บทที่ 19 วิวัฒนาการ (Evolution)

19.1 หลักฐานเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

จุดประสงค์การเรียนรู้

1. สืบค้นข้อมูล อภิปรายเพื่อวิเคราะห์หลักฐานต่าง ๆ ที่สนับสนุนการเกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต2. สืบค้นข้อมูลและนำเสนอข้อมูลเกี่ยวกับซากดึกดำบรรพ์ที่ค้นพบในประเทศไทย และในต่างประเทศ

19.1.1 หลักฐานจากซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิต

ภาพที่  19-1  ภาพฟอสซิลของแมลงในแท่งอำพัน

ซากดึกดำบรรพ์ (fossil)คือ ส่วนที่เหลือของสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วและถูกรักษาไว้ในหินของเปลือกโลกเราจะรู้ว่าซากดึกดำบรรพ์อายุเท่าไร โดยวัดกัมมันตรังสีของหินก้อนนั้น ซากดึกดำบรรพ์หาได้ยากมาก เพราะสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วก็จะเสื่อมสลายผุพังไป บางครั้งส่วนที่แข็งของสัตว์อาจถูกโคลนปิดไว้ ส่วนเหล่านี้จะค่อย ๆ ถูกแทนที่โดยแร่ธาตุซึ่งจะทำให้รูปร่างเหมือนเดิมทุกประการ ในที่สุดก็จะกลายเป็นหิน ซากดึกดำบรรพ์ส่วนใหญ่เป็นร่องรอยที่แสดงรูปร่างของเปลือก กระดูก หรือใบ บางครั้งพืชหรือสัตว์อาจปกคลุมด้วยสารบางอย่างที่หยุดการผุพัง เช่น แมลงอาจถูกปกคลุมด้วยยางไม้ อีกหลายล้านปีต่อมายางนี้จะแข็งตัวกลายเป็นอำพัน

บันทึกของซากดึกดำบรรพ์บอกให้เราทราบข้อมูลดังต่อไปนี้

1. สิ่งมีชีวิตหลากหลายที่พบอยู่ในปัจจุบันนี้มิได้เกิดขึ้นมาในทันทีทันใด
2. ชีวิตเริ่มแรกจะอยู่ในน้ำสิ่งมีชีวิตบนบกเกิดขึ้นภายหลัง
3. ขณะที่สัตว์ชนิดใหม่แต่ละชนิดวิวัฒนาการ สัตว์ชนิดเก่าก็จะลดจำนวนลงสัตว์ที่ปรับตัวได้ไม่ดีก็จะสูญพันธุ์
4. ซากดึกดำบรรพ์บางชนิดจะให้ข้อมูลที่ช่วยให้เรารู้ว่า สัตว์บางกลุ่มวิวัฒนาการมาอย่างไร เช่น อาร์คีออฟเทอริกซ์ เป็นนกโบราณมีชีวิตอยู่ประมาณ 150 ปีมาแล้ว จากซากดึกดำบรรพ์ทำให้เราทราบว่ามันมีขนคล้ายนกแต่ก็มีฟันและลักษณะอื่น ๆ ของสัตว์เลื่อยคลานซากดึกดำบรรพ์นี้เป็นตัวเชื่อมที่แสดงว่าสัตว์เลื้อยคลานและนกวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษร่วมกัน

ภาพที่  19-2  ภาพซากดึกดำบรรพ์ของอาร์คีออปเทอริกซ์

นักวิทยาศาสตร์ใช้ซากดึกดำบรรพ์เป็นแหล่งให้ข้อมูลที่ช่วยให้เห็นภาพชีวิตในอดีตซากดึกดำบรรพ์จะให้ข้อมูลเกี่ยวกับพืชและสัตว์ที่สูญพันธุ์ไปแล้วอย่างกระท่อนกระแท่นมากเพราะเฉพาะส่วนที่แข็งของสิ่งมีชีวิตเท่านั้นที่จะเปลี่ยนแปลงไปเป็นหินแม้แต่กระดูกจะกลายเป็นหินได้ก็ต่อเมื่อถูกฝังไว้ด้วย และยังถูกทำลายได้ง่ายด้วยการเคลื่อนที่ของหิน หรือเมื่อภูเขาไฟระเบิด

ปัจจุบันมีผู้ขุดพบซากสิ่งมีชีวิตต่างๆ ซึ่งตายมาแล้วและมีอายุนับหลายพันปี หรือหมื่นปีขึ้นไป เช่น ซากโครงกระดูกไดโนเสาร์ซากหอยที่กลายเป็นหิน ซากมนุษย์โบราณยุคแรกๆ ซากแมลงในแท่งอำพันฯลฯ การเกิดซากดึกดำบรรพ์นอกจากจะเกิดจากซากของสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วยังคงสภาพเดิมอยู่ ยังเกิดจากการแทนที่ซากสิ่งมีชีวิตโดยสารอื่นแล้วทับถมอยู่ในชั้นหิน บางชนิดจะเหลือเพียงร่องรอยตกค้างบนหินจากการศึกษาเกี่ยวกับซากดึกดำบรรพ์ต่างๆ พบว่าสิ่งมีชีวิตบางชนิด แม้ว่ากาลเวลาจะผ่านไปนานเพียงใดจะมีการเปลี่ยนแปลงทางด้านรูปร่างน้อยมาก เช่น แมงดาทะเล ต้นเฟิร์น หอยปากเป็ด ฯลฯ ซากสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ในอดีตเป็นหลักฐานว่า สิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ได้ปรากฏอยู่บนโลกนี้มานานแล้ว และสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ที่มีอยู่ในสมัยโบราณนั้น ส่วนใหญ่มีความแตกต่างจากสิ่งมีชีวิตในปัจจุบันมาก เช่น รูปร่าง ขนาด สิ่งมีชีวิตในอดีตบางชนิดก็สูญพันธุ์ไปแล้ว ซากสิ่งมีชีวิตเป็นหลักฐานที่แสดงว่าวิวัฒนาการนั้นดำเนินอยู่ตลอดเวลา จึงทำให้มีการแปรเปลี่ยนในลักษณะต่าง ๆ

ซากดึกดำบรรพ์เปรียบเหมือนการบันทึกเหตุการณ์สนับสนุนว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้เคยปรากฎอยู่บนโลก แต่ในปัจจุบันได้สูญพันธุ์ไปแล้ว แต่มีสิ่งมีชีวิตบางชนิดที่ยังคงมีลักษณะใกล้เคียงกับที่พบในปัจจุบัน จากการศึกษาซากดึกดำบรรพ์ในหินตะกอนชั้นต่าง ๆ พบซากดึกดำบรรพ์ในหินแต่ละชั้นแตกต่างกันดังนี้

ภาพที่ 19-3 ซากดึกดำบรรพ์ในชั้นหินต่าง ๆ (ชีวิทยา เล่ม 5, สสวท. 2548. หน้า 117)

จากภาพที่ 19-3 ให้นักเรียนช่วยกันวิเคราะห์ หาข้อสรุปจากคำถามต่อไปนี้

·         ซากดึกดำบรรพ์ที่พบในชั้นหินใดที่ีอายุมากที่สุด ?

·         ชั้นที่ 1 เนื่องจากสิ่งมีชีวิตที่ตายลงก่อนจะถูกตะกอบทับถมเกิดเป็นชั้นของหินตะกอน ดังนั้นซากสิ่งมีชีวิตที่ตายลงก่อนจึงถูกทับถมในหินตะกอนชั้นล่างสุด

·         เมื่อเปรียบเทียบความซับซ้อนของโครงสร้างซากดึกดำบรรพ์ที่พบในหินชั้นล่างกับหินชั้นบนแล้วมีโครงสร้างซับซ้อนแตกต่างกันหรือไม่อย่า่งไร ?

·         ซากดึกดำบรรพ์ที่พบในหินชั้นล่างมีความซับซ้อนน้อยกว่าโครงสร้างซากดึกดำบรรพ์ที่พบในหินชั้นบน เนื่องจากสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นในระยะแรก ๆ เป็นสิ่งมีชีวิตที่มีโครงสร้างซับซ้อนน้อยกว่า และสิ่งมีชีวิตที่พบในหินชั้นบนจะมีลักษณะใกล้เคียงกับสิ่งมีชีวิตที่พบในปัจจุบันมากกว่า

·         นักเรียนคิดว่าระหว่างสัตว์มีกระดูกสันหลังและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังมีโอกาสเกิดซากดึกดำบรรพ์แตกต่างกันอย่างไร ?

·         สัตว์มีกระดูกสันหลังมีโอกาศเกิดซากดึกดำบรรพ์ได้มากกว่าเนื่องจากมีโครงกระดูกที่ถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ได้ยากกว่า

·         หลักฐานจากซากดึกดำบรรพ์บอกอะไรแก่เราบ้าง ?

·         หลักฐานจากซากดึกดำบรรพ์บ่งบอกได้ว่าสิ่งมีชีวิตนี้เคยมีมาในอดีต แสดงลำดับการเกิด วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตและบ่งชี้ให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลงจากอดีตจนถึงปัจจุบัน

ถ้าพบซากดึกดำบรรพ์ในชั้นหิน นักเรียนจะทราบได้อย่างไรว่า ซากดึกดำบรรพ์นั้นมีอายุกี่ปี

·         เปรียบเทียบปริมาณสารกัมมันตรังสีกับประมาณของธาตุที่เกิดจากการสลายของกัมมันตรังสีนั้น

ซากโบราณที่ยังมีชีวิต (living fossil)

นานๆ ครั้งสัตว์ที่เราคิดว่า “สูญพันธุ์” ไปแล้วก็ยังกลับมาให้ได้พบเห็นกันอีก ในปี พ.ศ. 2481 มีปลาลักษณะไม่ปกติถูกอวนลากจับขึ้นมาได้จากชายฝั่งแอฟริกาใต้ คือ ปลาซีลาแคนท์ (coelacanth) ที่เชื่อกันว่าสูญพันธุ์ไปนานกว่า 80 ล้านปีมาแล้ว ปลาชนิดนี้มีชื่อเสียงมาก่อนว่าเป็นญาติสนิทกับปลาพวกแรกที่ขึ้นมาเดินบนบก ซึ่งปลาชนิดนี้มีการขยับครีบในลักษณะเดียวกับการก้าวขาของสัตว์บก จึงเรียกปลานี้ว่า “ซากโบราณที่ยังมีชีวิต”   (living fossil) จากหลักฐานนี้ช่วยอธิบายให้ทราบว่าปลาเดินขึ้นบกได้อย่างไร

ภาพที่  19-4 ปลาซีลาแคนท์

จากการศึกษาโครงสร้างด้านข้างของแกรนด์แคนยอนสหรัฐอเมริกา ที่ถูกกัดเซาะโดยแม่น้ำโคโลราโด หินตะกอนที่ไม่แข็งนักจึงหลุดออกเผยให้เห็นซากดึกดำบรรพ์ของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในชั้นล่างที่มีอายุประมาณ 2,000 ล้านปี ในชั้นบนขึ้นไปจะพบว่ามีซากดึกดำบรรพ์ของสัตว์มีกระดูกสันหลังมีลำดับวิวัฒนาการแตกต่างกัน

จากการศึกษาดังกล่าวแสดงว่าสัตว์มีกระดูกสันหลังมีวิวัฒนาการเรียงลำดับดังนี้

- เมื่อ 500 ล้านปีก่อนสมาชิกของกลุ่มสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่สำคัญยังมีชีวิตอยู่
- เมื่อ 400 ล้านปีก่อน สัตว์มีกระดูกสันหลังกลุ่มแรกที่วิวัฒนาการ คือ ปลา
- เมื่อ 300 ล้านปีก่อน สิ่งมีชีวิตเริ่มขึ้นมาอยู่บนบก เรียกว่าสัตว์ครึ่งน้ำครึ่งบก
- เมื่อ 200 ล้านปีก่อน สัตว์เลื่อยคลานวิวัฒนาการมาจากสัตว์ครึ่งน้ำครึ่งบก
- เมื่อ 200-65 ล้านปีก่อน เป็นยุคของไดโนเสาร์และสูญพันธุ์ไปอย่างกระทันหันเมื่อประมาณ 60 ล้านปีมาแล้ว  ไม่พบซากดึกดำบรรพ์ของนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมในชั้นหินของแกรนด์แคนยอน แต่เรารู้ว่าสัตว์พวกนี้เพิ่มวิวัฒนาการเมื่อไม่นานประมาณ 65 ล้านปีก่อน เกิดสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมพวกแรกเหมือนกระแต หรือหนูและประมาณ 6 ล้านปีก่อน พบบรรพบุรุษที่มองดูเหมือนเอพ (ลิงไม่มีหาง) ของเราพวกแรกจากหลักฐานซากดึกดำบรรพ์ที่หุบเขาริฟท์ในแอฟริกาแสดงว่าเอพสามารถเดินตัวตรงได้

วิวัฒนาการของม้า

วิวัฒนาการของม้าอาศัยจากหลักฐานซากดึกดำบรรพ์ที่ถูกนำมาเชื่อมต่อกัน เพื่ออธิบายว่าม้าในปัจจุบันมีวิวัฒนาการมาอย่างไร ทำให้ทราบว่าเมื่อประมาณ 40 ล้านปีมาแล้ว สภาพพื้นที่ส่วนใหญ่เป็นที่ลุ่ม มีต้นไม้เล็กและพุ่มไม้ซึ่งสัตว์สามารถใช้เป็นที่หลบซ่อนจากศัตรูหรือผู้ล่าได้ และเมื่อ 1 ล้านปีก่อน สภาพแวดล้อมเปลี่ยนไปทุ่งหญ้ากลับมาทดแทนต้นไม้และพุ่มไม้ ไม่มีที่ให้สัตว์หลบซ่อนตัว สัตว์ที่วิ่งได้เร็วมีโอกาสหลบหลีกจากผู้ล่าได้ และอยู่รอดมีชีวิตสืบไปได้ และมีการพัฒนาของนิ้วเท้าจากการที่มีนิ้วเท้าแผ่ออกไปเพื่อป้องการจมโคลนที่ชื้นแฉะ แต่ไม่เหมาะสมสำหรับการวิ่ง จึงเกิดการพัฒนาเป็นนิ้วเท้าเพียงนิ้วเดียวช่วยให้สามารถวิ่งได้เร็วขึ้นก่อให้เกิดวิวัฒนาการของม้า ดังภาพ

ภาพที่  19-5  วิวัฒนาการของม้า

จากภาพแสดงวิวัฒนาการของม้ามีลักษณะใดบ้างที่เปลี่ยนแปลงไปและการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นใช้เวลานานเท่าใด ?

·         ขาของม้าในยุคแรก ๆ มีนิ้วเท้า ต่อมานิ้วเท้าลดลง แต่่มีนิ้วกลางขนาดโตขึ้น ปลายนิ้วพัฒนาเป็นกีบและมีขายาวขึ้น แสดงว่ามีขนาดโตขึ้นซึ่งสามารถคาดคะเนความสูงของม้าในยุคต่าง ๆ ดังนี้

	ชนิดของม้า		ยุค		ใช้เวลา
	Eohippus		อีโอซีน		-
	Mesohippus		โอลิโกซีน		16 ล้านปี
	Merychoppus		ไมโอซีน		13 ล้านปี
	Pliohippus		พลิโอซีน		18 ล้านปี
	Equus		ไพลสโตซีน-ปัจจุบัน		4.5 ล้านปี

ในการคาดคะเนลักษณะของสิ่งมีชีวิตในอดีตนั้นนักวิทยาศาสตร์ต้องใช้ข้อมูลและรายละเอียดต่าง ๆ  เช่น ร่องรอย สภาพแวดล้อมของโลกในปัจจุบัน ความสัมพันธ์โครงสร้างกับหน้าที่ ความสัมพันธ์ระหว่างสภาพแวดล้อมกับสิ่งมีชีวิต เป็๋นต้น

กิจกรรมเพิ่มเติม

จุดประสงค์ของกิจกรรม เพื่อให้นักเรียนสามารถ

1.  สืบค้นข้อมูลเกี่ยวกับซากดึกดำบรรพ์ที่ค้นพบทั้งในจังหวัดกาฬสินธุ์
2.  อภิปรายสรุปความสำคัญเกี่ยวกับซากดึกดำบรรพ์ที่นำมาเป็นหลักฐานสนับสนุนการเกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีีชวิต
3.  นำเสนอข้อมูลหน้าชั้นเรียน หรือ ป้ายนิเทศ

รูปแบบกิจกรรม  กิจกรรมกลุ่ม กลุ่มละ 5 คน

สถานที่ศึกษา  แหล่งพบซากดึกดำบรรพ์ในจังหวัดกาฬสินธุ์

การศึกษาซากดึกดำบรรพ์เพียงอย่างเดียว สามารรถสนับสนุนการเกิดวิวัฒนาการได้หรือไม่อย่างไร

ไม่เพียงพอที่จะสนับสนุนการเกิดวิวัฒนาการ เพราะซากดึกดำบรรพ์ที่ค้นพบมักไม่ครบสมบูรณ์ หรืออาจถูกทำลายจากปรากฎการณ์ธรรมชาติ หรือจากฝีมือมนุษย์

19.1.2 หลักฐานจากกายวิภาคเปรียบเทียบ

 ภาพที่  19-6  เปรียบเทียบโครงสร้างของอวัยวะต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต

การศึกษาเปรียบเทียบโครงสร้างของระบบอวัยวะเช่นโครงกระดูกขาหน้าของสัตว์ปีกและสัตว์ครึ่งน้ำครึ่งบก จะพบว่ามีโครงสร้างและลักษณะการเรียงตัวเป็นคล้ายกัน ซึ่งแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ของสายวิวัฒนาการของสัตว์เหล่านี้ว่า น่าจะสืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษร่วมกันดังภาพ 19-7

ภาพที่ 19-7 หลักฐานกายวิภาคเปรียบเทียบ (ชีววิทยา 5. สสวท. 2548. หน้า 119)

จากหลักฐานดังภาพที่ 19-7 ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายและหาข้อสรุปจากคำถามต่อไปนี้

1. รยางค์คู่หน้าของสัตว์ต่าง ๆ นี้มีหน้าที่เหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร ?

·         มีหน้าที่แตกต่างกัน ถ้าอาศัยอยู่ในน้ำจะใช้ในการว่ายน้ำ เช่น รยางค์คู่หน้าของวาฬ หรือใช้ในการบินเมื่ออยู่ในอากาศ เช่น ปีกนก ปีกค้างคาว หรือใช้พยุงตัวเดินบนพื้นดิน เช่น ขาหน้าของซาลามานเดอร์ และจระเข้ หรือใช้ขุดดิน เช่น ขาหน้าตุ่น หรือใช้หยิบจับสิ่งของ เช่น แขนคน

2. โครงสร้างของรยางค์คู่หน้าของสัตว์เหล่านี้มีความคล้ายคลึงกันอย่างไร ?

·         โครงสร้างของรยางค์คู่หน้าของสัตว์เหล่านี้มีลักษณะรูปร่างของกระดูกและจำนวนกระดูกที่คล้ายคลึงกัน

3. นักเรียนคิดว่าควยามคล้ายคลึงกันเช่นนี้ จะบอกถึงความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการหรือไม่อย่างไร ?

·         ความคล้ายคลึงกันของรยางค์คู่หน้านี้ใช้สนับสนุนความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดกันทางวิวัฒนการได้ถึงแม้ว่ารยางค์นั้นจะมีหน้าที่ที่แตกต่างกันทั้งนี้เนื่องจากต้องใช้โครงสร้างนี้ในการดำรงชีวิตอยู่ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน

นอกจากนี้สัตว์มีกระดูกสันหลังจำพวกสัตว์เลื้อยคลานและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมต่างมีแบบแผนการเรียงตัวของโครงกระดูกขาหน้าเช่นเดียวกับสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำและสัตว์ปีก เช่น ครีบโลมา ปีกค้างคาวและแขนคน อวัยวะเหล่านี้เมื่อสังเกตภายนอกจะเห็นว่ามีรูปร่างต่างกัน และทำหน้าที่ไม่เหมือนกัน แต่ถ้าศึกษาโครงสร้างภายใน เช่น การเรียงตัวของโครงกระดูกจะพบว่าอวัยวะเหล่านั้นมีการเรียงตัวของโครงสร้างเหมือนกันและหากได้ศึกษาต้นกำเนิดของอวัยวะเหล่านั้น จะพบว่าเจริญมาจากกลุ่มเซลล์ชนิดเดียวกัน ซึ่งเป็นข้อสนับสนุนอีกอย่างว่าครั้งหนึ่งสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นสืบสายมาจากบรรพบุรุษร่วมกัน แต่ในสัตว์หลายชนิดจะมีอวัยวะบางอย่างที่มีรูปร่างภายนอกคล้ายคลึงกันและทำหน้าที่เหมือนกัน เช่น ปีกนก ปีกแมลง ฯลฯ แม้จะมีรูปร่างคล้ายคลึงกัน แต่ถ้าศึกษาโครงสร้างภายในจะพบว่ามีความแตกต่างกัน แสดงว่าสัตว์เหล่านั้นมีบรรพบุรุษต่างกัน

19.1.3 หลักฐานจากคัพภะวิทยาเปรียบเทียบ

ภาพที่  19-8  แสดงเปรียบเทียบการเจริญของเอมบริโอสัตว์มีกระดูกสันหลัง

จากภาพให้นักเรียนร่วมกันวิเคราะห์ อภิปรายและหาข้อสรุปจากคำถามต่อไปนี้

1. สัตว์ต่างๆ เหล่านี้มีระยะการพัฒนาของเอ็มบริโอที่เหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร ?

·         มีระยะเอ็มบริโอที่เหมือนกันมนระยะต้น ขณะที่ระยะกลางและปลายเร่ิมมีความแตกต่างกัน

2. ถ้าพิจารณาเฉพาะรูปร่างลักษณะในระยะเอ็มบริโอ นักเรียนคิดว่าสัตว์ต่าง ๆ เหล่านี้น่าจะมีความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดกันทางวิวัฒนาการหรือไม่อย่างไร ?

·         สัตว์ที่มีระยะเอ็มบริโอที่เหมือนกันมาก น่าจะมีความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดกันทางวิวัฒนาการมากกว่าสัตว์ที่มีระยะเอ็มบริโอที่แตกต่างกัน

3. การเจริญเติบโตระยะใดที่มีความคล้ายคลึงกันมาก เพราะเหตุใด ?

·         การเจริญเติบโตระยะต้นเนื่องจากมีช่องเหงือกและหางที่เหมือนกัน

4. การเจริญเติบโตของเอ็มบริโอของคนคล้ายคลึงกับสิ่งมีชีวิตใดมากที่สุด ?

·         สัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม

5. จากภาพนี้บอกอะไรแก่เราบ้าง ?

·         1. การเจริญเติบโตในระยะเอ้ฒบริโอของสัตว์มีกระดูกสันหลังจะมีความซับซ้อนมากขึ้น

·         2. การเจริญเติบโตในระยะต้นของสัตว์มีกระดูกสันหลังจะมีช่องเหงือกและหางเหมือนกัน

·         3. การเจริญเติบโตระยะกลางและระยะปลายจะมีช่องเหงือกอยู่ในปลาและซาลามานเดอร์ แต่สัตว์อื่นจะปรับเปลี่ยนไปขณะที่หางยังคงปรากำอยู่้ในสัตว์หลายชนิดยกเว้น คน

นักชีววิทยาศึกษาพบว่าสัตว์บางชนิดมีระยะเป็นแอมบริโอคล้ายคลึงกัน เช่น ปลาฉลาม กบ สัตว์เลื้อยคลาน ไก่ ลิงและคน มีระยะเป็นเอมบริโอจะเจริญเติบโตเป็นขั้น ๆ นับตั้งแต่ไข่ที่ได้รับการผสมเป็นไซโกตแล้วไซโกตเจริญเป็นตัวเต็มวัยคล้ายคลึงกันซึ่งแสดงถึงความสัมพันธ์ทางด้านวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

เฮคเคล และ มัลเลอร์ (E.H. Haeckel และ HJ. Muller) กล่าวสรุปการเจริญเติบโตตามลำดับของตัวอ่อนว่า “การเจริญเติบโตพัฒนาตามลำดับของสิ่งมีชีวิตจะย้อนรอยลักษณะต่าง ๆ ของบรรรพบุรุษ” ซึ่งต่อมาแนวความคิดนี้ได้รับการเชื่อถือ และตั้งเป็นทฤษฎี เรียก ทฤษฎีการย้อนรอยบรรพบุรุษ (The recapitulation theory)

19.1.4 หลักฐานจากร่องรอยของอวัยวะที่ไม่ใช้งาน

ภาพที่  19-9  แสดงร่องรอยของอวัยวะที่ไม่ได้ใช้งาน (ที่มา : สสวท 2536:13)

อวัยวะบางอย่างของสัตว์ที่ไม่ใช้งานแต่ยังคงมีอยู่ในร่างกายของสัตว์นั้นมีขนาดลดลงในขณะที่สัตว์อื่นยังมีอวัยวะนั้นที่มีขนาดใหญและใช้งานได้ดี แสดงว่า สิ่งมีชีวิตนั้นอาจมีวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษเดียวกัน เช่นไส้ติ่งของมนุษยหรือใส้ติ่งของสัตว์กินเนื้อ เปรียบเทียบกับไส้ติ่งของสัตว์ที่กินพืชเช่น วัว ควาย ม้า จะมีขนาดต่างกันคือไส้ติ่งของสัตว์ที่กินเนื้อจะหดสั้นมากเพราะไม่ได้ใช้งาน เนื้อแดงที่หัวตาของคนเข้าใจว่าเป็นร่องรอยของหนังตาชั้นที่สาม (nictitating membrane) ซึ่งเจริญได้ดีในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำนอกจากนั้นยังพบร่องรอยกล้ามเนื้อสำหรับการกระดิกหูของคนเหลือให้เห็นแต่ไม่เจริญ แต่บางคนกล้ามเนื้อนี้ยังเจริญอยู่จึงสามารถกระดิกหูได้ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ กระดิกหูได้ หางของคนก็มีในระยะตัวอ่อนแต่หดสั้นมากและไม่เจริญยาวออกมาเหมือนสัตว์อื่น ๆ ร่อยรอยอวัยวะที่เหลืออยู่นี้แสดงว่าสิ่งมีชีวิตมีความสัมพันธ์กัน และสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดค่อย ๆ เปลี่ยนแปลงอวัยวะต่าง ๆ ให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม

19.1.5 หลักฐานทางพันธุศาสตร์

ภาพที่  19-10  แสดงชนิดและรูปร่างของจะงอยปากของนกฟินช์แห่งเกาะกาลาปากอส (ที่มา รูธ มัวร์ (2527:30 )

ตามหลักทางพันธุศาสตร์สิ่งมีชีวิตจะต้องเกิดจากสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน หรือเกิดจากสิ่งมีชีวิต สปีชีส์ (species) เดียวกัน ลักษณะ ทางพันธุกรรมจะถ่ายทอดจากบรรพบุรุษสู่ลูกหลานรุ่นต่อ ๆ มาโดยผ่านทางเซลล์สืบพันธุ์ซึ่งมีหน่วยพันธุรรมที่เรียกว่า ยีน (gene) เป็นตัวกำหนดลักษณะเช่นรูปร่างและหน้าที่ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของสิ่งมีชีวิต ยีนอาจมีการเปลี่ยนแปลงได้ เพราะมีการผันแปรของหน่วยพันธุกรรมเกิดขึ้น จะเห็นได้จากพืชหรือสัตว์ที่มีลักษณะผิดแผกไปจากพ่อแม่ เรียกว่า การผ่าเหล่า หรือ มิวเตชั่น (mutation) ซึ่งอาจได้ลักษณะที่ดีกว่าพ่อแม่ หรืออาจได้ลักษณะที่ไม่ดีเท่าพ่อแม่ก็ได้

ภาพที่  19-11  ภาพแสดงวิวัฒนาการของนกฟินซ์์ที่เกาะกาลาปากอส

19.1.6 หลักฐานจากการปรับปรุงพันธุ์พืชและสัตว์

เมื่อประมาณ 300 ปีมาแล้ว กะหล่ำปลีไม่มีลักษณะเหมือนในปัจจุบัน กล่าวคือมีใบแข็งกระด้างไม่น่ารับประทาน เรียกว่า กะหล่ำป่า ซึ่งปัจจุบันยังมีอยู่ในยุโรปและไม่มีใครเก็บมารับประทาน แต่จากการคัดเลือกพันธุ์ของมนุษย์มาเป็นเวลาช้านาน ปัจจุบันจึงมีกะหล่ำหลายชนิดเรียกชื่อต่าง ๆ กัน เช่น กะหล่ำปม กะหล่ำดอก ดังภาพที่ 2-12 จะเห็นได้จากพืชและสัตว์ที่เราปลูกและสัตว์ที่เราเลี้ยงอยู่ในปัจจุบันหลายชนิดเปลี่ยนแปลงมาจากการคัดเลือกพันธุ์ของมนุษย์

ภาพที่  19-12  กะหล่ำชนิดต่าง ๆ

ปอแก้วเป็นพืชเศรษฐกิจชนิดหนึ่งของไทยปลูกทั่วไปในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ผู้ปลูกไม่ต้องเอาใจใส่ก็เจริญเติบโตได้ เพราะมีความทนทานต่อสภาพดินฟ้าอากาศได้ดีแต่ให้ผลผลิตคือเส้นใยที่มีคุณภาพต่ำ เราเรียกปอแก้วนี้ว่าเป็นพันธุ์พื้นเมือง ติ่มาจึงได้นำปอแก้วพันธุ์คิวบาเข้ามาทดลองปลูกแต่ไม่ทนต่อสภาพดินฟ้าอากาศในเมืองไทย แต่ถ้าเอาใจใส่ก็จะสามารถเจริญงอกงามาได้ดี แต่มีข้อเสียคือปอแก้วพันธุ์คิวบาลำต้นมีหนามไม่สะดวกแก่การเก็บต้นปอ ในระยะเวลาเดียวกัน ดร.ณรงค์ โฉมเฉลา แห่งสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย ได้บังเอิญพบปอแก้วต้นหนึ่งมีหนามเพียงเล็กน้อย และเมื่อผสมพันธุ์ภายในดอกเดียวกัน แล้วเอาเมล็ดที่ได้ไปปลูกปรากฏว่าได้ปอแก้วที่มีหนามน้อยลง ต่อมาจึงได้คัดเลือกเอาต้นที่มีหนามน้อยที่สุด ผสมตนเองไปอีก 7 รุ่น ในที่สุดก็ได้ปอแก้วที่ไม่มีหนามและเป็นพันธุ์แท้

ข้าวโพดที่ปลูกอยู่ในปัจจุบันมีหลายพันธุ์เช่น พันธุ์สุวรรณ 1 พันธุ์ปากช่อง 1602 พันธุ์ฮาวายหวานพิเศษ เป็นต้น ข้าวโพดพันธุ์สุวรรณ 1 เป็นที่นิยมปลูกกันมาก ข้าวโพดพันธุ์นี้ได้จากการคัดเลือกพันธุ์และการผสมพันธุ์ของข้าวโพดที่มีลักษณะเด่นจากเขตร้อนในแถบต่าง ๆ ของโลก จำนวน 36 พันธุ์ด้วยกัน มีลักษณะพิเศษ คือ เมล็ดแข็งใส สีส้ม ต้านทานโรคราน้ำค้างได้ดี และให้ผลผลิตสูง

ประเทศไทยได้มีการปรับปรุงพันธุ์ข้าวโดยใช้กัมมันตรังสีมานาน เช่น ข้าวพันธุ์ กข.6 กข.10 และ กข.15 เป็นพันธุ์ที่เกิดจากการใช้รังสีทั้งสิ้น ข้าวพันธุ์ กข.6 เป็นข้าวเหนียวได้มาจากการเปลี่ยนแปลงพันธุ์ข้าวเจ้าหอมมะลิ 105 ลักษณะพิเศษของข้าวพันธุ์นี้ คือ ให้ผลผลิตสูง ต้านทานโรคไหม้และโรคใบจุดสีน้ำตาลได้ดี

นอกจากนี้ยังมีพืชและสัตว์เศรษฐกิจที่ปลูกหรือเลี้ยงอยู่เป็นจำนวนมากส่วนใหญ่เป็นลูกผสมที่เกิดจากการคัดเลือกพันธุ์และผสมพันธุ์ระหว่างพันธุ์พื้นเมืองกับพันธุ์ต่างประเทศ เพื่อให้ผลผลิตสูงทั้งด้านปริมาณและคุณภาพและมีลักษณะแตกต่างไปจากพันธุ์เดิม การปรับปรุงพันธุ์พืชและสัตว์ตามที่กล่าวมาเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์ ทำให้เชื่อได้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงทำนองนี้เกิดขึ้นในธรรมชาติ

19.1.7 หลักฐานการแพร่กระจายของพืชและสัตว์

การศึกษาการแพร่กระจายของพืชและสัตว์ชนิดต่าง ๆ ตามภูมิศาสตร์ต่าง ๆ ของโลก (biogeography) เป็นแนวทางการศึกษาอีกสาขาหนึ่งทางชีววิทยาที่มห้ข้อมูลพื้นฐานที่สนับสนุนทฤษฎีวิวัฒนาการ เพราะสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่อุบัติขึ้นมาในแต่ละภาวะการณ์และในที่ต่าง ๆ กันนั้นก็จะขยายพันธุ์และแพร่กระจายออกไปจากแหล่งกำเนิดจนสุดขอบเขตที่มีสิ่งกีดขวางทางกายภาพ อาทิ แม่น้ำ มหาสมุทร ภูเขา สภาพภูมิอากาศ แหล่งที่อยู่อาศัยรวมทั้งอาหารและศัตรูคู่แข่งด้วย ข้อมูลเหล่านี้บ่งชี้ถึงแบบแผนและขอบเขตการกระจายของสัตว์แต่ละชนิด

19.1.8 หลักฐานด้านชีววิทยาระดับโมเลกุล

วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตในระดับโมเลกุลก็คือ การที่ลำดับเบสใน DNA ผิดไปจากเดิมซึ่งมีผลต่อตำแหน่งของกรดอะมิโนในสายของโปรตีนด้วย เนื่องจากโปรตีนเป็นผลผลิตของ DNA หรือ ของยีน การศึกษาเปรียบเทียบความแตกต่างของโปรตีนในสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ จึงเท่ากับเป็นการศึกษาเปรียบเทียบความแตกต่างของยีนของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นด้วยฉะนั้นการศึกษาเปรียเทียบความแตกต่างของโมเลกุลของอินทรีย์สารบางชนิด เช่น DNA และโปรตีนในสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ จึงทำให้ทราบถึงความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการ

ในสัตว์และพืชจะพบดปรตีนหลายชนิดที่มีบทบาทสำคัญในการดำรงชีวิต เช่น ในสัตว์โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างภูมิคุ้มกันได้แก่ แอนติเจน แอนติบอดี การศึกษาแอนติบอดีในเซรุ่มของสัตว์ชั้นสูงชนิดต่าง ๆ สามารถบ่งบอกถึงสายโยงใยทางวิวัฒนาการได้ เช่น แมว สุนัข และหมี จะมีแอนติบอดีที่จัดอยู่ในกลุ่มหนึ่ง ส่วนวัว ควาย แพะ กวาง ก็มีรูปแบบแอนติบอดีที่จัดอยู่ในอีกกลุ่มหนึ่ง แอนติบอดีของคน ลิงซิมแพนซี อุรังอุตัง จัดอยู่อีกกลุ่มหนึ่ง

เทคนิคทางชีวเคมียุคใหม่ เอื้ออำนวยให้เราสามารถวิเคราะห์ลำดับกรดอะมิโนในโปรตีนได้ ซึ่วงเราทราบดีว่าลำดับกรดอะมิโนในสายพอลิเพปไทด์จะถูกกำหนดโดยลำดับเบสในสายพอลินิวคลีโอไทด์ของ DNA หรือยีนนั่นเอง ดังนั้นการศึกษาลำดับกรดอะมิโนในโปรตีนที่สำคัญบางชนิด เช่น ฮีโมโกลบินและไซโทโครม ในสัตว์กลุ่มใดกลุ่มหนึ่งทำให้เห็นความละม้ายคล้ายคลึงกันของโปรตีนชนิด จะมีต่างกันบ้างเฉพาะบางจุดเท่านั้น ซึ่งจุดที่แตกต่างกันนี้เป็นเครื่องหมายที่บ่งชี้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงมิวเทชันของยีนที่เกี่ยวข้อง ซึ่งเกิดขึ้นในกระบวนการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการ เนื่องจากยีนที่เกิดในอัตราต่ำอย่างสม่ำเสมอ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงสารมารถคำนวณหาค่าอายุของกลุ่มที่ทำการศึกษาได้ จากการวิเคราะห์ลำดับกรดอะมิโนในไซโทโครม ซี ของคน ลิงรีซัส และม้า ซึ่งมีกรดอะมิโนทั้งหมด 104 ตัว พบว่าไซโทโครม ซี ของคนมีกรดอะมิโนต่างจากลิงรีซัสเพียง 1 ตัวเท่านั้น แต่ต่างจากม้าถึง 12 ตัว ส่วนของลิงรีซัสต่างจากม้าเพียง 11 ตัว ดังตาราง

ตาราง แสดงจำนวนกรดอะมิโนที่แตกต่างกันในไซโทโครม ซี ของคน ลิงรีซัสและม้า

	คน	ลิงรีซัส	ม้า
คน	-	1	12
ลิงรีซัส		-	11
ม้า			-

ความก้าวหน้าทางวิชาการดีเอ็นเอเทคโนโลยีในปัจจุบันทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวิวเคราะห์หาลำดับเบสในสายพอลินิวคลีโอไทด์ของ DNA ได้ง่ายและรวดเร็ว พบว่าสัตว์ที่มีความสัมพันธุ์ใกล้ชิดกันตามสายวิวัฒนาการจะมีความแตกต่างกันในนิวคลีโอไทด์ของ DNA น้อยกว่าพวกที่ห่างกัน ดังตาราง

ตาราง แสดงความแตกต่างของลำดับเบสในนิวคลีโอไทด์เปรียบเทียบระหว่างคนกับไพรเมตบางชนิด

เปรียบเทียบระหว่าง	ค่าเฉลี่ยความแตกต่าง (%) ของลำดับเบสในนิวคลีโอไทด์
คน-ลิงซิมแพนซี คน-ชะนี คน-ลิงโลกเก่า คน-ลิงโลกใหม่ คน-ลิงลม (ไพรเมต)	2.5 5.1 9.0 15.8 42.0

19.2 แนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

จุดประสงค์การเรียนรู้ เพื่อให้นักเรียนสามารถ

1. สืบค้นข้อมูล อธิบายและยกตัวอย่างกฎการใช้และไม่ใช้ และกฎการถ่ายทอดลักษณะที่เกิดขึ้นมาใหม่ของลามาร์ก
2. สืบค้นข้อมูล อภิปราย อธิบาย และยกตัวอย่างทฤษฎีการคัดเลือกโดยธรรมชาติของซาลส์ดาร์วิน
3. อภิปรายเปรียบเทียบแนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของลามาร์ก และชาลส์ ดาร์วิน

ความรู้เดิม

จากหลักฐานต่างๆ ที่นักเรียนได้ศึกษามาแล้วทำให้ทราบว่าสิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลง  หรือเกิดวิวัฒนาการ

ให้นักเรียนช่วยกันวิเคราะห์ อภิปรายปัญหาต่อไปนี้

"สิ่งมีชีวิตในอดีตมีการเปลี่ยนแปลงมาจนเป็นสิ่งมีชีวิตปัจจุบันหรือเกิดวิวัฒนาการได้อย่างไร"

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 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

ภาพที่  19-13  แนวความคิดของลามาร์กเกี่ยวกับวิวัฒนาการของยีราฟ

กิจกรรมเพิ่มเติม  ให้นักเรียนร่วมกันวิเคราะห์ อภิปรายและสรุปปัญหาต่อไปนี้

1. ลามาร์คเชื่อว่าอะไรเป็นแรงผลักดันที่ทำให้สิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลง ?

·         สภาพแวดล้อมเป็นแรงผลักดันทำให้สิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลง

2. ให้นักเรียนยกตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิตเพื่ออธิบายกฎการใช้และไม่ใช้ ?

·         นักกีฬาที่ออกกำลังกายอยู่บ่อยๆ ทำให้กล้ามเนื้อมีขนาดใหญ่แข็งแรงขึ้น หรือคนที่ได้รับอุบัติเหตุขาหักเข้าเฝือกเป็นเวลานานๆ หรือเป็นอัมพาตไม่สามารถขยัยแขนขาได้ ทำให้ขาลีบเล็กลง

3. สิ่งมีชีวิตที่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นจากกฎการใช้และไม่ใช้สามารถถ่ายทอดลักษณะดังกล่าวไปยังรุ่นต่อไปได้อย่างไร ?

·         ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่เปลี่ยนแปลงจากกฎการใช้และไม่ใช้ ไม่สามารถถ่ายทอดไปยังรุ่นลูกได้  เนื่องจากเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับเซลล์ร่างกายไม่ได้เกิดกับเซลล์สืบพันธุ์

4. นักเรียนจะใช้แนวคิดของลามาร์คในการอธิบายการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของยีราฟที่มีลักษณะคอและขายาวขึ้นได้อย่างไร ?

·         จากหลักฐานซากดึกดำบรรพ์พบว่ายีราฟมีลักษณะคอและขาสั้น เมื่ออาหารบริเวณพื้นดินไม่เพียงพอทำให้ยีราฟต้องยืดคอและเขย่งขาเพื่อกินใบไม้บนต้นที่สูงๆ อยู่เสมอทำให้ยีราฟมีคอและขายาวขึ้น และลักษณะดังกล่าวมีการถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อไปทำให้ยีราฟในปัจจุบันมีคอและขายาวขึ้น

5.  นักเรียนจะออกแบบการทดลองอย่างไรเพื่อพิสูจน์แนวความคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของลามาร์ค ?

·         ทดลองโดยตัดอวัยวะของสัตว์ที่มีช่วงอายุสั้น เช่น ตัดหางหนูแล้วปล่อยให้หนูที่ถูกตัดหางมีการผสมพันธุ์กันแล้ววัดความยาวชองหางรุ่นลูกที่เกิดขึ้น และทำการทดลองในรุ่นต่อๆ ไป

ชอง 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

ลามาร์กมีแนวความคิดเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการในแนวทางที่ถูกต้อง แต่ยังขาดคำอธิบายที่ชัดเจน และที่สำคัญคือยังขาดข้อมูลสนับสนุนคำอธิบายดังกล่าว จึงทำให้ขาดความน่าเชื่อถือลงไปบ้าง

19.2 แนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

แนวความคิดด้านวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตก็ยังไม่ก้าวหน้าไปมากนักจนกระทั่งนักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ 2 ท่าน คือ

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

ภาพที่  19-14  ชาลส์ ดาร์วิน

ทฤษฎีวิวัฒนาการ

ชาร์ลส์ ดาร์วิน (DarwinCharles : พ.ศ. 2352-2425) นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ ผู้สนใจศึกษาสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ ทั่วโลก ดาร์วินเกิดมาในครอบครัวที่มั่งคั่งและได้รับการศึกษาอย่างดี โดยบิดาของเขามุ่งหวังเป็นอย่างยิ่งที่จะให้เขาได้เล่าเรียนแพทย์ แต่ตัวดาร์วินเองไม่ได้สนใจทางการแพทย์เลย กลับไปเตรียมตัวที่จะเรียนต่อทางด้านศาสนาและปรัชญา แต่พบว่าการสอนให้คนมีจิตใจบริสุทธิ์ให้เข้าถึงศาสนาที่แท้จริงได้นั้นดูจะยากลำบากและน่าเบื่อหน่ายไม่ต่างไปจากการรักษาคนไข้ ในช่วงที่เขายังเรียนอยู่ในโรงเรียน ดาร์วินได้มีโอกาสรู้จักกับนักธรณีวิทยาและนักชีววิทยาชั้นนำของอังกฤษหลายท่าน จึงทำให้เขาสนใจธรรมชาติวิทยามากกว่าอย่างอื่น ดังนั้นในวัยหนุ่มอายุเพียง 22 ปี ดาร์วินจึงอาสาสมัครเดินทางไปกับเรือสำรวจธรรมชาติของอังกฤษ คือ เรือบีเกิล (H.M.S. Beagle) เพื่อสำรวจและศึกษาทรัพยากรธรรมชาติทั้งพืชและสัตว์ตลอดแนวการเดินทางท่องไปรอบทวีปอเมริกาใต้ และมุ่งสู่ทวีปออสเตรเลียผ่านมหาสมุทรอินเดีย และตอนใต้ของทวีปแอฟริกาก่อนที่จะเดินทางกลับสู่ประเทศอังกฤษ รวมระยะเวลาเดินทางยาวนาน 5 ปี ดังภาพที่ 19-15

ภาพที่ 19-15 แผนที่การเดินทางของเรือบีเกิล ( ชีววิทยา 5. สสวท. 2548. หน้า 125 )

ในระหว่างการเดินทางสำรวจดาร์วินได้เก็บตัวอย่างสิ่งมีชีวิตในท้องที่ต่าง ๆ ได้สังเกตและบันทึกข้อมูลสิ่งมีชีวิตนานาชนิดที่หลากหลายมากมายกระจายอยู่ในแหล่งต่าง ๆ กันอย่างกว้างขวางอย่างที่ไม่เคยมีนักธรรมชาติวิทยาคนใดกระทำมากก่อนเลย จากสิ่งที่ได้พบได้เห็นมาอย่างมากมายเช่นนั้น ทำให้ดาร์วินเกิดความประทับใจในความมหัศจรรย์ของธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตที่ปรากฎอยู่ในหมู่เกาะกาลาปากอส (galapagos) และซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิตที่เขาเก็บสะสมมาอย่างมากมายในการสำรวจครั้งนั้นอันเป็นสิ่งที่ช่วยเสริมสร้างให้ดาร์วินได้รับแนวความคิดเกี่ยวกับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตนานาชนิด ประกอบกับความรู้ที่เขาได้รับจากการอ่านหนังสือเรื่อง Principle of Geology เขียนโดยนักธรณีวิทยาผู้มีชื่อเสียงชาวอังกฤษชื่อ ชาลส์ ไลเอลส์ (Chrales Lyell) ทำให้เขาเข้าใจการเปลี่ยนแปลงของโลกที่อาจสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นบนโลกนี้ด้วย ความรู้ดังกล่าวมีส่วนช่วยให้ดาร์วินมีแนวคิดทางทฤษฎีวิวัฒนาการในเวลาต่อมา

ดาร์วินได้บันทึกข้อมูลจากการสังเกตอย่างละเอียด ตลอดเวลาการเดินทางสำรวจไปกับเรือบีเกิล ซึ่งพอจะสรุปได้ 3 ประเด็น คือ

1. ข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายและความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต ตามสภาพภูมิศาสตร์ที่ต่างกันตลอดแนวทางการสำรวจ
2. ข้อมูลที่เกี่ยวกับซากกระดูกโบราณที่เก็บรวบรวมไว้ได้มากมายที่สุด จากทวีปอเมริกาใต้
3. ข้อมูลเกี่ยวกับความหลากหลายของพืชและสัตว์ที่พบในหมู่เกาะกาลาปากอส ทางด้านตะวันตกของประเทศอีกัวดอร์ ทวีปอเมริกาใต้

ในประการแรกที่เกี่ยวกับความหลากหลายและการกระจายของสิ่งมีชีวิตนานาชนิดตามสภาพภูมิศาสตร์ต่าง ๆ กันนั้น ดาร์วินได้ตั้งข้อสังเกตว่าทั้งพืชและสัตว์นานาชนิดที่พบเห็นมีการเปลี่ยนแปลงแปรผันไปตามแนวเส้นรุ้งเหนือและใต้ตามสภาพภูมิศาสตร์ของโลกนั้นสอดคล้องกับความแตกต่างความแปรผันที่เกิดขึ้นตามสภาพสูงต่ำเหนือระดับน้ำทะเล โดยเฉพาะพืชที่พบตามความสูงของภูเขาในทวีปอเมริกาใต้ ข้อสังเกตเบื้องต้นดังกล่าวทำให้ดาร์วินเกิดความฉวนอย่างยิ่ง ว่าทำไมในสภาพภูมิศาสตร์ที่แตกต่างกันจึงพบสิ่งมีชีวิตขนาดต่าง ๆ ที่แตกต่างกัน และดาร์วินยิ่งประหลาดใจมากยิ่งขึ้นที่เขาพบว่าในแหล่งต่าง ๆ ของโลก ที่มีสภาพแหล่งที่อยู่อาศัยคล้ายคลึงกันแต่ห่างไกลเขาไม่พบสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันในท้องที่นั้นเลย เช่น พืชและสัตว์ที่พบในทะเลทรายของทวีปอเมริกาใต้จะไม่เหมือนกับสิ่งมีชีวิตชนิดที่พบในทะเลทรายในทวีปออสเตรเลีย ข้อมูลนี้ทำให้ดาร์วินเกิดคสามคิดขัดแย้งกับคำสอนทางศาสนาที่ว่าพระเจ้าเป็นผู้สร้างสรรค์สรรพสิ่งทั้งมวลบนโลกนี้ และดาร์วินคิดว่าคำอธิบายที่น่าจะเป็นไปได้ คือ สิ่งแวดล้อมในสถานที่ที่ต่างกันต่างหากที่จะเป็นสิ่งกำหนดหล่อหลอมให้สิ่งมีชีวิตสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ในแต่ละท้องถิ่น ดาร์วินมุ่งประเด็นแนวคิดไปในทางการแบ่งแยกกันทางภูมิศาสตร์ (geographical isolation) น่าจะเป็นปัจจัยสำคัญอย่างหนึ่งที่ทำให้เกิดการพัฒนาการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิตชนิดใหม่ ๆ ที่แตกต่างไปจากพวกเดิมหรือบรรพบุรุษ แนวคิดของดาร์วินในประเด็นนี้ได้รับการยอมรับสนับสนุนในลำดับต่อมาแม้กระทั่งในปัจจุบัน
ในประการที่สองที่เกี่ยวกับการสะสมทับถมของซากกระดูกโบราณที่พบในทวีปอเมริกาใต้ ดาร์วินเชื่อว่าซากกระดูกโบราณเป็นหลักฐานของสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์ไปแล้ว และเขาก็ไม่พบสิ่งมีชีวิตที่มีโครงกระดูกเหมือนกับพวกซากกระดุกโบราณนั้นอีกในการสำรวจนั้น แต่ซากกระดูกโบราณจะคล้ายคลึงใกล้เคียงกับโครงกระดูกของสัตว์ที่ยังมีชีวิตอยู่ในบริเวณเดียวกันนั้น จากการสังเกตเปรียบเทียบโครงกระดูกดังกล่าวทำให้ดาร์วินได้แนวคิดว่าสิ่งมีชีวิตที่เคยอุบัติขึ้นมาในอดีตกาลจะค่อย ๆ เปลี่ยนแปลงโครงสร้างโดยเฉพาะลักษณะโครงกระดูกไปตามกาลเวลา ซากกระดูกโบราณที่มีอายุมากก็จะต่างจากสัตว์ปัจจุบัน แต่ซากกระดูกโบราณที่มีอายุน้อยก็จะใกล้เคียงกับพวกสัตว์ปัจจุบัน แนวความคิดของดาร์วินที่ว่าเกิดการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยตามกาลเวลานี้ขัดแย้งอย่างรุนแรงต่อแนวความคิดของนักปราชญ์คนก่อน ๆ และแนวทางการสอนทางศาสนาที่ว่สทุกสิ่งทุกอย่างนั้นมีคามเป็นเอกลักษณ์ตายตัวและไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ทั้งสิ้น จะเห็นได้ว่าความรู้ความก้าวหน้าในปัจจุบันที่ได้จากข้อมูลการศึกษาซากโบราณของสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ รวมทั้งซากโบราณของบรรพบุรุษของมนุษย์ ก็สอดคล้องกับแนวความคิดตามทฤษฎีวิวัฒนาการของดาร์วิน
ประการที่สามเรื่องความหลากหลายของพืชและสัตว์ในหมู่เกาะกาลาปากอสมีอิทธิพลต่อแนวความคิดทางวิวัฒนาการของดาร์วินอย่างมาก หมู่เกาะกาลาปากอสเป็นหมู่เกาะที่เกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟเมื่อประมาณ 40 ล้านปีมาแล้ว และมีเกาะใหญ่เล็กจำนวนมากมาย และมีอายุแตกต่างกันตามการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการทางภูมิศาสตร์ แต่หมู่เกาะนี้ก็มีอายุน้อยกว่าแผ่นดินใหญ่ของทวีปอเมริกาใต้
ดาร์วินได้สำรวจพืชและสัตว์ชนิดต่าง ๆ ที่อาศัยอยู่บนเกาะต่าง ๆ ทำให้ได้ข้อมูลที่บ่งบอกอย่างชัดเจนถึงการเปลี่ยนแปลง วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตตามเกาะต่าง ๆ ของหมู่เกาะกาลาปากอสตัวอย่างที่เห็นได้อย่างชัดเจนอย่างหนึ่ง คือ ความแปรผันในลักษณะรูปร่างของเต่ายักษ์ชนิดหนึ่ง ซึ่งถือว่าเป็นเอกลักษณ์ของหมู่เกาะนี้ และเป็นที่มาของชื่อหมู่เกาะกาลาปากอส (galapagos ในภาษาสเปนแปลว่าเต่า) ดาร์วินได้พยายามให้คำอธิบายว่าความแปรผันทาสัณฐานวิทยาขอเต่ายักษ์ไม่วาจะเป็นความยาวขอลำคอหรือขนาดของลำตัวที่พบในเกาะต่าง ๆ คงมีต้นตอมาจากกลุ่มบรรพบุรุษเพียงไม่กี่ตัวที่อพยพมาสู่หมู่เกาะนี้ในอดีต เมื่อเต่ายักษ์แพร่กระจายพันธุ์ไปยังเกาะต่าง ๆ ที่อยู่ห่างกันพอสมควร แต่ละเกาะมีแหล่งอาหาร แหล่งที่อยู่อาศัยแตกต่างกันทำให้เต่ายักษ์ในแต่ละเกาะต่างก็เปลี่ยนแปลงปรับตัวเพื่ออยู่รอดบนเกาะต่าง ๆ กันนั้นได้

ภาพที่  19-16  แสดงลักษณะเต่ายักษ์ 3 สปีชีส์บนหมู่เกาะกาลาปากอส

ข้อมูลที่นับว่ามีความสำคัญสำหรับการศึกษาของดาร์วินบนหมู่เกาะกาลาปากอสอีกประการหนึ่ง คือ ประชากรของนกกระจาบหรือนกฟินซ์ (finch) ที่กระจัดกระจายอยู่ตามเกาะต่าง ๆ นกกลุ่มนี้อาศัยเมล็ดพืช น้ำหวานจากดอกไม้ ผลไม้บ้าง หรือไม่ก็แมลงวัน ตัวเล็ก ๆบ้างเป็นอาหาร ดาร์วินพบว่าจะงอยปากของนกฟินซ์ที่พบบนเกาะต่าง ๆ จะมีลักษณะของจงอยปากหนาบ้าง บางบ้าง ยาวบ้าง สั้นบ้าง แตกต่างกันไปตามสภาพของอาหารที่มีอยู่ในเกาะนั้น ๆ

ภาพที่  19-17  นกฟินส์บนหมู่เกาะกาลาปากอส

ความหลากหลายของนกฟินช์ชนิดต่าง ๆ บนหมู่เกาะกาลาปากอสทำให้ดาร์วินได้แนวความคิดที่เกี่ยวกับปรากฎการณ์ความปรผัน โดยมีแนวทางอธิบายว่านกฟินช์รุ่นแรกที่อพยพจากแผ่นดินใหญ่ไปสู่หมู่เกาะคงประสบความสำเร็จในการสืบพันธุ์อย่างรวดเร็วในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมบนหมู่เกาะนี้ไม่ว่าจะเป็นเรื่องอาหารพวกเมล็ดพืชที่อุดมสมบูรณ์แหล่งที่อยู่อาศัยและความปลอดภัยจากศัตรูรอบข้าง เมื่อประชากรเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้เกิดการขาดแคลนอาหารที่เคยกินเป็นประจำ ก็อาจทำให้ประชากรนกบางกลุ่มหันไปกินอาหารอย่างอื่นแทน อาทิผลไม้ ใบไม้ น้ำหวาน หรือไม่ก็แมลงตัวเล็ก ๆ ทำให้นกกลุ่มที่หันไปหาแหล่งอาหารใหม่ ๆ นั้นมีอาหารสมบูรณ์กว่าพวกเดิม ก็จะแพร่ขยายพันธุ์พวกเดียวกันเองจนมีประชากรของเผ่าพันธุ์ตัวเองเพิ่มมากขึ้นตามลำดับ กระบวนการคัดเลือกพันธุ์ตามธรรมชาติเอื้ออำนวยให้นกฟินช์ที่มีลักษณะจะงอยปากเหมาะสมกับชนิดของอาหาร และค่อย ๆ เปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการลักษณะนั้น ๆ  ต่อไปตามกาลเวลาจนกระทั่งมีลักษณะจะงอยปากที่เหมาะสมที่สุดกับประเภทของอาหาร ซึ่งถือว่าเป็นการปรับตัว (adaptation) ให้เข้ากับสภาพแวดล้อมได้ดีจนเกิดนกฟินช์ที่มีลักษณะแตกต่างไปจากกลุ่มอื่น ๆ อย่างชัดเจน การเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการที่แตกแขนงออกไปตามสภาพแวดล้อมในทิศทางต่าง ๆ กันจนเกิดการปรับตัวในแนวทางต่าง ๆ กันเช่นนี้เรียกว่า การปรับตัวแบบกระจาย หรือ อะแดบทีฟเรดิเอชัน (adaptive radiation)
การปรับตัวให้เข้าสภาพท้องถิ่นที่แตกต่างกันในด้านอาหาร ที่อยู่อาศัยและศัตรูหากประสบผลสำเร็จก็จะทำให้ประชากรที่เกิดขึ้นใหม่นั้นสั่งสมลักษณะต่าง ๆ ที่เหมาะสมกับการดำรงชีวิตตามกาลเวลาที่ผ่านไปจนกระทั่งถึงจุดที่ประชากรกลุ่มใหญ่นี้เปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการเป็นชนิดหรือสปีชีส์ใหม่ที่ไม่สามารถถ่ายทอดพันธุกรรมร่วมกับพวกกลุ่มอื่นได้เหมือนในอดีต อาจกล่าวได้ว่าการคัดเลือกตามธรรมชาติเป็นผลทำให้เกิดการปรับตัว ในกระบวนการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต จากการสังเกตและข้อมูลที่ชัดเจนดังกล่าว ทำให้แนวความคิดและจินตนาการของดาร์วินยิ่งห่างไกลจากแนวความคิดของนักปราชญ์และนักวิชาการร่วมสมัยอย่างมาก
ชาลส์ ดาร์วินใช้เวลามากกว่า 20 ปี เพื่อการศึกษาซากโบราณของสัตว์นานาชนิดที่สามารถหาหลักฐานได้รวมทั้งพวกสัตว์และพืชชนิดต่าง ๆ ที่ยังมีชีวิตอยู่ พร้อมทั้งการทดลองเพื่อสนับสนุนและให้ความมั่นใจต่อแนวความคิดด้านวิวัฒนาการของเขา ดาร์วินได้รวบรวมหลักฐานข้อมูลทั้งหมดที่เขาพึงหาได้ในช่วงเวลาดังกล่าวไว้ในหนังสือ 4 เล่ม ซึ่งล้วนแล้วแต่ชี้บ่งถึงปรากฎการณ์เปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการพร้อมทั้งอธิบายว่า วิวัฒนาการเกิดขึ้นได้อย่างไร ในขณะที่ดาร์วินใกล้จะเสร็จสิ้นภารกิจงานเขียนหนังสือชุดนี้ เขาก็ได้รับการติดต่อทางจดหมายจากนักธรรมชาติวิทยาชางอังกฤษท่านหนึ่ง คือ อัลเฟรด รัสเซล วอลเลซ ผู้ซึ่งปฏิบัติงานศึกษาวิจัยสิ่งมีชีวิตในประเทศมาลายู (ชื่อในขณะนั้น) โดยวอลเลซได้เสนอแนวความคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการตรงกับแนวคิดของดาร์วิน และอีกไม่นานนักนักธรรมชาติวิทยาทั้งสองท่านจึงได้ร่วมกันเสนอทฤษฎีวิวัฒนาการ โดยการคัดเลือกตามธรรมชาติ (The Theory of Evolution by Natural Selection) ต่อที่ประชุมวิชาการของสมาคมลินเนียสแห่งกรุงลอนดอน (The Linnaean of Society of London) เมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2401 แต่แนวความคิดของนักธรรมชาติวิทยาทั้งสองท่านนี้ไม่ได้รับความสนใจและความใส่ใจจากนักวิชาการในขณะนั้น จนกระทั่งดาร์วินได้เขียนหนังสือเล่มสำคัญ เรื่อง การเกิดสปีชีส์ (The Origin of Species) ซึ่งตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2402 และเผยแพร่ออกสู่สายตาประชาชนในอังกฤษและยุโรปจนเป็นที่สนใจของคนทั่วไปเป็นอย่างมาก ทำให้ปัญญาชนและคนทั่วไปเริ่มคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการอย่างจริงจังและแนวความคิดนี้ได้แพร่กระจายออกไปอย่างกว้างขวาง เพราะดาร์วินไดเสนอข้อมูลที่ชัดเจนว่ามีการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการเกิดขึ้นจริงในทุกสิ่งมีชีวิตที่เขาศึกษาและเขาได้ให้คำอธิบายอย่างกระจ่างว่าการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร

ทฤษฎีวิวัฒนาการโดยการคัดเลือกตามธรรมชาติได้ตั้งประเด็นไว่ว่าพืชและสัตว์แต่ละชนิดจะมีศักยภาพที่สามารถผลิตลูกหลานเป็นจำนวนมากเกินความต้องการเพื่อจะทำหน้าที่รับและถ่ายทอดพันธุกรรมของเผ่าพันธุ์ของตนอย่างต่อเนื่อง และในเวลาไม่นานจะทำให้จำนวนสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ เพิ่มจำนวนมากขึ้นเป็นอย่างมาก แต่ในความเป็นจริงแล้วสิ่งมีชีวิตที่ออกลูกหลานแต่ละตัวอาจมีความแตกต่างกัน มีความแข็งแรงทนต่อสภาวะแวดล้อมต่าง ๆ ได้ไม่เท่ากัน ไม่ว่าจะเป็นภูมิอากาศ ศัตรูรอบตัว และภูมิต้านทานเชื้อโรค ลูกหลานเหล่านี้จะมีการดิ้นรนแก่งแย่ง เพื่อความอยู่รอดของชีวิต พวกที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมเท่านั้นจะถูกธรรมชาติคัดเลือกให้รอดชีวิต และถ่ายทอดลักษณะที่เหมาะสมเหล่านั้นให้กับสิ่งมีชีวิตรุ่นต่อมา

ข้อสังเกตที่สำคัญประการหนึ่งของดาร์วินและวอลเลซ คือ จะพบความแตกต่างแปรผันอย่างกว้างขวางภายในประชากรของสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบ คนที่เคยปลูกไม้ดอกหรือไม้ประดับ ปลูกพืชไร่หรือพืชสวนจากเมล็ด และคนที่เคยเพาะพันธุ์สุนัขหรือแมวจะทราบดีว่าพืชหรือสัตว์ที่ได้แต่ละรุ่นจะพบว่าบางพวกโตเร็ว บางพวกโตช้า บางพวกสูง บางพวกเตี้ย นอกจากนั้นยังจะสังเกตลักษณะแปรผันอื่น ๆ ที่เห็นด้วยตาเปล่า เช่น ขนาด สี ความยาวของเขา แต่ก็ยังมีลักษณะพันธุกรรมที่แตกต่างแปรผันอยู่อีกมากมายภายในร่างกายที่สามารถตรวจสอบโดยใช้กรรมวิธีอื่น ๆ ความแปรผันทางลักษณะพันธุกรรมเป็นกุญแจสำคัญยิ่งของทฤษฎีวิวัฒนาการโดยการคัดเลือกตามธรรมชาติ เมื่อพิจารณาทั้งสองประเด็นดังกล่าวแล้วจะเห็นว่าในสภาวะแวดล้อมหนึ่ง ๆ ประชากรของสิ่งมีชีวิตชนิดใดชนิดหนึ่งจะมีบางพวกที่ประสบความสำเร็จในการอยู่รอดได้มากกว่าอีกพวกหนึ่ง แต่ในความสำเร็จนั้นส่วนใหญ่จขะขึ้นอยู่กับลักษระพันธุกรรมที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมนั้น และมีโอกาสถ่ายทอดลักษณะดังกล่าวต่อไปยังลูกหลานได้ กลไกเช่นนี้เองที่ทำให้สิ่งมีชีวิตนั้นสามารถอยู่รอด ถ่ายทอดพันธุกรรมและปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่อยู่รอบข้างได้ เมื่อเวลาผ่านไปหลายชั่วอายุ และนี่คือที่มีของแนวความคิดตามทฤษฎีวิวัฒนาการโดยการคัดเลือกตามธรรมชาติที่ดาร์วินใช้คำพูดว่า “การอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตที่มีความเหมาะสม” (survival of the fittest)
ดาร์วินเสนอแนวคิดดังกล่าวมาอธิบายเรื่องบรรพบุรุษของยีราฟว่า ประชากรของยีราฟในอดีตมีทั้งพวกคอสั้น และคอยาวปะปนกัน พวกคอยาวมีโอกาสหากินได้มากกว่า สามารถกินยอดพืชบริเวณที่สูงๆได้ และสามารถเห็น ศัตรูได้ก่อนพวกคอสั้น จึงรอดชีวิตได้มากกว่า จึงเหลือแต่พวกคอยาวเท่านั้นที่สามารถดำรงพันธุ์ต่อมาได้ ซึ่งมีเหตุผลดีกว่าแนวความคิดของลามาร์ก ด้วยเหตุผลนี้เองที่แนวความคิดทฤษฎีวิวัฒนการของดาร์วินที่ปรากฎอยู่ในหนังสือ The Origin of Species ได้รับความสนใจและเป็นที่กล่าวขวัญกันอย่างมากในยุคนั้น

ภาพที่  19-18  แนวความคิดของดาร์วินเกี่ยวกับวิวัฒนาการของยีราฟ

สรุปประเด็นหลัก 3 ประการของกระบวนการวิวัฒนการโดยการคัดเลือกตามธรรมชาติ ได้ดังนี้

ประเด็นที่ 1 สิ่งมีชีวิตจะต้องมีการผสมพันธุ์และการสืบพันธุ์เพื่อถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรม ซึ่งมีความแปรผันและหลากหลายมากมายอยู่ภายในประชากร จะไม่มีประโยชน์อันใดเลยถ้ามีม้าที่แข็งแรง วิ่งเร็ว รูปร่างสวยงาม แต่ไม่สามารถถ่ายทอดพันธุกรรมสู่ลูกได้

ประเด็นที่ 2 วิวัฒนาการไม่จำเป็นจะต้องหมายถึงความก้าวหน้าเสมอไป เพราะวิวัฒนาการไม่ได้หมายความถึงการพัฒนาอย่างที่มนุษย์เราเข้าใจกันในด้านการพัฒนาสังคมและเศรษฐกิจ สิ่งมีชีวิตที่ประสบความสำเร็จในเชิงวิวัฒนาการนั้นไม่จำเป็นต้องมีความซับซ้อนในเชิงรูปร่างและการดำรงชีวิต สิ่งมีชีวิตที่ประสบความสำเร็จในเชิงวิวัฒนาการนั้นไม่จำเป็นต้องมีความซับซ้อนในโครงสร้างและความงดงาาม แต่ความสำคัญอยู่ตรงที่มีชีวิตอยู่รอดได้ในวันนี้และมีลูกหลานได้ในวันหน้า การเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการนำไปสู่การปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมหนึ่งในเวลาหนึ่ง อย่างเช่นไดโนเสาร์ที่เคยรุ่งเรืองและครองความยิ่งใหญ่ในยุคหนึ่งเมื่อประมาณ 150 ล้านปีมาแล้ว แต่เมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากในเวลาต่อมาและไม่สามารถปรับตัวได้ก็สูญพันธุ์ไป เราจะสังเกตว่าพวกปรสิตและเชื้อแบคทีเรียหรือเชื้อไวรัสบางชนิดที่มีชีวิตอยู่ได้เป็นเวลายาวนานเป็นร้อยล้านหรือพันล้านปีก็ยังสามารถปรับตัวอยู่ได้จนถึงทุกวันนี้ ดังนั้นความใหญ่โตและความซับซ้อนของร่างกายจึงไม่ใช้เรื่องสำคัญที่สุดสำหรับวิวัฒนการ หากอยู่ที่ศักยภาพในการสืบพันธุ์และความหลากหลายทางพันธุกรรมที่สามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไปตามกาละและเทศะเท่านั้น

ประเด็นที่ 3 คือ เรื่องของโอกาสซึ่งไม่เกี่ยวกับคุณสมบัติทางชีวภาพหรือทางกายภาพของสิ่งมีชีวิต เมล็ดพืชที่มีพันธุกรรมที่ดีมีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่แปรผันรุนแรงได้ดีแต่ถูกกินเสียก่อนที่จะเจริญเป็นต้นใหม่ก็หมดโอกาสที่จะสืบทอดสายพันธุ์ที่ดีนั้นได้ ในทำนองเดียวกีนลูกแมวที่มีองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่สมบูรณ์แบบที่สุดกำลังเจริญเติบโตอยู่ในท้องแม่ซึ่งถูกรถยนต์ชนตายทั้งแม่และลูกก็หมดโอกาสที่จะแพร่พันธุ์ต่อไปได้ อุบัติภัยตามธรรมชาติไม่ว่าจะเป็น ไฟป่า น้ำท่วม แผ่นดินไหว ได้ทำลายพันธุ์พืชสัตว์ที่มีศักยภาพที่ดีต่อการวิวัฒนาการในอดีตก็ไม่มีโอกาสเปิดเผยให้เราได้รู้ หรือแม้กระทั่งสิ่งมีชีวิตที่มีคุณสมบัติที่ดีต่อการปรับตัว แต่ต้องถูกทำลายลงไปโดยกิจกรรมของมนุษย์โดยรู้เท่าไม่ถึงการณ์ก็เพราะขาดความรู้ทางด้านวิวัฒนาการ ดังนั้นเมื่อเราพูดถึงวิวัฒนาการเราจะพูดถึงโอกาสที่น่าจะเป็นไปได้มากกว่าที่จะเน้นถึงความแน่นอนใด ๆ สิ่งมีชีวิตไม่มีวัตถุประสงค์ ไม่มีเป้าหมายหากแต่รอให้มีโอกาสที่จะสืบพันธุ์และแพร่พันธุ์ลักษณะพันธุกรรมที่ดีและเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมในขณะนั้นเท่านั้น

ดาร์วินได้เล็งเห็นปรากฎการณ์ธรรมชาติดังที่กล่าวมาแล้ว เขาจึงมีแนวความคิดที่ชัดเจนว่ามีกระบวนการวิวัฒนาการเกิดขึ้นอย่างแน่นอน แต่เขาไม่สามารถอธิบายได้แน่ชัดว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร และทำไมจึงเกิดขึ้นหรือออีกนัยหนึ่งดาร์วินไม่แน่ใจต้นเหตุของความแตกต่างแปรผันทางชีววิทยาที่พบในแต่ละชนิดของสิ่งมีชีวิตนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร และลักษณะแปรผันที่ถูกคัดเลือกว่าเหมาะสมกับสภาพแวดล้อม และเป็นผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงไปเป็นสปีชีส์ใหม่นั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร

ดาร์วินเองไม่สามารถอธิบายข้อสงสัยในประเด็นแรกได้ในขณะนั้นเพราะความความรู้ทางด้านพันธุศาสตร์หรือหลักการถ่ายทอดทางพันธุกรรมยังไม่ปรากฎในตอนนั้น ถึงแม้ว่าจะมีแนวความคิดเกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรมอยู่บ้างก็ตาม แต่ก็เป็นเพียงแนวความคิดที่ก่อให้เกิดความสับสนมากกว่าที่จะเป็นหลักเกณฑ์ที่ถูกต้อง จนกระทั่งเมนเดลได้ค้นพบกฎการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมในเวลาต่อมา และกฎของเมนเดลได้รับการยืนยันอย่างแน่ชัดในตอนต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 ดาร์วินได้เสนอทฤษฎีการคัดเลือกตามธรรมชาติเพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมและพัฒนาเปลี่ยนแปลงไปจนถึงขั้นเป็นสปีชีส์ใหม่ แต่ไม่แน่ใจว่าปัจจัยที่เป็นพลังในการคัดเลือกตามธรรมชาตินั้นทำงานได้อย่างไร

เป็นที่ทราบดีกันว่าหลักการคัดเลือกสายพันธุ์ไม่ว่าพันธุ์พืชหรือสัตว์ได้อาศัยหลักการคัดเลือดตามธรรมชาติ (artificial selection) แต่ดาร์วินยังไม่สามารถหาคำตอบมาอธิบายหลักการคัดเลือกนี้ได้ จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2381 ดาร์วินได้อ่านหนังสือ An Essay on the Principle of Population เขียนโดยนักเศรษฐศาสตร์ชาวอังกฤษ คือ ทอมัส มัลทัส (Thomas Malthus) ที่มีความเชื่อว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีด้านการเกษตรในยุคนั้นคงไม่ช่วยให้ประชากรมนุษย์เติบโตได้ตลอดกาลทั้ง ๆ ที่มนุษย์มีศักยภาพที่จะเพิ่มจำนวนประชากรได้อย่างรวดเร็ว ทั้งนี้เพราะการเติบโตของประชากรมนุษย์จะถูกผลกระทบจากปัจจัยธรรมชาติหลาย ๆ ด้าน เช่น สงคราม โรคภัยไข้เจ็บ ความอดยาก ซึ่งจะมีควบคู่กับมนุษย์ตลอดไป ซึ่งจะเป็นตัวควบคุมประชากรมนุษย์ ดาร์วินได้ข้อคิดจากการอ่านหนังสือของมัลทัศทำให้เกิดแนวความคิดในทิศทางที่ถูกต้องเกี่ยวกับ ทฤษฎีการคัดเลือกตามธรรมชาติ

สรุปแนวคิดของดาร์วิน

1. การคัดเลือกโดยธรรมชาติทำให้สิ่งมีชีวิตแต่ละตัวมีความสามารถในการอยู่รอดและความสามารถในการให้กำเนิดลูกหลานแตกต่างกัน
2. การคัดเลือกโดยธรรมชาติเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธุ์ระหว่างสิ่งแวดล้อมที่ประชากรอาสัยอยู่กับลักษณะความแปรผันทางพันธุกรรมของสมาชิกในประชากร
3. ผลจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติทำให้มีการปรับตัวให้สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ในสภาพแวดล้อมนั้น

ดาร์วินอธิบายเกี่ยวกับการคัดเลือกว่าเป็นแรงผลักดันที่ก่อให้เกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต เช่น การคัดเลือกของมนุษย์ (artificial selection) ในการปรับปรุงพันธุ์พืชและสัตว์ เช่น การปรับปรุงและเลือกพันธุ์ของกะหล่ำป่าดังภาพที่ 19-18 และภาพที่ 19-19

ภาพที่ 19-19 การปรับปรุงพันธุ์ของกะหล่ำป่า (ชีววิทยา 5. สสวท. 2548. หน้า 129)

ภาพที่ 19-20 สุนัขพันธุ์ต่าง ๆ (ชีววิทยา 5. สสวท. 2548. หน้า 129)

การคัดเลือกโดยธรรมชาติตามแนวคิดของดาร์วินเป็นการคัดเลือกประชากรที่สมาชิกของประชากรมีความแปรผันทางพันธุกรรมทำให้มีลักษณะแตกต่างกันไป สมาชิกประชากรที่มีลักษณะเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมจะถูกคัดเลือกไว้และมีจำนวนประชากรเพ่ิมขึ้น แต่ดาร์วินยังไม่สามารถอธิบายได้ว่าความแปรผันทางพันธุกรรมของประชากรเกิดขึ้นได้อย่างไร และมีการถ่ายทอดลักษณะที่เกิดขึ้นได้จากพ่อแม่ไปยังรุ่นลูกได้อย่างไร ต่อมาเมื่อมีความรู้เกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของเมนเดลได้รับการยอมรับมากขึ้น แต่ยังไม่สามารถเชื่อมโยงความรู้เกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของเมนเดลกับแนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติของดาร์วินได้ จนกระทั่งมีความรู้ทาง พันธุศาสตร์ประชากร (population genetics) จึงสามารถเชื่อมโยงแนวคิดของดาร์วินและเมนเดลได้ และสามารถอธิบายกลไกการเกิดวิวัฒนาการได้

ปัจจุบันแนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการเป็นการรวมรวมแนวคิดและความรู้ทางด้านอื่น ๆ เช่น บรรพชีวินวิทยา (palaeontology) อนุกรมวิธาน (taxonomy) ชีวภูมิศาสตร์โดยเฉพาะพันธุศาสตร์ประชากรมาใช้อธิบายวิวัฒนการของสิ่งมีชีวิต เรียกแนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการยุคใหม่นี้ว่า ทฤษฎีวิวัฒนาการสังเคราะห์ (synthetic theory of evolution) ซึ่งทฤษฎีนี้เน้นความสำคัญของประชากรซึ่งเป็นหน่วยของวิวัฒนาการ ว่าสิ่งมีชีวิตแต่ละตัวในประชากรเดียวกันมีความแปรผันแตกต่างกัน ลักษณะพันธุกรรมใดที่เหมาะสมต่อสภาพแวดล้่อมนั้นก็จะประสบความสำเร็จในการสืบพันธุ์และถ่ายทอดลักษณะดังกล่าวไปยังรุ่นต่อไปทำให้สัดส่วนของลักษณะทางพันธุกรรมดังกล่าวในประชากรเพิ่มมากขึ้น ดังนั้นสภาพแวดล้อมจึงเป็นแรงผลักดันในการคัดเลือกประชากรที่เหมาะสม

พันธุศาสตร์ประชากรเกี่ยวกับข้องกับวิวัฒนาการอย่างไร ?

19.3 แนวคิดเกี่ยวกับพันธุศาสตร์เชิงประชากร

จุดประสงค์การเรียนรู้  เพื่อให้นักเรียนสามารถ

1. อธิบายทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก
2. คำนวณหาความถี่ของแอลลีนและความถี่ของจีโนไทป์ในประชากรที่อยู่ในภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก
3. คำนวณและประยุกต์ใช้ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก

จากความรู้ในหัวข้อที่ผ่านมาให้นักเรียนร่วมกันวิเคราะห์ปัญหาต่อไปนี้ "พันธุศาสตร์ประชากรเกี่ยวกับข้องกับวิวัฒนาการอย่างไร" แล้วร่วมกันสืบค้นข้อมูล อภิปราย อธิบายและสรุปความรู้เรื่องพันธุศาสตร์ประชากร

กลไกของวิวัฒนาการ

การถ่ายทอดพันธุกรรมตามหลักของเมนเดลได้เน้นถึงการถ่ายทอดพันธุกรรมจากพ่อแม่ไปสู่ลูกอย่างมีกฎเกณฑ์ตายตัว เมื่อเกิดขึ้นมาแล้วก็มีชีวิตอยู่ชั่วเวลาหนึ่งและก็ต้องจากไป ส่วนที่เหลือทิ้งไว้คือ

พันธุกรรม ที่ถ่ายทอดไปสู่ลูกหลานเพื่อสืบสานเผ่าพันธุ์ หรือสปีชีส์ของตนให้ยั่งยืนต่อไป

ดังนั้นในระยะยาวนานพอสมควรสปีชีส์ใดสปีชีส์หนึ่งเมื่อเกิดขึ้นมารแล้วก็อาจมีชีวิตอยู่ได้ในช่วงเวลาหนึ่งและก็ต้องสูญพันธุ์ไปแต่ก็มีสปีชีส์ที่เกิดขึ้นมาแล้วและมีชีวิตอยู่ได้ดี มีการปรับตัวให้เข้ากับสภาพการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมและอยู่ได้นานพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงรูปแบบไปตามกาละและเทศะ นั่นคือการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการไปเป็นสปีชีส์ใหม่ ได้โดยอาศัยการตอบสนองขององค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากรที่มีการปรับตัวนั้น ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการจึงเกิดขึ้นในระดับประชากร แต่วิวัฒนาการจะไม่เกิดขึ้นในระดับของตัวตนของสิ่งมีชีวิตโดยตรง การศึกษาการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตจึงจำเป็นต้องศึกษากลไกที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากร ซึ่งเป็นสาขาที่เรียกว่า พันธุศาสตร์เชิงประชากร (population genetics)

ประชากร หมายถึง กลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่รวมกันในพื้นที่หนึ่ง ๆ โดยสมาชิกในประชากรของสิ่งมีชีวิตนั้นสามารถสืบพันธุ์ระหว่างกันได้และให้,ุกที่ไม่เป้นหมัน ในประชากรหนึ่ง ๆ จะประกอบด้วยสมาชิกที่มียีนควบคุมลักษณะต่าง ๆ จำนวนมาก ยีนทั้งหมดที่มีอยู่ในประชากรในช่วงเวลาหนึ่ง เรียกว่า ยีนพูล (gene pool) ซึ่งประกอบด้วย แอลลีน (allene) ทุกแอลลีนจากทุกยีนของสมาชิกทุกตัวในประชากรนั้น ดังนั้นพันธุศาสตร์ประชากรจึงเป็นการศึกษาที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีน (gene frequency) ที่เป็นองค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากร และปัจจัยที่ทำให้ความถี่ของแอลลีนเปลี่ยนแปลง

(ยีนพูลของประชากรหมายถึง ยีนทั้งหมดที่มีอยู่ในประชากรซึ่งประกอบด้วยแอลลีนทุกแอลลีนของสมาชิกทุกตัวในประชากร)

พันธุศาสตร์ประชากร หมายถึง การศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความยี่ของยีน หรือการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีน (allele frequency) ที่เป็นองค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากร และปัจจัยที่ีทำให้ความถี่ของแอลลีนเปลี่ยนแปลง

ในตอนต้นคริสต์ศตวรรษที่20 นักชีววิทยาและนักวิชาการอื่น ๆ ได้มีการรื้อฟื้นกฎเกณฑ์การถ่ายทอดพันธุกรรมของเมนเดล มีนักวิชาการกลุ่มหนึ่งที่หยิบยกหลักการถ่ายทอดพันธุกรรมของเมนเดลขึ้นมาพิจารณา โดยชี้ประเด็นให้เห็นว่า ในประชากรของสิ่งมีชีวิตที่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ถ้าทราบข้อมูล ความถี่จีโนไทป์ (genotype frequency) หรือความถี่ยีน (gene frequency) ของประชากรหนี่งซึ่งอยู่ภายใต้ภาวะการณ์เงื่อนไขจำกัด (ideal condition) ที่สมมติขึ้นแล้วจะสามารถคาดการณ์ได้ว่าประชากรนั้นจะถ่ายทอดพันธุกรรมไปสู่รุ่นต่อ ๆ ไปได้ยาวนานอย่างไม่มีที่สิ้นสุดโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงความถี่จีโนไทป์หรือความถี่ยีนของประชากรนั้นเลย นั่นคือไม่มีการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการเกิดขึ้นในประชากรที่อยู่ภายใต้ภาวะการณ์เงื่อนไขจำกัดนั้น

ผู้ที่ให้หลักการทฤษฎีเบื้องต้นนี้ได้แก่นักพันธุศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อดับเบิลยู 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

โดยเฉพาะอย่างยิ่งฮาร์ดีและไวน์เบิร์กได้แสดงให้เห็นหลักการถ่ายทอดพันธุกรรมในประชากรจากรุ่นหนึ่งไปยังรุ่นถัดไปได้ชัดเจนโดยใช้หลักคำนวณเชิงสถิติประกอบกับกฎการถ่ายทอดพันธุกรรมของเมนเดล หลักการณ์นี้จึงได้รับการขนานนามว่า กฎฮาร์ดี – ไวน์เบิร์ก (The Hardy-Weinberg Law)

สิ่งที่น่าสังเกตและควรให้ความสนใจ คือการสมมติสถานการณ์ให้ประชากรอย่ภายใต้ภาวะการณ์เงื่อนไขจำกัดซึ่งเป็นภาวะการณ์ที่ไม่เป็นจริงตามธรรมชาติของประชากร อันได้แก่

1. ไม่มีมิวเทชัน
2. ไม่มีการคัดเลือก
3. ไม่มีการอพยพ
4. การผสมพันธุ์เป็นไปแบบสุ่ม (random mating)
5. ประชากรที่อ้างถึงนี้มีขนาดใหญ่

จากเงื่อนไขดังกล่าวนี้จะสังเกตข้อเท็จจริง 2 ประการ คือ

1. ภาวะการณ์เงื่อนไขจำกัดนี้ไม่เกิดขึ้นในประชากรตามธรรมชาติ จึงไม่เกิดวิวัฒนาการในประชากรสมมตินี้อย่างแน่นอน
2. ภาวะการณ์ที่เกิดขึ้นจริงในประชากรธรรมชาติจะต้องเป็นกลไกสำคัญที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการ

จากการเปรียบเทียบสถานการณ์สมมติกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นจริงในธรรมชาติทำให้เรามองเห็นว่ากระบวนการวิวัฒนาการมีความสลับซับซ้อนมากกว่าที่ดาร์วินคิดจริงอยู่ที่ดาร์วินได้เน้นการเกิดมิวเทชันและการคัดเลือกว่ามีบทบาทสำคัญทำให้เกิดความแปรผันทางพันธุกรรม แต่เราจะพบว่าการอพยพ รูปแบบการผสมพันธุ์ และขนาดของประชากรล้วนแต่มีบทบาทต่อการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการอย่างมากเช่นเดียวกัน ความซับซ้อนที่เกิดขึ้นจากปัจจัยต่าง ๆ ดังกล่าวทำให้การศึกษาวิวัฒนาการเป็นศาสตร์ที่ต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจจากวิชาการหลาย ๆ ด้านผสมผสานกัน นับตั้งแต่ระดับโมเลกุลจนถึงระดับประชากรและความรู้ความเข้าใจที่ได้จากการศึกษากระบวนการวิวัวฒนาการจะช่วยทำให้เข้าใจสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบรวมทั้งชีววิทยาของมนุษย์และสิ่งมีชีวิตที่มีปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์ได้ดีขึ้น

19.3.1 การหาความถี่ของแอลลีนในประชากร

สิ่งมีชีวิตที่เป็นดิพลอยด์ในแต่ละเซลล์มีจำนวนโครโมโซมเพียง 2 ชุด แต่ละชุดจะมี 2 แอลลีน ถ้าเราทราบจำนวนจีโนไทป์แต่ละชนิดของประชากร ก็จะสามารถหาความถี่ของจีโนไทป์ (genotype frequency) และความถี่ของแอลลีนในประชากรได้จากตัวอย่างต่อไปนี้

ในประชากรไม้ดอกชนิดหนึ่งที่ลักษณะสีดอกถูกควบคุมโดยยีน 2 แอลลีน คือ R ควบคุมลักษณะดอกสีแดงเป็นลักษณะเด่น และ r ควบคุมลักษณะดอกสีขาวซึ่งเป็นรลักษณะด้อย ในประชากรไม้ดอก 1,000 ต้น มีดอกสีขาว 40 ต้น และดอกสีแดง 960 ต้น โดยกำหนดให้เป็นดอกสีแดงที่มีจีโนไทป์ RR 640 ต้น และดอกสีแดงที่มีจีโนไทป์ Rr 320 ต้น ดังแสดงในภาพ

ภาพที่ 19-21 ความถี่ของจีโนไทป์และความถี่ของแอลลีนในกระชากรไม้ดอก

ดังนั้นในประชากรไม้ดอกชนิดนี้จะมีความถี่ของแอลลีน R=0.8 และความถี่ของแอลลีน r=0.2 ถ้าประชากรไม้ดอกชนิดนี้มีโอกาสผสมพันธุ์ได้เท่ากัน

ตัวอย่าง

19.3.2 ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก

จี เอช ฮาร์ดี (G.H. Hardy) และดับเบิลยู ไวน์เบิร์ก (W. Weimberg) ได้ศึกษายีนพูลของประชากรและได้เสนอทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก (Hardy-Weinberg Threory) ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กมีสาระสำคัญ คือ ยีนหรือจีโนไทป์ที่เริ่มต้นในประชากรหนึ่งจะถ่ายทอดไปโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงไม่ว่านานเท่าไรก็ตาม หากประชากรนั้นอยู่ภายใต้ภาวะการณ์เงื่อนไขจำกัดดังที่กล่าวมาแล้วข้างต้น 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

และจากความถี่ของจีโนไทป์ของประชากรในรุ่นดังกล่าว แสดงว่าความถี่ของแอลลีนในรุ่นลูกมีความถี่ของแอลลีน R = 0.8 และ r = 0.2

นั่นคือ ประชากรไม้ดอกในรุ่นลูกยังคงมีความถี่ของจีโนไทป์และความถี่ของแอลลีนเหมือนประชากรในรุ่นพ่อแม่ หรืออาจกล่างได้ว่ายีนพูลของประชากรอยู่ในสภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก (Hardy-Weinberg Equilibrium หรือ HWE)

จากตัวอย่างดังกล่าวมาแล้วนั้นสีของดอกไม้เป็นลักษณะทางพันธุกรรมที่ควบคุมด้วยยีน 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
             และความถี่ของจีโนไทป์ Rr คือ 2pq = 2(0.8)(0.2) = 0.32
             เมื่อรวมความถี่ของจีโนไทป์จะมีค่าเท่ากับ 1
                             นั่น คือ p² + 2pq + q² = 1

จากสมการของออาร์ดี-ไวน์เบิร์กสามารถนำมาใช้หาความถี่ของแอลลีนและความถี่ของจีโนไทป์ของยีนพูลในประชากรได้

ดังนั้นเมื่อประชากรอยู่ในสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก ความถี่ของแอลลีน และความถี่ของจีโนไทป์ในยีนพูลของประชากรจะคงที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงไม่ว่าจะถ่ายทอดพันธุกรรมไปกี่รุ่นก็ตามหรืออีกนัยหนึ่ง คือ ไม่เกิดวิวัฒนาการ

ประชากรจะอยู่ในสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กได้จะต้องมีเงื่อนไขดังนี้

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 ประชากรในตำบลแห่งหนึ่ง 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

การใช้ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก

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 จะมีหนูที่มีลักษณะขนสีดำที่มีจีโนไทป์แบบฮอมอไซกัสกี่ตัว

เมื่อนักเรียนทำกิจกรรมเสร็จให้ส่งตรวจสอบประเมิน

1. ในประชากรกลุ่มหนึ่งพบว่ามีประชากรหมู่เลือด Rh⁺ อยู่ 16% เมื่อประชากรนี้่อยู่ในภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก จงคำนวณหาความถี่ของแอลลีนในประชากร

·         หมู่เลือด Rh เป็นลักษณะด้อยจึงมีความถี่ของจีโนไทป์ q² = 16/100 = 0.16
ดังนั้นความถี่ของแอลลีน q ในประชากรเท่ากับ 0.4
ขณะที่ความถี่ของแอลลีน p เท่ากับ 1-0.4 = 0.6

2. ประชากรของหนู ณ ทุ่งหญ้าแห่งหนึ่ง อยู่ในสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก พบว่า 36 % ของประชากรหนูมีสีเทาซึ่งเป็นลักษณะด้อย (aa) นอกนั้นเป็นหนูสีดำซึ่งเป็นลักษณะเด่น

2.1 จำนวนประชากรของหนูที่มีจีโนไทป์แบบเฮเทอโรไซกัสเป็นเท่าใด

o ประชากรหนูสีเทาที่มีลักษณะด้อยมีความถี่ของจีโนไทป์เท่ากับ q² = 36/100 = 0.36
ดังนั้นความถี่ของแอลลีน q ในประชากรเท่ากับ 0.6
ขณะที่ความถี่ของแอลลีน p เท่ากับ 1-0.6 = 0.4
ดังนั้นสามารถหาความถี่ของจีโนไทป์ของประชากรที่มีจีโนไทป์แบบเฮเทอโรไซกัสได้จากค่า
2pq  มีค่าเท่ากับ 2  x  0.4  x  0.6  = 0.48 หรือคิดเป็น  48% ของประชากรหนูทั้งหมด

2.2 ความถี่ของแอลลีน a ในยีนพูลของประชากรเป็นเท่าใด

o ความถี่ของแอลลีน a ในยีนพูลของประชากรเท่ากับ 0.6

2.3 ถ้าประชากรหนูมีจำนวน 500 ตัว จะมีหนูที่มีลักษณะขนสีดำที่มีจีโนไทป์แบบฮอมอไซกัสกี่ตัว

ประชากรหนูที่มีลักษณะขนสีดำที่มีจีโนไทป์แบบฮอมอไซกัสสามารถหาได้จากค่า
p² ซึ่งมีค่าเท่ากับ 0.4 x  0.4 = 0.16
ถ้าประชากรหนูมีจำนวน  500  ตัว  
จะมีหนูที่มีลักษณะขนสีดำที่มีึจีโนไทป์แบบฮอมอไซกัสเท่ากับ (16/100)  x  500  = 80  ตัว

19.4 ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีน

จุดประสงค์การเรียนรู้  เพื่อให้นักเรียนสามารถ

1. อธิบายความหมายของวิวัฒนาการระดับจุลภาค
2. สืบค้นข้อมูลอภิปรายและอธิบายปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีนในประชากร

ความรู้เดิม ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก

ให้นักเรียนร่วมกันวิเคราะห์ อภิปรายและอธิบาย คำถามต่อไปนี้

"ในธรรมชาติเงื่อนไขตามทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก ดังกล่าวควบคุมได้หรือไม่ เพราะเหตุใด ถ้าควบคุมไม่ได้จะเกิดผลต่อความถี่ของแอลลีนในประชากรหรือไม่"

1. แรนดอมจีเนติกดริฟท์ (random geneticdrif) เป็นการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีนซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงขนาดของประชากร  จากชั่วรุ่นหนึ่งไปยังอีกชั่วรุ่นหนึ่งในประชากรเนื่องจากโอกาสของแอลลีนที่จะถูกถ่ายทอดไท่เท่ากันถ้าในกลุ่มประชากรแอลลีนใดมีโอกาสถ่ายทอดมากกว่าแอลลีนอืื่น ๆ หรือแอลลีนใดไม่มีโอกาสถ่ายทอดหรือถูกคัดทิ้งแบบบังเอิญ  ทำให้ความถี่ของแอลลีนในรุ่นต่อ ๆ ไปเกิดการเปลี่ยนแปลง  เช่น  ในประชากรเริ่มต้นมีความถี่ของแอลลีน A และ a เท่ากับ 0.4 และ 0.6 ตามลำดับความถี่ของแอลลีน A ในประชากรรุ่นถัดไป อาจมีการเปลี่ยนแปลงในทางที่มากหรือน้อยกว่าความถี่ของแอลลีล A และ a  ในประชากรเริ่มต้น แรนดอมจีเนติกดริฟท์เกิดขึ้นได้กับประชากรทุกขนาด แต่เห็นชัดเจน และรวดเร็วกับประชากรขนาดเล็ก ตัวอย่าง

2. การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน เป็นการเคลื่อนย้ายแอลลีนจากประชากรหนึ่งไปยังอีกประชากรหนึ่งของสปีชีส์เดียวกันและเกิดการผสมพันธุ์ระหว่างกันขึ้น  มีทั้งการเคลื่อนย้ายยีนเข้าสู่ประชากรใหม่ หรือเคลื่อนย้ายออกจากประชากรเดิม การเคลื่อนย้ายยีนดังกล่าวจะมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีน ถ้ามีการพายีนบางชนิดออกไปจากประชากรเดิมมากหรือมีการนำยีนบางชนิดเข้ามาสู่ประชากรเดิมมากขึ้น ตัวอย่างเกี่ยวกับการถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีนของแมลงที่มียีนต้านทานต่อสารฆ่าแมลง  สมาชิกที่มีความต้านทานต่อสารฆ่าแมลงเมื่อย้ายออกไปสู่ประชากรกลุ่มใหม่และผสมพันธุ์กับสมาชิกในประชากรกลุ่มใหม่ก็จะแพร่แอลลีนต้านทานสารฆ่าแมลงสู่สมาชิกในประชากรกลุ่มใหม่ที่อาศัยในภูมิประเทศอื่น ดังภาพตัวอย่าง ตัวอย่าง

3. การเลือกคู่ผสมพันธุ์ ในภาวะสมดุลตามทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก เน้นถึงปัจจัยการผสมพันธุ์ในรูปแบบสุ่ม ซึ่งหมายถึงเพศผู้ทุกตัว และเพศเมียทุกตัวมีโอกาสเท่าๆกัน ในการจะเลือกคู่ผสมพันธุ์จึงเป็นการผสมที่ทุก ๆ เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้มีโอกาสเท่า ๆ กันที่จะผสมกับทุกๆเซลล์สืบพันธุ์ ของเพศเมีย ซึ่งทำให้ความถี่ของแอลลีลในรุ่นต่อไปไม่เปลี่ยนแปลง แต่การเลือกคู่ผสมพันธุ์จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ แอลลีลในประชากรที่มีขนาดเล็กและไม่มีการอพยพเข้าหรือออก

4. มิวเทชัน เป็นการสร้างแอลลีนใหม่ที่สะสมในยีนพูลของประชากร  ทำให้เกิดความแปรผันทางพันธุกรรม  มิวเทชันบางลักษณะที่ไม่สอดคล้องกับธรรมชาติจะถูกตัดทิ้งทำให้แอลลีนบางแอลลีนไม่มีโอกาสถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อไป  ส่วนมิวเทชันที่มีลักษณะที่สอดคล้องกับธรรมชาติจะถุกคัดเลือกไว้และทำให้แอลลีนบางแอลลีนได้ถูกถ่ายทอดจึงมีผลต่อความถี่ของแอลลีนในประชากร

5. การคัดเลือกโดยธรรมชาติ เป็นผลมาจากการที่สิ่งมีชีวิตมีความสามารถในการอยู่รอดและให้กำเนิดลูกหลานได้แตกต่างกัน  อันเป็นผลเนื่องจากสิ่งมีชีวิตมีความแปรผันทางพันธุกรรม  ทำให้มีลักษณะแตกต่างกัน  ลักษณะที่แปรผันนี้ลักษณะใดที่เหมาะสมหรือสอดคล้องกับธรรมชาติก็จะอยู่รอดและเกิดลูกหลานได้ ซึ่งมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลใน ประชากรของสิ่งมีชีวิตนั้น

การคัดเลือกโดยธรรมชาติ

ตรวจสอบคำตอบ

นักเรียนจะอธิบายการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีนในประชากรผีเสื้อในเมือง A และเมือง B อย่างไร

·         ในเมือง A ความถี่ของแอลลีนที่ควบคุมลักษณะของสีเทาของผีเสื้อจะเพิ่มมากขึ้น แต่ในเมือง B ความถี่ของแอลลีนที่ควบคุมลักษณะสีดำของผีเสื้อจะเพิ่มมากขึ้น

สถานการณ์นี้ธรรมชาติมีส่วนเกี่ยวข้องต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีนที่ทำให้เกิดการคัดเลือกชนิดพันธุ์ของผีเสื้ออย่างไร

ในธรรมชาติผีเสื้อจะเป็นเหยื่อของนก นกจึงเกี่ยวข้องในการจับผีเสื้อเป็นอาหาร ถ้าผัเสื้อมีสีที่แตกต่างจากสิ่งแวดล้อมคือของต้นไม้ก็จะถูกนกจับกินได้มากขึ้น

19.5 กำเนิดของสปีชีส์

จุดประสงค์การเรียนรู้  เพื่อให้นักเรียนสามารถ

1. สืบค้นข้อมูล อภิปรายและอธิบายความหมายของสปีชีส์
2. สืบค้นข้อมูล อภิปรายและอธิบายกลไกการแยกกันทางการสืบพันธุ์
3. สืบค้นข้อมูล อภิปรายและอธิบายการเกิดสปีชีส์ใหม่จากการแบ่งแยกทางภูมิศาสตร์และการเกิดสปีชีส์ใหม่ในเขตภูมิศาสตร์เดียวกัน
4. สืบค้นข้อมูล อภิปรายและนำเสนอผลกระทบจากการพัฒนาทางด้านเทคโนโลยีต่อการเกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

19.5.1 สปีชีส์ทางชีววิทยาคืออะไร

การเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการโครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากรที่แยกกันอยู่อย่างค่อยเป็นค่อยไป โดยกลไกและปัจจัยต่าง ๆ ที่กล่าวมาข้างต้น จนกระทั่งประชากรที่แยกกันอยู่นั้นมีความแตกต่างทางพันธุกรรมอย่างมากจนไม่สามารถสืบพันธุ์ระหว่างกันได้กล่าวคือไม่มียีนโฟล์วระหว่างกันและกันแล้วก็ถือว่าประชากรที่แยกกันอยู่นั้นเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการไปเป็น สปีชีส์ต่างกันทางชีววิทยา (biological species) ดังนั้นสปีชีส์ในแนวความคิดทางคุณสมบัติทางชีววิทยาหมายถึงกลุ่มหรือประชากรของสิ่งมีชีวิตที่มียีนพูลร่วมกัน โดยสมาชิกของประชากรนั้นสามารถถ่ายทอดยีนหรือทำให้เกิดยีนโฟล์วระหว่างกันและกันได้ ยีนพูลของสปีชีส์หนึ่งจะไม่สามารถถ่ายทอดร่วมกับยีนพูลของสปีชีส์อื่นๆ ได้โดยมีกลไกการแบ่งแยกทางการสืบพันธุ์ (reproductive isolating mechanisms หรือ RIM) เป็นปัจจัยสำคัญในการแบ่งแยกสปีชีส์ แนวความคิดเกี่ยวกับกลไกการแบ่งแยกทางการสืบพันธุ์ช่วยให้เราเข้าใจสปีชีส์ตามแนวทางการศึกษาด้านสัณฐานวิทยา (morphological species) ตามหลักของลินเนียสได้ดีขึ้น

โดยปกติแล้วสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะประกอบด้วยประชากรต่างๆ ที่อยู่ใกล้กันบ้าง ห่างไกลกันบ้าง ตามแต่สภาพการแพร่กระจายของสปีชีส์นั้น ๆ ในกรณีนี้จะพบว่าประชากรที่แยกกันอยู่ตามภูมิศาสตร์ต่าง ๆ กันมักจะมีโครงสร้างทางพันธุกรรมที่แตกต่างกันด้วย ประชากรบางแห่งอาจมีโครงสร้างทางพันธุกรรมแตกต่างจากประชากรอื่นอย่างชัดเจน แต่สมาชิกของประชากรทั้งสองยังคงสืบพันธุ์และมียีนโฟล์วระหว่างกันและกันได้ตามปกติ อาจเรียกประชากรที่มีโครงสร้างทางพันธุกรรมต่างกันพอสมควรแต่ยังมีคุณสมบัติทางชีววิทยาที่จัดว่าเป็นสปีชีส์เดียวกันอยู่นี้ว่า ซับสปีชีส์ (subspecies) หรือเชื้อชาติหรือเรซ (race)

กลไกการแบ่งแยกทางการสืบพันธุ์มีความสำคัญที่ช่วยยังยั้งมิให้เกิดยีนโฟล์วระหว่างยีนพูลที่ซับซ้อนของสปีชีส์ที่ต่างกัน ซึ่งอาจแยกออกเป็น 2 ระดับ คือ

1. กลไกการแบ่งแยกก่อนระยะไซโกต  (prezygotic isolating mechanism) เป็นกลไกที่ป้องกันไม่ให้เซลล์สืบพันธุ์จากทั้งสองสปีชีส์ได้มาสัมผัสกัน กลไกนี้ประกอบด้วยการแบ่งแยกต่าง ๆ กัน คือ

1.1 เวลาการผสมพันธุ์แตกต่างกัน (temporal isolation) ซึ่งอาจต่างกันเป็นวันเป็นฤดูกาล หรือแม้กระทั่งต่างกันเป็นปี ตัวอย่างเช่น แมลงหวี่ Drosophila pseudoobscura มีช่วงเวลาที่เหมาะสมในการผสมพันธุ์จะเป็นช่วงเวลาในตอนบ่าย แต่แมลงหวี่ Drosophila persimilis จะเป็นเวลาเช้า พืชตระกูลผกากรองที่ขึ้นอยู่ทางตอนใต้ของคาลิฟอร์เนีย 2 สปีชีส์ คือ Salvia mellifera จะบานในตอนต้นฤดูใบไม้ผลิ ส่วน Salvia apiana จะบานในปลายฤดูใบไม้ผลิและตอนต้นฤดูร้อน
1.2 สภาพนิเวศวิทยาที่ต่างกัน (ecological isolation) พวกที่มีที่อยู่อาสัยและเพาะพันธุ์ต่างกันเช่น กบในสระเล๋กกับพวกที่อาศัยและเพาะพันธุ์ในหนองบึงใหญ่
1.3 พฤติกรรมเกี่ยวพาราสีต่างกัน (behavioral isolation) เช่น มีสัญญาณ หรือมีฟีโรโมนที่ต่างกัน ดังตัวอย่าง ไก่ป่ากับไก่พื้นเมือง เช่น ไก่แจ้หรือไก่อู เมื่อตัวผู้เข้าผสมกับตัวเมียจะมีการฟ้อนรำกรีดกรายต่อหน้าไก่ตัวเมีย เพื่อกระตุ้นให้ไก่ตัวเมียพร้อมที่จะผสมพันธุ์ แต่ท่าทางการฟ้อนระของไก่ทั้งสองสปีชีส์นี้แตกต่างกัน จึงมีผลต่อการกระตุ้นตัวเมียไม่เหมือนกัน แมลงหวี่แต่ละสปีชีส์จะมีการยกปีกขึ้นลงทำให้เกิดเสียงดังหึ่ง ๆ เป็นจังหวะในขณะที่จะเข้าผสมพันธุ์ แมลงหวี่ต่างสปีชีส์กันจะเกิดเสียงและจังหวะจากการสั่นสะเทือนของปีกต่างกันเป็นการแยกสปีชีส์ออกจากกัน
1.4 โครงสร้างอวัยวะสืบพันธุ์แตกต่างกัน (mechanical isolation) เช่น แมลง 2 สปีชีส์จะมีโครงสร้างอวัยวะสืบพันธุ์ที่แตกต่างกัน ทำให้ไม่มีการผสมพันธุ์ระหว่าง 2 สปีชีส์
1.5 สรีรวิทยาของเซลล์สืบพันธุ์ที่แตกต่างกัน (gametic isolation) เซลล์สืบพันธุ์ของสมาชิก 2 สปีชีส์แตกต่างกัน เช่น ละอองเรณูของสปีชีส์หนึ่ง เมื่อตกบนยอดเกสรตัวเมียของอีกสปีชีส์หนึ่ง จะไม่สามารถงอกหลอดละอองเรณูนำสเปริ์มนิวเคลียสเข้าไปผสมกับไข่ได้

2. กลไกการแบ่งแยกระยะหลังไซโกต (postzygoticisolating mechanism) เมื่อกลไกการแบ่งแยกในระดับแรกล้มเหลวและมีผลทำให้เกิดการผสมพันธุ์ระหว่างสองสปีชีส์ (hybridization) ซึ่งมีผลให้เกิดไซดกตหรือแม้กระทั่งลูกผสม (hybrid) ที่เป็นตัวเต็มวัยก็ตาม แต่ยีนโฟล์วระหว่างสปีชีส์ทั้งสองจะไม่สามารถดำเนินต่อไปได้ เพราะไซโกตหรือลูกผสมมีองค์ประกอบของยีนหรือ จีโนม (genome) ที่ได้มาจากสปีชีส์หนึ่งไม่สมดุลหรือไม่สอดคล้องกับจีโนมที่ได้มาจากอีกสปีชีส์หนึ่ง ซึ่งจะยังผลให้ลูกผสมมีความผิดปกติในทางใดทางหนึ่งดังนี้คือ

2.1 ลูกผสมตาย (hybrid inviability) ก่อนที่ะถึงวัยเจริญพันธุ์
2.2  ลูกผสมเป็นหมัน (hybrid sterility) ส่วนมากมักเกิดกับเพศผู้
2.3 ลูกผสมล้มเหลว (hybrid breakdown) เกิดขึ้นในบางกรณีที่ลูกผสมรุ่น F₁ ทั้งเพศผู้และเพศเมียมีความอ่อนแอ แต่ยังมีความสมบูรณ์พันธุ์และสามารถสืบพันธุ์และถ่ายทอดพันธุกรรมได้บ้าง จนได้ลูกผสมรุ่น F₂ ซึ่งมักจะตายในระยะแรกของการเจริญเติบโต หรือไม่ก็เป็นหมันจนไม่สามารถสืบพันธุ์ต่อไปได้

ในกรณีที่ลูกผสมเป็นหมัน เช่น ม้ากับลาผสมกันแล้วได้ลูกที่เป็นหมัน คือ ล่อ
ในกรณีลูกผสมตาย เช่น การผสมเทียบมโดยนำไข่ของกบลีโอปาร์ด (leopard frog) ผสมกับไข่ของกบ บูลฟรอก (bull frog) เมื่อปฏิสนธิได้เอ็มบริโอแล้ว เอ็มบริโอจะตาย

19.5.2 การเกิดสปีชีส์ใหม่

การเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการที่เกิดขึ้นในประชากรเป็นไปได้2 รูปแบบ คือ

1. ประชากรหนึ่งอาจเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการแบบค่อยเป็นค่อยไปตามกาลเทศะจนกลายเป็นประชากรรุ่นใหม่แทนที่ประชากรดั้งเดิมและมีความแตกต่างไปจากประชากรเดิมอย่างเห็นได้ชัด  หรืออีกนัยหนึ่งสปีชีส์หนึ่งเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการไปเป็นสปีชีส์ใหม่เรียกว่า  วิวัฒนาการสายตรง (phyletic evolution) หรืออะนาเจเนซิส (anagenesis)
2. ประชากรหนึ่งอาจเติบโตและแตกแยกออกเป็นประชากรย่อย ๆ ตามโครงสร้างทางพันธุกรรมที่แตกต่างกันในแต่ละประชากรย่อยเหล่านั้นต่างก็มีการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการไปตามกาละและเทศะ  จนกระทั่งแบ่งแยกออกเป็นยีนพูล ที่ต่างกันโดยหลักการแบ่งแยกทางการส์บพันธุ์และกลายเป็นสปีชีส์ที่ต่างกัน เรียกว่า การแยกแขนงสปีชีส์ หรือ สปีซิเอชัน (speciation) หรือคลาโดเจเนซิส (cladogenesis) วิวัฒนาการรูปแบบนี้ทำให้เกิด สปีชีส์ใหม่ ๆ เพิ่มจำนวนขึ้นมามากยังก่อให้เกิดความหลากหลายของสปีชีส์ (species diversity) โดยเฉพาะในเเถบป่าชื้นเขตร้อน (tropicai rainforest)  ที่มีความหลากหลายของสภาพแวดล้อมและระบบนิเวศอย่างมากมาย

สปิเอชันเกิดขึ้นได้ 2 แนวทาง คือ

1. การแยกแขนงสปีชีส์ตามสภาพภูมิศาสตร์ (geographicalspeciation) หรืออัลโลแพทริกสปีชิเอชัน (allopatric speciation) ประชากรของสปีชีส์ที่แยกกันอยู่ตามสภาพภูมิศาสตร์จนขาดการติดต่อกันเป็นเวลายาวนานอันนเองจากมีสิ่งกีดขวางทางภูมิศาสตร์ จนขาดการติดต่อกันเป็นเวลานานอันเนื่องจากมีสิ่งกีดขวางทางภูมิศาสตร์ เช่น แม่น้ำ ภูเขา ทะเลทราย เป็นต้น สิ่งแวดล้อมของแต่ละประชากรมีความแตกต่างกันทั้งทางด้วนชีวภาพและทางด้านกายภาพไม่ว่าจะเป็นเรื่องของลมฟ้าอากาศ ดิน อุณหภูมิ ความชื้น ฯลฯ ความแตกต่างกันในแหล่งที่อยู่อาศัยเช่นนี้จะมีผลกระทบต่อความแตกต่างแปรผันด้านโครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากรในการตอบสนองปรับตัวให้สอดคล้องกับสภาพแวดล้อมนั้น ๆ ยังผลให้ยีนพูลของประชากรที่แยกจากกันอยู่นั้นแตกต่างกันอย่างค่อยเป็นค่อยไปจนกระทั่งไม่สามารถผสมพันธุ์กันและถ่ายทอดยีนโฟล์วระหว่างกันและกันได้ ถึงแม้จะมีโอกาสได้กลับมาอยู่ร่วมกันใหม่อีกครั้งหนึ่งในประชากรเดียวกันก็ตาม การเกิดสปีชีส์ใหม่ ๆ เพิ่มมากขึ้นในกลุ่มนกฟินช์ในหมู่เกาะกาลาปากอสก็เข้าใจว่าเกิดจากสปีซิเอชันแบบนี้ ในการที่จะเกิดสปีชีส์ใหม่ ๆ จำนวนหลายชนิดจากสปีชีส์บรรพบุรุษของยุงก้นปล่องพาหะกลุ่มของ leucosphyrus ในภูมิภาคเอเชียอาคเนย์ก็เข้าใจว่าเป็นแบบอัลไลแพทริกสปีซิเอชันเช่นเดียวกัน
2. การแยกแขนงของสปีชีส์ภายในเขตภูมิศาสตร์เดียวกันหรือซิมแพทริกสปีซิเอชัน (sympatric speciation) การแยกแขนงสปีชีส์ใหม่ ๆ แบบนี้เห็นได้ชัดเจนที่สุดในวิวัฒนาการของพืชชั้นสูง กระนั้นก็ตามมีนักวิทยาศาสตร์บางท่านเชื่อว่าสัตว์บางชนิดแยกแขนงเป็นสปีชีส์ใหม่ ๆ โดยวิธีการเดียวกันนี้
กลไกพื้นฐานของการเกิดซิมแพทริกสปีซิเอชัน คือ การเพิ่มจำนวนโครโมโซมหรือที่เรียกว่า พอลิพลอยดี (polyploidy) อันเนื่องมาจากความผิดปกติของกระบวนการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสทำให้เซลล์สืบพันธุ์ที่ผิดปกติที่มีจำนวนชุดโครโมโวมเป็น 2 ชุด (diploid หรือ 2n) แทนที่จะเป็น 1 ชุด (haploid หรือ n) เหมือนในเซลล์สืบพันธุ์ปกติ ปรากฎการณ์เช่นนี้กเดขึ้นสม่ำเสมอในอัตราต่ำในสภาวการณ์ปกติ แต่สามารถชักนำให้เกิดขึ้นได้โดยใช้สารเคมีชักนำ เช่น สารโคลชิชิน ซึ่งมีประโยชน์อย่างมากในทางการเกษตร

อย่างไรก็ตามเมื่อเซลล์สืบพันธุ์ที่มีโครโมโซมมากกว่าปกติ (2n) นี้มีโอกาสผสมกันและเกิดการปฏิสนธิแล้วจะทำให้ไซโกตที่มีจำนวนโครโมโซมเป็น 4 ชุด (tetrapoid หรือ 4n) ซึ่งสามารถเจริญเติบโตได้ เป็นพืชปกติชนิดใหม่ที่สามารถถ่ายทอดพันธุกรรมต่อไปได้ การเกิดพอลิพลอยดีที่มีรุ่นพ่อ – แม่ เป็นพืชต่างสปีชีส์กัน เรียกว่า อัลโลพอลิพลอยดี (allopolyploidy)

ปรากฏการณ์พอลิพลอยดีเกิดขึ้นทั้งในพืชและสัตว์แต่ที่พบน้อยในสัตว์ก็เพราะว่าสัตว์ทั่วไปไม่สามารถเจริญเติบโตหรือทำหน้าที่ได้ตามปกติ หากมีจำนวโครโมโซมผิดปกติที่เพิ่มขึ้นมาเพียง 1 หรือ 2 โครโมโซม อย่างไรก็ตามพอลิพลอยดีพบบ่อยในพืชมีดอกที่ปรากฎอยู่บนโลกนี้เกิดมาจากการเพิ่มจำนวนโครโมโซมแลลอัลโลพอลิพลอยดี การผสมพันธุ์ระหว่างพืชต่างสปีชีส์กันและเกิดพอลิพลอยดีเป็นกลไกที่ทำให้เกิดสปีซิเอชันได้อย่างรวดเร็วภายใน 1 – 2 ชั่วอายุเท่านั้นเอง จึงไม่น่าประหลาดใจที่มีพืชมีดอกอยู่มากมายหลากหลายชนิดที่มีสายวิวัวฒนาการใกล้เคียงกันทั่งในอดีตและในปัจจุบัน ดังตัวอย่างอัลโลพอลิพลอยดีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เช่น พวกต้นหญ้าชนิดหนึ่ง (S.  anglica) ดังภาพ

ภาพที่  19-24  พืชที่เป็นอัลโลพอลิพลอยดีตามธรรมชาติ

ตัวอย่างการทดลองสร้างพันธุ์ผักกาดชนิดใหม่ โดยนักผสมพันธุ์พืชชาวรัสเซียชื่อคาร์ปิเซงโก (Karpechenko) ในปี พ.ศ. 2471 คาร์ปิเซงโกได้ผสมพันธุ์ผักกาดแดง(2n = 18) กับกะหล่ำปลี (2n = 18) ปรากฏว่าได้ลุกผสมรุ่น F₁ มีขนาดใหญ่และแข็งแรงแต่เป็นหมัน เพราะมีเซลล์สืบพันธุ์ผิดปกติ แต่อย่างไรก็ตามมีบางครั้งที่ลูกผสมรุ่น F₁ สามารถผสมพันธุ์กันได้ลูกผสมรุ่น F₂ ซึ่งพบว่ามีจำนวนโครโมโซม 2n = 36 และไม่เป็นหมัน ทั้งนี้เกิดจากเซลล์สืบพันธุ์ของ F₁ มีจำนวนโครโมโซมผิดปกติ คือ 18 โครโมโซม เป็นของผักกาดแดง 9 โครโมโซม และเป็นของกะหล่ำปลี 9 โครโมโซม ดังภาพที่ 2-18 เมื่อเซลล์สืบพันธุ์ที่มีโครโมโซมมากกว่าปกตินี้ผสมกันและเกิดปฏิสนธิได้ไซโกตที่มี 36 โครโมโซม ซึ่งสามารถเจริญเป็นปกติ และสืบพันธุ์ต่อไปได้กลายเป็นสปีชีส์ใหม่

ภาพที่  19-25  การเกิดพอลิพลอยด์ในสิ่งมีชีวิตสปีชีส์เดียวกัน

ภาพที่  19-26  แสดงการผสมพันธุ์ระหว่างผักกาดแดงกับกะหล่ำปลี

การพัฒนากับวิวัฒนาการ

วิวัฒนาการร่วมกัน การวิวัฒนาการร่วมกัน (coevolution) อาจเกิดขึ้นรวดเร็วพอที่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถศึกษาติดตามการเปลี่ยนแปลงได้ชัดเจน โดยเฉพาะในกรณีที่มนุษย์ไปรบกวนกระบวนการวิวัฒนาการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ 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

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

เชื้อโรคที่ดื้อยา

ยารักษาโรคและยาปฏิชีวนะที่ถูกนำมาใช้รักษาโรคที่ติดเชื้อแบคทีเรียอย่างได้ผลในอดีตก็สร้างปัญหาให้แก่วงการแพทย์เช่นเดียวกันเพราะการปรับตัวดื้อยาของเชื้อแบคทีเรียบางชนิด เช่น แบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคปอดท้องหรือท้องร่วง แบคทีเรียที่ทำให้เกิดวัณโรคและหนองหรือฝีต่าง ๆ อันเนื่องจากการคัดตามธรรมชาติโดยกลไกทางพันธุกรรมของเชื้อแบคทีเรีย นอกจาการปรับตัวของเชื้อแบคมีเรียชนิดที่ทำให้เกิดอาการปวดท้องเองแล้วยังพบว่าการใช้ยาปฏิชีวนะผสมเจือปนในอาหารสัตว์เลี้ยง ก็มีส่วนช่วยให้แบคทีเรียที่อยู่ในส่วนของลำไส้คนสามารถพัฒนาการดื้อยาปฏิชีวนะได้อีกทางหนึ่งด้วย ฉะนั้นในบางประเทศจึงมีข้อห้ามมิให้นำเอายาปฏิชีวนะชนิดที่ใช้สำหรับบำบัดรักษาโรคติดเชื้อในคนไปใช้ผสมเจือปนในอาหารเลี้ยงสัตว์ เช่น วัว เพื่อป้องกันมิให้เชื้อแบคทีเรียชนิดก่อให้เกิดโรคในคนด้วยนั้นพัฒนาปรับตัวดื้อยาปฏิชีวนะนั้นได้อีกทางหนึ่ง

อย่างไรก็ตามอาจยังโชคดีอยู่บ้างที่เชื้อแบคทีเรียบางชนิดก็ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการปรับตัวให้ดื้อยาได้ง่ายนักเหมือนอย่างชนิดดังกล่าวมาแล้วนักวิทยาศาสตร์ยังคงกังขาในคุณสมบัติของพันธุกรรมที่แตกต่างกันระหว่างแบคทีเรียชนิดต่าง ๆ กัน เป็นที่น่าสังเกตว่าเชื้อแบคทีเรียส่วนใหญ่จะสามารถปรับตัวดื้อยาปฏิชีวนะที่นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาและสังเคราะห์ขึ้นมา ยกเว้นเพนิซิลลินซึ่งเป็นยาปฏิชีวนะทางธรรมชาติชนิดแรกที่ถูกนำมาใช้ทางการแพทย์และยังคงมีประสิทธิภาพดีอยู่จนถึงทุกวันนี้

การดื้อสารฆ่าแมลง

หลังสงครามโลกครั้งที่สองได้มีนำสารเคมีที่เรารู้จักกันดีคือ ดีดีทีที่นำมาใช้ฆ่าแมลงด้วยความหวังอันยิ่งใหญ่ว่าจะสามารถใช้ปราบแมลงศัตรูพืชและแมลงพาหะชนิดต่าง 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

วิวัฒนาการกับมลภาวะ

การพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมของนานาประเทศดดยไม่คำนึงถึงสิ่งแวดล้อมแล้วมักส่งผลให้เกิดมลภาวะที่เลวร้ายเสมอซึ่งกำลังเป็นปัญหาใหญ่หลวงในทุกระดับไม่ว่าจะเป็นปัญหาระดับท้องถิ่นตลอดถึงระดับประเทศและระดับโลก 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

มนุษย์เราหลีกเลี่ยงไม่พ้นจากการคัดเลือกตามธรรมชาติเช่นเดียวกับจุลินทรีย์หรือสิ่งมีชีวิตอื่น 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

ในประเทศไทยมีโรคโลหิตจางที่เกิดจากฮีโมโกลบินผิดปกติที่เรียกว่าทาลัสซีเมีย ที่เป็นชนิดแอลฟาและแบบเบตาในอัตราสูงในประชากรไทยในบางท้องที่ อาจเป็นไปได้ที่โรคทาลัสซีเมียจะมีความสัมพันธุ์กับการะบาดของเชื้อไข้มาลาเรียในประชากระรรมชาติ โดยกลไกการคัดเลือกตามธรรมชาติเช่นเดียวกันกรณีโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ที่กล่าวมาแล้วในเบื้องต้น

ชีวิตความเป็นอยู่ของคนในสภาพแวดล้อมของเมืองใหญ่ๆ 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 หากไม่ยอมปลับเปลี่ยนแนวทางการพัฒนาและการดำรงชีวิตให้สอดคล้องกับธรรมชาติให้มากกว่านี้

กิจกรรมท้ายบท

1. จากคำกล่าวที่ว่า "แมลงที่ได้รับสารฆ่าแมลงทำให้มีความต้านทานต่อสารฆ่าแมลงมากยิ่งขึ้น" นักเรียนเห็นด้วยกับคำกล่าวนี้หรือไม่ ให้เหตุผลประกอบ
2. จงเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างวิวัฒนาการระดับจุลภาคกับวิวัฒนาการระดับมหภาค
3. การคัดเลือกดดยธรรมชาติและการคัดเลือกของมนุษย์แตกต่างกันอย่างไร
4. การแปรผันทางพันธุกรรม มิวเทชันและการคัดเลือกโดยธรรมชาติทำให้เกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตได้อย่างไร
5. ในพื้นที่แห่งหนึ่งมีประชากรจำนวน 400 คน ถ้าประชากรนี้มีความถี่ของยีน A = 0.6 และยีน a = 0.4 จงหาจำนวนประชากรที่อยู่ในสภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก ประกอบด้วยคนที่มีจีโนไทป์ใดบ้าง และมีจำนวนคนเท่าใด
6. เพราะเหตุใดการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศของสิ่งมีชขีวิตจึงมีความสำคัญฯต่อการคัดเลือกโดยธรรมชาติ
7. ในอดีตยีราฟมีคอยาวขึ้น ชอง ลามาร์ก และชาลส์ ดาร์วิน อธิบายปรากฎการณ์นี้อย่างไร
8. จงอธิบายว่าเหตุใดสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะคล้ายคลึงกันมาก จึงไม่สามารถผสมพันธุ์กัน และให้กำเนิดลูกได้
9. จงศึกษาภาพและข้อความข้างล่างนี้ แล้วตอบคำถาม
     ภาพข้างล่างนี้เป็นซากดึกดำบรรพ์ของหอยโข่ง พบว่า ซากดึกดำบรรพ์หอยหมายเลข 1 มีอายุมากที่สุด คือ 10 ล้านปีมาแล้ว และซากดึกดำบรรพ์หอยที่มีอายุน้อยที่สุด คือ หอยหมายเลข 10 ซึ่งมีอายุประมาณ 3 ล้านปีมาแล้ว

    ถ้านักเรียนเป็นนักชีววิทยา จงเขียนบทความเพื่อจะตอบคำถามเหล่านี้

     9.1 หอยเหล่านี้มีความเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร
     9.2 จากข้อมูลภาพข้างบนนี้แสดงให้เห็นถึงวิวัฒนาการอย่างไร
     9.3 ถ้าซากดึกดำบรรพ์ในตัวอย่างหมายเลข 3 4 5 และ 6 ขาดหายไป จากซากดึกดำบรรพ์ที่เหลืิอนักเรียนจะสรุปว่าอย่างไร
10. จงศึกษาข้อมูลจำนวนของซ่กดำดำบรรพ์ ไทรโลไบร์ ที่พบมีความยาวต่าง ๆ กัน ในชั้นของหินตะกอนที่มีความแตกต่างดังในตารางข้างล่างนี้

    10.1 จงนำข้อมูลด้านบนมาเขียนเป็นกราฟ

      10.2 ไทรโลไบท์ที่มีความยาวเท่าใดที่พบมากทั้งในชั้นดินหินตื้นและชั้นหินลึก
11. ในทะเลทราย เหตุใดจึงพบหนูสีน้ำตาลมากกว่าหนูสีดำ และลักษณะสีของขนนี้สามารถถ่ายทอดไปสู่ลูกหลานได้หรือไม่เพราะเหตุใด
ตรวจคำตอบกิจกรรมท้ายบทที่ 19

1. จากคำกล่าวที่ว่า "แมลงที่ได้รับสารฆ่าแมลงทำให้มีความต้านทานต่อสารฆ่าแมลงมากยิ่งขึ้น" นักเรียนเห็นด้วยกับคำกล่าวนี้หรือไม่ ให้เหตุผลประกอบ ?

·         ไม่เห็นด้วย เนื่องจากสารฆ่าแมลงไม่ได้ทำให้แมลงมีความต้านทานต่อสารฆ่าแมลงมากขึ้เน แต่แมลงที่มียีนต้านทานสารฆ่าแมลงจะถูกคักเลือกโดยธรรมชาติให้มีโอกาสอยู่รอด และให้กำเนิดลูกหลานในรุ่นต่อๆ ไป ทำให้ลูกหลานมีความต้านทานต่อสารฆ่าแมลง

2. จงเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างวิวัฒนาการระดับจุลภาคกับวิวัฒนาการระดับมหภาค ?

·         วิวัฒนาการระดับจุลภาคเป็นวิวัฒนาการที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุกรรมของยีนพูลภายในประชากรเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป แต่วิวัฒนาการระดับมหภาคเป็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากรที่ทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ ซึ่งนำไปสู่การเกิดความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต

3. การคัดเลือกดดยธรรมชาติและการคัดเลือกของมนุษย์แตกต่างกันอย่างไร ?

·         การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นการคัดเลือกสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะเหมาะสมที่สุดในสภาพแวดล้อมขณะนั้นให้ดำรงชีวิตอยู่ต่อไปเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอย่างช้าๆ ในช่วงเวลาหลายชั่วรุ่น แต่การคัดเลือกของมนุษย์เป็นการคัดเลือกลักษณะของสิ่งมีชีวิตตามความต้องการของมนุษย์ เช่น การคัดเลือกพันธุ์ของสุนัขเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในชั่วเวลาไม่กี่รุ่น

4. การแปรผันทางพันธุกรรม มิวเทชันและการคัดเลือกโดยธรรมชาติทำให้เกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตได้อย่างไร ?

·         มิวเทชัน เป็นการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้เกิดแอลลีนใหม่ๆ ที่สะสมไว้ในยีนพูลของประชากรที่ทำให้เกิดความแปรผันทางพันธุกรรมของประชากร สิ่งมีชีวิตในประชากรที่มีความแปรผันทางพันธุกรรม สิ่งมีีชีวิตใดที่มีลักษณะเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ในขณะนั้นก็จะถูกคัดเลือกโดยธรรมชาติ และทำให้เกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

5. ในพื้นที่แห่งหนึ่งมีประชากรจำนวน 400 คน ถ้าประชากรนี้มีความถี่ของยีน A = 0.6 และยีน a = 0.4 จงหาจำนวนประชากรที่อยู่ในสภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก ประกอบด้วยคนที่มีจีโนไทป์ใดบ้าง และมีจำนวนคนเท่าใด ?

·         ประชากรที่มีจีโนไทป์ AA หรือ p² = 0.6 x 0.6 = 0.36
ดังนั้นมีจำนวนประชากร = 0.36 x 400 = 144 คน
ประชากรที่มีจีโนไทป์ Aa หรือ 2pq = 2 x 0.6x0.4 = 0.48
ดังนั้นมีจำนวนประชากร = 0.48 x 400 = 192 คน
ประชากรที่มีจีโนไทป์ aa หรือ q2 = 0.4 x 0.4 = 0.16
ดังนั้นมีประชากร = 0.16 x 400 = 64 คน 

6. เพราะเหตุใดการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศของสิ่งมีชขีวิตจึงมีความสำคัญต่อการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ?

·         การสืบพันธุ์แบบอาศััยเพศ เกิดจากการรวมกันของเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้และเซลล์สืบพันธุ์เพศเมียในการสร้างเซลล์สืบพันธุ์โดยการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส จะมีกระบวนการครอสซิงโอเวอร์ที่ทำให้เกิดการรวมกันใหม่ของยีนในรูปแบบที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดความแปรผันทางพันธุกรรม ซึ่งธรรมชาติจะเป็นตัวคัดเลือกลักษณะทางพันธุกรรมที่เหมาะสมไว้ในประชากร

7. ในอดีตยีราฟมีคอยาวขึ้น ชอง ลามาร์ก และชาลส์ ดาร์วิน อธิบายปรากฎการณ์นี้อย่างไร ?

·         ลามาร์กอธิบายว่ายีราฟในอดีตมีลักษณะคอสั้น เมื่อพืชที่เป็นอาหารบนพื้นดินมีไม่เพียงพอทำให้ยีราฟต้องยืดคอเพื่อกินใบไม้บนต้นไม้สูงๆ อยู่เสมอ ยีราฟในปัจจุบันจึงมีคอยาวกว่ายีราฟในอดีต แต่ดาร์วินอธิบายว่าในอดีตมีทั้งยีราฟพันธุ์คอสั้นและพันธุ์คอยาว เมื่อพืชที่เป็นอาหารบนพื้นดินมีไม่เพียงพอยีราฟพันธุ์คอยาวสามารถกินใบไม้ในที่สูงได้จึงมีชีวิตอยู่รอดและสืบทอดลักษณะดังกล่าวไปยังรุ่นต่อๆ ไป ทำให้ยีราฟในปัจจุบันมีลักษณะคอยาวกว่ายีราฟในอดีต

8. จงอธิบายว่าเหตุใดสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะคล้ายคลึงกันมาก จึงไม่สามารถผสมพันธุ์กัน และให้กำเนิดลูกได้ ?

·         สิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะคล้ายคลึงกันมาก แต่ไม่สามารถผสมพันธุ์กันและให้กำเนิดลูกได้ทั้งนี้เพราะสิ่งมีชีวิตดังกล่าวเป็นสิ่งมีชีวิตต่างปสีชีส์กัน มียีนพูลต่างๆ จึงไม่สามารถถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีนระหว่างประชากรได้

9. จงศึกษาภาพและข้อความข้างล่างนี้ แล้วตอบคำถาม
     ภาพข้างล่างนี้เป็นซากดึกดำบรรพ์ของหอยโข่ง พบว่า ซากดึกดำบรรพ์หอยหมายเลข 1 มีอายุมากที่สุด คือ 10 ล้านปีมาแล้ว และซากดึกดำบรรพ์หอยที่มีอายุน้อยที่สุด คือ หอยหมายเลข 10 ซึ่งมีอายุประมาณ 3 ล้านปีมาแล้ว

    ถ้านักเรียนเป็นนักชีววิทยา จงเขียนบทความเพื่อจะตอบคำถามเหล่านี้

     9.1 หอยเหล่านี้มีความเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร ?

·         หอยเหล่านี้มีความเหมือนกัน คือ เปลือกหอยมีลักษณะขดเป็นวงซ้อนกันในรูปแบบบันใดเวียนขวา โดยปลายสุดของเปลือกหอยจะยกสูงขึ้นผิวของเปลือกมีลักษณะนูนเป็นซี่ ๆ และมีช่องเปิดของเปลือกเหมือนกัน ลักษณะที่แตกต่างกัน คือ จำนวนเกลียวที่ขดซ้อนกันเป็นวงจะมีจำนวนเพิ่มขึ้นจาก 1 ถึง 10 เกลียว เกลียวล่างสุดของหอยหมายเลข 1 2 และ 3 มีลักษณะเรียบ หอยหมายเลข 4 และ 5 พบลักษณะคล้ายสายสร้อยไข่มุกเรียงซ้อนกันตามขวาง และมีขนาดใหญ่ขึ้นในเปลือกหอยหมายเลข 6 และยาวขึ้นในเปลือกหอยหมายเลข 7 และ 8 และกหว้างขึ้นในเปลือกหอยหมายเลข 9 และ 10 ขณะที่รูปทรงของเปลือกหอยเปลี่ยนจากรูปกรวยทรงกลมมาเป็นรูปกรวยทรวงสามเหลี่ยม

     9.2 จากข้อมูลภาพข้างบนนี้แสดงให้เห็นถึงวิวัฒนาการอย่างไร ?

·         ลำดับการเกิดวิวัฒนาการของหอยอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากเปลือกหอยหมายเลข 1 จนกระทั่งปรากฎเป็นเปลือกหอยหมายเลข 10 ซึ่งเกิดขึ้นในระยะเวลานับล้านปี

     9.3 ถ้าซากดึกดำบรรพ์ในตัวอย่างหมายเลข 3 4 5 และ 6 ขาดหายไป จากซากดึกดำบรรพ์ที่เหลืิอนักเรียนจะสรุปว่าอย่างไร ?

·         ถ้าซากดึกดำบรรพ์หมายเลข 3 4 5 และ 6 ขาดหายไป ซากดึกดำบรรพ์ของหอยหมายเลข 1 และ 2 อาจมีความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดกันทางวิวัฒนาการ ขณะที่ซากดึกดำบรรพ์หอยหมายเลข 7 8 9 และ 10 อาจมีวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษที่แตกต่างกันจากซากดึกดำบรรพ์หมายเลข 1 และ 2

10. จงศึกษาข้อมูลจำนวนของซากดึกดำบรรพ์ ไทรโลไบร์ ที่พบมีความยาวต่าง ๆ กัน ในชั้นของหินตะกอนที่มีความแตกต่างดังในตารางข้างล่างนี้ ?

    10.1 จงนำข้อมูลด้านบนมาเขียนเป็นกราฟ ?

      10.2 ไทรโลไบท์ที่มีความยาวเท่าใดที่พบมากทั้งในชั้นดินหินตื้นและชั้นหินลึก ?

·         ไทรโลไบท์ที่พบมากทั้งในชั้นหินตื้นและชั้นหินลึก มีความยาวประมาณ 6 เซนติเมตร

11. ในทะเลทราย เหตุใดจึงพบหนูสีน้ำตาลมากกว่าหนูสีดำ และลักษณะสีของขนนี้สามารถถ่ายทอดไปสู่ลูกหลานได้หรือไม่เพราะเหตุใด ?

หนูสีน้ำตาลมีลักษณะกลมกลืนกับสภาพแวดล้อมในทะเลทรายได้ดีกว่าหนูสีดำ ทำให้มีโอกาสอยู่รอดจากการล่าของศัตรู เช่น นกเหยี่ยว ได้ดีกว่าทำให้มีโอกาสถ่้ายทอดลักษณะขนสีน้ำตาลไปยังลูกหลานได้ดีกว่าลักษณะขนสีดำ