، این دیدگاه هنوز روی جنبه‌های زیست‌شناسی امروزه اثرگذار است.
گیاهان و مسیر پیشرفت
موزه‌ها تکامل حیوانات را بیشتر به شکل یک پیشرفت مستقیم به سمت مراحل بالاتر به تصویر می‌کشند، اما موزه‌ها تنها منابع این داستان نیستند.
نخستین گیاهان آوندی (آن‌هایی که بافت‌هایی دارند که می‌تواند آب و مواد معدنی را در کل گیاه جابجا کند) ساختارهای بدون برگ و ساقه‌مانندی به نام تلوم داشتند با کپسول‌هایی در نوک‌شان به نام اسپورانجا که هاگ تولید میکرد. تلوم‌ها هر دو کار بزرگ گیاهان را انجام می‌دادند: تبدیل نور خورشید به انرژی از راه فتوسنتز و آزاد کردن هاگ‌ها برای تولید گیاهان جدید.
بازسازی کوکسونیا، گروهی از گیاهان آوندی منقرض‌شده با تلوم‌ها، مملو از هاگ
سوابق فسیلی نشان می‌دهد با گذشت زمان، گیاهان ساختارهای پیچیده‌تری پیدا کردند که این عملکردهای تولیدمثلی و فتوسنتزی را تقسیم میکرد. در دودمان‌های گیاهی، از لیکوفیت‌های هاگ‌دار گرفته تا سرخس‌ها و گیاهان گلدار، تولیدمثل روز به روز پیچیده‌تر می‌شود. در حقیقت، تصویر «گل» بیشتر به شکل هدف نهایی تکامل گیاه‌شناسی نشان داده می‌شود.
این نمودار که تکامل گیاهان زمینی را نشان می‌دهد طوری ترسیم شده که رشد میوه‌ها و دانه‌ها را در قالب، نقطه اوج برجسته کرده است
در سراسر قلمرو گیاهی، وقتی ساختارهای تولیدمثلی گونه‌ها تکامل یافت، مانند دانه‌ها، مخروط‌ها و گل‌ها، این تکامل بازگشت به اشکال ساده‌تر و تمایزنیافته نبود. این الگو از افزایش تدریجی پیچیدگی تولیدمثل پشتیبانی میکند. اما سرخس یک استثناء مهم است.
تکامل یافتن، اما نه همیشه رو به جلو
سرخس‌ها راهبردهای تولیدمثلی متعددی دارند. بیشتر گونه‌ها رشد هاگ و فتوسنتز را روی یک نوع برگ ترکیب می‌کنند (راهبردی به نام مونومورفیسم یا تک شکلی). برخی دیگر این عملکردها را جدا می‌کنند تا یک نوع برگ برای فتوسنتز و یک نوع برگ دیگر برای تولیدمثل داشته باشند (راهبردی به نام دایمورفیسم یا دوشکلی).
اگر الگوهای پیچیده که به شکل گسترده بین گیاهان دیده می‌شوند، جهان‌شمول بودند، انتظار داشتیم وقتی یک دودمان از سرخس‌ها به دوشکلی شدن تکامل یافت، نتواند مسیرش را تغییر دهد و به تک‌شکلی بازگردد. با این حال، با استفاده از مجموعه‌های تاریخ طبیعی و الگوریتم‌ها برای تخمین تکامل در سرخس‌ها، استثناهای این الگو را یافته‌ایم.
سرخس پیازی تک‌شکلی (Cystopteris bulbifera) از یک برگ برای فتوسنتز و تولید هاگ استفاده میکند
در خانواده‌ای به نام سرخس‌های زنجیره‌ای (Blechnaceae)، موارد متعددی را یافتیم که در آن‌ها، گیاهان به حالت دوشکلی بسیار تخصصی‌شده‌ای تکامل یافته بودند، اما سپس به شکل کلی‌تر تک‌شکلی بازگشتند.
فقدان دانه سبب انعطاف‌پذیری سرخس می‌شود
چرا سرخس‌ها باید چنین راهبردهای تولیدمثلی انعطاف‌پذیری داشته باشند؟ پاسخ در کمبودی است که دارند: دانه‌ها، گل‌ها و میوه‌ها که آن‌ها را از بیش از ۳۵۰۰۰۰ گونه گیاه دانه دار که امروزه روی زمین زندگی می‌کنند متمایز میکند.
تصور کنید یک برگ بارور سرخس را بگیرید، آن را جمع کنید و محکم به اندازه یک گلوله کوچک درآورید. این همان دانه‌ی بارورنشده است (یک برگ سرخس دوشکلی بسیار اصلاح‌شده، در یک کپسول).
دانه‌ها یک ساختار بسیار تخصصی در مجموعه‌ای از صفات تولیدمثلی هستند که هر یک روی آخری شکل می‌گیرند و شکلی به قدری خاص به وجود می‌آورند که برگشت آن تقریباً غیرممکن می‌شود. اما از آنجا که سرخس‌های زنده دانه ندارند، می‌توانند محل قرارگیری ساختارهای تولیدکننده‌ی هاگ خود را تغییر دهند.
سرخس حساس دوشکلی (Onoclea sensibilis) دو برگ جداگانه تولید میکند، یکی برای فتوسنتز و دیگری برای تولید هاگ
یافته‌های محققان نشان می‌دهد همه تخصص‌های تولیدمثلی گیاهان برگشت‌ناپذیر نیستند. در عوض، این امر ممکن است به این بستگی داشته باشد که گیاهان چند لایه‌ی پیچیدگی را در طول زمان به دست آورده‌اند.
موجوداتی که در مسیرهای «یک طرفه» تکامل یافته‌اند ممکن است انعطاف‌پذیری لازم برای واکنش به فشارهای طبیعی جدید را به روش‌های خاص نداشته باشند و مجبور باشند استراتژی‌های جدیدی برای تغییر پیدا کنند. در دودمان‌هایی مانند سرخس‌ها، ممکن است گونه‌ها توانایی‌شان را برای «تکامل رو به عقب» حتی پس از تخصص یافتن حفظ کنند.
در نهایت، مطالعه جدید روی یک درس اساسی در زیست‌شناسی تکاملی تأکید دارد: هیچ جهت «درستی» در تکامل و هیچ حرکتی به سوی یک هدف نهایی وجود ندارد. مسیرهای تکاملی بیشتر شبیه تارهای درهم‌تنیده هستند که برخی از شاخه‌ها واگرا، برخی دیگر همگرا و برخی حتی به سمت خودشان حلقه می‌زنند.
مترجم: زهرا ذوالقدر
