فصل پنجم: تکامل و تنوع زیستی، 5.1 شواهد و مدارک تکامل

مقدمه

شواهد محکمی وجود دارد که نشان می­‌دهد، نظریه تنوع زیستی تکامل یافته و با انتخاب طبیعی ادامه می‌­یابد. با مقایسه توالی اسیدهای آمینه می‌توان اصل و نسب گونه‌­ها را ردیابی کرد. گونه‌ها با استفاده از یک سیستم توافق شده بین المللی نامگذاری و طبقه‌بندی‌ می‌شوند.

مفاهیم

  • زمانی که خصوصیات وراثتی یک گونه تغییر کند، تکامل روی می­‌دهد.
  • فسیل­‌ها مدرکی برای اثبات و تأیید تکامل هستند.
  • پرورش انتخابی حیوانات اهلی نشان می‌دهد که انتخاب مصنوعی به تکامل کمک می­‌کند.
  • انطباق شباهت­‌های ساختاری با وجود تفاوت در عملکرد، تکامل ساختارهای همولوگ را توضیح می‌دهد.
  • جمعیت‌های یک گونه در اثر تکامل به تدریج از یکدیگر جدا شده و به گونه‌های مجزایی تقسیم می­‌شوند.
  • تغییرات پیوسته در محیط جغرافیایی جمعیت‌های مرتبط باهم با مفهوم واگرایی تدریجی[1] مطابقت دارد.

کاربرد علم

  • مقایسه اندام پنتاداکتیل[2] (پنجه‌­ای) پستانداران، پرندگان، دوزیستان و خزندگان با روش‌های مختلف حرکتی.
  • بررسی تکامل حشرات ملانیستیک[3] در مناطق آلوده.

ماهیت علم

  • بررسی الگوها، روندها و تناقض­‌ها: ویژگی­‌های مشترکی در ساختارهای استخوانی مهره داران وجود دارد حتی با وجود این‌ که نوع استفاده از این اندام­‌ها در مهره‌داران متفاوت است.

خاخلاصه‌ای از تکامل

زمانی که خصوصیات وراثتی یک گونه تغییر کند، تکامل روی می­‌دهد

مکانیسم تکامل اکنون به خوبی درک شده است و آن انتخاب طبیعی است. با وجود شواهد کافی که بیان می­‌کند تکامل نتیجه­‌ی انتخاب طبیعی است اما هنوز در میان برخی گروه‌های مذهبی این موضوع به طور گسترده انکار می‌شود. بیشتر نسبت به اینکه گونه‌ها می‌توانند تکامل پیدا کنند، اعتراض وجود دارد تا اساس و منطق مکانیسمی که منجر به تکامل می‌شود. بنابراین بررسی و مطالعه­‌ی شواهد تکامل بسیار مهم است.شواهد زیادی وجود دارد که نشان می‌دهد با گذشت زمان گونه­‌ها تغییر می­‌کنند؛ زیست­‌شناسان این فرآیند را تکامل می‌نامند. لازم است تا بین خصوصیات اکتسابی که فرد در طول زندگی کسب می‌­کند و خصوصیات وراثتی که از والدین به فرزندان منتقل می‌شوند، تمایز قائل شد. تکامل فقط مربوط به خصوصیات وراثتی است.

شواهد فسیلی

فسیل‌­ها مدرکی برای اثبات و تأیید تکامل هستند.

در نیمه اول قرن نوزدهم، توالی لایه‌­ها و رسوبات سنگی بررسی شدند و دوره‌­های زمین‌شناسی نام گذاری شدند. در آن زمان مشخص شد که فسیل‌های لایه­‌های مختلف بایکدیگر متفاوت هستند و یک سیر زمانی در تشکیل  فسیل­‌ها(دنباله فسیلی) را نشان می­‌دهند. در قرن بیستم، با روش‌های مطمئن و دقیقی مانند سنجش میزان تجزیه رادیو ایزوتوپ­‌ها، سن لایه‌­های سنگی و فسیل موجود در آن‌ها محاسبه شد. یکی از شاخه­‌های علم دیرینه شناسی، مطالعه و بررسی فسیل­‌ها است؛ فسیل­‌ها شواهد محکمی برای اثبات تکامل هستند.

  • توالی رسوبی که از فسیل‌­ها به دست آمده است با روند تکاملی که مدنظر دانشمندان است، مطابقت دارد. با توجه به شواهد بدست آمده، ابتدا باکتری‌ها و جلبک‌­های ساده ظاهر می‌شوند سپس قارچ‌ها و کرم­‌ها و در نهایت مهره‌داران روی زمین ظاهر می­‌شوند. در میان مهره‌داران، ماهیان استخوانی حدود 420 میلیون سال پیش، دوزیستان 340 میلیون سال پیش، خزندگان 320 میلیون سال پیش، پرندگان 250 میلیون سال پیش و پستانداران جفت‌­دار 110 میلیون سال پیش ظاهر شده‌اند.
  • این دنباله‌های فسیلی و توالی­‌ها با اکولوژی نیز مطابقت دارند، از نظر لایه‌های زمین شناسی، فسیل‌های گیاهی قبل از فسیل‌های حیوانی در لایه­‌های رسوبی مشاهده شده­اند این شواهد تایید کننده این وقایع است که گیاهان قبل از حیوانات به وجود آمده­‌اند همچنین گیاهان گرده افشان نیز قبل از حشرات گرده افشان ظاهر شده‌اند.
  • توالی‌های بسیاری از فسیل‌ها شناخته شده است که موجودات را با اجداد احتمالی آن‌ها پیوند می‌دهد. به عنوان مثال: اسب­‌ها، الاغ‌ها و گورخرها، از اعضای سرده ستوران[1] ، بیشترین ارتباط را با کرگدن­‌ها و تاپیرها[2] دارند. توالی گسترده‌ای از فسیل‌های مربوط به بیش از 60 میلیون سال پیش، این جانوران را به کوه‌خرگوش‌دد[3]، حیوانی که بسیار شبیه به کرگدن است، ارتباط می­‌د­هد.

مکن

طرح سوال مبتنی بر داده: حلقه‌های گمشده

اختلاف­­‌های مشاهده شده در فسیل­‌های شاهد، باعث ایجاد شکاف‌هایی در ثبت شواهد تکامل شده است که به آن‌ها حلقه­‌های (حدواسط‌های) گمشده یا مفقود گفته می­‌شود. به عنوان مثال حد واسط خزندگان و پرندگان.

و.

کشف فسیل‌هایی که این شکاف‌­ها را پر می‌کنند برای زیست شناسان هیجان انگیز است.

  • طول دایناسور پارادوکسوس را از سر تا نوک دم آن محاسبه کنید.[2]
  • سه شباهت بین این دایناسور و خزندگان امروزی را نام ببرید.[3]
  • عملکردی را برای اولین نسل از دایناسور پاردوکسوس پیشنهاد دهید.[1]
  • دو ویژگی که دایناسور پارادوکسوس در روند تکامل خود جهت کسب توانایی پرواز کردن نیاز داشت را پیشنهاد دهید.[2]
  • چرا اطمینانی از شباهت بین پرهای اولین فرزندان دایناسور پارادوکسوس و پرهای پرندگان امروزی وجود ندارد؟[2]

شواهد پرورش انتخابی[2]

پرورش انتخابی حیوانات اهلی نشان می‌دهد که انتخاب مصنوعی به تکامل کمک می­‌کند.

انسان‌ هزاران سال است که از روی عمد گونه‌های خاص جانوری را پرورش می­‌دهند و از آن­‌ها استفاده می‌کند.  اگر نژادهای مدرن دام با گونه‌های وحشی که بیشتر به آن شباهت دارند مقایسه شود، اختلاف زیادی بین آن­‌ها مشاهده می‌شود. تفاوت بین مرغ‌های تخم­‌گذار مدرن و مرغ جنگلی جنوب آسیا یا گاوهای آبی بلژیکی و آرچوس[3] های آسیای غربی را در نظر بگیرید. همچنین نژادهای مختلفی از گوسفند، گاو و سایر دام­‌های اهلی هستند که تنوع زیادی بین آنان وجود دارد.

کاملاً مشخص است که گونه‌های اهلی امروزی از ابتدا به این شکل نبوده‌اند. تنها دلیل قابل باور در مورد این موضوع این است که این نوع تغییرات فقط با انتخاب و پرورش مکرر گونه­‌های حیوانی برای یافتن بهترین گونه جهت استفاده‌ی انسان حاصل شده است. این فرایند انتخاب مصنوعی نام دارد. اثربخشی انتخاب مصنوعی با تغییرات قابل توجهی که در طی دوره بسیار کوتاهی در حیوانات اهلی رخ می­دهد، نشان داده شده است. بنابراین می‌­توان گفت که انتخاب می‌تواند باعث تکامل شود اما ثابت نمی‌کند که تکامل گونه‌ها به طور طبیعی اتفاق افتاده است یا انتخاب طبیعی، به عنوان یک مکانیسم منجر به تکامل شده ­است.

نهت

همسانی و تکامل

بررسی الگوها، روندها و تناقض­‎‌ها: ویژگی­‌های مشترکی در ساختارهای استخوانی مهره داران وجود دارد، حتی با وجود اینکه نوع استفاده از این اندام­‌ها در مهره‌داران متفاوت است.

مهره‌داران از اندام­‌های خود به روش‌های مختلفی استفاده می­‌کنند؛ مانند راه رفتن، دویدن، پریدن، پرواز کردن، شنا کردن، گرفتن و کندن.  این حرکت­‌ها و کارکردهای متنوع به مفصلی نیاز دارد که به روش­‌های مختلف، سرعت متفاوت مورد نیاز برای هر حرکت و همچنین میزان مختلف نیرو را تأمین کند. بنابراین منطقی است که ساختار استخوانی آن‌ها بسیار متفاوت باشد، اما با وجود چنین تفاوت­‌هایی، این ساختارهای استخوانی ویژگی‌های مشترکی دارند که در اغلب اندام­‌های مهره‌داران وجود دارد.

الگوهایی مانند این نیاز به توضیح دارند. تنها توضیح منطقی که تاکنون در این مورد ارائه شده است، تکامل از یک جد مشترک است. در نتیجه، ساختار استخوانی مشترک اندام مهره‌داران به یک مدرک کلاسیک برای تکامل تبدیل شده است.

طرح سوال مبتنی بر داده: اهلی سازی ذرت

یک گیاه وحشی بنام زئا[4] که در آمریکای مرکزی می­‌روید احتمالاً نیای ذرت[5] است. بازده‌ی کشت زئا حدود 150 کیلوگرم در هکتار است. این مقدار با متوسط جهانی بازده‌ی کاشت ذرت که 4100 کیلوگرم در هکتار است، مقایسه شده ­است. جدول شماره 1، طول لپه­‌های بعضی از ذرت‌ها را نشان می‌دهد. ذرت حداقل 7000 سال پیش اهلی شده است.

  • درصد اختلاف بین زئا و ذرت شیرین(Silver Queen) را محاسبه کنید.[2]
  • درصد اختلاف میزان محصول تولیدی زئا و متوسط جهانی محصول ذرت را محاسبه کنید.[2]
  • فاکتورهایی به غیر از طول دانه را که توسط کشاورزان انتخاب شده است، پیشنهاد دهید.[3]
  • چرا روند تکامل در طی نسل‌ها آهسته شده است؟ توضیح دهید.[3]
طول دانه ذرت (mm) گونه و خواستگاه ذرت
14 زئا- گونه وحشی ذرت
45 ذرت اولیه- کلمبیا
65 ذرت باستانی پرو – 500 قبل از میلاد
90 Imbricado- ذرت اولیه کلیمبیایی
170 Silver Queen- ذرت شیرین جدید

              جدول شماره 1

خنا

شواهدی از ساختارهای همولوگ

انطباق شباهت­‌های ساختاری با وجود تفاوت در عملکرد، تکامل ساختارهای همولوگ را توضیح می‌دهد.

داروین در توضیح منشأ گونه‌ها اشاره كرده است كه از نظر ساختاري در بين اندام‌­ها ظاهری برخی شباهت‌های یکسان وجود دارد؛ مثلاً بين يك فیل دریایی[1] و يك نهنگ، يا بين يك نهنگ و ماهی. شباهت­ بین باله‌های دم نهنگ‌ و ماهی‌­ها به عنوان ساختارهای مشابه شناخته می‌شوند. اما با مطالعه دقیق آن­‌ها متوجه می­‌شویم که این ساختارها بسیار متفاوت هستند. در یک تفسیر تکاملی می­‌توان گفت که آن‌ها اجداد متفاوتی داشته‌اند اما به دلیل عملکردهای مشابه، شباهت­‌هایی با یکدیگر پیدا کرده­‌اند. این نوع تکامل، تکامل همگرا نامیده می‌شود.

ساختارهای همولوگ وضعیتی برعکس این موضوع هستند. آن‌ها در ظاهر و عملکرد شاید متفاوت به نظر برسند اما منشأ یکسانی دارند و این همان چیزی است که داروین به آن “وحدت انواع[2]” می‌گفت. او اندام‌های قدامی(جلویی) انسان، موش کور، اسب، خوکچه و خفاش را مثال زد و این پرسش را مطرح کرد که چه دلیلی بهتر از این وجود دارد که گفته شود آن‌ها ” استخوان‌های یکسان در موقعیت­‌های مشابه” هستند، با وجود این که ظاهر آن­‌ها کاملاً متفاوت است. توضیح تکاملی این موضوع این است که آن‌ها منشأ یکسانی داشته‌اند و از اجدادی که اندام پنتاداکتیل داشته‌اند یا پنج انگشتی بوده‌اند ایجاد شده­‌اند و در روند تکامل به دلیل عملکردهای مختلفشان ظاهر این اندام‌ها نیز در آن‌ها متفاوت شده است. به این فرایند واگرایی سازشی[3] می‌گویند.

نمونه‌های زیادی از ساختارهای همولوگ وجود دارد. گرچه با استفاده از ساختارهای همولوگ نمی‌­توان ثابت کرد که موجودات زنده از هم تکامل یافته‌اند و یا نیای مشترک داشته‌اند و هیچ مکانیسمی در مورد نحوه تکامل آن­‌ها نمی‌توان توصیف کرد اما توضیح این ساختارهای همولوگ نیز بدون اشاره به علم تکامل دشوار است. مورد جالب توجه، ساختارهایی است که داروین آن‌ها را “اندام‌های ابتدایی[4]” نامید؛ ساختارهایی که در شرایط فعلی جاندار از نظر اندازه و عملکرد کاهش یافته­‌اند یا هیچ عملکردی ندارند و آن‌ها را اندام‌های وستیجیال (یا رد پا) می‌نامند. مثلاً دندان‌هایی که در جنین نهنگ وجود دارد با این که نهنگ بالغ فاقد دندان است، لگن کوچک و استخوان ران در دیواره بدن نهنگ‌ها و برخی مارها و همچنین آپاندیس در انسان‌. این ساختارها در تکامل به عنوان ساختارهایی تعریف می‌شوند که دیگر عملکردی ندارند و بنابراین به تدریج از بین می‌روند.

پنجه (اندام­‌های پنتاداکتیل)

مقایسه پنجه در پستانداران، پرندگان، دوزیستان و خزندگان با روش‌های مختلف حرکتی.

ساختار اندام پنتاداکتیل (پنجه):

ساختار استخوان اندام جلویی اندام پشتی
تک استخوان در قسمت مرکزی بدن استخوان بازو استخوان ران
دو استخوان در قسمت انتهایی زند زیرین و زند زبرین درشت نی و نازک نی
گروهی از استخوان‌های مچ دست و مچ پا استخوان‌های مچ دست استخوان‌های هفتگانه مچ پا
مجموعه‌ای از استخوان‌های پنج انگشت استخوان‌های کف دست و بندهای انگشتان استخوان‌های متاتارسال (کف پا) و بندهای انگشتان

الگوی موجود در استخوان‌ها و تغییرات آن‌ها در همه دوزیستان، خزندگان، پرندگان و پستاندارن یکسان است؛ هرچند عملکرد آن‌ها متفاوت و منحصر به فرد است.

تصاویر شکل شماره 6، نمونه­ای از اسکلت‌های چهار نوع مهره‌داری است که اندام‌های دارای ساختار همولوگ دارند: دوزیستان، خزندگان، پرندگان و پستانداران. هریک از آن‌ها دارای اندام پنتاداکتیل یا پنجه­‌ای هستند.

  • سوسمارها روی زمین راه می­‌روند یا می­‌خزند و از اندام‌های پشتی خود برای شنا کردن استفاده می‌کنند.
  • پنگوئن­‌ها از اندام پشتی خود برای راه رفتن و از اندام جلویی به عنوان باله برای شنا کردن استفاده می‌کنند.
  • مورچه­‌خوار خاردار[5] از چهار اندام خود برای راه رفتن استفاده می‌کند؛ او همچنین اندام­‌های جلویی خود را برای حفاری به کار می­‌برد.
  • قورباغه از چهار اندام خود برای حرکت و از اندام‌های پشتی خود برای پرش استفاده می‌کند.

تفاوت‌های ظاهری ساختار اندام‌ها را در این چهار گروه می‌توان در ضخامت و طول استخوان‌ها مشاهده کرد. البته بعضی از استخوان‌های کف دست و بندهای انگشتان در اندام جلویی پنگوئن در طی تکامل از بین رفته­‌اند.

عاغغ

فعالیت

اندام­‌های پنتاداکتیل (پنجه­‌‌ای) در پستاندارانمنا

شکل شماره7. اندام‌­های پروداکتیل در پستاندارن .(بدون مقیاس گذاری)

برای هر استخوان یک کد رنگی انتخاب کنید و نمودار شکل شماره 7 را رنگ آمیزی کنید تا نوع هر استخوان نشان داده شود. چگونه از هر اندام استفاده می‌شود؟ چه ویژگی‌هایی در استخوان­‌های هر اندام باعث سازگاری با نوع استفاده از آن‌ها شده است؟

گونه‌زایی

جمعیت‌های یک گونه با تکامل به تدریج از یکدیگر جدا شده و به گونه‌های جداگانه‌ای تقسیم می­‌شوند.

اگر جمعیتی از یک گونه از هم جدا شوند و به دو جمعیت جداگانه تبدیل شوند که با هم آمیزش نداشته باشند، انتخاب طبیعی روی این دو جمعیت به گونه‌ای متفاوت عمل می‌کند، و با روش‌های متفاوتی تکامل پیدا می‌کنند. خصوصیات دو جمعیت به تدریج از یکدیگر دور می‌شود و بعد از مدتی قابل تمایز خواهند بود. اگر جمعیت‌ها با گذشت زمان با هم ادغام شوند و شانس آمیزش درون گونه‌ای داشته باشند، اما در واقع با هم آمیزش پیدا نکنند آن­گاه مشخص می­‌‎شود که به گونه‌های جداگانه‌ای تبدیل شده‌اند. این فرایند را گونه‌زایی می­‎‌گویند. گونه‌زایی اغلب پس از گسترش جمعیت یک گونه با مهاجرت به یک جزیره رخ می‌دهد(انزوای جمعیت). این مساله وجود تعداد زیادی از گونه‌های جدید را در جزایر بومی توضیح‌­پذیر می‌کند. گونه بومی گونه‌ای است که در یک منطقه جغرافیایی خاص یافت می‌شود. مارمولک‌های لاوای[1] جزایر گالاپاگوس نمونه‌ای از این موارد است. یک گونه در همه جزایر اصلی مجمع الجزایر وجود دارد. در شش جزیره کوچکتر، گونه‌ای کاملاً نزدیک اما متفاوت وجود دارد که در اثر مهاجرت سایر گونه­‌ها به جزایر دیگر و واگرایی سازشی ایجاد شده است.

شواهدی از الگوهای تنوع

تغییرات پیوسته در محیط جغرافیایی جمعیت‌های مرتبط باهم با مفهوم واگرایی تدریجی مطابقت دارد.

اگر جمعیت‌ها به مرور از یکدیگر جدا شوند و به گونه‌های جداگانه­‌ای تبدیل شوند، هر لحظه انتظار می­‌رود که بتوان نمونه‌هایی از واگرایی را در گونه‌­ها پیدا کرد. این همان چیزی است که در طبیعت مشاهده می­‌شود و چارلز داروین در فصل دوم کتاب “خواستگاه گونه‌ها”[2] آن را اینگونه توصیف کرده ­است. او نوشت:

“سال­‌ها قبل هنگام مقایسه­‌ی پرندگان مجمع الجزایر گالاپاگوس با پرندگان سرزمین اصلی آمریکا، بین گونه­‌ها و انواع پرندگان متوجه تفاوت‌هایی شدم که در عین قطعیت کاملاً مبهم و خودسرانه بودند.”

تغییرات مداوم در جمعیت‌ها با این باور که گونه‌ها از انواع متفاوتی از ارگانیسم­‌ها ایجاد شده‌اند، مطابقت ندارد؛ بنابراین این تغییرات باید به گونه­‌ای باشد که در محدوده جغرافیایی جانور ثابت باشد یا اینکه گونه‌ها را تغییر ندهد. در عوض شواهدی از تکامل گونه‌ها و منشأ گونه‌های جدید فراهم می‌شود.داروین جمعیت‌هایی را مثال زد که تفاوت در آن‌ها قابل تشخیص بود اما نه به آن اندازه­ای که بتوان گفت گونه‌هایی جداگانه هستند. یکی از مواردی که او مثال زد، باقرقره حنایی[3] انگلیسی و باقرقره بید نروژی[4] بودند. آن‌ها گاهی به عنوان گونه‌های جداگانه و گاهی به عنوان انواعی از گونه لاکاپاگوس طبقه‌بندی‌ شده‌اند. نامگذاری و طبقه‌بندی‌ موجودات زنده یک مشکل متداول برای زیست شناسان است. از آنجا که گونه‌ها می‌توانند به تدریج در مدت زمان طولانی از هم دور شوند و تغییر ناگهانی از دو جمعیت یک گونه به دو گونه جداگانه وجود ندارد، تصمیم برای یکی گرفتن این دو جمعیت یا تقسیم آن‌ها به گونه‌های جداگانه کاملاً اختیاری است.

نم

ملانیسم صنعتی

افزایش حشرات ملانیستیک در مناطق آلوده

حشراتی با رنگ تیره که رنگ اصلی در نوع آن­‌ها روشن است، حشرات ملانیستیک نامیده می­‌شوند. مشهورترین نمونه این حشرات، پروانه فلفلی(بیستون بتولاریا[5]) است. این نوع حشرات نمونه‌ای از انتخاب طبیعی هستند، زیرا حشرات ملانیستیک در مناطق صنعتی آلوده در مقایسه با شاپرک­‌های فلفلی روشن، استتار بهتری دارند. یک توضیح ساده از ملانیسم صنعتی:

  • پروانه­­‌های بالغ برای جفت­یابی و تولید مثل، شب­‌ها پرواز می‌کنند.
  • در طول روز آن‌ها روی شاخه‌ درختان استراحت می‌کنند.
  • پرندگان و سایر حیواناتی که در روشنایی روز شکار می‌کنند، در صورت یافتن پروانه­‌ها، آن‌ها را شکار می‌کنند.
  • در مناطق پاک، شاخه‌های درختان پوشیده از گلسنگ­‌های کم رنگ است و پروانه‌های فلفلی کاملاً درون آن­‌ها می‌­توانند مستتر شوند.
  • آلودگی حاصل از دی اکسید گوگرد باعث از بین رفتن گلسنگ‌ها می‌شود. دوده حاصل از سوختن زغال سنگ شاخه‌های درخت را سیاه می‌کند.
  • پروانه‌های ملانیستیک در مناطق آلوده به خوبی در شاخه‌های درختان تیره، استتار می­‌شوند.
  • در مناطق آلوده، پروانه فلفلی ملانیستیک در مدت زمان نسبتاً کوتاهی جایگزین تیره فلفلی اصلی می­‌شود، اما در مناطق غیر آلوده این جایگزینی رخ نمی­‌دهد.

خحهخ

زیست‌شناسان از ملانیسم صنعتی به عنوان نمونه‌ای کلاسیک از تکامل توسط انتخاب طبیعی استفاده کرده‌­ا‌ند. شاید به همین دلیل، یافته‌های این تحقیقات بارها با مخالفت روبرو شده ­است. طراحی برخی آزمایش­‌های اولیه در زمینه استتار و شکار پروانه‌ها مورد انتقاد قرار گرفته است و این مورد برای ایجاد تردید در مورد این که آیا انتخاب طبیعی واقعاً رخ داده است مورد استفاده قرار گرفته است.

مایکل ماجروس[1] در کتاب “بیدها[2]” ارزیابی دقیقی از شواهد تکامل ملانیسم در پروانه­‌های فلفلی و سایر گونه‌های پروانه­­‌ای ارائه می‌دهد. یافته‌های وی شواهدی درباره ملانیسم در پروانه­‌های فلفلی و سایر گونه‌های پروانه در اثر آلودگی­‌های صنعتی بسیار شدید است، اگرچه عواملی غیر از استتار نیز  بر میزان بقای انواع معمولی و ملانیک پروانه­‌ها تأثیر می­‌گذارد.

نظریه علم

تا چه اندازه می‌توان از مدل‌­های رایانه­‌ای برای بررسی نظریه­ها استفاده کرد؟

مزیت یک نظریه مقداری است که پدیده را توضیح می­‌دهد و درجه­ای که اجازه می­‌دهد تا پیش بینی شود یکی از روش­‌های آزمون نظریه تکامل توسط انتخاب طبیعی استفاده از مدل­‌های رایانه‌­ای است.در  مدل­‌های رایانه­‌ای از نظریه ساعت ساز نابینا(Blind Watchmaker) برای نشان دادن چگونگی تکامل پیچیدگی از فرم­‌های ساده از طریق انتخاب مصنوعی استفاده می‌شود. از مدل رایانه­‌ای Weasel نیز برای نشان دادن توانایی انتخاب مصنوعی در افزایش سرعت تکامل در حوادث تصادفی استفاده می­‌شود. یک مدل رایانه­‌ای باید چه ویژگی‌هایی داشته باشد تا بتواند با انتخاب طبیعی، تکامل را شبیه سازی کند؟

 

یکی از انتقادات به آزمایش­‌های اولیه در مورد شکار پروانه فلفلی (بیستون بتولاریا) این بود که پروانه‌ها روی نواحی ای از درختان قرار می‌گرفتند که به طور معمول محل استراحت و سکونت آن­‌ها نبود. پروانه‌ها توانستند به سمت محل‌­های بهتری پرواز کنند اما با این وجود هنوز هم انتقاداتی به این موضوع در برخی وبسایت­‌ها درج می‌­شد. آزمایشاتی که در دهه 1980 انجام شد، تأثیر موقعیتی را که پروانه‌ها در آن قرار داده شده بودند، مورد بررسی قرار داد. انواع فلفلی  و ملانیک (پنجاه مورد) گونه بیستون بتولاریا روی تنه درختان و 50 میلی متر پایین‌­تر بین شاخه اصلی و تنه درخت قرار گرفتند. این آزمون در دو جنگل بلوط، یکی در منطقه غیر آلوده در جنگلی واقع در جنوب انگلیس و دیگری در منطقه­‌ای آلوده نزدیک استوک-آن-ترنت[1] در میدلندز انجام شد. نمودارهای جعبه­‌ای در شکل شماره 11، درصد پروانه‌های شکارشده و پروانه­‌های زنده را نشان می‌دهد.

طرح سوال مبتنی بر داده: نرخ شکار  پروانه فلفلی

  • الف) با توجه به داده‌­ها، پروانه‌ها اگر روی تنه درخت قرار بگیرند بیشتر خورده می‌شوند یا روی محل اتصال بین شاخه اصلی و تنه، ؟ استدلال کنید.

ب) دلیل این تفاوت چیست؟

  • الف) میزان بقای پروانه‌های فلفلی و ملانیک در جنگل را با یکدیگر مقایسه کنید.

ب) تفاوت نرخ زنده ماندن دو گونه موجود در جنگل را توضیح دهید.

  • بین میزان بقای نسبی پروانه‌های فلفلی معمولی و ملانیک در جنگل استوک-آن-ترنت و جنگل‌های جدید چه تفاوتی وجود دارد؟
  • از دهه 1980 آلودگی محیط زیست ناشی از صنعت در نزدیکی استوک-آن-ترنت بسیار کاهش یافته است. عواقب این تغییر برای پروانه­‌های شب فلفلی را پیش بینی کنید.

حههن

 

 

[1] Stoke-on-Trent

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تا چه اندازه می‌توان از مدل­های رایانه­ای برای بررسی نظریه­ها استفاده کرد؟

مزیت یک نظریه مقداری است که پدیده را توضیح می­دهد و درجه­ای که اجازه می­دهد تا پیش بینی شود یکی از روش­های آزمون نظریه تکامل توسط انتخاب طبیعی استفاده از مدل­های رایانه­ای است.در  مدل­های رایانه­ای از نظریه ساعت ساز نابینا(Blind Watchmaker) برای نشان دادن چگونگی تکامل پیچیدگی از فرم­های ساده از طریق انتخاب مصنوعی استفاده می‌شود. از مدل رایانه­ای Weasel نیز برای نشان دادن توانایی انتخاب مصنوعی در افزایش سرعت تکامل در حوادث تصادفی استفاده می­شود. یک مدل رایانه­ای باید چه ویژگی‌هایی داشته باشد تا بتواند با انتخاب طبیعی، تکامل را شبیه سازی کند؟

 

نظریه علم

طرح سوال مبتنی بر داده: نرخ شکار  پروانه فلفلی

یکی از انتقادات به آزمایش­های اولیه در مورد شکار پروانه فلفلی (بیستون بتولاریا) این بود که پروانه‌ها روی نواحی ای از درختان قرار می­گرفتند که به طور معمول محل استراحت و سکونت آن­ها نبود. پروانه‌ها توانستند به سمت محل­های بهتری پرواز کنند اما با این وجود هنوز هم انتقاداتی به این موضوع در برخی وبسایت­ها درج می­شد. آزمایشاتی که در دهه 1980 انجام شد، تأثیر موقعیتی را که پروانه‌ها در آن قرار داده شده بودند، مورد بررسی قرار داد. انواع فلفلی  و ملانیک (پنجاه مورد) گونه بیستون بتولاریا روی تنه درختان و 50 میلی متر پایین­تر بین شاخه اصلی و تنه درخت قرار گرفتند. این آزمون در دو جنگل بلوط، یکی در منطقه غیر آلوده در جنگلی واقع در جنوب انگلیس و دیگری در منطقه­ای آلوده نزدیک استوک-آن-ترنت[1] در میدلندز انجام شد. نمودارهای جعبه­ای در شکل شماره 11، درصد پروانه‌های شکارشده و پروانه­های زنده را نشان می‌دهد.

  • الف) با توجه به داده­ها، پروانه‌ها اگر روی تنه درخت قرار بگیرند بیشتر خورده می‌شوند یا روی محل اتصال بین شاخه اصلی و تنه، ؟ استدلال کنید.

ب) دلیل این تفاوت چیست؟

  • الف) میزان بقای پروانه‌های فلفلی و ملانیک در جنگل را با یکدیگر مقایسه کنید.

ب) تفاوت نرخ زنده ماندن دو گونه موجود در جنگل را توضیح دهید.

  • بین میزان بقای نسبی پروانه‌های فلفلی معمولی و ملانیک در جنگل استوک-آن-ترنت و جنگل‌های جدید چه تفاوتی وجود دارد؟
  • از دهه 1980 آلودگی محیط زیست ناشی از صنعت در نزدیکی استوک-آن-ترنت بسیار کاهش یافته است. عواقب این تغییر برای پروانه­های شب فلفلی را پیش بینی کنید.

 

 

[1] Stoke-on-Trent

[1] Michael Majerus

[2] Moths


[1]
lava lizards

[2] The Origin of Species

[3] grouse of Britain

[4] Willow ptarmigan of Norway

[5] Biston betularia                                     

[1] dugong

[2] unity of type

[3] adaptive radiation

[4] Rudimentary organs

[5] echidnas

 

[1] protofeather

[2] selective breeding

[3] یک گونه گاو وحشی متعلق به اوراسیا  که احتمالاً اجداد گاو اهلی امروزی بوده است.

[4] teosinte

[5] Zea mays

[1] Equus

[2] tapirs

[3] Hyracotherium

 

[1] gradual divergence

[2] pentadactyl

[3] melanistic

اشتراک گذاری:

دیدگاهتان را بنویسید