درس‌های مهم از بررسی تکامل در لوله آزمایش

جایزه نوبل امسال به فرانسیس آرنولد رسید. علتش هم این بود که او تکامل را به صورتی جهت‌دار برای تولید آنزیم به کار بست. آنزیم‌ها پروتئین‌هایی هستند که واکنش‌های شیمیایی را سرعت می‌بخشند. سود بردن از فرآیندهای تکاملی به دست انسان برای دستیابی به محصولات زیستی خاص، ابداعی نو نیست؛ داروین در سال 1238/ 1859 در کتاب «منشأ گونه‌ها» بحث را با بررسی «انتخاب مصنوعی» آغاز کرده و تلاش می‌کند با توصیف شباهت‌های میان گزینش اقسام مورد نظر از طرف پرورش‌دهندگان کبوتر و اَلَک‌شدن تنوع‌های موجود در جمعیت‌های زیستی، چگونگی عملکرد انتخاب طبیعی را توضیح دهد. فرانسیس آرنولد و پرورش‌دهندگان کبوتر هدف خاصی را در سر داشتند و به‌منظور نیل به آن از فرآیندهای تکاملی (جهش‌زایی برای پدیدآوری اقسام نو و انتخاب طبیعی در قالبی هدفدار) سود بردند. اما اگر هدف ما غور و غوص در باب چگونگی رخ ‌دادن تکامل در طبیعت باشد، چه باید کرد؟

کد خبر: ۱۱۷۲۴۴۲

در ویراست چهارم کتاب منشأ گونه‌ها در سال 1245/ ۱۸۶۶، داروین یکی از مشکلات پیش‌رو در مطالعه چگونگی تکامل صفات در موجودات زنده را متذکر می‌شود: «در جست‌وجوی گام‌های خردی که اندام یک گونه طی آن تکامل می‌یابد، باید تنها به زادگان یک دودمان نگریست؛ امری که بندرت ممکن است». زادگان یک دودمان یعنی جمعیت‌هایی که طی زمان وجود داشتند و به جمعیت کنونی منجر شدند؛ آشکار است که بررسی این جمعیت‌ها نیازمند ابداع ماشین زمان خواهد بود!

اما می‌توان نیاز به ابداع ماشین زمان را به شیوه‌ای نبوغ‌آمیز منتفی کرد: باید جانداری را یافت که چرخه حیات بسیار کوتاه داشته باشد تا طی دوره تحصیل چند دانشجوی کارشناسی ارشد یا دکتری به‌طور قابل ملاحظه‌ای تکامل یابد. باکتری‌ها برای چنین منظوری بسیار مناسبند، زیرا در شرایط مساعد، یک باکتری می‌تواند در کمتر از یک ساعت به دو یاخته دختری بدل شود. می‌توان طی تکامل، باکتری‌ها را منجمد کرد تا هر زمان که نیاز است، این به اصطلاح «سنگواره‌ها» را بررسی کرد یا اگر اشتباهی رخ داد، یخ این باکتری‌ها را ذوب کرد و از آنان که انجماد را به آسانی تحمل می‌کنند برای آغاز دوباره آزمایش سود برد.

تکامل در لوله آزمایش را می‌توان برای پاسخ به پرسش‌های تکاملی بسیاری به کار بست. ساده‌ترین پرسش این است که آیا در محیطی ثابت و در وجود تنها یک گونه، جمعیت طی زمان به شکلی تکامل می‌یابد که در استفاده از منابع آن محیط بهتر و بهتر شود؟ تکامل باکتری در محیط ثابت و دارای یک منبع غذایی (قند گلوکز) نشان داد لزوما چنین نیست: تکامل جمعیت را می‌توان مانند پویش صفحه‌ای سه‌بعدی در نظر گرفت که ابعاد طولی و عرض مشخص‌کننده ژنوتیپ‌های مختلف و بُعد طولی نشان‌دهنده شایستگی آن ژنوتیپ است. این صفحه می‌تواند مانند دستمالی مچاله‌شده دارای
پستی و بلندی‌های فراوان باشد. وقتی جمعیت به یکی از این بلندی‌ها می‌رسد، نمی‌تواند طول بلندی‌های دیگر را برانداز کند و از این بلندی (که جایگاه مناسبی از نظر زیستی‌است) به سوی بلندی دیگر حرکت کند؛ زیرا انتخاب طبیعی فرآیندی بسیار نزدیک‌بین است. به این علت یک جمعیت می‌تواند روی یکی از این بلندی‌ها گیر بیفتد و هرگز به بلندترین نقطه این منظره دست نیابد.

یکی از درس‌های اصلی تکامل آزمایشگاهی همین است که انتخاب طبیعی بیشتر به یک جرثقیل می‌ماند تا قلابی آسمانی و مانند یک جرثقیل با محدودیت‌هایی دست و پنجه نرم می‌کند. بعلاوه می‌توان دریافت تکامل مانند پله‌برقی نیست که همواره وضع زیستی جمعیت‌ها را بالا برده و لزوما «بهتر» کند.