5.2. انتخاب طبیعی

اهن

 مفاهیم

  • انتخاب طبیعی فقط در صورت وجود تنوع در بین اعضای یک گونه، رخ می­‌دهد.
  • جهش، میوز و تولید مثل جنسی باعث ایجاد تنوع در افراد یک گونه می‌شوند.
  • انطباق یا سازگاری[1] شامل کسب ویژگی‌هایی است که باعث می­‌شود فرد خود را با محیط و سبک زندگیش وفق دهد.
  • تمایل گونه‌ها به زادآوری نسبت به توان محیط بیشتر است.
  • افرادی که سازگاری بیشتری دارند تمایل به زنده ماندن و تولید زاده‌های بیشتری دارند در حالی که افرادی که سازگاری کمتری دارند تمایل به مرگ و تولید زاده‌های کمتری دارد.
  • در صورت تولید مثل، ویژگی­‌های والدین به فرزندان منتقل می­‌شود.

انتخاب طبیعی فراوانی خصوصیاتی را که باعث سازگاری بهتر افراد می‌شود افزایش داده و فراوانی سایر ویژگی‌ها را که منجر به تغییر در گونه‌ها می شود را کاهش می‌دهد.

کاربرد در علم

  • تغییر در منقار سهره­‌های[2] جزیره دافنه میجر[3].
  • تکامل مقاومت آنتی‌بیوتیکی در باکتری‌ها.

ماهیت علم

  • از تئوری­ها برای توضیح پدیده‌های طبیعی استفاده می­‌شود: تئوری تکامل با انتخاب طبیعی می‌تواند تکامل مقاومت آنتی‌بیوتیکی در باکتری‌ها را توضیح دهد.

تنوع[4]

انتخاب طبیعی فقط در صورت وجود تنوع در بین اعضای یک گونه، رخ می‌دهد.

چارلز داروین که با کشتی بیگل[5] سفر دریایی خود را آغاز کرده بود پس از بازگشت به انگلستان سال­‌ها به تفسیر اطلاعات بدست‌ ­آمده  از آن سفر پرداخت. با اینکه او نظریه تکامل را در اواخر دهه 1830 شرح داد اما در تلاش بود تا شواهد بیشتری برای اثبات آن جمع­ آوری کند. داروین در سال 1859 اثر بزرگ خود را به نام “خواستگاه گونه­‌ها” به چاپ رساند. وی در این کتاب که  نزدیک به 500 صفحه دارد، نظریه خود را توضیح داده و شواهدی را که در مدت 20 تا 30 سال قبل از انتشار کتاب جمع آوری کرده بود را در این نسخه  ارائه کرد.

یکی  از مشاهداتی که داروین آن را اساس نظریه تکامل با انتخاب طبیعی قرار داد، تنوع(گوناگونی) است. اکثر جمعیت‌ها در بسیاری از جهات باهم تفاوت دارند. تنوع در جمعیت انسانی به وضوح قابل مشاهده است: قد، رنگ پوست، گروه خونی و بسیاری از ویژگی‌های دیگر. در سایر گونه‌ها، تغییرات بلافاصله مشخص نمی‌شوند اما با مشاهده دقیق می­توان به آن پی برد. انتخاب طبیعی به میزان تنوع در جمعیت بستگی دارد؛ اگر همه افراد در یک جمعیت یکسان باشند، هیچ راهی وجود نخواهد داشت که برخی از افراد نسبت به سایر جمعیت برتری داشته باشند. (برتری تکاملی)نغا

منابع تنوع

جهش، میوز و تولید مثل جنسی باعث ایجاد تنوع در افراد یک گونه می‌شوند.

علل وجود تفاوت در جمعیت‌ها اکنون به خوبی قابل درک است:

  • جهش دلیل اصلی ایجاد تنوع در جمعیت است. الل‌های جدید با جهش­‌ها ژنی تولید می‌شوند که خزانه ژنی جمعیت را بزرگ می‌کند.
  • تقسیم میوز با استفاده از تفکیک الل‌های موجود در سلول دیپلوئید، ترکیب جدیدی از الل‌ها را به وجود می­آورد. هر سلول تولید شده توسط میوز به دلیل کراسینگ اور و جهت گیری متفاوت تترادها، ترکیب متفاوتی از الل‌ها را داراست.
  • تولید مثل شامل ادغام گامت‌های نر و ماده است. گامت‌ها معمولاً از دو والد ایجاد می شوند و سلول­‌های تشکیل دهنده فرزندان ترکیبی از الل‌های هر دو فرد را دارند. این امر موجب می‌شود، جهش­‌هایی که در افراد مختلف به طور مجزا رخ داده است باهم جمع شوند.

در گونه‌هایی که تولید مثل جنسی رخ نمی‌دهد تنها منبع تنوع، جهش است. اما به طور کلی با گذشت زمان و تغییر در شرایط محیطی، این گونه­‌ها به اندازه کافی تنوع پیدا نمی­‌کنند.

سازگاری

انطباق یا سازگاری شامل کسب ویژگی‌هایی است که باعث می­‌شود فرد خود را با محیط و سبک زندگیش وفق دهد.

 یکی از موضوعات تکرار شونده در زیست شناسی رابطه نزدیک بین ساختار ارگان­‌ها و عملکرد آن­‌هاست. به عنوان مثال: ساختار منقار پرنده با رژیم غذایی و نوع غذا خوردن آن همبستگی دارد. پوشش ضخیم (موهای بسیار) گاو مُشک[1] به وضوح با دمای پایین زیستگاه‌های شمالی آن ارتباط دارد. بافت ذخیره­کننده آب در کاکتوس با بارش کم آب در صحرا مرتبط است. در زیست شناسی به خصوصیاتی از این قبیل که فرد را با سبک زندگی و محیط اطرافش وفق می­دهد، سازگاری[2] گفته می‌شود.

اصطلاح سازگاری بیانگر این است که ویژگی‌های ساختاری و عملکردی ارگانیسم­‌ها با گذشت زمان تکامل و پرورش می‌یابند و باعث تکامل گونه‌ها می­‌شوند. در این فرآیند هدف اصلی را نباید فراموش کرد. طبق نظریه تکامل، سازگاری با انتخاب طبیعی شکل می­گیرد نه با هدف هماهنگ ساختن فرد با محیط پیرامونش. خصوصیاتی فرد برای وفق دادن خود با محیط در طول زندگی به دست می‌آورد به عنوان ویژگی‌های اکتسابی شناخته می‌شوند؛ ویژگی‌های اکتسابی قابل ارث نیستند که به عنوان یک نظریه کاملاً پذیرفته شده است.

حخم

تولید بیش از حد زاده‌هاخم

تمایل گونه‌ها به زادآوری نسبت به توان محیط بیشتر است.

با وجود تنوع زیاد نرخ تولید مثل، در موجودات زنده یک روند کلی وجود دارد که موجودات بیشتر از آنچه که محیط زیست توانایی پشتیبانی آن را دارد، تولید مثل می­‌کنند. داروین خاطر نشان کرد که این امر با ایجاد رقابت بر سر منابع موجب تنازع بقا بین جمعیت گونه‌ها خواهد شد و همه موجودات برای بقا و تولید مثل دسترسی یکسانی به منابع نخواهند داشت.تعداد زاده‌های متولد شده در موجودات زنده متفاوت است. نمونه‌ای از گونه‌هایی که تولید مثل نسبتاً کندی دارند، نوعی پرنده به نام نوک­‌شاخ زمینی جنوبی[1] است. این پرنده به طور متوسط هر سه سال یکبار یک جوجه به دنیا آورده و پرورش می‌دهد که برای این کار نیاز به همکاری هر دو پرنده بزرگسال والد است. با توجه به که میانگین طول عمر آن‌ها 70 سال است، به این ترتیب از نظر تئوری یک زوج پرنده در طول زندگی خود می‌توانند 20 جوجه به دنیا آورده و پرورش دهند. سرعت زادآوری اکثر گونه‌ها بیشتر از این مقدار است. به عنوان مثال نخل نارگیل[2]، به طور متوسط سالیانه بین 20-60 نارگیل تولید می‌کند. پس از باکتری­‌ها که سریع­ترین تولید مثل را دارند، یک نوع قارچ چتری به نام قارچ توپی[3] بزرگ. یک هاگدان بزرگ تولید می‌کند که در آن می‌تواند 7 تریلیون (7,000,000,000,000) هاگ وجود داشته باشد.

فعالیت

سازگاری منقار پرندگان

چهار عکس زیر منقار پرندگان را نشان می‌دهد:

مرغ ماهی خوار، ماکائو (طوطی دم بلند آمریکای جنوبی), شاهین و دارکوب. کدام نوع منقار با کدام رژیم غذایی و نوع غذا خوردن سازگار است؟

حخ

مکانیسم بقا و تولید مثل

افرادی که سازگاری بیشتری دارند تمایل به زنده ماندن و تولید زاده‌های بیشتری دارند در حالی که افرادی که سازگاری کمتری دارند تمایل به مرگ و تولید زاده‌های کمتری دارد.

شانس، در بقا و زادآوری موجودات نقش دارد اما با این حال ویژگی‌های فردی نیز تأثیرگذار است. در تنازع بقا، افراد با سازگاری کمتر تمایل به مرگ یا عدم زادآوری دارند اما در افراد با سازگاری بیشتر، تمایل به بقا، زندگی و زادآوری بیشتر مشاهده می­‌شود؛ این موضوع نشان­‌دهنده‌ی انتخاب طبیعی است. مثالی که اکثراً بیان می‌شود، زرافه است. زرافه می‌تواند روی گیاهان و علف­‌ها بچرد و تغذیه کند اما سازگاری بیشتری نسبت به تغذیه از برگ درختان پیدا کرده است. در فصل­‌های مرطوب، غذای فراوانی وجود دارد اما در فصول خشک زمانی که تنها برگ­‌های باقی مانده روی شاخه‌های بلند وجود دارند، ممکن است زرافه با  کمبود غذا مواجه شود. در فصول خشک زرافه­‌هایی با گردن بلندتر، سازگاری بیشتری برای تغذیه از برگ درختان مرتفع نسبت به زرافه­‌های گردن کوتاه دارند.

وراثت

در صورت تولید مثل، ویژگی­‌های والدین به فرزندان منتقل می­‌شود.

 تنوع موجود در ذخایر ژنتیکی والدین می‌تواند به فرزندان منتقل شود که به این پدیده، وراثت گفته می‌­شود. به عنوان مثال کودکان ماسایی[1] رنگ پوست تیره خود را از والدین به ارث می­‌برند و کودکان اروپای شمالی نیز رنگ روشن پوست خود را از والدینشان به ارث می­‌برند. تنوع در رفتار نیز می‌تواند وراثت­‌پذیر باشد. مسیر مهاجرت پرندگان سسک سرسیاه[2] در فصل زمستان مثالی از وراثت است. به دلیل تفاوت در ژن­‌های این گونه پرنده، برخی از آن­‌ها به سمت جنوب غربی مهاجرت می­‌کنند یعنی از آلمان به اسپانیا و برخی دیگر به سمت شمال غربی، انگلیس، می­‌روند.

همه ویژگی‌های والدین به فرزندان منتقل نمی‌شود. ویژگی‌هایی که در طول زندگی به دست می‌آیند(ویژگی­‌های اکتسابی) معمولاً به ارث نمی­‌رسند. به عنوان مثال فرزندان فیل­‌های عاج شکسته، عاج­ه‌ای سالمی دارند. اگر فردی در اثر تماس با خورشید رنگ پوستش تیره شود، این رنگ تیره به ارث نمی‌رسد. بنابراین ویژگی‌های اکتسابی در تکامل حائز اهمیت نیستند.

تغییر شکل پیش‌رونده[1]

انتخاب طبیعی فراوانی خصوصیاتی را که باعث سازگاری بهتر افراد می‌شود، افزایش داده و فراوانی سایر ویژگی‌ها را که منجر به تغییر در گونه‌ها می‌شود را کاهش می‌دهد.

همان طور که گفته شد، افراد با سازگاری بیشتر، زنده می‌­مانند و تولید مثل می‌کنند و خصوصیات خود را به فرزندانشان منتقل می‌کنند. افرادی که سازگاری کمتری دارند میزان بقا و شانس موفقیت در زادآوری کمتری نیز دارند. این امر موجب می‌شود نسبت افرادی که سازگاری بیشتری دارند در جمعیت افزایش یابد. طی نسل‌ها، ویژگی جمعیت­ها به تدریج تغییر می‌کند که گفته می­شود این تکامل به وسیله انتخاب طبیعی روی می­‌دهد.

تغییرات تکاملی در طول زمان و طی نسل‌ها رخ می‌دهد، بنابراین نباید انتظار داشت که این تغییرات را بتوان در طول زندگی مشاهده کرد. اما نمونه‌های زیادی از تغییرات کوچکتر ولی قابل توجه وجود دارند که مشاهده شده‌اند. مثلاً تکامل رنگ­ تیره‌ در بال پروانه‌های مناطق صنعتی که هوای آلوده‌­ای دارند. دو نمونه دیگر از تکامل در بخش بعدی شرح داده می­‌شود: تغییرات منقار فنچ­‌های جزایر گالاپاگوس و افزایش مقاومت آنتی‌بیوتیکی در باکتری‌ها.

فعالیت

انگیزه تولید مثل و انتقال خصوصیات به فرزندان، می‌تواند بسیار قوی باشد. چرا که می­‌تواند یک جانور نر بالغ را به کودک­کّشی مجبور کند. چگونه‌ این رفتار در شیرها و سایر گونه‌ها تکامل یافته است؟ یوزیلنگ­‌های ماده با دو یا چند نر جفت می‌شوند بنابراین فرزند آن‌ها دارای پدری چندگانه است. این امر چگونه از فرزندان یوزپلنگ در برابر کودک­‌کُشی محافظت می‌کند؟نت

طرح سوال مبتنی بر داده: تکامل در گیاه برنج

نمودارهای میله‌ای در شکل شماره 6، نتایج بررسی تکامل در گیاه برنج را نشان می‌دهد.گیاهان هیبرید نسل اول (F1) با آمیزش دو گونه متفاوت برنج به دست آمده­‌اند. این هیبریدها در پنج منطقه مختلف در ژاپن کشت شدند. هر سال تاریخ گلدهی آن­ها ثبت و بذر این گیاهان جمع آوری می‌­شود تا در سال بعد در همان منطقه کاشته شود.

  • چرا در این مطالعه از گیاه هیبرید استفاده شد؟
  • با توجه به جدول، تغییرات برنج نسل سوم(F3) و نسل ششم(F6) را که در میازاکی رشد کرده‌­اند، توصیف کنید.
  • الف) رابطه بین زمان گلدهی و عرض جغرافیایی را در نسل ششم بیان کنید.

ب) دلیلی برای این رابطه بیشنهاد دهید.

  • الف) اگر تحقیقات تا نسل دهم(F10) ادامه داشته باشد، نتایج آن را پیش­‎‎‌بینی کنید.
  • ب) نتایج جمع آوری بذر گیاهان نسل دهم در سابرو و گیاهان نسل دهم میازاکی و همچنین نتیجه کاشت آن‌ها را با هم در هیراتسوکا پیش بینی کنید.07عخ

مهنتغییر در منقار فنچ­‌های جزیره‌­ی دافنه میجر

داروین در سال ۱۸۳۵ از جزایر گالاپاگوس بازدید کرد و نمونه‌هایی از پرندگان کوچک آن منطقه را جمع آوری کرد که پس از آن به عنوان سهره یا فنچ شناخته شدند.

در شکل شماره7، ۱۴ گونه مشاهده می‌­شود. داروین مشاهده کرد که اندازه و شکل منقار این سهره‌ها با توجه به تفاوت در رژیم غذایی­شان، با هم فرق دارد. با مشاهده شباهت­‌های کلی بین پرندگان و توزیع آن‌ها در جزایر گالاپاگوس(شکل شماره ۷ را ببینید) داروین این فرضیه را مطرح کرد که ممکن است همه این پرندگان از نسل یک نوع پرنده باشند که در طول زمان برای اهداف مختلفی اصلاح شده‌­اند.

در سال 1977 خشکسالی در جزیره دافنه میجر باعث کاهش دانه­‌های کوچک شد بنابراین سهره­‌های کوچک مجبور شدند تا از دانه­‌های بزرگ تغذیه کنند. در آن سال اکثریت جمعیت سهره‌­های کوچک منقار مردند. بین سال­‌های 1982 و 1983 پدیده ال­نینو[5](El Nino) رخ داد که باعث بارش­‌های فراوانی در طی هشت ماه شد. این بارش­‌ها باعث افزایش دانه­‌های کوچک و نرم و کاهش دانه­‌های بزرگ و سخت شد. جمعیت سهره­‌های منقار متوسط در پاسخ به افزایش دسترسی به مواد غذایی خیلی سریع رشد کردند. با بازگشت به شرایط آب و هوایی خشک و کاهش بسیار زیاد دانه­‌های کوچک، تولید مثل تا سال 1987 متوقف شد. در آن سال، فقط 37 درصد از سهره­‌هایی که در سال 1983 زنده مانده بودند، پرورش یافتند بنابراین یک نمونه تصادفی از جمعیت مربوط به سال 1983 دیگر وجود نداشتند. در سال 1987، سهره­‌های کوچک منقار، منقارهای بلندتر و باریک­تری نسبت به میانگین منقار سهره­‌های سال 1983 داشتند؛ این تغییر اندازه با کاهش دانه­‌های کوچک مرتبط بود. تنوع در شکل و اندازه منقارها بیشتر به ژن‌ها مربوط است (شکل شماره ۸) اما محیط نیز تأثیرگذار است. به میزان تنوع یک صفت که ناشی از تغییرات ژنی است، وراثت­‌پذیری گفته می‌شود. با استفاده داده­‌های مربوط به سهره‌­های زنده­ و سهره‌­هایی که تولید مثل کردند، میزان تغییرات طول و عرض منقار سهره‌­های بین سال‌های ۱۹۸۳ و ۱۹۸۷ پیش‌بینی شد. نتایج مشاهده شده به نتایج به دست آمده از پیش‌بینی بسیار نزدیک بود. پیش‌بینی می‌شد که طول منقارها ۱۰ میکرومتر افزایش داشته باشد که در شواهد حقیقی این تغییر در اندازه منقار ۶ میکرومتر بود و عرض منقارها با کاهش ۱۳۰ میکرومتری پیش‌بینی شده بود که در حقیقت ۱۲۰ میکرو متر کاهش داشت. از آن زمان مطالعات زیادی پیرامون سهره‌‌های داروین انجام شده است. یکی از این مطالعات، مطالعه پیتر و رزماری گرنت[1][2] است. آن­‌ها نشان دادند که ویژگی‌های منقار و رژیم غذایی ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند و اگر یکی از آن‌ها تغییر کند، دیگری نیز تغییر می‌کند. تمرکز ویژه آن­‌ها روی سهره­‌های منقار متوسط[3] در یک جزیره کوچک به نام دافنه میجر بود. در این جزیره سهره کوچک منقار[4] تقریباً وجود ندارد. هر دو گونه از دانه‌های کوچک تغذیه می‌کنند. اگر چه سهره‌­های منقار متوسط دانه‌های بزرگتر را نیز می­‌توانند بخورند. در جزیره دافنه میجر، سهره­‌های منقار متوسط با نبود رقابت بین سهره­‌های منقار کوچک، نسبت به سهره­‌های متوسط جزایر دیگر، بدن و منقار کوچکتری دارند.

یکی از نقدهای وارد شده به نظریه تکامل بر اساس انتخاب طبیعی این است که تغییرات قابل توجهی که ناشی از انتخاب طبیعی باشد، عملاً مشاهده نشده است و غیرمنطقی است که انتظار داشت تغییرات بزرگی در یک گونه رخ داده باشد، حتی اگر این تغییرات از زمان انتشار نظریه داروین در سال ۱۸۵۹ مورد بررسی قرار گرفته باشد. اما در مورد سهره­‌های کوچک جزیره دافنه میجر تغییرات قابل توجهی رخ داده است که به وضوح با انتخاب طبیعی مرتبط است.

خاغه

هلن

طرح سوال مبتنی بر داده: سهره‌­های جزایر گالاپاگوس

هنگامی که پیتر و رزماری گرنت در جزیره دافنه میجر در سال ۱۹۷۳ شروع به مطالعه کردند،جمعیت مربوط به دو گونه منقار کوچک و سهره کاکتوسی[1] وجود داشت. سهره­‌های منقار بزرگ در سال ۱۹۸۲ ابتدا با دو ماده و سه نر در این جزیره ایجاد شدند. شکل شماره ۹، تعداد سهره­‌های منقار بزرگ و منقار کوچک را در سال‌های ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۶ در جزیره دافنه­ میجر نشان می‌دهد.

  • الف) تغییرات جمعیت را بین سال‌های ۱۹۹۷ و ۲۰۰۶ توصیف کنید.

ب) تغییرات جمعیت منقار کوچک با تغییرات جمعیت منقار بزرگ را در  بین سال‌های ۱۹۹۷ و ۲۰۰۶، مقایسه کنید.

  • وسعت جزیره دافنه میجر 34/0 کیلومتر مربع است. هر کیلومتر مربع برابر ۱۰۰ هکتار و هر هکتار برابر با ده هزار متر مربع است. حداکثر و حداقل تراکم جمعیت سهره­های منقار کوچک را بین سال‌های ۱۹۹۷- ۲۰۰۶ محاسبه کنید.

جدول شماره ۲، درصد فراوانی سه نوع دانه در رژیم غذایی سه گونه سهره را نشان می‌دهد. دانه­‌های کوچک به وسیله ۲۲ گونه گیاهی، دانه­‌های متوسط توسط گیاه Opuntia echios و دانه­‌های درشت توسط گیاه Tribulus  cistoides تولید می‌شوند.

  • الف) رژیم غذایی هر یک از گونه‌های سهره­ موجود در جزیره دافنه میجر را مشخص کنید.

ب) در سال‌های ۲۰۰۳ و ۲۰۰۴ در جزیره دافنه میجر خشکسالی شدیدی رخ داد، با استفاده از داده های جدول نحوه کاهش رژیم غذایی سهره­‌ها را در طول سال‌ها توصیف کنید.

  • شکل شماره ۱۰، شاخص منقار سهره­‌های کوچک بالغ را از سال ۱۹۷۳ تا ۲۰۰۶ نشان می‌دهد، مقدار صفر به اندازه آن در سال ۱۹۷۳ اختصاص یافته و اندازه سال‌های دیگر با این معیار نشان داده شده‌­است.
سهره کاکتوسی سهره منقار بزرگ سهره منقار کوچک گونه
۲۰۰۴ ۱۹۸۹ ۱۹۸۵ ۱۹۷۷ ۲۰۰۴ ۱۹۸۹ ۱۹۸۵ ۲۰۰۴ ۱۹۸۹ ۱۹۸۵ ۱۹۷۷ سال
۱۷ ۲۳ ۸۸ ۸۵ ۴.۵ ۵.۹ ۱۸ ۸۰ ۷۷ ۸۰ ۷۵ کوچک
۸۳ ۷۰ ۲۲ ۱۵ ۲۶ ۱۲ ۰.۰ ۱۱ ۵.۱ ۰.۰ ۱۰ متوسط
۰.۰ ۰.۰ ۰.۰ ۰.۰ ۶۹ ۸۲ ۸۲ ۸.۲ ۱۶ ۱۶ ۱۶ بزرگ

جدول شماره 2

 نمودار زیر، دوره تغییر سریع در اندازه منقار را نشان می‌دهد که هر دو تغییر مربوط به بازه‌­های خشکسالی در جزیره است.

الف) درکدام دوره سریع ترین تغییر در میانگین اندازه منقار سهره‌­های کوچک وجود داشته است؟

ب) دو دلیل برای تغییر سریع اندازه منقار پرندگان هنگام خشکسالی  را بیان کنید.

ج) در خشکسالی شدید اول، میانگین اندازه منقار سهره کوچک، افزایش یافت اما در خشکسالی دوم این میانگین کاهش یافت. با استفاده از داده­‌های این سوال توضیح دهید که انتخاب طبیعی چگونه باعث تغییر اندازه منقارها در خشکسالی شده­‌است؟

  • شدت انتخاب طبیعی در جزیره دافنه میجر در طول دو خشکسالی محاسبه شده است. مقادیر محاسبه شده را دیفرانسیل انتخابی[2] می­نامند. اندازه منقارها از 08/1-در خشکسالی دوم تا 88/0+ در خشکسالی اول تغییر کرده ­است. این مقادیر بسیار بزرگتر از مقادیر اندازه گیری شده در تحقیقات تکاملی هستند. چرا شدت انتخاب طبیعی روی اندازه منقار سهره­‌های کوچک در جزیره دافنه میجر بسیار زیاد است؟
  • درباره مزایای مطالعات تکاملی طی دوره‌های طولانی و دلایل انجام چند تحقیق طولانی مدت بحث کنید.

هله

انتخاب طبیعی و مقاومت آنتی بیوتیکی

از نظریه­‌ها برای توضیح پدیده‌های طبیعی استفاده کنید: تئوری تکامل با انتخاب طبیعی می‌تواند مقاومت آنتی‌بیوتیکی در باکتری‌ها را توضیح دهد.

آنتی‌بیوتیک‌ها یکی از دستاوردهای بزرگ پزشکی در قرن بیستم بودند. هنگامی که آن‌ها برای اولین بار معرفی شدند، انتظار می‌رفت که این ترکیبات یک روش دائمی برای کنترل بیماری‌های باکتریایی ارائه دهند اما با افزایش استفاده از آنتی بیوتیک­‌ها، مقاومت باکتری‌های بیماریزا در برابر آن­‌ها نیز افزایش یافته است.

پس از استفاده از آنتی‌بیوتیک‌­ها روندهای زیر مشاهده می­شوند:

  • پس از معرفی و استفاده از آنتی‌بیوتیک در بیماران، پس از چند سال باکتری‌ها در برابر آنتی­‌بیوتیک­‌ها از خود مقاومت نشان می­‌دهند.
  • مقاومت در برابر آنتی بیوتیک­‌ها در گونه­‌های بیشتری از باکتری­‌های بیماری­زا گسترش می­‌یابد.
  • در هر گونه میزان عفونت­‌های ناشی از سویه مقاوم، افزایش می­‌یابد.

در طی مدتی که از آنتی‌بیوتیک‌ها برای درمان بیماری‌های باکتریایی استفاده شده است، تغییرات تجمعی در مقاومت به آنتی بیوتیک در جمعیت باکتری‌ها به وجود آمده است. بنابراین ایجاد مقاومت به آنتی بیوتیک در باکتری­‌ها، نمونه‌ای از تکامل در این موجودات است. این پدیده از منظر نظریه انتخاب طبیعی قابل توضیح است. درک علمی از چگونگی ایجاد مقاومت به آنتی‌بیوتیک بسیار مفید است زیرا درک درستی از آنچه باید برای کاهش پیامد­های این مشکل باید انجام شود را نشان می‌دهد.

ن

مقاومت آنتی‌بیوتیکی

 تکامل مقاومت آنتی‌بیوتیکی در باکتری‌ها

مقاومت آنتی‌بیوتیکی در باکتری­‌ها به ژن­‌های آن­‌ها وابسته است بنابراین این صفت می‌تواند به ارث برسد. سازوکاری که باعث شیوع بیشتر یا کاهش مقاومت آنتی‌بیوتیکی می‌شود در شکل شماره ۱۲ خلاصه شده است. تکامل مقاومت آنتی‌بیوتیکی چندگانه فقط در چند دهه اتفاق افتاده است. دلایل این تکامل سریع عبارتند از:

  • استفاده از آنتی‌بیوتیک‌­ها بسیار گسترده بوده است چرا که هم برای درمان بیماری­‌ها و هم برای خوراک دام در مزارع استفاده می‌شود.
  • سرعت تولید مثل در باکتری‌­ها بسیار سریع است و در کمتر از یک ساعت تولید مثل می­‌کنند.
  • جمعیت باکتری‌ها غالباً زیاد است به همین دلیل احتمال ایجاد ژن مقاوم به آنتی‌بیوتیک در اثر جهش افزایش می‌یابد.
  • باکتری‌ها می‌توانند ژن­‌ها را به چندین روش به سایر باکتری‌ها منتقل کنند مانند استفاده از انتقال پلاسمیدهای کمکی که به باکتری اجازه می‌دهد ژن­‌های مقاومت به آنتی بیوتیک را از یک گونه به گونه‌­ای دیگر انتقال‌­دهد.

خ9ه

طرح سوال مبتنی بر داده: مقاومت کلروتتراسایکلین در باکتری‌های خاک

باکتری‌های خاک در فواصل مختلف مکانی از محیط نگهداری خوک­‌ها واقع در مینه سوتا جمع آوری شده بودند. خوراک داده شده به خوک­‌ها در این مزرعه آبی حاوی دوزهای کم آنتی‌بیوتیک کلروتتراسایلین بود تا سرعت رشد خوک­‌ها را افزایش دهد. باکتری­‌های جمع شده از خاک برای بررسی اینکه چند درصد از آن‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک مقاوم هستند، جمع آوری شدند. نتایج این مطالعه در نمودار زیر نشان داده شده است. ستون‌­های زرد درصد باکتری‌های مقاوم در برابر کلروتتراسایکلین را نشان می‌دهد که در محیط غنی از مواد مغذی رشد کرده‌اند و ستون­‌های نارنجی درصد محیط با ضعف مواد مغذی را نشان می‌دهد که انواع مختلف باکتری را به رشد ترغیب می‌کند.

  • الف) چه رابطه‌­ای بین میزان مقاومت آنتی‌بیوتیکی و فاصله نمونه خاک جمع­آوری شده از محیط نگهداری حیوان وجود دارد؟

ب) دلیل تفاوت درصد مقاومت آنتی‌بیوتیکی بین جمعیت باکتری‌های بدست آمده از نمونه خاک نزدیک و دور از محیط نگهداری حیوانات را توضیح دهید.

  • پیش‌بینی کنید که میزان مقاومت آنتی‌بیوتیکی در فاصله ۲۰۰ متری محیط نگهداری چند درصد کمتر از میزان مقاومت آنتی‌بیوتیکی گزارش شده باکتری­‌های بدست آمده در فاصله ۱۰۰ متری است؟
  • در مورد استفاده از دوزهای آنتی بیوتیک در خوراک دام بحث کنید.
عتع
منبع نمودار از مقاله ای با عنوان: اثرات استفاده از دوزهای زیر خط درما آنتی‌بیوتیک در مزرعه حیوانات بر تکثیر و تداوم مقاومت آنتی‌بیوتیکی در بین باکتری‌های خاک. Sudeshna Ghosh and Timothy M LaPara,The InternationalSociety for Microbial ecology Journal(2007) 1, 191–203

[1] Geospiza scandens

[2] selection differentials

 

[1] Peter Raymond Grant

[2] Barbara Rosemary Grant

[3] geospiza fortis

[4] Geospiza fuliginosa

[5] ال‌نینو یا ال‌نینیو یکی از چرخه‌های مشهور آب و هوایی جهان است که هر ۲ تا ۷ سال یک‌بار باعث ایجاد ناهنجاری‌های بزرگی در آب و هوای سراسر سیّاره­­ی زمین می‌شود از جمله این ناهنجاری‌ها می‌توان به سیلاب‌های ناگهانی، خشک‌سالی، قحطی و اپیدمی اشاره کرد.

[1] progressive change

[1] قوم ماسای یکی از مشهورترین اقوام آفریقایی هستند که در مرز میان کنیا و تانزانیا و در دشت‌های دامنه کوه کلیمانجارو زندگی می‌کنند و از تیره نیلوت می‌باشند.

[2] Sylvia atricapilla

[3] progressive change

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[1] Bucorvus leadbeateri

[2] Cocos nucifera

[3] Calvatia gigantea

[1] muskox

[2] adaptations

[1] Adaptations

[2] finches

[3] Daphne Major

[4] variation

[5] HMS Beagle

اشتراک گذاری:

دیدگاهتان را بنویسید