درخت حیات

آیا جهش‌های ژنتیک تصادفی است؟

تصادفی ‌بودن پدیده‌ای طبیعی به چه معناست؟ می‌توان این را به دو صورت تفسیر کرد:

کد خبر: ۱۱۶۸۹۵۰

الف) هنوز علت یا علل این پدیده را نمی‌دانیم و از این رو پدیده‌ای را تصادفی می‌نامیم.

ب) سازوکار علّی که منجر به این پدیده می‌شود شناخته‌شده، اما میان‌کنش آنان رفتاری را به نمایش می‌گذارد تا معیارهای آماری تصادفی قلمداد شود.

یکی از دشواری‌های سترگ پیش روی طبیعی‌دانان، از جمله داروین، چگونگی توضیح تنوع جانداران بود. تنوع در دنیای جانداران صرفا به تفاوت میان گونه‌های مختلف، مانند تفاوت انسان با خرگوش و خرگوش با مخمر نانوایی محدود نمی‌شود؛ در میان اعضای یک‌گونه تفاوت‌های بسیاری وجود دارد ـ حتی دوقلوهای یکسان نیز از هر نظر کپی یکدیگر نیستند. چرا چنین تنوعی در موجودات زنده وجود دارد؟ آنچه به عنوان تنوع شکلی (یا ریختی) موجودات زنده مشاهده می‌کنیم خود حاصل تنوع ژنتیک است. یکی از مشهورترین مفاهیم ژنتیک مولکولی، حکم اصلی زیست‌شناسی مولکولی است که توسط فرانسیس کریک ارائه شد. براساس این حکم انتقال اطلاعات ژنتیک از دی‌ان‌ای به پروتئین (همان مولکول‌هایی که شکل موجود را می‌سازند) یکطرفه است. بر این اساس سرچشمه تنوع ریختی را باید در دی‌ان‌ای جست‌وجو کرد.

مولکول دی‌ان‌ای ساختاری بسیار زیبا و مشهور است: مارپیچی دوگانه که از تکرار چهار نوکلئیک اسید (A-G-T-C) ساخته می‌شود. ترتیب این حروف جملاتی را می‌سازد که در جریان سازوکار ترجمه در یاخته زنده به پروتئین بدل می‌شود. وقتی یک یاخته تقسیم می‌شود، دی‌ان‌ای آن باید همانندسازی شده تا یاخته‌های حاصل این تقسیم نیز حاوی اطلاعات مورد نیاز برای زیستایی باشند. دستگاه همانندسازی دی‌ان‌ای به ربات‌هایی که مدارهای رایانه را سرهم می‌کنند شبیه نیست؛ زیرا مهندسی آن را طراحی نکرده بلکه طی تکامل پدید آمده و خود در قید محدودیت‌هایی است که سامانه‌های تکاملی دارند. یکی از این محدودیت‌ها ناممکن‌بودن نوعی از بهینگی است که در مصنوعات انسان فراوان یافت می‌شوند: فرآیندهای زیستی مختلف، مانند رانش ژنی، عملاً امکان بهینه‌سازی مهندسی‌گونه را از انتخاب طبیعی می‌ربایند. به همین علت دی‌ان‌ای به شکلی وفادارانه همانندسازی می‌شود اما گاهی اشتباهی که در این فرآیند رخ می‌دهد از زیردست دستگاه همانندسازی دررفته و بر جا می‌مانند.

اما آیا این اشتباهات (همان تنوع موجود در یک جمعیت) در پاسخ به انتخاب طبیعی پدید می‌آید؟ یا آن‌که انتخاب طبیعی از میان تنوع موجود دست به گزینش می‌زند؟

اگر مورد نخست صحیح باشد آن‌گاه انتخاب طبیعی همانند پتکی است که در صورت نیاز به ماسه، سنگ‌ها را می‌کوبد. اما اگر مورد دوم صحیح باشد انتخاب طبیعی به صافی می‌ماند که برای یافته ماسه، تَلی را الک می‌کند. ماکس دِلبِروک و سالوادور لوریا سال 1322/ ۱۹۴۳ با آزمایشی نبوغ‌آمیز به این پرسش پاسخ دادند. آنها به باکتری‌ها اجازه دادند در لوله‌های آزمایشگاهی رشد کنند و پس از چند نسل آنها را در معرض ویروس قرار دادند. با وجود ویروس‌ها، فقط باکتری‌هایی باقی ماندند که به ویروس مقاوم بودند. اگر جهش مقاومت به ویروس در پاسخ به فشار انتخابی در باکتری‌ها پدید آمده باشد، آن‌گاه انتظار دارید در هر باکتری مستقل از باکتری دیگر به ویروس مقاوم باشد یا خیر ـ مانند این‌که هر باکتری سکه بیندازد و چون سکه انداختن هر باکتری مستقل است، احتمال شیر آمدن (مقاوم‌بودن) برای هر باکتری ۵۰درصد است؛ صرف نظر از این‌که باکتری‌های دیگر شیر آورده‌اند یا خیر. اگر تنوع از پیش بود، آن‌گاه برخی باکتری‌هایی که نیایشان بر حسب تصادف جهش مقاومت به ویروس داشت مقاوم می‌بودند یا دیگر باکتری شانسی برای مقاومت نداشتند (مانند این‌که بر حسب این‌که پدرِ پدربزرگ شما که بوده باشد، همواره شیر بیاورید، اما دیگرانی که با پدربزرگ شما نسبت ندارند همواره خط!). لوریا و دلبروک دیدند در عمل احتمال مقاومت به ویروس در باکتری‌ها مستقل نیست؛ بلکه به وجود جهش در نیاکان باکتری پیش از حضور ویروس بستگی دارد؛ به این ترتیب انتخاب طبیعی تنوعی که به‌صورت تصادفی در جمعیت پدید می‌آید را اَلَک می‌کند.