วิวัฒนาการกับมลภาวะ

                การพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมของนานาประเทศโดยไม่คำนึงถึงสิ่งแวดล้อมแล้วมักส่งผลให้เกิดมลภาวะที่เลวร้ายเสมอ ซึ่งกำลังเป็นปัญหาใหญ่หลวงในทุกระดับไม่ว่าจะเป็นปัญหาระดับท้องถิ่นตลอดถึงระดับประเทศและระดับโลก กรณีตัวอย่างที่ศึกษากัน คือ เรื่องเมลานิน (melanin) ของผีเสื้อกลางคืนในเขตอุตสหกรรมของประเทศอังกฤษหรือการดื้อต่อสาร ดีดีที ของแมลงศัตรู หรือแมลงพาหะนำโรคต่าง ๆ โดยทั่วไปแล้วการเกิดมลภาวะเป็นการเปลี่ยนแปลงสภาวะแวดล้อมอย่างรวดเร็ว ซึ่งมีผลกระทบอย่างรุนแรงต่อสิ่งมีชีวิตในบริเวณที่เกิดมลภาวะนั้น ถ้าเป็นสัตว์ที่หนีได้ก็จะหนีไปอยู่ที่แห่งใหม่ หรือไม่ก็สูญหายตายไปจากบริเวณที่เกิดมลภาวะนั้น ในกรณพืชถ้าหากปรับตัวไม่ได้กับสภาพมลภาวะนั้นก็จะตายจากไปเช่นเดียวกัน จุลินทรีญ์บางชนิดอาจสามารถทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่เต็มไปด้วยมลภาวะนั้นและสามารถดำรงชีวิตต่อไปได้ ในกรณีเช่นนี้เราอาจศึกษาหาข้อมูลทางชีววิทยาและวิวัฒนาการของพวกจุลินทรีย์ดังกล่าวเพื่อนำมาใช้ประโยชน์ในทางอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพได้ เช่น พวกแบคทีเรียที่อยู่ได้ในน้ำเน่าขังในแหล่งที่เป็นไขมันตกค้าง หรือแม้กระทั่งแหล่งทิ้งเศษเหล็กหรือสังกะสี ตัวอย่างเช่น การค้นพบแบคทีเรียชนิดที่อาศัยอยู่บริเวณบ่อน้ำร้อนหรือแหล่งน้ำที่มีอุณหภูมิสูงใต้ท้องทะเล โดยสามารถสกัดเอนเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ DNA มาใช้ในเทคโนโลยียุคใหม่ได้ เพราะเอนไซม์ดังกล่าวมีคุณสมบัติทำงานได้ดีในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูงถึง 70 – 80 องศาเซลเซียส และนำเอาเอนไซม์นั้นมาใช้ในเทคนิคการเพิ่มจำนวนชุดของชิ้นส่วน DNA ซึ่งมีคุณค่าอย่างยิ่งในเทคโนโลยี DNA ยุคใหม่

                การคัดเลือกตามธรรมชาติในคน

                มนุษย์เราหลีกเลี่ยงไม่พ้นจากการคัดเลือกตามธรรมชาติ เช่นเดียวกับจุลินทรีย์หรือสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น เรื่องฮีโมโกลบินกับโรคโลหิตจางที่เกิดจากความผิดปกติของฮีโมโกลบินที่เรียกว่าโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ (sickle cell anemia) โรคพันธุกรรมนี้ควบคุมโดยยีนด้อยในออโตโซม การระบาดของโรคโลหิตจากประเภทนี้มีความสัมพันธ์โยงใยกับการระบาดของเชื้อมาลาเรียที่เกิดขึ้นในทวีปแอฟริกา คนที่มีจีโนไทป์ฮอมอไซโกตสำหรัยยีนด้อย (Hb^S/Hb^S) จะแสดงอาการโลหิตจางขั้นรุนแรงจนถึงตายตั้งแต่วัยเยาว์เพราะฮีโมโกบลิบ Hb^S ที่ผิดปกติ ส่วนคนที่มีจีโนไทป์ออมอไซโกตสำหรับยีนเด่น Hb^A/Hb^A มีเลือดปกติ เพราะอีโมโกลบิน Hb^A ปกติ แต่คนปกติเหล่านี้มักเสียชีวิตด้วยโรคไข้มาลาเรียหากได้รับเชื้อมาลาเรียชนิดรุนแรง แต่คนที่มีจีโนไทป์เฮเทอโรไซโกต (Hb^A/Hb^S) จะมีเลือดปกติและทนทานต่อเชื้อมาลาเรียได้ดีกว่าพวก Hb^A/Hb^A ดังนั้นประชากรที่อยู่ในท้องที่ที่มีไข้มาลาเรียสูงจะพบยีนฮีโมโกลบิน Hb^S อยู่ในสัดส่วนที่สูงตามไปด้วยเพราะมีเชื้อไข้มาลาเรียเป็นปัจจัยพลังการคัดเลือกตามที่สำคัญ

                ในประเทศไทยมีโรคโลหิตจางที่เกิดจากฮีโมโกลบินผิดปกติที่เรียกว่า ทาลัสซีเมีย ที่เป็นชนิดแอลฟาและแบบเบตาในอัตราสูงในประชากรไทยในบางท้องที่ อาจเป็นไปได้ที่โรคทาลัสซีเมียจะมีความสัมพันธุ์กับการะบาดของเชื้อไข้มาลาเรียในประชากระรรมชาติ โดยกลไกการคัดเลือกตามธรรมชาติเช่นเดียวกันกรณีโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ที่กล่าวมาแล้วในเบื้องต้น

                ชีวิตความเป็นอยู่ของคนในสภาพแวดล้อมของเมืองใหญ่ ๆ ในปัจจุบันมีความแตกต่างไปจากบรรพบุรุษในอดีตอย่างมากมาย สภาพสังคมและเศรษฐกิจที่มีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้นกว่าในอดีตสร้างความกดดันให้แก่ทุกคนในสังคมที่คาดว่าจะมีผลต่อวิวัฒนาการของมนุษย์ไม่มากก็น้อย การแต่งงานกันระหว่างคนที่มีเชื้อชาติต่างกันย่อมเพิ่มความหลากหลายทางพันธุกรรมมากขึ้น แต่ในขณะเดียวกันกับสภาพแวดล้อมที่มีกัมมันตรังสีเพิ่มขึ้น รวมทั้งสารเคมีสังเคราะห์ที่อยู่ในรูปของยารักษาโรค ยาปราบแมลงศัตรูพืช ตลอดจนสารเคมีที่ใช้ปรุงแต่งอาหารล้วนแต่เป็นปัจจัยที่ช่วยเพิ่มอัตราเกิดยีนมิวเทชันให้สูงขึ้นในทุกกลุ่มชน โดยเฉพาะในประเทศที่ด้อยพัฒนาและที่กำลังพัฒนาที่ยังขาดความระมัดระวังในเรื่องการใช้ยาหรือสารเคมีในรูปแบบต่าง ๆ ถึงแม้ว่าเราจะไม่สามารถวัดผลกระทบดังกล่าวได้ชัดเจนนัก แต่เราก็ต้องยอมรับว่ามนุษย์เองคงมิได้หยุดอยู่กับที่ในเชิงองค์ประกอบทางพันธุกรรม ในประเทศที่พัฒนาแล้วมีข้อมูลบ่งชี้ว่าในช่วงระยะหลังสงครามโลกครั้งที่สองเป็นต้นมามีโรคทางพันธุกรรมเกิดขึ้นมากกว่าในยุคก่อนหน้านี้ประมาณร้อยละ 3-4 ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบทางพันธุกรรมหรือยีนพูลของมนุษย์อย่างแน่นอน นอกจากนั้นยังพบข้อมูลบางอย่างที่สะท้อนให้เห็นว่ามนุษย์ในยุคปัจจุบันกำลังอ่อนแอลงในทางชีววิทยา อันเนื่องจากผลกระทบของสารเคมีและสิ่งแปลกปลอมทั้งภายในและภายนอกร่างกาย ดังตัวอย่างการศึกษาในประเทศอังกฤษที่พบว่าผู้ชายในยุคก่อนจะสร้างอสุจิประมาณ 133 ล้านตัวในอสุจิ 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร แต่ในผู้ชายยุคปัจจุบันจะพบอสุจิเพียงประมาณ 60 ล้านตัวต่อน้ำอสุจิ 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร ข้อมูลเบื้องต้นสะท้อนให้เห็นว่าสมรรถภาพทางชีววิทยาของคนกำลังลดลงอย่างน่าห่วงใยยิ่ง สิ่งที่เราควรให้ความสนใจอย่างจริงจัง ก็คือ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างยีนต่าง ๆ ในร่างกายกับสภาพแวดล้อมที่แปรผันไปตามแนวทางการพัฒนายุคใหม่แบบไม่ยั่งยืนที่มีส่วนทำลายธรรมชาติมากยิ่งขึ้น ซึ่งมีผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการของเผ่าพันธุ์มนุษย์ในทางลบอย่างที่ไม่เคยปรากฎมาก่อน มีนักวิชาการบางท่านให้ทัศนะในทางลบต่ออนาคตของมนุษย์ ว่า หากไม่ยอมปรับเปลี่ยนแนวทางการพัฒนาและการดำรงชีวิตให้สอดคล้องกับธรรมชาติให้มากกว่านี้

การพัฒนากับวิวัฒนาการ

                   วิวัฒนาการร่วมกัน การวิวัฒนาการร่วมกัน (coevolution) อาจเกิดขึ้นรวดเร็วพอที่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถศึกษาติดตามการเปลี่ยนแปลงได้ชัดเจน โดยเฉพาะในกรณีที่มนุษย์ไปรบกวนกระบวนการวิวัฒนาการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ

coevolution

ตัวอย่างเช่น การใช้ไวรัสเพื่อการควบคุมประชากรกระต่ายในประเทศออสเตรเลีย ซึ่งได้มีผู้นำเอากระต่ายเลี้ยงจากประเทศอังกฤษเข้าไปเลี้ยงในประเทศออสเตรเลีย ที่ซึ่งอาหารการกินอุดมสมบูรณ์และไม่มีศัตรูทำลายกระต่ายจึงทำให้ประชากรกระต่ายเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมากอย่างน่าตกใจจนทำให้กระต่ายเหล่านั้นเป็นตัวทำลายพืชผลของเกษตรกรชาวออสเตรเลียไปโดยมิได้ตั้งใจ เมื่อมีเหตุเช่นนี้เกิดขึ้นนักวิทยาศาสตร์ก็พยายามหาทางกำจัด หรือควบคุมประชากรกระต่ายโดยใช้ไวรัสพวกมิกโซมาโทซิส (myxxomatosis) ซึ่งทำให้เกิดโรคในกระต่ายอย่างรุนแรงจนถึงตายได้ ทำให้การควบคุมประชากรกระต่ายดังกล่าวได้ผลดียิ่ง โดยมีอัตราการตายของกระต่ายสูงถึงเกือบร้อยละ 99 ในระยะเริ่มต้นของการปล่อยเชื้อไวรัสซึ่งยังความปิติให้แก่นักวิชาการและประชาชนทั่วไปที่คิดว่าประสบความสำเร็จ แต่ก็ดีใจไม่ได้นานเพราะพวกกระต่ายที่สามารถพัฒนาภูมิต้านทานต่อสู้กับเชื้อไวรัสและสามารถรอดตายจากโรคร้ายที่เกิดจากไวรัสนั้นได้เพิ่มจำนวนมากขึ้นเรื่อย ๆ และยังคงมีกระต่ายพันธุ์ที่นำเข้ามาจากยุโรปอยู่จนกระทั่งทุกวันนี้ เหตุการณ์การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับประชากรกระต่ายดังกล่าวสามารถอธิบายได้โดยหลักวิวัฒนาการ คือ มีการคัดเลือกตามธรรมชาติเกิดขึ้นกับพันธุ์กระต่ายที่สามารถทนทานต่อเชื้อไวรัสนั้นได้ ในขณะเดียวกันการคัดเลือกตามธรรมชาติก็เกิดขึ้นกับเชื้อไวรัสมิกโซมาโทซิสโดยการพัฒนาเปลี่ยนแปลงสายพันธุ์ที่มีฤทธิ์รุนแรงต่อกระต่ายตามติดไปด้วย ซึ่งลักษณะพันธุกรรมที่มีฤทธิ์รุนแรงจะถ่ายทอดจากกระต่ายตัวหนึ่งสู่อีกตัวหนึ่งโดยอาศัยยุงเป็นพาหะ ไวรัสพันธุ์ที่ไม่รุนแรงมากนักจนถึงกับทำให้กระต่ายตายก็จะสามารถดำรงพันธุ์ต่อไปได้โดยถูกถ่ายทอดไปสู่กระต่ายตัวอื่นต่อไปโดยอาศัยยุงที่เป็นพาหะที่มากินเลือดกระต่ายตัวที่ป่วยด้วยไวรัสนั้น ในขณะที่ไวรัสพันธุ์รุนแรงมาก ๆ จนถึงกับเป็นอันตรายต่อชีวิตกระต่ายก็มักจะไม่ค่อยถ่ายทอดต่อไปยังกระต่ายตัวอื่น เพราะยุงที่เป็นพาหะนั้นจะดูดกินเลือดจากกระต่ายที่ยังมีชีวิตอยู่เท่านั้น ดังนั้นการคัดเลือกตามธรรมชาติที่เกิดขึ้นกับพันธุ์กระต่ายที่ต้านทานเชื้อไวรัสและที่เกิดขึ้นกับพันธุ์ไวรัสชนิดที่ไม่รุนแรงจนถึงกับทำให้กระต่ายตายนั้นส่งผลให้กระต่ายและไวรัสสามารถปรับตัวร่วมกันและวิวัฒนาการร่วมกันมาได้จนถึงสภาวะสมดุลดังที่เป็นอยู่ในประเทศออสเตรเลียขณะนี้

                การวิวัฒนาการร่วมกันมักพบบ่อยอยู่เสมอ ๆ ในเชื้อแบคทีเรียและเชื้อไวรัสกับพืช หรือสัตว์ที่ถูกอาศัย ที่เรียกว่า โฮสต์ (host) แม้กระทั่งไวรัสชนิดที่ทำให้เกิดโรคเอดส์ คือ HIV ไวรัสกลุ่มนี้ก็คงจะอยู่ในระหว่างกระบวนคัดเลือกตามธรรมชาติและการปรับตัวไปพร้อม ๆ กันกับการปรับตัวของมนุษย์ในเชิงการพัฒนาภูมิคุ้มกันเพื่อต่อต้านกับภัยจากเชื้อไวรัสเอดส์ซึ่งต้องใช้เวลาพอสมควร

                เชื้อโรคที่ดื้อยา

                ยารักษาโรคและยาปฏิชีวนะที่ถูกนำมาใช้รักษาโรคที่ติดเชื้อแบคทีเรียอย่างได้ผลในอดีตก็สร้างปัญหาให้แก่วงการแพทย์เช่นเดียวกัน เพราะการปรับตัวดื้อยาของเชื้อแบคทีเรียบางชนิด เช่น แบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคปอดท้องหรือท้องร่วง แบคทีเรียที่ทำให้เกิดวัณโรคและหนองหรือฝีต่าง ๆ อันเนื่องจากการคัดตามธรรมชาติโดยกลไกทางพันธุกรรมของเชื้อแบคทีเรีย นอกจาการปรับตัวของเชื้อแบคมีเรียชนิดที่ทำให้เกิดอาการปวดท้องเองแล้วยังพบว่าการใช้ยาปฏิชีวนะผสมเจือปนในอาหารสัตว์เลี้ยง ก็มีส่วนช่วยให้แบคทีเรียที่อยู่ในส่วนของลำไส้คนสามารถพัฒนาการดื้อยาปฏิชีวนะได้อีกทางหนึ่งด้วย ฉะนั้นในบางประเทศจึงมีข้อห้ามมิให้นำเอายาปฏิชีวนะชนิดที่ใช้สำหรับบำบัดรักษาโรคติดเชื้อในคนไปใช้ผสมเจือปนในอาหารเลี้ยงสัตว์ เช่น วัว เพื่อป้องกันมิให้เชื้อแบคทีเรียชนิดก่อให้เกิดโรคในคนด้วยนั้นพัฒนาปรับตัวดื้อยาปฏิชีวนะนั้นได้อีกทางหนึ่ง

           อย่างไรก็ตามอาจยังโชคดีอยู่บ้างที่เชื้อแบคทีเรียบางชนิดก็ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการปรับตัวให้ดื้อยาได้ง่ายนักเหมือนอย่างชนิดดังกล่าวมาแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังคงกังขาในคุณสมบัติของพันธุกรรมที่แตกต่างกันระหว่างแบคทีเรียชนิดต่าง ๆ กัน เป็นที่น่าสังเกตว่าเชื้อแบคทีเรียส่วนใหญ่จะสามารถปรับตัวดื้อยาปฏิชีวนะที่นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาและสังเคราะห์ขึ้นมา ยกเว้นเพนิซิลลินซึ่งเป็นยาปฏิชีวนะทางธรรมชาติชนิดแรกที่ถูกนำมาใช้ทางการแพทย์และยังคงมีประสิทธิภาพดีอยู่จนถึงทุกวันนี้

                การดื้อสารฆ่าแมลง

                หลังสงครามโลกครั้งที่สองได้มีนำสารเคมีที่เรารู้จักกันดีคือ ดีดีที ที่นำมาใช้ฆ่าแมลงด้วยความหวังอันยิ่งใหญ่ว่าจะสามารถใช้ปราบแมลงศัตรูพืชและแมลงพาหะชนิดต่าง ๆ ให้ราบคาบแต่พอเริ่มนำมาใช้ในไม่ช้าไม่นาน ก็พบว่าแมลงวันบ้านเริ่มมีการดื้อยาดีดีทีในปี พ.ศ. 2489 และอีก 2 ปีต่อมาก็พบว่ามีแมลงไม่น้อยกว่า 12 สปีชีส์ สามารถดื้อสารดีดีทีได้อีกซึ่งเริ่มสร้างความกังวลให้แก่นักวิชาการได้บ้างในขณะนั้นและพยายามติดตามผลการดื้อสารดีดีทีของแมลงชนิดต่าง ๆ จนกระทั่งถึงปี พ.ศ. 2509 ก็พบว่ามีแมลงดื้อสารดีดีทีมีมากมายถึง 165 สปีชีส์ หรือมากกว่านี้ ในกรณีนี้ถือว่า ดีดีที เป็นปัจจัยสำคัญที่ก่อให้เกิดแรงกดดันทางการคัดเลือกตามธรรมชาติให้แก่แมลงพวกที่มีพันธุกรรมหรือยีนที่มีคุณสมบัติในการดื้อสารดีดีที โดยเฉพาะยีนที่ควบคุมการสร้างเอนไซม์ย่อยสลายสารดีดีที ได้ในร่างกายของแมลงก่อนที่ยานี้จะออกฤทธิ์ เนื่องจากดีดีทีเป็นสารที่มีฤทธิ์ตกค้างและสร้างความเสียหายรุนแรงต่อสิ่งมีชีวิตนานาชนิดรวมทั้งมนุษย์ด้วยและก่อให้เกิดมลภาวะอย่างมากมาย จึงมีการลดบทบาทการใช้สารดีดีทีลงตามลำดับ และขีดวงการใช้ยาดีดีที อย่างจำกัดภายใต้การควบคุมดูแลอย่างใกล้ชิด บทเรียนจากสารดีดีทีช่วยสอนให้มนุษย์ต้องใช้ความระมัดระวังอย่างมากสำหรับการนำสารเคมีใหม่ ๆ ที่ได้รับการพัฒนาขึ้นมาใช้ฆ่าแมลงศัตรูและแมลงพาหะในปัจจุบัน สิ่งที่ดีที่สุดสำหรับธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมคือการนำสารเคมีหรือยาธรรมชาติที่สกัดจากพืชสมุนไพรมาใช้ทั้งในด้านการเกษตรและการแพทย์ ตามแบบเทคโนโลยีที่ได้จากภูมิปัญญาท้องถิ่นที่มีมานานในสังคมชาวตะวันออก

           ให้นักเรียนร่วมกันวิเคราะห์ สืบค้นข้อมูลเพื่อช่วยกันหาคำตอบจากคำถามต่อไปนี้

           1. นักเรียนคิดว่าสารฆ่าแมลงมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากรอย่างไร และสิ่งที่ทำให้เกิดการคัดเลือกในประชากรแมลงคืออะไร ?

คำตอบ แมลงที่ไม่มียีนต้านทานสารฆ่าแมลงจะตายไป ส่วนแมลงที่มียีนต้านทานสารฆ่าแมลงก็ยังคงมีชีวิตอยู่ และสืบทอดยีนนี้ให้แก่ลูกหลานต่อไป ฉะนั้นยีนบางยีนถูกคัดทิ้งส่วนยีนที่เหลืออยู่ก็จะมีมากขึ้นในประชากรแมลง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากร

           2. ถ้านักเรียนเป็นเกษตรกรจะมีวิธีหลีกเลี่ยงการใช้สารฆ่าแมลงอย่างไร ?

คำตอบ ใช้สิ่งมีชีวิตที่เป็นผู้ล่าหรือศัตรูของแมลงนั้นกำจัดแมลง จะทำให้จำนวนของแมลงลดลงเรียกว่า ชีววิธี

           3. นักเรียนคิดว่าควรปฏิบัติตนอย่างไร เพื่อป้องกันการดื้อยาของแบคทีเรีย ?

คำตอบ ทานยาปฏิชีวนะให้ครบตามที่แพทย์สั่งเพื่อป้องกันการดื้อยาของแบคทีเรีย

           4. นักเรียนคิดว่าการดื้อยาของแบคทีเรียเป็นกลไกการเกิดวิวัฒนาการหรือไม่ เพราะเหตุใด ?

คำตอบ เป็นเนื่องจากแบคทีเรียที่ไม่มียีนต้านทานต่อยาปฏิชีวนะจะตายไป ขณะที่แบคทีเรียที่มียีนต้านทานยาปฏิชีวนะจะยังคงมีชีวิตอยู่และสืบทอดลักษณะดังกล่าวนี้ไปยังรุ่นต่อๆ ไป ทำให้แบคทีเรียมีลักษณะที่เปลี่ยนแปลงไป หรือเกิดวิวัฒนาการ

ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีล

           ในภาวะสมดุลย์ของฮาร์ดี-ไวน์เบริ์ก ความถี่ของแอลลีนในประชากรแต่ละรุ่นจะไม่มีกำารเปลี่ยนแปลง แต่้ถ้ามีการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีนในประชากรจะทำให้โครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากรมีการเปลี่ยนแปลงน้อยจนไม่สามารถสังเกตเห็นได้ นั่นคือ ประชากรเกิดวิวัฒนาการคขึ้น และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุกรรมของยีนพูลในประชากรทีละเล็กละน้อยนี้เรียกว่า วิวัฒนาการระดับจุลภาค (microevolution) ซึ่งถือได้ว่าเป็นการเกิดวิวัฒนาการในระดับสปีชีส์ของสิ่งมีชีวิต

microevolution and macroevolution

           มีปัจจัยใดบ้างที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากร
           ปัจจัยที่ทำให้ความถี่ของแอลลีนในประชากรเปลี่ยนแปลงและเกิดวิวัฒนาการ ได้แก่ แรนดอมจีเนติกดริฟท์ การคัดเลือกโดยธรรมชาติ การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน มิวเทชัน และการเลือกคู่ผสมพันธุ์ ซึ่งปัจจัยต่างๆ เหล่านี้ทำให้เกิดวิวัฒนาการได้อย่างไร
           1. แรนดอมจีเนติกดริฟท์ (random geneticdrif) เป็นการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีนซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงขนาดของประชากรจากชั่วรุ่นหนึ่งไปยังอีกชั่วรุ่้นหนึ่งในประชากร เนื่องจากโอกาสของแอลลีนที่จะถูกถ่ายทอดไม่เท่ากัน ถ้าในกลุ่มประชากรแอลลีนใดมีโอกาสถ่ายทอดมากกว่าแอลลีนอื่น หรือแอลลีนใดไม่มีโอกาสถ่ายทอดหรือถูกคัดทิ้งแบบบังเอิญ ทำให้ความถี่ของแอลลีนในรุ่นต่อ ๆ ไปเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น ในประชากรเริ่มต้นมีความถี่ของแอลลีน A และ a เท่ากับ 0.4 และ 0.6 ตามลำดับ ความถี่ของแอลลีน A และ a  เท่ากับ 0.4 และ 0.6 ตามลำดับความถี่ของแอลลีน A ในประชากรรุ่นถัดไป อาจมีการเปลี่ยนแปลงในทางที่มากหรือน้อยกว่าความถี่ของแอลลีล A และ a ในประชากรเริ่มต้น

random geneticdrif

 



           แรนดอมจีเนติกดริฟท์เกิดขึ้นได้กับประชากรทุกขนาด แต่เห็นชัดเจน และรวดเร็วกับประชากรขนาดเล็ก

แนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการ

แนวความคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการมีมานานแล้ว มีนักปราชญ์ชาวกรีกโบราณให้แนวความคิดเกี่ยวกับเรื่องวิวัฒนาการด้วยกันหลายกลุ่ม เช่น

           อานักซีมันเดอร์ (Anaximander) มีความเชื่อว่า การเปลี่ยนแปลงเป็นสิ่งจำเป็นหรือเป็นสัจจธรรมของสรรพสิ่งทั้งมวล ซึ่งตรงกับคำสอนของพระพุทธเจ้าที่ตรัสไว้มากว่า 2547 ปีแล้ว

           ส่วนนักปราชญ์อีกกลุ่มหนึ่ง นำโดย พลาโต (Plato) และลูกศิษย์รุ่นต่อ ๆ มา รวมทั้งอริสโตเติล (Aristotle) มีแนวความคิดว่า โลกนี้มีสภาพการณ์ที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ทั้งสิ้น หากพิจารณาแนวความคิดทั้งสองกลุ่มจะเห็นได้ว่า แนวความคิดที่เชื่อสิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการนั้นมีอิทธิพลน้อยมากต่อความคิดของคนในยุคต้น แต่แนวความคิดประเด็นหลังที่ว่าสิ่งมีชีวิตไม่มีการเปลี่ยนแปลงมีอิทธิพลต่อความคิดความเชื่อของคนส่วนใหญ่ในแถบยุโรปและอเมริกาเป็นเวลายาวนาน

           ในกลุ่มนี้นักชีววิทยาหลายคนที่มีบทบาทสำคัญต่อความเชื่อในรูปแบบคงที่ของสัตว์และพืช ซึ่งนำไปสู่แนวความคิดเกี่ยวกับสปีชีส์ หรือชนิดของสิ่งมีชีวิตที่เห็นเด่นชัดที่สุดในคริสศตวรรษที่ 18 (ราวกลางพุทธศตวรรษที่ 23) ได้แก่นักอนุกรมวิธานชาวสวีเดนชื่อ คาร์ล ลินเนียส (Carl Linnaeus) ผู้ซึ่งเชื่อว่า สปีชีส์ของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันชัดเจนนั้นจะมีความแตกต่างกันคงที่ไม่เปลี่ยนแปลง และสมควรให้ชื่อที่เป็นภาษาลาตินแก่สปีชีส์อย่างชัดเจน โดยแต่ละชื่อของสปีชีส์จะมีสองส่วน คือ ส่วนแรกเป็นชื่อจีนัส ซึ่งเป็นชื่อร่วมกันของลักษณะที่คล้ายกัน และส่วนที่สองเป็นชื่อสปีชีส์ที่มีความจำเพาะและเป็นเอกลักษณ์ของสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ เช่น ลินเนียสให้ชื่อทางวิทยาศาสตร์แก่พวกสิงโตว่า Felis  leo และพวกเสือว่า Felis  tigris ซึ่งหลักการของลินเลียสถูกนำมาใช้จวบจนปัจจุบัน ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 (พุทธศตวรรษที่ 24) กลุ่มที่เชื่อในความคงที่ไม่เปลี่ยนแปลงของสปีชีส์ยังคงมีอิทธิพลอย่างต่อเนื่อง แต่ก็มีนักธรรมชาติวิทยาหลายคนที่เริ่มคิกเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่น

          ชอง ลามาร์ก (Jean Lamarck, พ.ศ. 2287-2372) นักธรรมชาติวิทยาชาวฝรั่งเศส เป็นคนแรกๆที่ได้นำเสนอแนวคิดปฏิวัติเรื่องวิวัฒนาการจากการศึกษาเปรียบเทียบลักษณะของสิ่งมีชีวิตในยุคนั้นกับหลักฐานซากดึกดำบรรพ์ในพิพิธภัณฑ์ ลามาร์กได้นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการที่สำคัญในสองประเด็นอันเป็นที่ถกเถียงกันอย่างแพร่หลาย

 

Jean Lamarck and Charles Darwin





          แนวคิดของลามาร์ก ประเด็นที่ 1

          แนวคิดของลามาร์กประเด็นแรกกล่าวว่า สิ่งมีชีวิตมีแนวโน้มที่จะพัฒนาไปมีความซับซ้อนมากขึ้นและสิ่งมีชีวิตมีความพยายามที่จะอยู่รอดในธรรมชาติซึ่งจะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงด้านสรีระไปในทิศทางนั้น “หากอวัยวะใดที่มีการใช้งานมากในการดำรงชีวิตจะมีขนาดใหญ่ ส่วนอวัยวะใดที่ไม่ใช้จะค่อยๆลดขนาดและอ่อนแอลง และเสื่อมไปในที่สุด” แนวคิดดังกล่าวนี้ เรียกว่า กฎการใช้และไม่ใช้ (Law of use and disuse)

 

 

          แนวคิดของลามาร์ก ประเด็นที่ 2

          ประเด็นที่สองมีความเกี่ยวเนื่องต่อจากประเด็นแรกที่ว่า “การเปลี่ยนแปลงของ

สิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นจากการใช้และไม่ใช้นั้นจะคงอยู่ได้ และสิ่งมีชีวิตสามารถถ่ายทอดลักษณะที่เกิดใหม่นี้ไปสู่รุ่นลูกได้” แนวคิดดังกล่าว เรียกว่า กฎแห่งการถ่ายทอดลักษณะที่ได้มาขณะมีชีวิตอยู่ (Law of inheritance of acquired characteristic)

          ลามาร์กได้ใช้แนวคิดทั้งสองมาอธิบายการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของสิ่งมีชีวิต เช่น ลักษณะของยีราฟซึ่งมีคอยาว ลามาร์กอธิบายว่าจากหลักฐานซากดึกดำบรรพ์ ยีราฟในอดีตจะมีคอสั้นแต่เนื่องจากอาหารขาดแคลนไม่พอกิน จึงต้องกินใบไม้จากต้นไม้สูงแทนหญ้า และเนื่องจากยืดคออย่างเดียวนั้นยังไม่พอจึงต้องมีการเขย่งขาเพิ่มด้วย จึงทำให้ยีราฟมีคอและขาที่ยาวขึ้น ลักษณะที่เปลี่ยนแปลงไปนี้สามารถถ่ายทอดสู่รุ่นลูกหลานยีราฟรุ่นต่อมา

          ในสัตว์พวกงูที่เราจะไม่เห็นขาของมัน แต่หลักฐานจากการศึกษาโครงกระดูกพบว่ายังมีส่วนของกระดูกที่สันนิษฐานว่าเป็นขาหลงเหลืออยู่ ซึ่งลามาร์กอธิบายว่า งูจะอาศัยอยู่ในพงหญ้ารกจึงใช้การเลื้อยพาให้ตัวเคลื่อนไป จึงไม่ต้องใช้ขาและการเลื้อยทำให้ลำตัวยาวขึ้น เมื่อขาไม่ได้ใช้จึงค่อยๆลดเล็กลงจนหายไป ลักษณะนี้ถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อๆไปได้ เราจึงเห็นว่างูรุ่นต่อมานั้นไม่มีขา

          จากแนวคิดของลามาร์ก ท่านเห็นด้วยหรือไม่ เพราะอะไร และจะมีวิธีการอย่างไรในการทดลองเพื่อพิสูจน์แนวคิดของลามาร์ก คำถามเหล่านี้เกิดขึ้นหลังจากลามาร์กได้นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตออกมา นักวิทยาศาสตร์สมัยนั้นดูจะไม่ค่อยยอมรับแนวคิดของลามาร์กเพราะไม่สามารถพิสูจน์ได้ในทุกกรณี เช่นในการทดลองของออกัส 

กิจกรรมถาม-ตอบ 

ข้อกำหนด  ให้นักเรียนช่วยกันวิเคราะห์และค้นหาคำตอบจากคำถามต่อไปนี้

1. ลามาร์กเชื่อว่าอะไรเป็นแรงผลักดันที่ทำให้สิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลง ?

คำตอบ สภาพแวดล้อมเป็นแรงผลักดันทำให้สิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลง

2. นักเรียนยกตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิตเพื่ออธิบายกฎการใช้และไม่ใช้ได้อย่างไร ?

คำตอบ ตัวอย่างเช่น นักกีฬาวีลแชร์ใช้กล้ามเนื้อแขนในการผลักรถวีลแชร์ในการเคลื่อนที่ทำให้แขนมีขนาดใหญ่ขึ้น ส่วนกรณีคนไข้ที่ได้รับอุบัติเหตุขาหักต้องเข้าเฝือกขานานหลายเดือนหรือคนที่เป็นอัมพาตไม่สามารถขยับขาเคลื่อนไหวได้เหมือนปกติ ขาจะลีบเล็กลง

3. นักเรียนคิดว่าสิ่งมีชีวิตที่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นจากกฎการใช้และไม่ใช้สามารถถ่ายทอดลักษณะดังกล่าวไปยังรุ่นต่อไปได้หรือไม่ เพราะเหตุใด ?

คำตอบ ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่เปลี่ยนแปลงจากกฎการใช้และไม่ใช้ ไม่สามารถถ่ายทอดไปยังรุ่นลูกได้ เนื่องจากเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับเซลล์ร่างกาย ไม่ได้เกิดกับเซลล์สืบพันธุ์

4. นักเรียนจะใช้แนวคิดของลามาร์กในการอธิบายการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของยีราฟที่มีลักษณะคอและขายาวขึ้นได้อย่างไร ?

คำตอบ จากหลักฐานซากดึกดำบรรพ์พบว่ายีราฟในอดีตมีลักษณะคอและขาสั้น เมื่ออาหารบริเวณพื้นดินมีไม่เพียงพอทำให้ยีราฟต้องยืดคอและเขย่งขาเพื่อกินใบไม้บนต้นไม้สูง ๆ อยู่เสมอทำให้มีคอและขายาวขึ้น และลักษณะดังกล่าวนี้มีการถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อไปทำให้ยีราฟในปัจจุบันมีลักษณะคอและขายาว

5. นักเรียนจะออกแบบการทดลองอย่างไรเพื่อพิสูจน์แนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของลามาร์ก ?

คำตอบ ทดลองโดยตัดอวัยวะของสัตว์ที่มีช่วงอายุสั้น เช่น ตัดหางหนูแล้วปล่อยให้หนูที่ถูกตัดหางมีการผสมพันธ์ุกันแล้ววัดความยาวของหางรุ่นลูกที่เกิดขึ้น แล้วตัดหางหนูในรุ่นต่อ ๆ ไป และปล่อยให้ผสมพันธ์ุกันพร้อมทั้งวัดความยาวหางของรุ่นลูกที่เกิดขึ้นในทุก ๆ รุ่น

          ไวส์มาน (August Weisman, พ.ศ. 2377-2457) ได้ทดลองตัดหางหนู 20 รุ่นให้สั้นลง แต่ปรากฏว่าหนูรุ่นที่ 21 ก็ยังคงมีหาง ไวส์มานจึงได้เสนอแนวคิดค้านลามาร์กว่า ลักษณะที่ถ่ายทอดไปสู่รุ่นลูกหลานได้นั้นต้องเกิดจากเซลล์สืบพันธุ์ไม่ใช่เซลล์ร่างกาย หรือหากทฤษฎีของลามาร์กถูกต้อง ทำไมจึงยังมีสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่ไม่ซับซ้อนเจริญอยู่ในสิ่งแวดล้อม

          อย่างไรก็ตามในปัจจุบันมีบางสถานการณ์ที่แนวคิดของลามาร์กดูเหมือนจะถูกต้อง เช่น การเกิดมะเร็งบางชนิดที่สามารถถ่ายทอดสู่ลูกหลานได้ โดยเฉพาะการค้นพบการถ่ายทอดลักษณะไปยังลูกหลานโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงของสารพันธุกรรมซึ่งพบเป็นครั้งแรกในข้าวโพดและเรียกว่า epigenetics จากข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ที่ก้าวหน้าไปมากในปัจจุบัน ทำให้แนวคิดของลามาร์กที่แต่ก่อนดูเหมือนจะหมดความหมายทางวิชาการกลับมาคงอยู่และท้าทายต่อการพิสูจน์ต่อไป

          ลามาร์ก (Jean Baptiste de Lamarck) นักปราชญ์และนักวิชาการชาวฝรั่งเศษผู้ซึ่งมีแนวความคิดที่ซับซ้อนและลุ่มลึกเกี่ยวกับปรากฏการณ์ธรรมชาติรวมทั้งการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการด้วย ซึ่งในส่วนนี้ช่วยให้ลามาร์กโด่งดังขึ้นในยุคนั้น ลามาร์กมีแนวความคิดเชื่อว่าสิ่งมีชีวิตมีการปรับปรุงเปลี่ยนแปลงตลอดชีวิต เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม ส่วนใดของร่างกายที่ถูกใช้ก็จะมีความแข็งแกร่งและมีบทบาทมากยิ่งขึ้น และสามารถถ่ายทอดไปสู่รุ่นถัดไปได้ ส่วนที่ไม่ได้ถูกนำไปใช้ก็จะลดบทบาทมากยิ่งขึ้น และสามารถถ่ายทอดไปสู่รุ่นถัดไปได้ ส่วนที่ไม่ถูกใช้นี้ก็จะลดบทบาทและมีขนาดเล็กลงจนหายไปในที่สุด แนวความคิดนี้เรียกว่า กฎแห่งการใช้และไม่ใช้ (Law of Use and Disuse) ดังตัวอย่างของยีราฟที่คอยาวขึ้นกว่าเดิมนั้น ลามาร์กจินตนาการและให้คำอธิบายว่ายีราฟที่มีคอยาวขึ้นเรื่อย ๆ ในแต่ละชั่วอายุนั้นเป็นเพราะ ยีราฟต้องยืดคอเพื่อกินยอดไม้เป็นอาหาร ลักษณะคอยาวจึงถ่ายทอดสู่รุ่นถัด ๆ ไป ส่วนพวกที่คอสั้นก็จะหากินได้ลำบากและสูญหายตายจากไป ดังภาพที่ 19-1

           ลามาร์ค (Lamark,J.B.:1774-1829) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสเป็นคนแรกที่เห็นความสำคัญของสภาพแวดล้อมว่า สภาพแวดล้อมทำให้สิ่งมีชีวิตเกิดการเปลี่ยนแปลง สิ่งมีชีวิตต้องปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม ลามาร์คได้เสนอแนวความคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการโดยอาศัยหลักฐานจากซากดึกดำบรรพ์ซึ่งมีรูปร่างไม่สลับซับซ้อนโดยเชื่อว่าสภาพแวดล้อมและอาหารเป็นปัจจัยสำคัญที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอวัยวะ การเกิดอวัยวะใหม่ ๆ ของสิ่งมีชีวิตเป็นผลเนื่องมาจากความต้องการของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ ตราบใดที่มีการใช้ อวัยวะนั้นจะยังคงอยู่และเจริญแข็งแรง ถ้าไม่มีการใช้อวัยวะนั้นจะค่อยๆ หดหายไป ซึ่งลักษณะดังกล่าวนี้สามารถถ่ายทอดให้ลูกหลานรุ่นต่อ ๆ ไปได้ลามาร์ค ยกตัวอย่างยีราฟ เขากล่าวว่าเดิมบรรพบุรุษของยีราฟ มีคอสั้น ขาสั้น กินหญ้าตามพื้นดินเป็นอาหาร ต่อมาหญ้าตามพื้นดินมีไม่เพียงพอ ต้องยืดคอกินใบไม้ที่อยู่สูง ซึ่งต้องใช้ขาเขย่งเท้าให้สูง คอและขาจึงยาวขึ้นกว่าเดิม และลักษณะดังกล่าวถ่ายทอดให้ลูกหลานทำให้ยีราฟปัจจุบันมีคอยาว

           แนวความคิดด้านวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตก็ยังไม่ก้าวหน้าไปมากนักจนกระทั่งนักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ 2 ท่าน คือ

           ชาลส์ ดาร์วิน (Charles Darwin) กับ อัลเฟรด วอลเลซ (Alfred Russel Wallace) ได้เสนอข้อมูลและคำอธิบายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตที่น่าประทับใจและน่าจูงใจอย่างยิ่ง

 

http://www.youtube.com/watch?v=ZPDwyjzRBJ0&feature=related

 

           แนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการที่ดูจะเป็นที่ยอมรับอย่างแพร่หลายมาจนถึงปัจจุบันนั้นเป็นของชาร์ลส์ ดาร์วิน (Charles Darwin, พ.ศ. 2352-2428) นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ ปีที่ดาร์วินเกิดอยู่ในช่วงรัชสมัยของรัชกาลที่ 3 และในอีก 50 ปีต่อมาดาร์วินได้ตีพิมพ์หนังสือเรื่อง กำเนิดความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ (The Origin of Species by Means of Natural Selection) ที่เขย่าวงการวิทยาศาสตร์และกระทบความเชื่อชาวตะวันตก จนได้รับการวิพากษ์วิจารณ์อย่างแพร่หลาย

           ดาร์วินเกิดเมื่อวันที่ 12 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2352 ที่เมืองชรูเบอรี่ (Shrewsbury) ประเทศอังกฤษ ในครอบครัวที่มีฐานะมั่งคั่ง บิดาของดาร์วินอยากให้เขาเรียนแพทย์แต่เนื่องจากนั่นไม่ได้มาจากความชอบส่วนตัว เขาจึงไม่สนใจเรียนเพราะฝักใฝ่สนใจกับการศึกษาธรรมชาติรอบตัว และมักชอบเดินทางเป็นระยะทางไกลเพื่อเก็บสะสมแมลงต่างๆ ดาร์วินเรียนแพทย์ได้เพียงสองปีเท่านั้นก็ลาออกมา บิดาจึงส่งให้ดาร์วินไปเรียนต่อวิชาเกี่ยวกับศาสนาที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์จนจบการศึกษา

          ในปีพ.ศ. 2374 ดาร์วินซึ่งมีอายุเพียง 22 ปี ได้รับการฝากฝังโดยศาสตราจารย์จอห์น เฮนสโลว์ (John Henslow) ให้เดินทางไปกับเรือหลวงบีเกิ้ล (H.M.S.Beagle) ในฐานะนักธรรมชาติวิทยาประจำเรือ การเดินทางครั้งนี้เป็นโครงการของราชนาวีอังกฤษ ซึ่งมีเป้าหมายในการเดินทางเพื่อสำรวจภูมิประเทศบริเวณชายฝั่งทะเลของทวีปอเมริกาใต้และหมู่เกาะในมหาสมุทรแปซิฟิกซึ่งยังไม่มีใครเคยไปสำรวจมาก่อน
          ในระหว่างการเดินทางดาร์วินได้สังเกตเห็นความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันรวมไปถึงวิถีความเป็นอยู่ที่แตกต่างกันออกไปของกลุ่มคนในที่ต่างๆ นอกจากนี้ระหว่างการรอนแรมอยู่ในเรือดาร์วินยังได้ศึกษาแนวคิดของญาติผู้ใหญ่ชื่อชาร์ลส์ ไลแอลล์ (Charles Lyell, พ.ศ. 2340-2518) จากหนังสือเรื่อง หลักธรณีวิทยา (The Principles of Geology) ที่กล่าวถึงการเปลี่ยนแปลงของโลกที่เกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป แม้ว่าจะโลกจะเกิดขึ้นมานานหลายพันล้านปีก็ตาม การเปลี่ยนแปลงนี้ก็ยังคงเกิดขึ้นอยู่เสมอ ซึ่งนี่เองนับเป็นการจุดประกายความสงสัยของดาร์วินว่าสิ่งมีชีวิตเองก็น่าจะมีการเปลี่ยนแปลงได้เช่นเดียวกับเปลือกโลกเช่นกัน

          ในปี พ.ศ.2378 เรือหลวงบีเกิ้ลเดินทางมาถึงหมู่เกาะกาลาปากอส ซึ่งเป็นหมู่เกาะที่อยู่ห่างจากแผ่นดินทวีปอเมริกาใต้ไปทางตะวันตกประมาณ 900 กิโลเมตร ที่หมู่เกาะนี้ดาร์วินได้พบสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์หลากชนิดที่ไม่เคยพบจากที่ใดมาก่อน เขาได้สังเกตนกฟินช์ (finch) ที่พบแพร่กระจายอยู่ตามหมู่เกาะต่างๆ ถึง 14 ชนิด ในขณะที่บนแผ่นดินใหญ่เขาพบเพียง 1 ชนิด ดาร์วินพบว่านกฟินช์แต่ละชนิดมีขนาดและรูปร่างของจงอยปากที่แตกต่างกันตามความเหมาะสมแก่การที่จะใช้กินอาหารแต่ละประเภท ตามสภาพแวดล้อมของเกาะนั้นๆ ดาร์วินเชื่อว่าบรรพบุรุษของนกฟินช์บนเกาะกาลาปากอสน่าจะสืบเชื้อสายมาจากนกฟินช์บนแผ่นดินใหญ่ และเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาจนทำให้หมู่เกาะแยกออกจากแผ่นดินใหญ่ ทำให้เกิดการแปรผันทางพันธุกรรมของบรรพบุรุษนกฟินช์ เมื่อเวลายิ่งผ่านยาวนานขึ้นทำให้เกิดวิวัฒนาการกลายเป็นนกฟินช์สปีชีส์ใหม่ขึ้น

           ภายหลังจากการเดินทางกับเรือหลวงบีเกิ้ลยาวนานถึง 5 ปี เมื่อเดินทางกลับมาถึงประเทศอังกฤษ ดาร์วินจึงได้เริ่มศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตที่เขาได้บันทึกและเก็บรวบรวบข้อมูลมายาวนานตลอดการเดินทาง รวมถึงการอ่านบทความของโทมัส มัลทัส (Thomas Malthus, พ.ศ. 2309-2377) ที่กล่าวถึงอัตราการเพิ่มของประชากรว่ามีอัตราที่เร็วกว่าการเพิ่มของอาหารหลายเท่า โดยที่อัตราการเกิดของประชากรเพิ่มในอันดับเรขาคณิต ส่วนอัตราการเพิ่มของอาหารเพิ่มตามอันดับเลขคณิต จากบทความนี้ทำให้ดาร์วินคิดว่าการที่สิ่งมีชีวิตนั้นมีจำนวนเกือบคงที่แทนที่จะมีจำนวนลูกหลานเพิ่มขึ้นเรื่อยๆนั้นน่าจะต้องมีปัจจัยบางอย่างมาจำกัดจำนวนประชากรของสิ่งมีชีวิต

           จากข้อมูลข้างต้นนี้เองทำให้ดาร์วินเริ่มเข้าใจเกี่ยวกับกลไกการเกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตที่เขาคิดว่าสิ่งมีชีวิตมีความหลากหลายตามธรรมชาติ และปัจจัยทางธรรมชาติ เช่น ปริมาณอาหารและน้ำที่จำกัด ทำให้สิ่งมีชีวิตตัวที่เหมาะสมเท่านั้นที่จะมีชีวิตอยู่รอด (survival of the fittest) และถ่ายทอดลักษณะที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมนั้นไปสู่ลูกหลาน แนวคิดของดาร์วินดังกล่าว เรียกว่า ทฤษฏีการคัดเลือกโดยธรรมชาติ (theory of natural selection)
            ในเวลาต่อมามีนักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษอีกคนหนึ่งคือ อัลเฟรด รัสเซล วอลเลซ (Alfred Russel Wallace, พ.ศ. 2366 - 2456) ผู้ศึกษาความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตแถบหมู่เกาะอินโดนีเซีย เขาได้เขียนจดหมายเล่าให้ดาร์วินฟังถึงแนวคิดเรื่องทฤษฎีวิวัฒนาการของเขาเองซึ่งตรงกับแนวคิดของดาร์วินในเรื่องของกลไกของวิวัฒนาการที่เกิดจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ในปี พ.ศ.2401 ทั้งสองจึงได้นำเสนอผลงานดังกล่าวนี้ในที่ประชุมวิทยาศาสตร์ และในปี พ.ศ.2402 ดาร์วินก็ได้ตีพิมพ์หนังสือ เรื่อง กำเนิดความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ (The Origin of Species by Means of Natural Selection) ซึ่งแม้ในเนื้อหาจะขัดต่อความเชื่อของชาวตะวันตกอย่างรุนแรง เพราะดาร์วินแสดงให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลงมาจากบรรพบุรุษ และนำไปสู่ความคิดที่ว่ามนุษย์เองก็ไม่ได้มีหน้าตาอย่างที่เห็นในปัจจุบันมาตั้งแต่แรกเริ่ม แต่เนื่องด้วยข้อมูลและหลักฐานประกอบที่เป็นไปตามระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์ทำให้สิ่งที่ดาร์วินเสนอได้รับความสนใจและเป็นที่ถกเถียงกันอย่างกว้างขวางเช่นกัน

พันธุศาสตร์ประชากร

พันธุศาสตร์ประชากร
           การถ่ายทอดพันธุกรรมตามหลักของเมนเดล ได้เน้นถึงการถ่ายทอดพันธุกรรมจากพ่อแม่ไปสู่ลูกอย่างมีกฎเกณฑ์ตายตัว เมื่อเกิดขึ้นมาแล้วก็มีชีวิตอยู่ชั่วเวลาหนึ่งและก็ต้องจากไปส่วนที่เหลือทิ้งไว้ คือ พันธุกรรมที่ถ่ายทอดไปสู่ลูกหลานเพื่อสืบสานเผ่าพันธุ์ หรือ สปีชีส์ของตนให้ยั่งยืนต่อไป ดังนั้นในระยะยาวนานพอสมควรสปีชีส์ใดสปีชีส์หนึ่งเมื่อเกิดขึ้นมาแล้วก็อาจมีชีวิตอยู่ได้ในช่วงเวลาหนึ่งและก็ต้องสูญพันธุ์ไป แต่ก็มีสปีชีส์ที่เกิดขึ้นมาแล้วและมีชีวิตอยู่ได้ดี มีการปรับตัวให้เข้ากับสภาพการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมและอยู่ได้นานพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงรูปแบบไปตามกาลเวลา นั่นคือการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการไปเป็นสปีชีส์ใหม่ ได้โดยอาศัยการตอบสนองขององค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากรที่มีการปรับตัวนั้น ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการจึงเกิดขึ้นในระดับประชากร แต่วิวัฒนาการจะไม่เกิดขึ้นในระดับของตัวตนของสิ่งมีชีวิตโดยตรง การศึกษาการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตจึงจำเป็นต้องศึกษากลไกที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากร ซึ่งเป็นสาขาที่เรียกว่า พันธุศาสตร์เชิงประชากร (population genetics)



 

population genetics

 

           ประชากร หมายถึง กลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่รวมกันในพื้นที่หนึ่ง ๆ โดยสมาชิกในประชากรของสิ่งมีชีวิตนั้นสามารถสืบพันธุ์ระหว่างกันได้และให้ลูกที่ไม่เป็นหมัน ในประชากรหนึ่ง ๆ จะประกอบด้วยสมาชิกที่มียีนควบคุมลักษณะต่าง ๆ จำนวนมาก ยีนทั้งหมดที่มีอยู่ในประชากรในช่วงเวลาหนึ่ง เรียกว่า ยีนพูล (gene pool) ซึ่งประกอบด้วย แอลลีน (allene) ทุกแอลลีนจากทุกยีนของสมาชิกทุกตัวในประชากรนั้น ดังนั้นพันธุศาสตร์ประชากรจึงเป็นการศึกษาที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีน (gene frequency) ที่เป็นองค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากร และปัจจัยที่ทำให้ความถี่ของแอลลีนเปลี่ยนแปลง
           ในตอนต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 นักชีววิทยาและนักวิชาการอื่น ๆ ได้มีการรื้อฟื้นกฎเกณฑ์การถ่ายทอดพันธุกรรมของเมนเดลขึ้นมาพิจารณา โดยชี้ประเด็นให้เห็นว่า ในประชากรของสิ่งมีชีวิตที่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ถ้าทราบข้อมูล ความถี่จีโนไทป์ (genotype frequency) หรือ ความถี่ยีน (gene frequency) ของประชากรหนี่งซึ่งอยู่ภายใต้ภาวะการณ์เงื่อนไขจำกัด (ideal condition) ที่สมมติขึ้นแล้วจะสามารถคาดการณ์ได้ว่าประชากรนั้นจะถ่ายทอดพันธุกรรมไปสู่รุ่นต่อ ๆ ไปได้ยาวนานอย่างไม่มีที่สิ้นสุด โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงความถี่จีโนไทป์หรือความถี่ยีนของประชากรนั้นเลย นั่นคือไม่มีการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการเกิดขึ้นในประชากรที่อยู่ภายใต้ภาวะการณ์เงื่อนไขจำกัดนั้น ผู้ที่ให้หลักการทฤษฎีเบื้องต้นนี้ได้แก่
           นักพันธุศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ ดับเบิลยู อี แคสเทิล (W.E. Castle) ในปี พ.ศ. 2446
           นักสถิติชาวอังกฤษชื่อ เค พาร์สัน (K. Parson) ในปี พ.ศ. 2447
           นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ จี เอช ฮาร์ดี (G.H. Hardy) ในปี พ.ศ. 2451 และนายแพทย์ชาวเยอรมันชื่อดับเบิลยู ไวน์เบิร์ก (W. Weinberg) ในปี พ.ศ. 2451
           โดยเฉพาะฮาร์ดีและไวน์เบิร์กได้แสดงให้เห็นหลักการถ่ายทอดพันธุกรรมในประชากรจากรุ่นหนึ่งไปยังรุ่นถัดไปได้ชัดเจน โดยใช้หลักคำนวณเชิงสถิติประกอบกับกฎการถ่ายทอดพันธุกรรมของเมนเดล หลักการณ์นี้จึงได้รับการขนานนามว่า กฎฮาร์ดี – ไวน์เบิร์ก (The Hardy-Weinberg Law)
           สิ่งที่น่าสังเกตและควรให้ความสนใจ คือ การสมมติสถานการณ์ให้ประชากรอยู่ภายใต้ภาวะการณ์เงื่อนไขจำกัด ซึ่งเป็นภาวะการณ์ที่ไม่เป็นจริงตามธรรมชาติของประชากร อันได้แก่
           1. ไม่มีมิวเทชัน
           2. ไม่มีการคัดเลือก
           3. ไม่มีการอพยพ
           4. การผสมพันธุ์เป็นไปแบบสุ่ม (random mating)
           5. ประชากรที่อ้างถึงนี้มีขนาดใหญ่
           จากเงื่อนไขดังกล่าวนี้จะสังเกตข้อเท็จจริง 2 ประการ คือ
           1. ภาวะการณ์เงื่อนไขจำกัดนี้ไม่เกิดขึ้นในประชากรตามธรรมชาติ จึงไม่เกิดวิวัฒนาการในประชากรสมมตินี้อย่างแน่นอน
           2. ภาวะการณ์ที่เกิดขึ้นจริงในประชากรธรรมชาติจะต้องเป็นกลไกสำคัญที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการ
           จากการเปรียบเทียบสถานการณ์สมมติกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นจริงในธรรมชาติทำให้เรามองเห็นว่ากระบวนการวิวัฒนาการมีความสลับซับซ้อนมากกว่าที่ดาร์วินคิด จริงอยู่ที่ดาร์วินได้เน้นการเกิดมิวเทชันและการคัดเลือกว่ามีบทบาทสำคัญทำให้เกิดความแปรผันทางพันธุกรรม แต่เราจะพบว่าการอพยพ รูปแบบการผสมพันธุ์ และขนาดของประชากรล้วนแต่มีบทบาทต่อการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการอย่างมากเช่นเดียวกัน ความซับซ้อนที่เกิดขึ้นจากปัจจัยต่าง ๆ ดังกล่าวทำให้การศึกษาวิวัฒนาการเป็นศาสตร์ที่ต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจจากวิชาการหลาย ๆ ด้านผสมผสานกัน นับตั้งแต่ระดับโมเลกุลจนถึงระดับประชากรและความรู้ความเข้าใจที่ได้จากการศึกษากระบวนการวิวัวฒนาการจะช่วยทำให้เข้าใจสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบรวมทั้งชีววิทยาของมนุษย์และสิ่งมีชีวิตที่มีปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์ได้

          19.3.1 การหาความถี่ของแอลลีนในประชากร
           สิ่งมีชีวิตที่เป็นดิพลอยด์ในแต่ละเซลล์มีจำนวนโครโมโซมเพียง 2 ชุด แต่ละชุดจะมี 2 แอลลีน ถ้าเราทราบจำนวนจีโนไทป์แต่ละชนิดของประชากร ก็จะสามารถหาความถี่ของจีโนไทป์ (genotype frequency) และความถี่ของแอลลีนในประชากรได้จากตัวอย่างต่อไปนี้
           ตัวอย่าง ในประชากรไม้ดอกชนิดหนึ่งที่มีลักษณะดอกถูกควบคุมด้วยยีน 2 แอลลีน คือ R ควบคุมลักษณะดอกสีแดงเป็นลักษณะเด่น และ r ควบคุมลักษณะดอกสีขาวซึ่งเป็นลักษณะด้อย ในประชากรไม้ดอก 1,000 ต้น มีดอกสีขาว 40 ต้น และดอกสีแดง 960 ต้น โดยกำหยดให้เป็นดอกสีแดงที่มีจีโนไทป์ RR 640 ต้น และดอกสีแดงที่มีจีโนไทป์เป็น Rr 320 ต้น

        จี เอช ฮาร์ดี (G.H. Hardy) และดับเบิลยู ไวน์เบิร์ก (W. Weimberg) ได้ศึกษายีนพูลของประชากรและได้เสนอทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก (Hardy-Weinberg Threory) มีสาระสำคัญ คือ ความถี่ของแอลลีนและความถี่ของจีโนไทป์ในยีนพูลของประชากรจะมีค่าคงที่ ในทุก ๆ รุ่น ถ้าไม่มีปัจจัยบางอย่างเข้ามาเกี่ยวข้อง เช่น มิวเทชัน การคัดเลือกโดยธรรมชาติ ดารอพยพ แรมดอมจีเนติกดริฟท์ (random genetic drift) การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน (gene flow) เป็นต้น

 

Hardy-Weinberg Threory

           ให้นักเรียนพิจารณาคำถามต่อไปนี้แล้วช่วยกันค้นหาคำตอบ
           ถ้ายีนพูลในประชากรหนึ่งเป็นไปตามทฤฆษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบริ์ก นักเรียนคิดว่าองค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากรมีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ เพราะเหตุใด ?

         แนวตอบ ถ้ายีนพูลในประชากรหนึ่งเป็นไปตามทฤฆษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบริ์ก องค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากรจะคงที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง เนื่องจากความถี่ของแอลลีนและความถี่ของจีโนไทป์คงที่ไม่เปลี่ยนแปลง
           เราจะศึกษากฎฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กได้ชัดเจนจากตัวอย่างที่กล่าวมาแล้ว พบว่า ยีนพูลของประชากรรุ่นพ่อแม่นันมีความถี่ของแอลลีน R = 0.8 และ r = 0.2 ถ้าสมาชิกทุกต้นในประชากรมีโอกาสผสมใพันธุ์ได้เท่า ๆ กันแล้วเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้และเซลล์สืบพันธุ์เพศเมียที่มีแอลลีน R มีความถี่ = 0.8 และ r มีความถี่ = 0.2 เมื่อมีการรวมกันของเซลล์สืบพันธุ์ ประชากรไม้ดอกในรุ่นลูกจะมีจีโนไทป์ดังภาพ

           ความถี่ของจีโนไทป์ของประชากรในรุ่นลูกมีดังนี้

                      RR = 0.64       
                      2Rr = 0.32     
                      rr = 0.04
           จากความถี่ของจีโนไทป์ของประชากรในรุ่นดังกล่าว แสดงว่าความถี่ของแอลลีนในรุ่นลูกมีความถี่ของแอลลีน R = 0.8 และ r = 0.2
           นั่นคือ ประชากรไม้ดอกในรุ่นลูกยังคงมีความถี่ของจีโนไทป์และความถี่ของแอลลีนเหมือนประชากรในรุ่นพ่อแม่ หรืออาจกล่างได้ว่ายีนพูลของประชากรอยู่ในสภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก (Hardy-Weinberg Equilibrium หรือ HWE)
           จากตัวอย่างประชากรไม้ดอกสีแดง และสีขาว ดังกล่าวมาแล้วนั้นสีของดอกไม้เป็นลักษณะทางพันธุกรรมที่ควบคุมด้วยยีน 2 แอลลีน คือ R และ r จะอธิบายสมการของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กได้ดังนี้
           กำหนดให้ p คือ ความถี่ของแอลลีน R = 0.8
                            q  คือ ความถี่ของแอลลีน r = 0.2
                                                         และ p+q = 1
           นั่นคือ ผลรวมความถี่ของแอลลีนของยีนหนึ่ง ๆ ในประชานั่นมีค่าเท่ากับ 1
           อาจกล่าวได้ว่า p = 1 - q หรือ q = 1 - p
           เมื่อเซลล์สืบพันธุ์รวมตัวกัน ความถี่ของจีโนไทป์ในรุ่นต่อไป จะเป็นไปตามกฎของการคูณ คือ
           ความถี่ของจีโนไทป์ RR คือ p² = (0.8)² = 0.64
           ความถี่ของจีโนไทป์ rr คือ    q² = (0.2)² = 0.04
           ความถี่ของจีโนไทป์ Rr คือ 2pq = 2(0.8)(0.2) = 0.32
           เมื่อรวมความถี่ของจีโนไทป์จะมีค่าเท่ากับ 1
           นั่น คือ p² + 2pq + q² = 1
           จากสมการของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กสามารถนำมาใช้หาความถี่ของแอลลีนและความถี่ของจีโนไทป์ของยีนพูลในประชากรได้
           ดังนั้นเมื่อประชากรอยู่ในสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก ความถี่ของแอลลีน และความถี่ของจีโนไทป์ในยีนพูลของประชากรจะคงที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงไม่ว่าจะถ่ายทอดพันธุกรรมไปกี่รุ่นก็ตามหรืออีกนัยหนึ่ง คือ ไม่เกิดวิวัฒนาการ
           จากปัญหาต่อไปนี้ให้นักเรียนร่วมกันวิเคราะห์ สืบค้นข้อมูล ร่วมกันอธิบายและสรุปผล
           1. นักเรียนคิดว่าในธรรมชาติความถี่ของแอลลีนในประชากรของสิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่เพราะเหตุใด ?
           2. ประชากรของสัตว์ชนิดหนึ่งที่อาศัยอยู่ในป่าบนเกาะขนาดเล็กกับที่อาศัยอยู่ในป่าบนเกาะขนาดใหญ่ประชากรของสัตว์บริเวณใดที่โครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากรมีแนวโน้มที่จะเป็นไปตามภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบริ์ก ?
           3. นักเรียนคิดว่าในธรรมชาติประชากรจะเกิดภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบริ์ก ได้หรือไม่ เพราะเหตุใด ?
           แนวตอบ
           1. ในธรรมชาติความถี่ของแอลลีนในประชากรของสิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลง เนื่องจากประชากรของสิ่งมีชีวิตอาจมีการอพยพไปมาระหว่างกลุ่ม มีการจับคู่ผสมพันธุ์กัน มีการคัดเลือกโดยธรรมชาติ หรืออาจกล่าวได้ว่าประชากรไม่อยู่ในภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบริ์ก
           2. ประชากรของสัตว์ที่อาศัยอยู่ในป่าขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่โครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากรจะเป็นไปตามภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบริ์ก
           3. ไม่ได้เนื่องจากประชากรในธรรมชาติอาจไม่ได้อยู่ในเงื่อนไขของภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบริ์ก กล่าวคือ ประชากรอาจมีขนาดเล็ก มีการถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีนระหว่างกลุ่มประชากร อาจเกิดมิวเทชัน สมาชิกมีการเลือกคู่ผสมพันธุ์กัน และอาจเกิดการคัดเลือกโดยธรรมชาติ
           สรุป ประชากรจะอยู่ในสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กหรือไม่เกิดวิวัฒนาการ จะต้องมีเงื่อนไขดังนี้
           1. ประชากรมีขนาดใหญ่
           2. ไม่มีการถ่ายเทเคลื่อนย้ายระหว่างกลุ่มประชากร
           3. ไม่เกิดมิวเทชัน ซึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแอลลีนในประชากร
           4. สมาชิกทุกตัวมีโอกาสผสมพันธุ์ได้เท่ากัน
           5. ไม่เกิดการคัดเลือกโดยธรรมชาติ โดยสิ่งมีชีวิตทุกตัวมีโอกาสอยู่รอด และประสบความสำเร็จในการสืบพันธุ์ได้เท่า ๆ กัน

        19.3.3 การประยุกต์ใช้ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก
           ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในการคาดคะเนความถี่ของแอลลีนที่เกี่ยวข้องกับโรคทางพันธุกรรมในยีนพูลของประชากร เช่น โรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ ถ้าทราบจำนวนคนที่เป็นโรคซึ่งถูกควบคุมด้วยยีนด้อย จะสามารถประมาณจำนวนประชากรที่เป็นพาหนะของยีนที่ทำให้เกิดโรคนีร้ได้ เช่น ประชากรในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ จังหวัดกาฬสินธุ์ มีคนเป็นโรคโลหิตจางชนิเชิกเคิลเซลล์ จำนวน 9 คน จากจำนวนประชาชน 10,000 คน ดังนั้นจะสามารถคาดคะเนความถี่ของแอลลีนที่ทำให้เกิดโรคในประชากรของจังหวัดกาฬสินธุ์ได้ โดยกำหนดให้จีโนไทป์ aa แสดงลักษณะของโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์
           ดังนั้นความถี่ของ aa คือ q²  = 9/10,000
                                                             = 0.0009
                                                         q  = 0.03
           แสดงว่าในประชากรแห่งนี้มีความถี่ของแอลลีนที่่ทำให้เกิดโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ เท่ากับ 0.03 หรือประมาณ ร้อยละ 3 นั่นเอง
           จากตัวอย่าง ให้นักเรียนวิเคราะห์ รวบรวมข้อมูล อภิปราย และอธิบายสรุปผล จากปัญหาต่อไปนี้
           1. จากตัวอย่างความถี่ของแอลลีน A ในประชากรนี้คิดเป็นร้อยละเท่าใด ?
           2. จากตัวอย่าง ประชากรในรุ่นพ่อแม่ที่เป็นพาหะของโรคมีจำนวนกี่คน ?
           3. ถ้าประชากรนี้อยู่ในภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบริ์ก นักเรียนคิดว่าความถี่ของแอลลีนด้อยในประชากรมีแนวโฌน้มการเปลี่ยนแปลงอย่างไรต่อไปในอีก 50 รุ่น ?
           แนวตอบ
           1. ถ้าความถี่แอลลีน a ในประชากรมีค่าเท่ากับ 0.03
           ดังนั้นความถี่ของแอลลีน A สามารถหาได้จากสมการ p+q = 1
           ดังนั้น p=1-0.03
           นั่นคือความความถี่ของแอลลีน A ในประชากรมีค่าเท่ากับ 0.97 หรือร้อยละ 97
           2. สามารถหาความถี่ของจีโนไทป์ของประชากรที่เป็นพาหะของโรคได้จาก 2pq
           ซึ่งมีค่าเท่ากับ 2x0.97x0.03 = 0.0582
           คิดเป็นจำนวนประชากรที่เป็นพาหะเท่ากับ 0.0582x10,000 = 582 คน
           3. มีแนวโน้มคงที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง
           ให้นักเรียนร่วมกันทำกิจกรรมต่อไปนี้ โดยบันทึกลงในสมุดบันทึกกิจกรรมหรือส่งทางจดหมายอิเล็กทรอนิกส์
           กิจกรรมที่ 19.1 การใช้ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก
           จุดประสงค์ของกิจกรรม เพื่อให้นักเรียนสามารถใช้ทฤษฎีของฮาร์ดี – ไวน์เบิร์กในการคำนวณหาความถี่ของแอลลีลและความถี่ของจีโนไทป์ในประชากรได้
           1. ในประชากรกลุ่มหนึ่งพบว่ามีประชากรหมู่เลือด Rh⁺ อยู่ 16% เมื่อประชากรนี้่อยู่ในภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก จงคำนวณหาความถี่ของแอลลีนในประชากร
           2. ประชากรของหนู ณ ทุ่งหญ้าแห่งหนึ่ง อยู่ในสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก พบว่า 36 % ของประชากรหนูมีสีเทาซึ่งเป็นลักษณะด้อย (aa) นอกนั้นเป็นหนูสีดำซึ่งเป็นลักษณะเด่น
                      2.1 จำนวนประชากรของหนูที่มีจีโนไทป์แบบเฮเทอโรไซกัสเป็นเท่าใด
                      2.2 ความถี่ของแอลลีน a ในยีนพูลของประชากรเป็นเท่าใด
                      2.3 ถ้าประชากรหนูมีจำนวน 500 ตัว จะมีหนูที่มีลักษณะขนสีดำที่มีจีโนไทป์
แบบฮอมอไซกัสกี่ตัว

แนวในการตอบคำถามของโจทย์ในกิจกรรมมีดังนี้
1. ในประชากรกลุ่มหนึ่งพบว่ามีประชากรหมู่เลือด Rh- อยู่ 16 % เมื่อประชากรนี้อยู่ในภาวะสมดุลของฮาร์ดี – ไวน์เบิร์ก จงคำนวณหาความถี่ของแอลลีลในประชากร ?
           - หมู่เลือด Rh^- เป็นลักษณะด้อยจึงมีความถี่ของจีโนไทป์ q² = 16/100 = 0.16
           ดังนั้นความถี่ของแอลลีล q ในประชากรเท่ากับ 0.4
           ขณะที่ความถี่ของแอลลีล p เท่ากับ 1 – 0.4 = 0.6
2. ประชากรของหนู ณ ทุ่งหญ้าแห่งหนึ่งอยู่ในสมดุลของฮาร์ดี – ไวน์เบิร์ก พบว่า 36% ของประชากรหนูมีสีเทาซึ่งเป็นลักษณะด้อย (aa) นอกนั้นเป็นหนูสีดำซึ่งเป็นลักษณะเด่น
           2.1 จำนวนประชากรของหนูที่มีจีโนไทป์แบบเฮเทอโรไซกัสเป็นเท่าใด ?
           ประชากรหนูสีเทาที่มีลักษณะด้อยมีความถี่ของจีโนไทป์ เท่ากับ q2 = 36/100 = 0.36
           ดังนั้นความถี่ของแอลลีล q ในประชากรเท่ากับ 0.6
           ขณะที่ความถี่ของแอลลีล p เท่ากับ 1 – 0.6 = 0.4
           ดังนั้นสามารถหาความถี่ของจีโนไทป์ของประชากรที่มีจีโนไทป์แบบเฮเทอโรไซกัสได้จาก
           ค่า 2pq ซึ่งมีค่าเท่ากับ 2 x 0.4 x 0.6 = 0.48
           หรือคิดเป็น 48 % ของประชากรหนูทั้งหมด
           2.2 ความถี่ของแอลลีล a ในยีนพูลของประชากรเป็นเท่าใด ?
           ความถี่ของแอลลีล a ในยีนพูลของประชากรเท่ากับ 0.6
           2.3 ถ้าประชากรหนูมีจำนวน 500 ตัว จะมีหนูที่มีลักษณะขนสีดำที่มีจีโนไทป์แบบฮอมอไซกัสกี่ตัว ?
           ประชากรหนูที่มีลักษณะขนสีดำที่มีจีโนไทป์แบบฮอมอไซกัสสามารถหาได้จาก
           ค่า p2 ซึ่งมีค่าเท่ากับ 0.4 x 0.4 = 0.16 ถ้าประชากรหนูมีจำนวน 500 ตัว
           จะมีหนูที่มีลักษณะขนสีดำที่มีจีโนไทป์แบบฮอมอไซกัสเท่ากับ (16/100) x 500 = 80 ตัว

19.4 ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีล
           จุดประสงค์การเรียนรู้ เพื่อให้นักเรียนสามารถ
           1. อธิบายความหมายของวิวัฒนาการระดับจุลภาค
           2. สืบค้นข้อมูล อภิปรายและอธิบายปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากร
           ในภาวะสมดุลย์ของฮาร์ดี-ไวน์เบริ์ก ความถี่ของแอลลีนในประชากรแต่ละรุ่นจะไม่มีกำารเปลี่ยนแปลง แต่้ถ้ามีการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีนในประชากรจะทำให้โครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากรมีการเปลี่ยนแปลงน้อยจนไม่สามารถสังเกตเห็นได้ นั่นคือ ประชากรเกิดวิวัฒนาการคขึ้น และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุกรรมของยีนพูลในประชากรทีละเล็กละน้อยนี้เรียกว่า วิวัฒนาการระดับจุลภาค (microevolution) ซึ่งถือได้ว่าเป็นการเกิดวิวัฒนาการในระดับสปีชีส์ของสิ่งมีชีวิต
           มีปัจจัยใดบ้างที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากร
           ปัจจัยที่ทำให้ความถี่ของแอลลีนในประชากรเปลี่ยนแปลงและเกิดวิวัฒนาการ ได้แก่ แรนดอมจีเนติกดริฟท์ การคัดเลือกโดยธรรมชาติ การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน มิวเทชัน และการเลือกคู่ผสมพันธุ์ ซึ่งปัจจัยต่างๆ เหล่านี้ทำให้เกิดวิวัฒนาการได้อย่างไร
           1. แรนดอมจีเนติกดริฟท์ (random geneticdrif) เป็นการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีนซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงขนาดของประชากรจากชั่วรุ่นหนึ่งไปยังอีกชั่วรุ่้นหนึ่งในประชากร เนื่องจากโอกาสของแอลลีนที่จะถูกถ่ายทอดไม่เท่ากัน ถ้าในกลุ่มประชากรแอลลีนใดมีโอกาสถ่ายทอดมากกว่าแอลลีนอื่น หรือแอลลีนใดไม่มีโอกาสถ่ายทอดหรือถูกคัดทิ้งแบบบังเอิญ ทำให้ความถี่ของแอลลีนในรุ่นต่อ ๆ ไปเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น ในประชากรเริ่มต้นมีความถี่ของแอลลีน A และ a เท่ากับ 0.4 และ 0.6 ตามลำดับ ความถี่ของแอลลีน A และ a  เท่ากับ 0.4 และ 0.6 ตามลำดับความถี่ของแอลลีน A ในประชากรรุ่นถัดไป อาจมีการเปลี่ยนแปลงในทางที่มากหรือน้อยกว่าความถี่ของแอลลีล A และ a ในประชากรเริ่มต้น
           แรนดอมจีเนติกดริฟท์เกิดขึ้นได้กับประชากรทุกขนาด แต่เห็นชัดเจน และรวดเร็วกับประชากรขนาดเล็ก

           การศึกษาประชากรไม้ดอกชนิดหนึ่งมีทั้งดอกสีแดงและดอกสีขาวจำนวน 10 ต้น (19-48 ก.) ต่อมาได้สุ่มประชากรไม้ดอกจำนวน 5 ต้น ย้ายมาปลูกในแปลงใหม่และได้แพร่พันธุ์เป็นประชากรไม้ดอกรุ่นที่ 2 ดังภาพที่ 19-48 ข. จากนั้นได้สุ่มประชากรไม้ดอกจำนวน 2 ต้น ย้ายมาปลูกในแปลงใหม่อีกและได้แพร่พันธุ์เป็นประชากรไม้ดอกในรุ่นที่ 3 ดังภาพที่ 19-17 ค.

           จากภาพที่ 19-48 ให้นักเรียนร่วมกันวิเคราะห์ ค้นหาคำตอบ อภิปราย อธิบายและสรุปรายงานตามประเด็นคำถามต่อไปนี้

                      1. นักเรียนคิดว่าความถี่ของแอลลีล R และ r ในประชากรรุ่นที่ 3 มีการเปลี่ยนแปลงไปจากรุ่นที่ 1 หรือไม่อย่างไร ?
                      2. จากภาพที่ 19-48 นักเรียนจะสรุปได้ว่าอย่างไร ?
                      3. นักเรียนคิดว่าประชากรของไม้ดอกที่มีจำนวน 1,000 ต้น จะมีการเปลี่ยนแปลงเช่นเดียวกับภาพที่ 19- 48 หรือไม่ เพราะเหตุใด ?
                      4. นักเรียนคิดว่าการที่แอลลีลบางแอลลีลที่หายไปจากยีนพูลจะมีผลต่อประชากรนั้นอย่างไร ?

           แนวตอบ

                      1. ความถี่ของแอลลีล R และ r ในประชากรรุ่นที่ 1 เท่ากับ 0.7 และ 0.3 ความถี่ของแอลลีล R และ r ในประชากรรุ่นที่ 3 เท่ากับ 1 และ 0
                      2. แอลลีล R ถูกคัดเลือกให้ถ่ายทอดไปยังรุ่นที่ 2 และที่ 3 มีมากกว่าแอลลีล r
                      3. มีโอกาสเปลี่ยนแปลงได้เช่นกัน แต่มีโอกาสน้อยกว่าเนื่องจากมีประชากรมากกว่า
                      4. ทำให้ลักษณะที่ถูกควบคุมโดยแอลลีลนั้นในประชากรหายไป ทำให้ประชากรของสิ่งมีชีวิตนั้นมีลักษณะที่เปลี่ยนแปลงไป เช่น ในภาพที่ 19-48 ในประชากรรุ่นที่ 3 จะไม่มีแอลลีล r ทำให้ประชากรไม้ดอกมีแต่ลักษณะดอกสีแดง

           สรุป  จากภาพที่ 19-48 การเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีนที่เกิดขึ้นในประชากรที่มีขนาดเล็กในลักษณะนี้ที่เกิดขึ้นในธรรมชาติอาจเกิดขึ้นโดยบังเอิญ เช่น จากภัยธรรมชาติ หรือการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมอย่างกระทันหันไม่ได้เกิดจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ดังนั้นอาจทำให้บางแอลลีนไม่มีโอกาสถ่ายทอดไปยังรุ่นลูกได้ การเปลี่ยนความถี่ของแอลลีนที่เกิดขึ้นในประชากรขนาดเล็กนี้เรียกว่า แรนดอมจีเนติกดริฟท์

           2. การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน (gene flow) เป็นการเคลื่อนย้ายแอลลีนจากประชากรหนึ่งไปยังอีกประชากรหนึ่งของสปีชีส์เดียวกันและเกิดการผสมพันธุ์ระหว่างกันขึ้น มีทั้งการเคลื่อนย้ายยีนเข้าสู่ประชากรใหม่ หรือเคลื่อนย้ายออกจากประชากรเดิมการเคลื่อนย้ายยีนดังกล่าวจะมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีนถ้ามีการพายีนบางชนิดออกไปจากประชากรเดิมมากหรือมีการนำยีนบางชนิดเข้ามาสู่ประชากรเดิมมากขึ้นตัวอย่างเกี่ยวกับการถ่ายเทเคลื่อนย้่ายบียขิงแมลงที่มียีนต้านทานต่อสารฆ่าแมลง สมาชิกที่มีความต้านทานต่อสารฆ่าแมลง เมื่อเคลื่อนย้ายออกไปสู่ประชากรกลุ่มใหม่และผสมพันธุ์กับสมาชิกในกลุ่มใหม่ก็จตะแพร่แอลลีนต้านทานสารฆ่าแมลงสู่สมาชิกในประชากรกลุ่มใหม่ที่อาศัยอยู่ในภูมิประเทศอื่น ๆ

          ภาพที่ 19-49 การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีนระหว่างประชากรไม้ดอก

          จากภาพที่ 19-49 จากการศึกษาความถี่ของแอลลีนในประชากรไม้ดอกที่อาศัยอยู่ริมฝั่งแม่น้ำ พบว่าฝัุ่งด้าน A มีประชากรไม้ดอกสีขาวมากกว่าสีแดง โดยมีความถี่ของแอลลีน r = 0.9 และฝั่งด้าน B มีประชากรไม้ดอกสีแดงมากกว่าสีขาว มีความถี่ของแอลลีน r = 0.1 (ภาพที่ 19-49 ก.) ต่อมามีลมพัดแรงเกิดขึ้นบริเวณนี้ ทำให้มีการถ่ายละอองเรณูระหว่างประชากรทั้งสองฝั่ง เมื่อเวลาผ่านไปพบว่าฝั่ง A มีประชากรไม้ดอกสีแดงเพิ่มมากขึ้น มีความถี่ของแอลลีน r = 0.7 และฝั่ง B มีประชากรไม้ดอกสีขาวเพิ่มมากขึ้น มีความถี่ของแอลลีน r = 0.3 (ภาพที่ 19-49 ข.)

          จะเห็นว่าประชากรไม้ดอกทั้ง 2 ฝั่ง เมื่อมีโอกาสได้ผสมพันธุ์กันทำให้เกิดการเคลื่อนย้ายยีนหรือแอลลีนจากประชากรหนึ่งไปสู่อีกประชากรหนึ่ง การเคลื่อยย้ายแอลลีนระหว่างประชากรในลักษณะนี้ เรียกว่า การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน (gene flow)

          จากตัวอย่างประชากรไม้ดอกทั้งสองกลุ่มมีแนวโน้มในการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากรอย่างไร

          คำตอบ  ประชากรมีแนวโน้มในการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีล r ทั้งทางฝั่งด้าน A และ B

          นอกจากนี้การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีนระหว่างประชากรยังเกิดขึ้นในลักษณะต่าง ๆ เช่น การแพร่กระจายของสปอร์ หรือละอองเรรู หรือเม,้ดระหว่างประชากรพืชจากพื้นที่หนึ่งแพร่กระจายไปยังพื้นที่อื่น การอพยพย้ายถิ่นฐานระหว่างประชากร เป็นต้น ทำให้ความถี่ของแอลลีนในประชากรทั้งสองมีแนวโน้มแตกต่างกันน้อยลงเรื่อย ๆ จนในที่สุดเปรียบเสมือนเป็นประชากรเดียวกัน         
          ปัจจุบันมนุษย์ย์มีการอพยพเคลื่อนย้ายและการแต่งงานข้ามเชื้อชาติมากขึ้นเรื่อยๆ จะทำให้โครงสร้างทางพันธุกรรมของมนุษย์มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร
          คำตอบ ทำให้มีการแพร่กระจายของแอลลีลใหม่ในยีนพูลของประชากรท้องถิ่นมีความแปรผันทางพันธุกรรมในหมู่ประชากรท้องถิ่นเพิ่มมากขึ้น

กำเนิดสิ่งมีชีวิตและความหมายวิวัฒนาการ

วิวัฒนาการ (Evolution) คือ อะไร และทำไมต้องศึกษาวิวัฒนาการ

           ธีโอโดซีอุส โดบแซนสกี (Theodosius Dobzhansky) กล่าวว่า “ไม่มีคำตอบใดในทางชีววิทยาที่จะฟังดูเข้าท่า ถ้าไม่อธิบายด้วยวิวัฒนาการ”
           ก่อนที่เราจะอธิบายการเกิดวิวัฒนาการได้ เราจะต้องตอบให้ได้เสียก่อนว่า "โลกเกิดขึ้นมาได้อย่างไร และสิ่งมีชีวิตแรกเริ่มเกิดขึ้นมาได้อย่างไร" 



           นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าโลกได้ถือกำเนิดขึ้นมาเมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีมาแล้ว โดยเกิดจากกลุ่มแก๊สและฝุ่นผงในอวกาศที่มีการควบแน่นจนเป็นก้อน ผิวโลกในช่วงนั้นจะมีลักษณะเป็นของเหลวที่ร้อนจัดต่อมาเย็นตัวลงจนเกิดการแข็งตัว บรรยากาศของโลกในสมัยแรกยังไม่มีแก๊สออกซิเจน ส่วนใหญ่ประกอบไปด้วยแก๊สเฉื่อย นอกจากนี้ผิวโลกยังไม่มีน้ำในสภาพของเหลวเลย จะเห็นได้ว่าองค์ประกอบของโลกยุคดึกดำบรรพ์นี้มีความแตกต่างจากโลกยุคปัจจุบันมาก อย่างไรก็ตามเมื่อระยะเวลาผ่านไปประมาณ 1,000 ล้านปีหลังจากกำเนิดโลก สิ่งมีชีวิตก็ถือกำเนิดขึ้นและเกิดวิวัฒนาการเรื่อยมา จนในปัจจุบันเราจะเห็นได้ว่าความหลากหลายในธรรมชาติเกิดมากมายเพียงใด

           สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้อย่างไร?

           ไม่มีใครสามารถให้คำตอบได้อย่างแน่นอนว่าจริงๆ แล้วสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้อย่างไร แต่นักวิทยาศาสตร์หลายท่านก็ตั้งสมมติฐานหรือทำการทดลองเพื่ออธิบายถึงกำเนิดของสิ่งมีชีวิต เช่น ในปี พ.ศ. 2467 เอ ไอ โอพาริน (A.I.Oparin) นักเคมีชาวรัสเซียมีแนวคิดว่าบรรยากาศของโลกสมัยแรกนั้นมีแก๊สไฮโดรเจนในปริมาณมาก และสามารถรวมตัวกับแก๊สอื่นๆ ในบรรยากาศ เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ จนเกิดเป็นสารประกอบต่างๆ เช่น มีเทนและแอมโมเนีย และเมื่อเวลาผ่านไปนานขึ้น สารประกอบเหล่านี้สามารถรวมตัวกันเป็นสารอินทรีย์ที่มีโมเลกุลซับซ้อน เช่น โมเลกุลของกรดอะมิโน กลีเซอรอล กรดไขมันและน้ำตาลเชิงเดี่ยว กระบวนการวิวัฒนาการทางเคมีนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและใช้เวลานานจนในที่สุดก็เกิดเป็นสิ่งมีชีวิตขึ้น



           ในปี พ.ศ.2496 สแตนลีย์ มิลเลอร์ (Stanley Miller) ทำวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอก มิลเลอร์ต้องการพิสูจน์ว่าสิ่งมีชีวิตเกิดจากการรวมกันของโมเลกุลต่างๆในรูปแก็สซึ่งมาจากการระเบิดของภูเขาไฟในบรรยากาศที่ไร้ออกซิเจนและมีไฟฟ้าจากฟ้าผ่าเป็นแหล่งพลังงานที่ทำให้เกิดปฏิกิริยา มิลเลอร์ทำการจำลองสภาพการทดลองให้คล้ายคลึงกับโลกเมื่อเกิดขึ้นใหม่ๆ โดยใส่แก๊สมีเทน แอมโมเนีย ไฮโดรเจนและไอน้ำ ลงในชุดทดลองที่มีขั้วไฟฟ้า เพื่อให้เกิดประกายคล้ายฟ้าแลบและฟ้าผ่า หลังจากนั้นก็นำของเหลวที่เกิดขึ้นมาวิเคราะห์ พบว่าเกิดสารประกอบอย่างง่ายของสิ่งมีชีวิต เช่น กรดอะมิโนหลายชนิด กรดอินทรีย์และยูเรียด้วย จากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า สารประกอบอินทรีย์สามารถเกิดขึ้นได้ในสภาพแวดล้อมของโลกระยะเริ่มแรก นอกจากนี้สารประกอบยังสามารถรวมตัวกันเกิดเป็นโมเลกุลที่ซับซ้อนขึ้นได้ด้วย

Stanley Miller Experiment

Stanley Miller

          ถึงแม้ว่าการทดลองของมิลเลอร์เป็นการแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลของชีวิตนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไรในโลกระยะเริ่มแรก

           ได้มีการเสนอแนวคิด 2 แนวทางเกี่ยวกับกำเนิดเซลล์เริ่มแรกคือ 

           1. เชื่อกันว่าเซลล์แรกเริ่มนั้นเกิดจากการที่โมเลกุลพื้นฐานของชีวิต เช่น กรดอะมิโนและน้ำตาลเชิงเดี่ยว เป็นต้น ถูกชะล้างลงมาอยู่ในมหาสมุทรและมีการรวมกลุ่มกันจนมีขนาดใหญ่ แล้วแตกตัวออกซึ่งถือเป็นการเพิ่มจำนวนให้ได้โมเลกุลจำนวนมากในความเข้มข้นสูง เมื่อระยะเวลาผ่านไปโมเลกุลเหล่านี้สามารถนำสารประกอบอื่นเข้าไปสะสมภายในและถูกจำกัดบริเวณด้วยด้วยโครงสร้างซึ่งต่อมาพัฒนาเป็นเยื่อหุ้มเซลล์
           2. เซลล์แรกเริ่มเกิดจากโมเลกุลที่มีความสามารถในการสร้างและเพิ่มจำนวนตัวเองได้ เมื่อระยะเวลาผ่านไป โมเลกุลเหล่านี้จึงค่อยๆวิวัฒนาการกระบวนการเมแทบอลิซึมและสร้างเยื่อหุ้มเซลล์จนเกิดเป็นเซลล์ขึ้นได้ในที่สุด เชื่อกันว่าโมเลกุลพวกโพลีนิวคลีโอไทด์ (กรดนิวคลีอิก) เช่น RNA น่าจะเป็นโมเลกุลเริ่มแรกของการเกิดเซลล์



         นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าสิ่งมีชีวิตพวกแรกๆ นั้นน่าจะเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะคล้ายพวกโพรคาริโอต (prokaryote) โพรคาริโอตประกอบด้วย แบคทีเรียและสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน สิ่งมีชีวิตแรกเริ่มนี้ไม่สามารถสร้างอาหารเองได้ ต้องอาศัยอาหารจากสิ่งแวดล้อมภายนอก และดำรงชีวิตโดยไม่ใช้ออกซิเจนเนื่องจากบรรยากาศของโลกในยุคนั้นยังไม่มีออกซิเจนหรือมีออกซิเจนน้อยมาก ต่อมาสิ่งมีชีวิตจำพวกแบคทีเรียเริ่มมีวิวัฒนาการในการสร้างอาหารเองได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสง ส่งผลให้ปริมาณออกซิเจนในบรรยากาศมีมากขึ้น ทำให้สิ่งมีชีวิตรูปแบบใหม่ถือกำเนิดจนกลายเป็นสิ่งมีชีวิตพวกยูคาริโอต (eukaryote) ในที่สุด
          จากการวิเคราะห์ลำดับสารพันธุกรรมในเซลล์และออร์แกเนล ทำให้เราทราบว่า จีโนมคลอโรพลาสต์ในพืชและจีโนมไมโทคอนเดรียที่พบในพืชและสัตว์นั้นมีความใกล้เคียงกับจีโนมของแบคทีเรียซึ่งเป็นพวกโพรคาริโอต  ทำให้สันนิษฐานได้ว่า ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์อาจเคยเป็นเซลล์โพรคาริโอตขนาดเล็กที่ถูกเซลล์ ยูคาริโอตกินเข้าไปแต่ไม่ย่อยและอยู่รวมในเซลล์ยูคาริโอตขนาดใหญ่ ความแตกต่างอยู่ที่ ไมโทคอนเดรียนั้นมาจากเซลล์โพรคาริโอตที่สังเคราะห์ด้วยแสงไม่ได้ แต่คลอโรพลาสต์มาจากเซลล์โพรคาริโอตที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้
          ยุคทางธรณีวิทยา
          เมื่อสิ่งมีชีวิตถือกำเนิดขึ้นมาแล้ว ก็มีวิวัฒนาการจนมีความหลากหลายในธรรมชาติ เมื่อเวลาผ่านไปมีทั้งการถือกำเนิดสิ่งมีชีวิตชนิดใหม่ขึ้นและการสูญพันธุ์ไปของสิ่งมีชีวิตเดิมเช่นกัน
          ในปัจจุบันนักธรณีวิทยาและนักบรรพชีวินวิทยาสามารถแบ่งยุคทางธรณีวิทยาออกเป็น 4 มหายุค ตามชนิดของซากดึกดำบรรพ์ที่พบได้ดังนี้
          1. มหายุคพรีแคมเบรียน (Precambrian Era) เป็นช่วงของ 4,600 – 543 ล้านปีก่อน โลกก่อกำเนิดขึ้น เมื่อโลกเริ่มเย็นตัวลง จึงเกิดสิ่งมีชีวิตพวกแบคทีเรีย และเริ่มมีออกซิเจนในบรรยากาศซึ่งเกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสงในพวกแบคทีเรียสีเขียวแกมน้ำเงิน มีการเกิดขึ้นของสัตว์หลายเซลล์ที่ไม่มีกระดูกสันหลังในน้ำ เช่น ฟองน้ำ
          2. มหายุคพาลีโอโซอิก (Paleozoic Era) เป็นช่วงของ 543 – 245 ล้านปีก่อน เริ่มมีสัตว์พวกที่ไม่มีกระดูกสันหลังซึ่งมีทั้งที่อาศัยอยู่ในน้ำจืดและน้ำเค็ม เช่น ไตรโลไบต์ (trilobite) แอมโมไนต์ (ammonite) หอย ปลา รวมทั้งแมลง สัตว์เลื้อยคลาน และสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ เริ่มพบสาหร่าย เห็ดรา พืชบกชั้นต่ำ เริ่มจากพืชไม่มีเนื้อเยื่อลำเลียง เฟิร์น ไปจนถึงพืชมีเนื้อเยื่อลำเลียง มหายุคพาลีโอโซอิกสิ้นสุดลงเมื่อมีการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ ซึ่งอาจเกิดเนื่องจากการเกิดยุคน้ำแข็งฉับพลันหรือเกิดภูเขาไฟระเบิด ทำให้มีการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตทั้งในทะเลและบนพื้นดินจำนวนมาก

Precambrian Era and Paleozoic Era

          3. มหายุคมีโซโซอิก (Mesozoic Era) เป็นช่วงของ 245 – 65 ล้านปีก่อน ไดโนเสาร์ชนิดแรกเกิดขึ้นและกลายเป็นกลุ่มเด่น ในยุคนี้เริ่มมีสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพวกมีกระเป๋าหน้าท้องและรก รวมทั้งแมลงต่างๆ และเกิดการกระจายพันธุ์อย่างมากมายของพืช ในช่วงแรกของมหายุคมีโซโซอิกมีพืชเมล็ดเปลือยมาก ทั้งเฟิร์นและสน เกิดพืชดอกชนิดแรก เชื่อกันว่าภูเขาไฟระเบิดครั้งใหญ่หรือการพุ่งชนของอุกกาบาต ทำให้มีการสูญพันธุ์จำนวนมากและมหายุคมีโซโซอิกสิ้นสุดลง

Life in Mesozoic Era

          4. มหายุคซีโนโซอิก (Cenozoic Era) เป็นช่วงของ 65 ล้านปีก่อนจนถึงปัจจุบัน การสูญพันธุ์ของไดโนเสาร์เปิดทางให้เกิดการกระจายพันธุ์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมนานาชนิดทั้งขนาดเล็ก และขนาดใหญ่ เช่น ม้า สุนัข และหมี พบลิงไม่มีหาง (ape) และในราว 5-1.8 ล้านปีก่อน พบบรรพบุรุษของมนุษย์ ส่วนบรรพบุรุษของมนุษย์ปัจจุบันนั้นพบในช่วง 1.8 ล้านปี - 11,000 ปีก่อน ในมหายุคซีโนโซอิกนี้พืชดอกกลายเป็นพืชกลุ่มเด่น

Cenozoic Era

          กว่าสี่พันล้านปีที่ผ่านมา โลกในสมัยนั้นกับโลกในปัจจุบันเหมือนหรือต่างกันหรือไม่ อย่างไร?

          นับตั้งแต่โลกถือกำเนิดขึ้นมาเมื่อประมาณสี่พันหกร้อยล้านปีก่อนโลกได้มีการ เปลี่ยนแปลงไปตลอดเวลาจากเดิมในอดีตที่เชื่อกันว่ากำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกนั้นเริ่มจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่มีขนาดเล็กมาก เมื่อหันกลับมามองในปัจจุบัน โลกของเรามีสมาชิกทั้งพืชและสัตว์ที่หลากหลายแตกต่างกันออกไปนับล้านชนิดหรือแม้แต่จากหลักฐานซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิตเราเชื่อว่าสมัยหนึ่งไดโนเสาร์เคยครองโลก แต่ทำไมในศตวรรษที่  21 นี้ตำแหน่งผู้ครอบครองโลกกลับกลายมาเป็นของกลุ่มสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม แล้วไดโนเสาร์หายไปไหน
          ความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆมีการเปลี่ยนแปลงเรื่อยมาจากอดีตจนถึงปัจจุบัน สำหรับโลกของเราที่เห็นเป็นทวีปต่างๆในปัจจุบันนั้นก็มีการเปลี่ยนแปลงผ่านระยะเวลาอันยาวนานเช่นกัน
          ในปี พ . ศ . 2458 อัลเฟรด เวกเกอเนอร์ นักธรณีวิทยาและนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันเสนอทฤษฎีทวีปเลื่อน (Continental Drift) เป็นครั้งแรก เขาเชื่อว่าแผ่นดินลอยอยู่บนของเหลวซึ่งหุ้มแกนโลกอยู่ การค้นพบซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะใกล้เคียงกัน ในทวีปที่อยู่ห่างไกลกันสนับสนุนทฤษฎีนี้ เวกเกอเนอร์เสนอว่าเมื่อ 200 ล้านปีที่แล้ว โลกมีทวีปเดียวขนาดใหญ่เรียกว่าพันเจีย (Pangaea-- แปลว่าทั้งโลก ) จนกระทั่งถึง
ยุคจูแรสซิกซึ่งอยู่ในมหายุคมีโซโซอิก (ยุคที่ไดโนเสาร์รุ่งเรือง) แผ่นดินจึงเริ่มแยกจากกันเป็น 2 ส่วนเรียกว่า กอนวานาแลนด์ (Gonwanaland) ทางซีกใต้ของโลก และลอเรเซีย (Laurasia) ทางซีกเหนือ โดยมีทะเลทีธิส (Tethys) คั่นกลาง เมื่อสิ้นสุดยุคครีเทเชียส (ในมหายุคมีโซโซอิก) แผ่นดินก็แตกออกเป็นทวีปต่างๆ และค่อยๆเคลื่อนตัวมายังตำแหน่งที่เราเห็นในปัจจุบัน
          เอ็ดวาร์ด ซูส (Eduard Suess) นักธรณีวิทยาชาวออสเตรีย เป็นผู้พบหลักฐานที่ทำให้เขาเชื่อว่าแผ่นดินของทวีปอเมริกา แอฟริกา อินเดีย ออสเตรเลีย และแอนตาร์กติกา เคยเชื่อมต่อกัน เขาเป็นผู้ตั้งชื่อแผ่นดินนี้ว่ากอนวานาแลนด์ ตามชื่อเขตที่พบซากดึกดำบรรพ์ของพืชกลอสส็อปเทอริส ( Glossopteris ) เป็นครั้งแรก และต่อมาก็พบในทวีปอื่นๆด้วย นอกจากนั้นยังมีซากสัตว์เลื้อยคลานดึกดำบรรพ์มีโซซอรัส (Mesosaurus) ที่พบในอเมริกาใต้ และแอฟริกาใต้อีกด้วย

การสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต

          นับตั้งแต่โลกได้ถือกำเนิดขึ้นจนกระทั่งมีวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตขึ้นมามากมายนั้น ตลอดช่วงเวลาราวสี่พันล้านปีที่ผ่านมามีทั้งการเกิดของสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่และการสูญพันธุ์ไป การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่ยอมรับกันมากที่สุดมี 5 ครั้งด้วยกัน ซึ่งใช้หลักฐานซาก
ดึกดำบรรพ์ที่พบในช่วงเวลาต่างๆในการยืนยัน
          ครั้งที่ 1 เกิดขึ้นในช่วงปลายยุคแคมเบรียนถึงยุคออร์โดวิเชียน (488 ล้านปีก่อน) ทำให้เกิดการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตในทะเลพวก brachiopod, conodont และ trilobite มากมาย สาเหตุการสูญพันธุ์ อาจเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ เกิดยุคน้ำแข็งฉับพลัน ทำให้ปริมาณน้ำและออกซิเจนในน้ำน้อยลงจึงส่งผลอย่างมากต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ
          ครั้งที่ 2 เกิดขึ้นในช่วงปลายยุคออร์โดวิเชียนถึงยุคซิลูเรียน (447-444 ล้านปีก่อน) ทำให้เกิดการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตที่มีความหลากหลายทั้งพืช สัตว์ในทะเลมากมาย สาเหตุการสูญพันธุ์อาจเนื่องจากการเกิดยุคน้ำแข็ง ทำให้อากาศเปลี่ยนแปลง ปริมาณน้ำทะเลลดลงส่งผลอย่างมากต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ นักวิทยาศาสตร์จัดว่าการสูญพันธุ์ในช่วงนี้ทำให้สูญเสียสิ่งมีชีวิตในน้ำครั้งใหญ่เป็นอันดับสอง
          ครั้งที่ 3 เกิดขึ้นในช่วงปลายยุคดีโวเนียน (364 ล้านปีก่อน) เป็นการสูญพันธุ์ที่ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างฉับพลัน แต่เกิดอย่างต่อเนื่องราว 20 ล้านปี ส่งผลต่อการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตในน้ำ สาเหตุการสูญพันธุ์อาจเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศที่หนาวเย็นต่อเนื่องมาจากยุคออร์โดวิเชียน แต่บางแนวคิดยังคงถกเถียงกันว่าอาจเป็นเพราะการพุ่งชนของอุกกาบาตมายังโลก
          ครั้งที่ 4 เกิดขึ้นในช่วงปลายยุคเพอร์เมียนถึงยุคไทรแอสซิก (251.4 ล้านปีก่อน) เป็นการ
สูญพันธุ์ครั้งที่รุนแรงที่สุด ส่งผลต่อการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตในน้ำถึง 96% และสิ่งมีชีวิตบนบก เช่น พืช แมลง สัตว์มีกระดูกสันหลังต่างๆ ถึง 70% ส่งผลให้รูปแบบของสิ่งมีชีวิตบนโลกเปลี่ยนไป จนเกิดสัตว์พวกไดโนเสาร์ขึ้นมากมายบนโลกในยุคต่อมา สาเหตุการ
สูญพันธุ์ยังคงเป็นที่ถกเถียง และเสนอสมมติฐานหลายแนวทาง เช่น การสูญพันธุ์อาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของแผ่นเปลือกโลก วัตถุนอกโลกพุ่งชนโลก ผลกระทบจาก
ซุปเปอร์โนวาหรือการระเบิดครั้งใหญ่ของภูเขาไฟ
          ครั้งที่ 5 เกิดขึ้นในช่วงปลายยุคครีเทเชียสถึงยุคเทอเทียรี (65.5 ล้านปีก่อน) เป็นการสูญพันธุ์ครั้งที่รุนแรงเป็นอันดับสองรองจากช่วงปลายยุคเพอร์เมียน ส่งผลต่อการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตในทะเลจำนวนมากและสิ่งมีชีวิตบนบกถึง 50% รวมทั้งไดโนเสาร์ซึ่งเป็นสัตว์กลุ่มเด่นในขณะนั้น ส่งผลให้ยุคต่อมาเกิดการวิวัฒนาการของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเข้ามาแทน สาเหตุการสูญพันธุ์มีผู้เสนอสมมติฐานหลายแนวทาง เช่น การเกิดภูเขาไฟระเบิดครั้งใหญ่จึงทำให้เป็นสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ หรือการมีวัตถุนอกโลกพุ่งชนโลก ซึ่งในประเด็นหลังดูจะมีหลักฐานสนับสนุนที่น่าเชื่อถือ เพราะในปี พ.ศ.2523 มีการพบแร่อิรีเดียมในชั้นหินยุคครีเตเชียส ซึ่งแร่ชนิดนี้ปกติไม่พบในโลก แต่จะพบมากในลูกอุกกาบาตหรือดาวเคราะห์น้อย และในปี พ.ศ.2534 มี การค้นพบหลุมอุกกาบาตขนาดยักษ์ใต้เมือง ชิกชูลุบ (Chicxulub) บริเวณอ่าวเม็กซิโก มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 180 กิโลเมตร ทำให้สันนิษฐานได้ว่าในราว  65 ล้านปีก่อน มีดาวเคราะห์น้อยพุ่งชนโลก ทำให้เกิดคลื่นยักษ์และการฟุ้งกระจายของฝุ่นผงจากพื้นผิวโลกในวงกว้าง ฝุ่นเหล่านี้ขึ้นไปจับกันเป็นชั้นหนาในบรรยากาศชั้นสูงอยู่นานส่งผลให้อุณหภูมิของผิวโลกชั้นต่ำลดลงและไม่มีแสงแดดส่องมายังผิวโลกด้านล่างเป็นเวลานาน เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศครั้งใหญ่จนทำให้ไดโนเสาร์และสิ่งมีชีวิตส่วนหนึ่งในยุคนั้นสูญพันธุ์ไปในที่สุด
          สิ่งมีชีวิตชนิดใดบ้างที่สูญพันธุ์ไปจากโลกนี้แล้ว?
          โดโด (dodo) เป็นนกที่มีลักษณะคล้ายนกพิราบ แต่มีขนาดใหญ่กว่ามากและบินไม่ได้ ถือได้ว่าโดโดเป็นสัญลักษณ์สำคัญของ การสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตเลยทีเดียว คาดว่าโดโดมีถิ่นอาศัยอยู่ที่เกาะมอริเชียส (Mauritius) ในมหาสมุทรอินเดีย ปัจจุบันโดโดได้สูญพันธุ์ไปแล้ว แต่นักวิทยาศาสตร์ยังคงให้ความสนใจ ต่อการศึกษาซากดึกดำบรรพ์ของโดโด โดยเฉพาะการศึกษาว่าเป็นเพราะการรุกรานของมนุษย์หรือเหตุผลจากธรรมชาติจึงทำให้โดโดสูญพันธุ์ไป (ศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมในวารสาร Nature 443, 138-140, (2006))

โดโด (dodo)

          ในปัจจุบันเราจะเห็นว่าในธรรมชาติมีความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตบางชนิดมีลักษณะบางอย่างที่คล้ายคลึงกัน ดังนั้นในอดีตนักวิทยาศาสตร์จึงใช้ความคล้ายคลึงกันของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ อันได้แก่ลักษณะทางกายวิภาค ลักษณะทางสัณฐานวิทยาหรือสารเคมีที่เป็นองค์ประกอบในสิ่งมีชีวิต เป็นต้น ในการจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิตและในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ข้อมูลจากการวิเคราะห์ลำดับเบสของสารพันธุกรรมหรือ  DNA มาสร้างเป็นภาพแสดงสายวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตในระดับที่เหนือกว่าอาณาจักร (kingdom) โดยสามารถแบ่งสิ่งมีชีวิตออกเป็น 3 โดเมน (domain) ได้แก่

          แบคทีเรีย (bacteria)
          อาร์เคีย (archaea)
          ยูคาเรีย (eukarya)
          โดยโดเมนแบคทีเรียนั้นประกอบไปด้วยสิ่งมีชีวิตกลุ่มโพรคาริโอตที่เรารู้จักกันเป็นส่วนใหญ่แล้ว โดเมนอาร์เคีย ประกอบด้วยกลุ่มสิ่งมีชีวิตพวกโพรคาริโอตที่อาศัยอยู่ในสิ่งแวดล้อมทั่วๆไป และโดเมนยูคาเรีย ประกอบด้วยกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่ในเซลล์จะมีนิวเคลียสที่แท้จริง ซึ่งจะเห็นได้ว่าโดเมนนี้จะมีสิ่งมีชีวิตอยู่เป็นจำนวนมาก ดังแสดงรายละเอียดในภาพด้านบน
          วิวัฒนาการ คืออะไร ?

"What is Evolution"

         “วิวัฒนาการ” ในความหมายจากพจนานุกรมฉบับราชบัณฑิตยสถานนั้นหมายถึง กระบวนการเปลี่ยแปลงหรือคลี่คลายไปสู่สภาวะที่ดีขึ้นหรือเจริญขึ้น  และหากกล่าวเฉพาะลงไปถึงวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตแล้ว สามารถให้ความหมายได้ว่ามันคือการที่สิ่งมีชีวิตแบบดั้งเดิมเกิดการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยอย่างต่อเนื่องกันเป็นระยะเวลานานจนกลายเป็นสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างไปจากเดิม และสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ในสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม

          ในความเป็นจริงแล้ววิวัฒนาการเกิดขึ้นทั้งในสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิต และเกิดนับตั้งแต่โลกของเรายังไม่มีสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้น จนเริ่มมีสิ่งมีชีวิต จวบจนถึงปัจจุบัน วิวัฒนาการก็ยังเกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา  ดังนั้นสิ่งต่างๆบนโลกที่เราพบเห็นในปัจจุบันจึงมีความแตกต่างจากเดิมในอดีต และแน่นอนว่าในอนาคตการเปลี่ยนแปลงของสิ่งต่างๆก็ยังคงต้องดำเนินต่อไปตามกาลเวลา
            การเกิดวิวัฒนาการ เกิดได้จากเหตุผล 3 ประการ คือ
            1. มีความแปรผันทางพันธุกรรม (genetic variability) สมาชิกในกลุ่มของประชากร มีลักษณะพันธุกรรมที่แตกต่างกันออกไป

genetic variability

            2. การคัดเลือกตามธรรมชาติ (natural selection) การคัดเลือกตามธรรมชาตินี้ในบริเวณหนึ่ง ประชากรลักษณะหนึ่งอาจจะเหมาะสมกว่าประชากรหนึ่ง แต่อีกบริเวณหนึ่งอาจกลับกันได้

natural selection 

            3. การแยกพวกผสมพันธุ์ (reproductive isolation) หากประชากรสองกลุ่มซึ่งมีลักษณะใกล้เคียงกัน แต่ไม่สามารถผสมพันธุ์กันได้ ในที่สุดประชากรทั้งสองกลุ่มนั้นจะกลายเป็นคนละชนิด (species) ไป การแยกพวกผสมพันธุ์นี้โดยปกติจะมีเครื่องกีดขวางกั้นไม่ให้สิ่งมีชีวิตเข้ามารวมกลุ่มเดิมของประชากร เครื่องกีดขวางอาจได้แก่ ภูเขาสูง ทะเล ทะเลสาบ ทะเลทราบ หากมีสิ่งมีชีวิตซึ่งเป็นสมาชิกขแงกลุ่มประชากรหลุดไปอยู่ทางใดทางหนึ่งของสิ่งเหล่านั้นแล้วไม่มารวมกับกลุ่มเดิม ในระยะเวลานาน ๆ ทำให้ไม่สามารถผสมกับกลุ่มเดิมได้ในที่สุด
        ทำไมต้องศึกษาวิวัฒนาการ
         สำหรับคำถามที่ว่าทำไมเราจึงต้องศึกษาวิวัฒนาการนั้น  คำตอบส่วนใหญ่จาก
นักชีววิทยาทั่วโลกจะเห็นพ้องว่า การศึกษาวิวัฒนาการเป็นเสมือนโครงสร้างหลักของ
กระบวนการคิดและการศึกษาด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพทั้งมวล ทำให้เข้าใจธรรมชาติของ
สิ่งมีชีวิตบนโลกนานาชนิดเทียบเท่ากับทฤษฏีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ที่เป็นแกนหลักของศาสตร์ด้านกายภาพเลยทีเดียว
         นอกจากนี้การศึกษาวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต ในสมัยก่อนจะใช้เพียงการศึกษาจากหลักฐานซากดึกดำบรรพ์ แต่เมื่อมีความเจริญก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมากขึ้นจึงมีการใช้หลักฐานสมัยใหม่ เช่น หลักฐานทางชีววิทยาระดับโมเลกุลหรือข้อมูลสนับสนุนอื่นๆที่สามารถนำมาใช้อธิบายวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆได้
         วิชาวิวัฒนาการมีความซับซ้อนและลึกซึ้ง และเป็นแกนหลักสำคัญสำหรับรายวิชาวิทยาศาสตร์ชีวภาพ วิวัฒนาการเปรียบเสมือนสายเชือกที่เชื่อมโยงชีววิทยาทุกสาขา ไม่ว่าจะเป็นด้านวิชา พฤติกรรม นิเวศวิทยา ประชากร อนุกรมวิธาน พันธุศาสตร์ สรีรวิทยา สัณฐานวิทยาและชีววิทยาเชิงโมเลกุล หากเราไม่เข้าใจกระบวนการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการแล้วเราก็มิอาจเข้าใจพื้นฐานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดได้อย่างถ่องแท้ ดังคำกล่าวของนักชีววิทยาคนหนึ่ง คือ ที. ดอบซานสกี (Th. Dobzhansky) ที่กล่าวไว้ว่า การศึกษาชีววิทยาจะไม่มีความหมายถ้าไม่สัมพันธ์กับแนวความคิดวิวัฒนาการ “Nothing in biology makes sense except in the light of evolution” การนำเอาวิชาความรู้ทางชีววิทยาไปประยุกต์ใช้ในการทางการแพทย์ การเกษตร ตลอดจนเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษย์เพื่อการอยู่กินดีอยู่ และคุณภาพชีวิตที่ดีขึ้นหากปราศจากความเข้าใจหลักพื้นฐานวิวัฒนาการแล้วก็มักจะนำไปสู่ผลกระทบในทางลบต่อสิ่งแวดล้อมทางชีวภาพโดยตรง ทั้งในระยะสั้นและระยะยาวดังเป็นที่ประจักษ์อยู่ในกลุ่มประเทศที่ดอ้ยพัฒนาและประเทศที่กำลังพัฒนาในขณะนี้
            จากประจักษ์พยานที่กล่าวมาแล้วนั้นแสดงให้เห็นว่าการคัดเลือกตามธรรมชาติเป็นพลังสำคัญสำหรับทุกชีวิตที่อุบัติขึ้นมาบนโลกนี้ ถึงแม้ว่าจะมีนักชีววิทยาอีกกลุ่มหนึ่งที่เชื่อว่าความผกผันทางพันธุกรรมอย่างฉับพลันที่เรียกว่า จีเนติกดริฟต์ (genetic drif) มีความสำคัญมากกว่าการคัดเลือกตามธรรมชาติในบางกรณีก็ตาม การศึกษาวิวัฒนาการไม่เพียงแต่ต้องการอยากรู้กำเนิดและประวัติความเป็นมาของมนุษย์รวมทั้งสัตว์และพืชหลากหลายชนิดเท่านั้น แต่เราต้องการรู้ว่าวิวัฒนาการเกิดขึ้นได้อย่างไร มีปัจจัยอะไรบ้างที่เป็นพลังผลักดันให้มีการเปลี่ยนแปลงของประชากรที่อาจนำไปสู่วิวัฒนาการ หรือไม่ก็นำไปสู้การสูญพันธุ์ ข้อมูลจากประวัติศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตสะท้อนให้เรารู้ว่า การสูญพันธุ์เป็นปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งมากกว่าการเกิดวิวัฒนาการ  ในความเป็นจริงแล้วบุคคลทั่วไปที่เลื่อมใสพุทธศาสนา ได้ตระหนักถึงความอนิจจังตามคำสอนของพระพุทธองค์ และทางด้านนักชีววิทยาหรือนักวิจัยประยุกต์จะต้องให้ความสนใจในเรื่องวิวัฒนาการอย่างจริงจัง ทั้งนี้เพราะเราต้องไม่ลืมว่าความรู้พื้นฐานด้านวิวัฒนาการมีคุณค่าอยู่ในตัวเองอย่างแท้จริง เพราะว่า
            1. ความรู้ความเข้าใจในเรื่องวิวัฒนาการเป็นความพึงพอใจของนักวิทยาศาสตร์ที่มีความอยากรู้อยากเห็นในปรากฎการณ์ธรรมชาติ ไม่ว่าจะเป็นปัญหาที่ว่าทำไมนกจึงมีปีก แมลงจึงมีตาประกอบ มนุษย์จึงมีสมองที่ล้ำเลิศ ทำไมดอกไม้จึงมีสีสวยสดงดงาม เป็นต้น ซึ่งคำถามเหล่านี้สามารถหาคำตอบได้จากทฤษฎีวิวัฒนาการ
            2. ความรู้ความเข้าใจในเรื่องวิวัฒนาการสามารถนำประยุกต์ใช้แก้ไขปัญหาระยะยาวไม่ว่าจะเป็นปัญหาทางการแพทย์เกี่ยวกับเรื่องดื้อยาของเชื้อโรค หรือปรสิตต่าง ๆ หรือปัญหาทางการเกษตรเกี่ยวกับการดื้อยาของแมลงศัตรูพืช ซึ่งเป็นเรื่องของวิวัฒนาการร่วมกันมา (coevolution) ของสิ่งมีชีวิตที่มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างแนบแน่น
            3. เราต้องรู้ให้ถ่องแท้ว่าวิวัฒนาการของมนุษย์ได้รุดหน้ามาอยู่ ณ ที่จุดใดในระบบนิเวศที่เป็นอยู่ในโลกปัจจุบัน มนุษย์จะวิวัฒนาการต่อไปในทิศทางใด ในเมื่อเรามีวิวัฒนาการทางด้านสังคม และวัฒนธรรม (cultural evolution) เข้ามาเกี่ยวข้องกับกระบวนการวิวัฒนาการทางด้านชีววิทยา (biological evolution) ในขณะที่มีการพัฒนาประเทศแบบไม่ยั่งยืน สิ้นเปลือง และทำลายสิ่งแวดล้อมทั้งทางด้านกายภาพ ได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้น ปริมาณน้ำฝน การทำลายหน้าดิน และทางด้านชีวภาพได้แก่ การทำลายพืช สัตว์ จุลินทรีย์ที่มีความหลากหลายภายในประชากรที่กำลังมีการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการตามธรรมชาติ ซึ่งล้วนแต่มีผลกระทบทั้งในระยะสั้นและระยะยาวต่อการอยู่รอดของประชากรมนุษย์ทั้งสิ้น ปัจจุบันมนุษย์ชาติได้ย่างก้าวมาถึงจุดวิกฤติที่มิอาจย้อนกลับไปสู่อดีตที่สวยสดงดงามในตอนที่มนุษย์สามารถปรับตัวเองให้สอดคล้องกับสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติ ซึ่งต่างจากในขณะที่มนุษย์สามารถปรับตัวเองให้สอดคล้องกับสภาพแวดล้อมที่ปรุงแต่งขึ้นมาโดยวิทยาการสมัยใหม่เพื่อให้เหมาะสมกับตัวเอง มนุษย์เราจะสามารถวิวัฒนาการเผ่าพันธุ์ของตนเองให้หลุดพ้นจากระบบนิเวศที่ถูกทำลายสมดุลไปได้หรือไม่คงไม่มีใครให้คำตอบได้