گونه زایی چیست؟ – به زبان ساده + انواع و تفاوت ها

گونه زایی یک فرآیند تکاملی است که در طی آن جانداران به نحوی متحول می‌شوند که گونه جدیدی ساخته شود. روش‌های گوناگونی برای تشکیل گونه‌های مختلف، مانند گونه‌زایی دگر میهنی و هم‌میهنی، وجود دارند که بعضی وابسته به جداسازی جمعیت‌ها به وسیله موانع جغرافیایی هستند و بعضی دیگر با روش‌های دیگری مانند پلی‌مورفیسم، گونه‌زایی می‌کنند. در این مطلب از مجله فرادرس علاوه بر آشنایی با گونه زایی و انواع آن، با جدایی تولیدمثلی و انتخاب طبیعی نیز آشنا می‌شویم.

گونه زایی چیست؟

به شکل‌گیری گونه‌های جدید از یک گونه اجدادی در طی تکامل «گونه زایی» (Speciation) گفته می‌شود. در طی گونه زایی، گونه‌هایی از یک گونه اولیه ایجاد می‌شوند که از لحاظ ژنتیکی با یکدیگر متفاوت هستند. این اتفاق به طور معمول به دلیل جداسازی ژنتیکی رخ می‌دهد. در نتیجه جداسازی ژنتیکی افراد یک گونه، تغییرات خزانه ژنتیکی افراد به حدی زیاد می‌شود که دیگر قادر به تولید مثل و جفت‌گیری با یکدیگر نیستند. در انتهای این فرآیند، گونه‌‌های مستقل ایجاد می‌شوند که از لحاظ ژنتیکی با جمعیت اصلی متفاوت هستند.

فیلم آموزش زیست شناسی ۳ – پایه دوازدهم – بخش دوم در فرادرس

کلیک کنید

یکی از مزیت‌های گونه زایی این است که موجود زنده یاد می‌گیرد چطور خود را در شرایط دشوار محیطی حفظ کند و دیگر مزیت‌ آن‌ را می‌توان تعادل اکولوژیکی اجزای زیستی و غیرزیستی دانست. اما گونه زایی معایبی نیز دارد که شامل موارد زیر است.

• اطلاعات مربوط به گونه زایی را نمی‌توان با استفاده از سوخت‌های فسیلی به دست آورد.
• فرآیند گونه زایی در گونه‌هایی که تولیدمثل غیرجنسی دارند، وجود ندارد و تنها می‌توان آن را برای جوامع و جمعیت‌هایی در نظر گرفت که از نظر جغرافیایی در انزوای کامل هستند.

راه‌های متنوعی برای گونه زایی وجود دارد که در ادامه این مطلب از مجله فرادرس با آن‌ها آشنا خواهیم شد اما پیش از بررسی آن‌ها به این سوال جواب خواهیم داد که گونه چیست و سپس انواع گونه‌زایی را بررسی خواهیم کرد.

گونه چیست؟

هر موجود زنده‌ای از نظر مورفولوژی، آناتومی، مولکولی، ژنتیکی، بیوشیمی، شیمی و خصوصیات فیزیولوژی منحصر به فرد است. بر اساس همین ویژگی‌های متفاوت، دانشمندان در تمام تاریخ علم در تلاش بوده‌اند که موجودات زنده را دسته‌بندی کنند تا مطالعاتی که انجام می‌دهند ساده‌تر شود.

نام‌های زیستی و سیستم‌های طبقه‌بندی موجودات به ما کمک می‌کنند تا با شفافیت بیشتری از موجودات زنده صحبت کنیم. سلسله مراتب خاصی ایجاد شده است که موجودات را از بالا به پایین دسته‌بندی می‌کند که به شرح زیر است.

1. فرمانرو یا سلسله
2. دسته (گیاهان) و شاخه (جانوران)
3. رده
4. راسته
5. خانواده (تیره)
6. جنس (سرده)
7. گونه

بنابراین «گونه» پایین‌ترین سطح سیستم طبقه‌بندی جانداران است.

انواع گونه زایی

چهار دسته گونه زایی وجود دارد که معیار دسته‌بندی آن‌ها میزان جدایی جغرافیایی جمعیت‌های ساکن در یک ناحیه خاص و تاثیر این جداسازی بر فرآیند افزایش ژن‌ها است که در نهایت به تشکیل گونه‌های جدید کمک می‌کند. همه انواع گونه‌زایی طبیعی در طول تکامل گونه‌های جدیدی را ایجاد کرده‌اند و نظر قطعی در مورد اهمیت نسبی هر روش در ایجاد تنوع زیستی وجود ندارد. انواع مختلف گونه زایی به شرح زیر است.

• گونه زایی دگرمیهن (ناهمجا) یا گونه زایی آلوپاتریک
• گونه زایی پیرابوم یا گونه زایی پری‌پاتریک
• گونه زایی پراجا یا گونه زایی پاراپاتریک
• گونه زایی هم‌‌میهن (همجا) یا گونه زایی سیمپاتریک

فیلم آموزش تکامل موجودات زنده – جامع و با نکات کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

یکی از مثال‌های گونه زایی طبیعی، تمایز نوعی ماهی دریایی به نام «آبنوس سه‌خاره» (three-spined stickleback) است که پس از آخرین عصر یخبندان، به گونه‌هایی ساکن در آب شیرین تبدیل شدند و در دریاچه‌ها و نهرها به حیاتشان ادامه دادند. در تصویر زیر روند کلی انواع گونه‌زایی نشان داده شده است. در ادامه این مطلب هر یک از این مدل‌های گونه‌زایی را با جزئیات بیشتری خواهیم شناخت.

گونه زایی دگر میهن

در طی گونه زایی دگر میهن یا «گونه زایی آلوپاتریک» (Allopatric Speciation) یک جمعیت به دلیل فاصله جغرافیایی که ارتباط آن‌ها را قطع می‌کند، تبدیل به دو گونه متفاوت می‌شوند. به جمعیت جدیدی که به دلیل این انزوای جغرافیایی ایجاد شده است، «جمعیت آلوپاتریک» (Allopatric Population) می‌گویند.

شکل‌گیری کوه یکی از انواع تغییرات جغرافیایی است که می‌تواند باعث فاصله جغرافیایی و در نهایت گونه زایی آلوپاتریک شود. با توجه به این که دلیل این نوع از گونه زایی جدایی جغرافیایی است، به آن «گونه‌ زایی جغرافیایی» نیز می‌گویند.

این جمعیت‌های جدا شده پس از مدتی دچار تغییرات ژنتیک و فنوتیپی می‌شوند. ۲ دلیل برای شکل‌گیری این تغییرات وجود دارند.

1. دو جمعیت تحت تاثیر مدل‌های مختلفی از انتخاب طبیعی قرار گرفته‌اند.
2. جهش‌های ژنتیکی متفاوتی در دو جمعیت از هم جدا افتاده، ایجاد شده است و به‌ این ترتیب اگر دوباره در یک موقعیت جغرافیایی قرار بگیرند، توانایی جفت‌گیری و تولیدمثل با یکدیگر را نخواهند داشت.

گونه زایی دگر میهن یا آلوپاتریک توسط ارنست مایر در اوایل قرن ۱۹ میلادی مطالعه و به جامعه علمی معرفی شد. ایده اصلی کارهای مایر این بود که پس تقسیم یک جمعیت به دو گروه کوچک‌تر به دلیل موانع جغرافیایی، گونه‌های جدید افزایش می‌یابند. در اصل، افراد گونه به جای جفت‌گیری با جمعیت اصلی، شروع به سازگاری با محیط جدید و غلبه بر تفاوت‌ها می‌کنند که باعث تکامل‌ آن‌ها به گونه‌های جدید می‌شود. بنابراین می توان گفت که گونه زایی آلوپاتریک در طی سه مرحله اتفاق می‌افتد.

1. جمعیت‌ها به دلیل تغییرات جغرافیایی دچار جداسازی فیزیکی می‌شوند.
2. ایجاد تغییرات در روش‌های جفت‌گیری و شرایط زیستگاه باعث بروز تفاوت در افراد گونه می‌شود.
3. گونه‌ جدید و گونه مادر دیگر قادر به تولیدمثل و تبادل ژن با یکدیگر نیستند.

تمام فرآیند پیشرفت گونه زایی دگر میهنی به دو مدل اصلی تقسیم می‌شود که با عنوان‌های «گونه‌ زایی Vicariance» و «گونه زایی پری پاتریک» شناخته می‌شوند. دو تفاوت میان این دو مدل گونه‌زایی وجود دارد.

1. اندازه جمعیت
2. مکانیسم ایجادکننده انزوای جغرافیایی

از اصطلاحات «آلوپاتری» (Allopatry) و «جانشینی» (Vicariance) برای توضیح روابط موجوداتی استفاده می‌شود که با یک‌دیگر تعامل ندارند و درگیر فرآیند گونه‌زایی شده‌اند.

یکی از مثال‌های گونه‌زایی دگر میهنی، «جغدهای خال‌دار مکزیکی» و «جغدهای خال‌دار شمالی» هستند که به دلیل وجود یک رودخانه از یکدیگر جدا شده‌اند. این دو دسته در حین تکامل و سازگاری با شرایط و مکان‌های جغرافیایی مختلف ویژگی‌های متفاوتی به دست آورده‌اند.

گونه‌ زایی هم میهن

«گونه زایی هم‌میهنی» (Sympatric Speciation) باعث تشکیل دو یا چند گونه جدید از یک گونه اجدادی می‌شود، آن‌ هم در حالی که همه این گونه‌ها در یک موقعیت جغرافیایی زندگی می‌کنند. دانشمندان دلیل رخ دادن این روش گونه‌زایی را پیدا نکرده‌اند، زیرا در مقایسه با گونه زایی دگر میهنی، چندان رایج نیست.

گونه‌های مختلف حشرات از مثال‌های گونه زایی هم میهنی هستند زیرا حشرات با توجه به گیاهی که روی آن زندگی می‌کنند، حتی با وجود شباهت موقعیت جغرافیایی‌شان، ممکن است گونه زایی هم‌میهنی را تجربه کنند. در باکتری‌ها نیز این نوع از گونه‌زایی رایج است، زیرا آن‌ها هم به صورت افقی یعنی از یک باکتری به باکتری دیگر و هم به صورت عمودی یعنی از والد به فرزند، تبادل ژن انجام می‌دهند.

نوعی از گونه زایی را با عنوان «Budding Speciation» می‌شناسیم که شکل خاصی از گونه زایی هم میهن است. در طی این گونه زایی گروه کوچکی از افراد درگیر زاد و ولد ترجیحی می‌شوند و به این ترتیب از نسل اجدادی خود جدا خواهند شد. این نوع گونه زایی از مزایای زاد و ولد درون گونه‌ای استفاده می‌کند و به همین دلیل گونه‌ جدید به احتمال زیاد از مشکلات کمتری برخوردار خواهد بود. ازجمله مزایایی که به آن اشاره کردیم می‌توان موارد زیر را نام برد.

• بیان فنوتیپ‌های مغلوبی که سودمند هستند.
• میزان نوترکیبی کاهش می‌یابد.
• میزان بروز خطراتی که برای برقراری رابطه جنسی فرد را تهدید می‌کنند، کاهش می‌یابد.

گونه‌زایی سیمپاتریک از طریق روش‌های متفاوتی اتفاق می‌افتد. یکی از این روش‌ها در اغلب مواقع در گیاهان باعث گونه‌زایی می‌شود. این روش ازجمله رایج‌ترین روش‌های گونه‌زایی هم میهنی و شامل جداسازی کروموزوم‌ها در حین تقسیم سلولی است، این فرآیند «پلی‌پلوئیدی» (Polyploidy) نام دارد.

پلی پلوئیدی

«پلی‌پلوئیدی» به شرایطی گفته می‌شود که بیش از دو سری کروموزوم در سلول حضور دارند. برخلاف انسان و حیوانات، گیاهان توانایی تحمل تغییرات در تعداد دسته‌های کروموزومی خود را دارند. بنابراین افزایش این دسته‌های کروموزومی می‌تواند یکی از روش‌های رخ دادن گونه‌زایی هم‌میهنی در گیاهان باشد.

بیاید با این روند با دنبال کردن یک مثال آشنا شویم. یک گیاه تتراپلوئید (دارای ۴ دسته کروموزومی) چطور می‌تواند در جمعیتی دی‌پلوئیدی (دارای ۲ دسته کروموزومی) ایجاد شود؟

اگر در حین تقسیم میوز مشکلی پیش بیاید و جداسازی کروموزوم درست اتفاق نیفتد، سلول‌های تخمک و اسپرم دی‌پلوئید تولید می‌شوند، از لقاح این سلول‌های جنسی، زیگوتی تتراپلوئید ایجاد می‌شود که با زیگوت‌های عادی این گیاه متفاوت است. در تصویر زیر می‌توانید جزئیات این روند را بهتر متوجه شوید.

اگر این زیگوت تتراپلوئید رشد کرده و بارور باشد، پتانسیل ایجاد یک گونه جدید را خواهد داشت که با گونه والد که دیپلوئید بود، خصوصیات متفاوتی دارد.

تفاوت گونه‌ زایی هم میهنی و دگر میهنی

در گونه زایی دگر میهنی، انزوای جغرافیایی نکته اصلی است در حالی که در گونه زایی هم‌‌ میهن این مسئله مطرح نیست. فرآیند تشکیل گونه‌های جدید در گونه زایی دگر میهن هم در گیاهان و هم در حیوانات بسیار سریع است، اما گونه زایی هم میهن سرعتی آهسته دارد. جدول زیر خلاصه‌ای از تفاوت‌های میان این دو نوع گونه زایی است.

گونه زایی پراجا

در گونه زایی پراجا یا «گونه زایی پاراپاتریک» (Parapatric Speciation) دوجمعیت مختلف یک گونه دچار جدایی تولید مثلی می‌شوند. در اصل گروه کوچکی از یک جمعیت به وسیله مانع جغرافیایی محدود یا توزیع نامساوی اعضای جمعیت، یک جمعیت فرعی را تشکیل می‌دهند. تفاوت‌های میان دو جمعیت در این نوع گونه‌ زایی جزئی است، اما به دلیل همین تفاوت‌ها اعضای دو زیرگروه ایجاد شده، قادر به جفت‌گیری با یکدیگر نیستند.

گاهی گونه‌ زایی پاراپاتیریک به دلیل زیستگاه آلوده رخ می‌دهد. برای مثال مقادیر بالای فلزاتی مانند سرب و روی به خاطر فعالیت‌های معدنی جذب خاک می‌شود و رشد بعضی گیاهان را تحت تاثیر قرار می‌دهد. ازجمله این گیاهان می‌توان به نوعی علف به نام «Buffalo Grass» اشاره کرد که در آسیا و اروپا دیده می‌شود. این علف قادر به زندگی در خاکی با مقادیر بالای فلزات نبود اما با گذشت زمان دچار سازگاری با شرایط این خاک‌ها شد و امروزه فلزات خاک را تحمل می‌کند.

گونه زایی پیرابوم

«گونه زایی پری‌پاتریک» (Peripatric Speciation) یکی از زیر گروه‌های گونه زایی ناهمجا است. در این نوع گونه زایی، گونه جدید در انزوا ایجاد می‌شود، به این صورت که گروه کوچکی توانایی تبادل ژنتیکی با جمعیت اصلی را ندارند.در این نوع گونه‌زایی نقش رانش ژنتیکی بسیار زیاد است، زیرا می‌تواند تغییرات را با سرعت زیادی ایجاد کند. بنابراین جمعیت کوچکی از موجوداتی که در یک ناحیه خاص زندگی می‌کنند، گاهی اوقات دارای ژن‌های نادری هستند که می‌توانند به کل جامعه گونه جدید منتقل شوند و سپس به دلیل اثرات آن‌ها گونه‌ جدیدی ایجاد می‌شود.

جدول مقایسه انواع گونه‌زایی

تا اینجای این مطلب از مجله فرادرس با گونه‌زایی و روش‌های تشکیل گونه‌های جدید آشنا شدیم. در این بخش قصد داریم چهار روش گونه‌زایی را خلاصه و مقایسه کنیم، به این منظور جدول زیر را تهیه کرده‌ایم که پس از تعریف هر نوع گونه‌زایی، ویژگی‌ اصلی آن روش را معرفی می‌کند.

گونه زایی مصنوعی

گونه‌زایی مصنوعی نوعی از گونه‌زایی است که به دست انسان صورت می‌گیرد. برای مثال دامپروری موجب تولید گونه‌های جدیدی شده است که روش و تاریخ شکل‌گیری اولیه آن‌ها مشخص نیست. گونه‌های جدید را می‌توان در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی نیز به وجود آورد، مانند حشراتی که دانشمندان برای تحقیقات خود از آن‌ها استفاده می‌کنند و با تغییرات ژنتیکی آن‌ها را به گونه‌های جدید تبدیل می‌کنند.

گونه‌هایی که به روش گونه‌زایی مصنوعی ایجاد می‌شوند در اغلب موارد می‌توانند با گونه‌های وحشی و دست‌نخورده جفت‌گیری کنند و فرزندانی با قابلیت باروری داشته باشند. برای مثال در مورد حیوانات تولید شده در روند دامپروری می‌توان گفت که گاو‌های اهلی توانایی جفت‌گیری با گونه‌های وحشی مانند ورزا یا گاومیش هندی را دارند.

آموزش تکامل با فرادرس

تا اینجای این مطلب از مجله فرادرس متوجه شدیم که گونه‌زایی یکی از بخش‌های مطالعات تکاملی است. زیست‌شناسی تکاملی شاخه‌ای از علوم زیستی است که علاوه بر مطالعه گونه‌ها به تنوع زیستی و ارتباط بین گونه‌ها و محیط زیست نیز می‌پردازد و به این ترتیب تاریخ زمین و تکامل زندگی بر روی این سیاره را بررسی می‌کند. مطالعات اولیه تکاملی با ابزارها و روش‌هایی ساده انجام شدند، اما امروزه با پیشرفت تکنولوژی و روش‌های مولکولی، اهمیت مطالعات ژنتیکی بیش از پیش شده است.

در ادامه تعدادی از دوره‌های فرادرس را که به زیست‌شناسی تکاملی و ژنتیکی پرداخته‌اند، به شما معرفی می‌کنیم.

• فیلم آموزش جامع و با نکات کاربردی تکامل موجودات زنده فرادرس
• فیلم آموزش بوم‌ شناسی عمومی به همراه مرور و حل تست کنکور ارشد فرادرس
• فیلم آموزش مبانی و مفاهیم مقدماتی زیست شناسی سلولی و مولکولی فرادرس 
• فیلم آموزش بخش دوم زیست شناسی پایه دوازدهم رشته تجربی فرادرس
• فیلم آموزش بخش اول زیست شناسی پایه دوازدهم رشته تجربی فرادرس

اگر دانش‌آموز هستید و قصد دارید برای درس‌های مختلف به دوره‌هایی معتبر و کاربردی دسترسی پیدا کنید، به شما بازدید از صفحه مجموعه فیلم‌های آموزش دروس متوسطه دوم و کنکور فرادرس را توصیه می‌کنیم.

• مجموعه فیلم‌های آموزش دروس متوسطه دوم و کنکور فرادرس

دلایل گونه زایی

دلایل زیادی برای رخ دادن فرآیند گونه زایی وجود دارد که شناخته شده‌ترین آن‌ها را می‌توان موارد زیر دانست.

• انتخاب طبیعی
• «رانش ژنتیکی» (Genetic Drift)
• مهاجرت
• جهش کروموزومی
• دلایل طبیعی
• کاهش «شارش ژن» (Gene Flow)

در انتخاب طبیعی تعدادی از افراد گونه با خصوصیات متفاوتی جفت‌گیری و تولید مثل کرده و نسل‌های بعدی را ایجاد می‌کنند که خصوصیات ژنتیکی مختص به خودشان را دارند. در حالی که در رانش ژنی، تغییرات به صورت اتفاقی در فراوانی آلل‌های یک جمعیت رخ می‌دهد و موجب پیدایش یک گونه جدید می‌شود. رانش ژنتیکی عامل اصلی گونه زایی است اما برخی دانشمندان عقیده دارند که این فرآیند علت گونه زایی نیست، بلکه فرآیندی است که باعث تکامل موجودات می‌شود.

فیلم آموزش مبانی علم ژنتیک – جامع و با نکات مهم در فرادرس

کلیک کنید

دلایل زیاد و متنوعی برای مهاجرت یک گونه از یک موقعیت جغرافیایی به موقعیت دیگری وجود دارد؛ مانند غذا و آشیانه، اما این دلایل باعث انباشته شدن ویژگی‌های متفاوتی می‌شوند که در نسل بعد به گونه زایی منتهی می‌شود.

گونه‌ها تحت تاثیر جهش کروموزومی، دلایل طبیعی و کاهش شارش ژن به دلیل پیش‌روی جهش‌های کروموزومی، رخ دادن اتفاقات طبیعی مانند سیل که جمعیت‌ها را از یکدیگر جدا می‌کنند و کاهش سریع شارش ژن دچار تغییر شده و گونه‌های جدید ایجاد می‌شوند.

اگر بعضی از این اصطلاحات برای شما ناآشنا هستند، در ادامه راجع‌ به انتخاب طبیعی، رانش ژنتیکی و اهمیت شارش ژن در گونه‌زایی هم‌میهنی بیشتر توضیح می‌دهیم.

انتخاب طبیعی چیست؟

«انتخاب طبیعی» (Natural Selection) یک مکانیسم تکاملی است که اولین بار توسط داروین کشف و گزارش شد. انتخاب طبیعی بیان می‌کند که موجوداتی که با محیط سازگارتر باشند، زنده مانده و ژن‌های خود را به نسل بعد منتقل می‌کنند. این پروسه باعث تغییر و اصلاح گونه‌ها به مرور زمان می‌شود.

در صورتی که تمایل دارید اطلاعات کامل‌تر و دقیق‌تری راجع به انتخاب طبیعی به دست بیاورید، مطالعه مطلب «انتخاب طبیعی چیست؟ — به زبان ساده» از مجله فرادرس را به شما پیشنهاد می‌کنیم.

رانش ژنتیکی چیست؟

اگر بر اثر یک رویداد تصادفی در فراوانی آلل‌های یک جمعیت از نسلی به نسل دیگر تغییراتی ایجاد شود، «رانش ژنتیکی» اتفاق افتاده است. رانش ژن در همه گونه‌ها فارغ از تعداد اعضای جمعیت اتفاق می‌افتد اما اثرات آن در جمعیت‌های کوچک چشم‌گیرتر است.

رانش ژن برخلاف انتخاب طبیعی، توجهی به مفید بودن یا نبودن یک ژن ندارد، گاهی ممکن است بر اثر روند رانش ژنتیکی یک آلل سودمند به مرور زمان از جمعیت حذف شود یا حضور یک آلل مضر تثبیت شود. بنابراین تغییرات ژنتیکی حاصل از رانش ژن به شانس بستگی داشته و اتفاقی هستند. در تصویر زیر روند حذف یک آلل طی فرآیند رانش ژنتیکی مشخص شده است.

شارش ژن در گونه زایی هم میهنی

حرکت‌ ژن‌ها درون یا به بیرون از جمعیت با عنوان «شارش ژنی» شناخته می‌شود. اعضای دو جمعیت متفاوت می‌توانند از طریق جفت‌گیری تبادل ژن انجام دهند. این موضوع نه تنها تفاوت‌ها را به حداقل می‌رساند، بلکه باعث می‌شود تنوع ژنتیکی کاهش یابد.

به طور معمول شارش ژنی از طریق مهاجرت کاهش می‌یابد و فرقی ندارد که این مهاجرت به معنی ورود گونه جدید به محیط یا خروج یک گونه از محیط باشد. در یک فاصله جغرافیایی زیاد، یک جمعیت می‌تواند آلل‌هایی را به دست آورد یا حتی آلل‌هایی را از دست بدهد. شارش‌های ژنی روی جمعیت‌های کوچک تاثیرات شدیدی می‌گذارند، زیرا امکان دارد که افراد این جمعیت دارای آللی باشند که با ترک جمعیت آن آلل را از دست بدهند. اما رخ دادن چنین اتفاقی در افراد یک جمعیت بزرگ بعید به نظر می‌رسد زیرا افراد دیگر هستند که آن آلل خاص را داشته باشند.

در گونه‌زایی هم میهنی با وجود آن که تشکیل گونه جدید بر اساس جداسازی جغرافیایی رخ نمی‌دهد، شارش ژنی کاهش می‌یابد. اما چطور این اتفاق می‌افتد؟

در اصل پیدایش یک زیستگاه جدید یکی از دلایل اصلی گونه‌زایی است، حتی با وجود آن‌ که در محدوده جغرافیایی مشابهی قرار دارند.

چه چیزی از گونه‌زایی در جمعیت‌های هم میهن پیشگیری می‌کند؟

جمعیتی هم‌میهن توصیف می‌شود که دو جمعیت مربوط به هم در یک ناحیه زندگی کنند. گونه‌زایی رخ نخواهد داد اگر جداسازی تولیدمثلی رخ ندهد. اگر هم جداسازی تولید مثلی ایجاد شود، مدت زمانی که افراد درگیر این جداسازی خواهند بود،‌ به اندازه‌ای که گونه‌زایی رخ دهد، طول نخواهد کشید. گونه‌زایی تنها زمانی اتفاق می‌افتد که جفت‌گیری بین دو زیرگروه به دلیل یک مانع طبیعی متوقف شود. تا زمانی که جفت‌گیری تصادفی بین اعضای دو گروه اتفاق بیفتند، گونه‌زایی هم میهنی رخ نخواهد داد.

جفت‌گیری تصادفی جمعیت‌ها می‌تواند تا زمانی که افراد دو جمعیت در یک ناحیه با یکدیگر برخورد دارند، ادامه پیدا کند و در پی آن شرایط محیطی نیز ثابت باقی بماند. در حقیقت فشاری به جمعیت‌ها برای انتخاب هر نوع صفت خاصی که باعث واگرایی ژنتیکی می‌شود، تحمیل نمی‌شود.

جدایی‌ تولید مثلی چیست؟

جدایی تولیدمثلی به شرایطی اشاره دارد که گونه‌های متفاوت با وجود آن که در یک منطقه زندگی می‌کنند، به دلیل خصوصیات متفاوت اعضای دو گونه، توانایی جفت‌گیری با یکدیگر را ندارند. به مانعی که باعث می‌شود دو گونه یا گروه نتوانند تولیدمثل جنسی داشته باشند، «مکانیسم جداسازی» (Isolating Mechanisms) گفته می‌شود.

به طور معمول اعضای یک گونه با اعضای گونه‌های دیگر جفت‌گیری نمی‌کنند، اما اگر هم این اتفاق رخ دهد، فرزند آن‌ها یا زنده نمی‌ماند یا توانایی تولیدمثل نخواهد داشت و عقیم است.

مکانیسم‌های جداسازی تولیدمثلی

مکانیسم‌های متفاوتی می‌توانند باعث جداسازی تولیدمثلی موجودات زنده بشوند که به دو دسته اصلی و هر دسته به تعدادی زیرگروه تقسیم می‌شوند. در ادامه این موارد را معرفی می‌کنیم.

• مکانیسم‌های جداسازی پیش از جفت‌گیری: دلایلی هستند که باعث می‌شوند افراد در درون گونه خودشان جفت‌گیری کنند.
  • جداسازی زمانی: افراد گونه به دلیل عدم تطابق بازه زمانی که از لحاظ جنسی فعالی هستند، توانایی جفت‌گیری با یکدیگر را ندارند.
  • جداسازی اکولوژیکی: افراد گونه فقط در زیستگاه مطلوب جفت‌گیری می‌کنند.
  • جداسازی رفتاری: امکان برخورد بین افراد گونه‌های مختلف وجود دارد اما هم‌گونه‌ خودشان را انتخاب می‌کنند. حتی ممکن است نشانه‌های جنسی گونه دیگر را متوجه نشوند.
  • جداسازی مکانیکی: ممکن است بین افراد دو گونه تلاش برای جفت‌گیری انجام شود اما امکان انتقال اسپرم وجود نداشته باشد. یعنی افراد دو گونه به دلیل تفاوت اندام‌های جنسی نمی‌توانند با یکدیگر جفت‌گیری کنند.
• مکانیسم‌های جداسازی پس از جفت‌گیری: ناسازگاری ژنوم‌های متفاوت والدین رشد طبیعی را در فرزندان هیبرید متوقف می‌کند.
  • ناسازگاری گامت‌ها: انتقال اسپرم صورت می‌گیرد اما تخمک بارور نمی‌شود.
  • مرگ زیگوت: تخمک بارور می‌شود اما زیگوت رشد نمی‌کند.
  • زنده نماندن هیبرید: رویان هیبریدی تشکیل می‌شود اما می‌میرد.
  • نازایی هیبرید: هیبرید به دنیا می‌آید و زنده هم می‌ماند اما نابارور است.
  • انقراض هیبرید: نسل اول هیبریدها در دسترس و بارور هستند اما نسل‌های بعدی یا از بین می‌روند یا نابارور هستند.

روش‌های انتخاب جفت و گونه‌ زایی

شاید با اصطلاح «انتخاب جنسی» آشنا باشید و بدانید که گروهی از جانوران برای جفت‌یابی مجبور به رقابت هستند، اما آیا انتخاب جنسی تنها روشی است که پیش روی جانداران است؟

انتخاب جفت در روند گونه‌زایی اثر می‌گذارد، بنابراین شناخت روش‌های انتخاب که می‌توانند به موفقیت یا شکست گونه‌ زایی کمک کنند، اهمیت بالایی دارد. در این بخش سه روش را که در ادامه نام برده‌ایم، معرفی خواهیم کرد و یاد می‌گیریم که چطور می‌توانند روی گونه‌زایی یا تثبیت‌ گونه‌های جدید اثرگذار باشند.

1. انتخاب جنسی
2. انتخاب بوم شناختی (اکولوژیکی)
3. تثبیت گونه‌زایی

انتخاب جنسی

انتخاب جنسی دو نوع مختلف دارد که آن‌ها را با عنوان‌های «انتخاب بیناجنسی» (Intersexual Selection) و «انتخاب جنسی» (Sexual Selection) می‌شناسیم. در ادامه با ارائه تعریف این دو روش انتخاب، به تفاوت موجود میان آن‌ها پی خواهیم برد.

• انتخاب بیناجنسی: فرآیندی که در طی آن اعضای یک جنس زیستی (مثلا ماده) جفت خود را از جنس دیگر (نر) انتخاب می‌کنند.
• انتخاب جنسی: در طی فرآیند انتخاب جنسی، یک جنس برای جفت‌گیری با جنس مخالف باید با هم‌جنس‌های خودش رقابت کند.

به دلیل این دو نوع انتخابی که پیش‌روی افراد است، در جمعیت‌های مختلف بعضی از افراد که ویژگی‌های متمایزکننده‌ای مانند ظاهر جذاب دارند در زمینه جفت‌یابی موفق‌تر عمل می‌کنند. در طبیعت نرهایی موفق هستند که می‌توانند به دفعات متعدد با ماده‌های مختلف جفت‌گیری کنند. جنس ماده به وسیله جفت‌گیری با نرهای منحصر به فرد، انرژی‌ که برای باروری خرج می‌کنند را نوعی سرمایه‌گذاری برای تداوم نسلی موفق می‌بینند.

انتخاب بوم‌شناختی

گونه زایی بوم‌شناختی نوعی از گونه‌زایی است که در طی آن جدایی تولیدمثلی به دلیل یک عامل اکولوژیکی اتفاق می‌افتد. این عامل باعث ایجاد تغییراتی در شرایط زیستی گونه موردنظر می‌شود، ازجمله این عوامل می‌توان به تغییرات رفتاری و تغییر نحوه انتخاب جفت به دلیل انتخاب جنسی یا سیستم برقراری ارتباط اشاره کرد. ازجمله تغییرات رفتاری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• شکار کردن
• فرار از چنگ شکارچیان
• جذب موجودات گرده‌افشان
• غذایابی

انزوای تولیدمثلی به دلایل بوم‌شناسی بر اثر انتخاب طبیعی باعث تشکیل گونه‌های جدید می‌شود. در اصل می‌توان این انتخاب بوم‌شناختی را تعامل افراد با محیط خود در حین کسب ویژگی‌های جدید دانست.

تثبیت گونه‌زایی

«تثبیت گونه‌زایی» (Reinforcement) که به آن «اثر والاس» هم گفته می‌شود، فرآیندی است که انتخاب طبیعی موجب افزایش جداسازی تولیدمثلی می‌شود. این اتفاق می‌تواند در هنگام ادغام دوباره دو جمعیتی که پیش از این از یکدیگر جدا شده بودند، رخ بدهد. اگر این دو جمعیت پیش از این تماس مجدد، از لحاظ تولیدمثل به طور کامل تفکیک شده باشند، به دو گونه‌ای تبدیل می‌شوند که دیگر قادر به جفت‌گیری با یکدیگر نیستند.

اگر در دو جمعیت هدف، جداسازی تولیدمثلی به طور کامل اتفاق نیفتاده باشد، جفت‌گیری میان اعضای دو گونه باعث تولید فرزندان هیبرید می‌شود که ممکن است بارور یا نابارور باشند. اگر هیبرید‌ها نابارور باشند یا موجودات باروری باشند که شباهت کمی به والدین اجدادی خود دارند، جداسازی تولیدمثلی در نسل‌‌های بعد اتفاق می‌افتد و می‌توان در نظر گرفت که گونه‌زایی اتفاق افتاده است. ازجمله مثال‌های این موضوع می‌توان به اسب‌ها و الاغ‌ها اشاره کرد.

یکی از دلایل این جداسازی تولیدمثلی به صفات طبیعی والدین هیبرید‌ها برمی‌گردد. هیبریدها دارای ویژگی‌های هر دو والد خود هستند، بنابراین دشوار است که با افراد دو گونه‌ای که والدین به آن‌ها تعلق داشتند، جفت‌گیری و تولیدمثل کنند. این عدم تناسب باعث می‌شود که هیبریدها تمایل داشته باشند با یکدیگر جفت‌گیری کنند و اگر قابلیت باروری داشته باشند، در چند نسل گونه‌ای جدید را شکل می‌دهند. به این روند «اثر والاس» گفته می‌شود که از نام یک زیست‌شناس تکاملی به نام «آلفرد والاس» گرفته شده است.

گونه زایی دگر میهنی چطور اتفاق می‌افتد؟

در بخش انواع گونه زایی روند تشکیل گونه‌های جدید را به صورت خلاصه توضیح دادیم اما در این بخش قصد داریم به این روند را با ذکر جزئیات توضیح دهیم.

مرحله اول گونه زایی ناهمجا (آلوپاتریک) تغییرات جغرافیایی است که منجر به جداسازی گروه‌های موجودات زنده از زیستگاه اولیه می‌شود. تغییرات زمین‌شناسی می‌توانند منشا طبیعی یا مصنوعی داشته باشند. در ادامه تعدادی از دلایل طبیعی این جداسازی را نام برده‌ایم.

• • • تشکیل یک رشته‌کوه جدید
    • فوران آتشفشان
    • تشکیل مسیر آبی جدید
    • گسترش سریع دره‌های جدید
    • نتایج مخرب بلایای طبیعی

در مرحله دوم، سیر تکاملی ژن‌ها شروع می‌شود. سازماندهی ژن‌ها شامل در دسترس بودن DNA و RNA است. بنابراین در این مرحله از گونه زایی دگر میهنی ویژگی‌های متفاوت بین جمعیت‌ها به دلیل تغییرات ژن‌ها این جوامع رخ می‌دهد.

در مرحله پایانی، هر دو جمعیت به نقطه‌ای می‌رسند که تفاوت‌های بسیاری با یکدیگر دارند و دیگر شانسی برای جفت‌گیری بین دو گونه وجود نخواهد داشت، حتی اگر افراد دو گونه در یک زیستگاه مشترک قرار بگیرند. دلیل این اتفاق تفاوت ایجاد شده در ویژگی‌ها، عادات و ترجیحات متفاوت برای زندگی است.

واگرایش سازشی چیست؟

«واگرایش سازشی» (Adaptive Radiation) به فرآیندی زیستی می‌گویند که در طی آن موجودات زنده به دلیل تغییرات ناگهانی محیط زیست تمایل دارند که در شکل، اندازه و ویژگی‌هایشان تغییراتی ایجاد شود، زیرا این تغییرات ناگهانی چالش‌هایی برای زنده ماندن آن‌ها ایجاد کرده است. در حقیقت گونه‌های جدیدی که می‌بینیم همه از یک گونه اولیه مشتق شده‌اند.

در تصویر زیر می‌توانید نمونه‌ای یک واگرایش سازشی را ببینید که در طی آن انواع مختلف پرندگانی که از یک گونه اولیه ایجاد شده‌اند به تصویر کشیده شده است. نحوه تکامل و تمایز هر گونه جدید بر اساس سازگاری با شرایط متفاوت بوده است، مثلا تفاوت اندازه منقارها به این دلیل است که متناسب با نوع تغذیه، شکل و اندازه منقار نیز باید متفاوت باشد.

داروین و انتخاب طبیعی

در قرن نوزدهم میلادی، زیست‌شناسی انگلیسی به نام چارلز داروین برای بررسی گونه‌های یک جزیره سفری دریایی را با کشتی «HMS Beagle» آغاز کرد. داروین پس از مدتی انجام کارهای پژوهشی در جزیره، نظریه‌ای را مطرح کرد که با داستان‌های خلقت انسان در تضاد بود. طبق این نظریه، همه گونه‌ها از جدی مشترک طی فرآیندی به نام «انتخاب طبیعی» (Natural Selection) مشتق شده‌اند. به این ترتیب انتخاب طبیعی به عنوان اثرگذارترین عامل در تنوع گونه‌ها و ژنوم آن‌ها در نظر گرفته می‌شود. اصول کار داروین و نظریه او دارای پنج اصل اساسی است.

• • 1. یکی از اصلی‌ترین انگیزه‌های همه‌ جانداران، تولیدمثل و بقا است که به صورت انتقال اطلاعات ژنتیکی از نسلی به نسل دیگر اتفاق می‌افتد. در طی این فرآیند گونه‌ها تمایل دارند که بیش از میزان توان و ظرفیت محیط زیست، فرزندآوری کنند.
    2. میزان مواد غذایی موجود در طبیعت کمتر از مقدار مورد نیاز جمعیت خواهد بود، به همین دلیل بر سر منابع غذایی بین افراد گونه رقابت ایجاد می‌شود. در نتیجه افزایش رقابت، افراد ضعیف‌تر از بین می‌روند.
    3. مرگ موجودات زنده‌ به دلیل این کمبود منابع غذایی، به صورت اتفاقی نخواهد بود. داروین متوجه شد که افرادی زنده باقی می‌مانند که با محیط زیست سازگارتر هستند، در نتیجه می‌توانند در رقابت موفق‌ ظاهر شوند.
    4. نتیجه این حذف گونه‌های ناسازگار به وجود آمدن اصطلاح‌ «بقای اصلح» بود که توصیف‌کننده موقعیتی است که به دلیل شرایط نامناسب محیط زیست، فردی زنده می‌ماند که قادر به کسب منابع محیطی است. به این ترتیب شانس تولیدمثل و انتقال ژن‌هایش به نسل بعد را خواهد داشت.
    5. در نهایت موجودات باقی‌مانده در محیط، ویژگی‌هایی را بروز می‌دهند که ژن‌های مسئول آن ویژگی‌ها با گذر از چالش‌های محیطی از نسل قبل به نسل حاضر منتقل شده‌اند.

فیلم آموزش انتخاب طبیعی در تکامل موجودات زنده (رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

داروین با مشاهده این روند به این نتیجه رسید که موجودات زنده به مرور زمان به دلیل شرایط محیطی به نحوی تکامل یافته‌اند که مطلوب‌ترین ویژگی‌ها را نشان دهند و تبدیل به گزینه‌ای مناسب برای زندگی در شرایط محیطی موجود شوند. با وجود انتخاب طبیعی، فراوانی آلل‌های مربوط به صفات تاثیرگذار در فرآیند انتخاب طبیعی طی چند نسل در ژنوم افراد آن‌ گونه بیشتر می‌شود.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس یک روند تکاملی به نام «گونه‌زایی» را بررسی کردیم و با روش‌های تشکیل گونه‌های جدید آشنا شدیم که ۴ مورد هستند.

1. گونه‌زایی آلوپاتریک یا دگر میهنی
2. گونه‌زایی سیمپاتریک یا هم میهنی
3. گونه‌زایی پاراپاتریک
4. گونه‌زایی پری‌پاتریک

روند تشکیل گونه‌های جدید به مروز زمان اتفاق می‌افتد و می‌توان گفت که اکثریت گونه‌های موجود به دلیل گونه‌زایی آلوپاتریک تشکیل شده‌اند. در این نوع گونه‌زایی «جداسازی جغرافیایی» موجب دور شدن افراد یک جمعیت از یکدیگر شده و پس از سازگاری افراد با شرایط محیطی جدید امکان دارد که در صورت قرارگیری کنار اعضای گروه والد قادر به تولیدمثل و جفت‌گیری با آن‌ها نباشند.

گونه‌زایی می‌تواند دلایل متفاوتی داشته باشد که در جدول زیر از آن‌ها نام برده‌ایم.

پس از آشنایی با این دلایل به سراغ روش‌های انتخاب جفت و تاثیر این روش‌ها روی گونه زایی رفتیم، بنابراین با مفاهیم «انتخاب جنسی»، «انتخاب بوم‌شناختی» و «تثبیت گونه‌زایی» آشنا شدیم. در انتها نیز به این سوال جواب دادیم که چرا تغییرات ناگهانی محیط باعث تغییراتی در ویژگی‌های موجودات زنده می‌شود؟

دلیل این این اتفاق «واگرایش سازشی» است که تلاش موجود زنده برای سازگار شدن با محیط اطراف است. برای مثال انواع مختلف سهره‌ها منقارهای متفاوتی دارند که به آن‌ها این امکان را می‌دهد از مواد گوناگونی مانند حشرات یا کاکتوس‌ها تغذیه کنند.