ความเป็นมาของวิวัฒนาการ

ประวตั ิการศึกษาและแนวคิดดา้ นวิวฒั นาการ (Historical studies and concepts of evolution) อาจารย์กมณรัตน์ นทีสนิ ทรัพย์

แนวคิดดา้ นวิวฒั นาการก่อนยุคชารล์ ส์ ดารว์ ิน - อริสโตเติล เช่ือในอทิ ธิพลของส่ิงมหศั จรรยเ์ หนือ ธรรมชาติ ท่สี ามารถสรา้ งส่ิงมชี วี ิตใหม้ คี วามแตกตา่ ง และ ส่ิงมชี วี ติ จะมกี ารพฒั นาจากรูปแบบท่เี รียบงา่ ยใหม้ คี วาม ซบั ซอ้ นข้ึน

- คาโรลสั ลินเนียส มคี วามเช่ือวา่ สปีชสี ม์ คี วามคงท่ี (fixity of species) และกลา่ ววา่ พระเจา้ เป็นผูป้ ระทาน คูผ่ สมพนั ธุเ์ พยี ง 1 คู่ สาหรบั แตล่ ะสปีชสี ใ์ หแ้ กโ่ ลก ดงั น้ันส่ิงมชี วี ิตจึงเกดิ โดยวธิ พี เิ ศษ (special creation) และไมม่ กี ารเปล่ยี นแปลง

- ลามารก์ 1. ส่ิงมชี วี ิตมหี ลกั เกณฑท์ ่สี มบูรณแ์ บบแตไ่ มเ่ ป็นท่รี ูจ้ กั อยู่ ภายในร่างกาย (unknow, inner perfecting principle) เป็น แรงผลกั ดนั ท่ที าใหป้ รบั ตวั เขา้ กบั ส่ิงแวดลอ้ มได้ และส่ิงมชี วี ิต ท่มี โี ครงสรา้ งเรียบงา่ ย สามารถพฒั นาใหม้ คี วามซบั ซอ้ นเพ่ือ ความอยูร่ อด

2. การเกดิ อวยั วะใหม่ มผี ลมาจากความตอ้ งการใหมใ่ น การดารงชวี ิต 3. อวยั วะท่ถี ูกใชง้ านอยูเ่ สมอมแี นวโนม้ ท่จี ะพฒั นาดขี ้ึน สว่ นอวยั วะท่มี คี วามจาเป็นนอ้ ย หรือไมไ่ ดม้ กี ารใชง้ านมี แนวโนม้ ท่จี ะเส่ือมถอย ซ่ึงเป็นกฏของการใชแ้ ละไม่ใช้ ( Law of use and disuse)

4. โครงสรา้ งท่ไี ดม้ า จากทง้ั 3 ขอ้ ท่กี ลา่ วมาน้ัน สามารถ ถา่ ยทอดไปยงั ลูกหลานได้



แตใ่ นทางตรงขา้ มไดม้ ผี ูแ้ ยง้ วา่ โอคาปี (okapi) ซ่ึงเป็นสตั วท์ ่มี คี วามใกลช้ ดิ กบั ยรี าฟมากท่สี ุด และมอี ุปนิสยั การกนิ คลา้ ยกนั คือ ตอ้ งยืดคอเพ่ือกนิ ใบไม้ แตจ่ นถึง ปัจจุบนั โอคาปียงั คงมคี อสน้ั

ชือ่ วิทยาศาสตร์ : OKAPIA JOHNSTONI

ชารล์ ส์ ดารว์ ิน : Charles R. Darwin และทฤษฎีวิวฒั นาการ

เป็ นบิดาการศึกษาทฤษฎีวิวฒั นาการ เคยศึกษา สาขาแพทยต์ ามความตอ้ งการของบดิ าท่เี ป็นแพทย์ แตเ่ ม่ือดาร์ วินไดเ้ ขา้ ชมการผา่ ตดั เดก็ ทารก ซ่ึงสมยั นั้นยงั ไมม่ กี ารใช้ ยาสลบ เขารูส้ ึกทรมานมากและไมส่ ามารถกลบั ไปเรียนแพทย์ ไดอ้ กี

จากน้ันไดร้ ับการศึกษาในสาขาศาสนาและปรชั ญา แตด่ ว้ ยความท่เี ขามคี วามสนใจเก่ยี วกบั เร่ืองธรรมชาตวิ ิทยา ธรณีวทิ ยา และพฤกษศาสตร์ จึงไดป้ รึกษากบั ศาสตราจารยด์ า้ นพฤกษศาสตร์ เลยทาใหเ้ ขาไดศ้ ึกษา เก่ยี วกบั หนังสือธรรมชาติวทิ ยา รวมทงั้ ทฤษฎขี องลามาร์ก

และเม่ืออายุ 22 ปี หลงั จากสาเร็จการศึกษา ดารว์ นิ ไดร้ ับการสนับสนุนใหร้ ่วมเดินทางไปกบั เรือรบหลวงบีเกิล (H.M.S. Beagle) เพื่อสารวจธรรมชาติ โดยเรือออกเดินทาง จากประเทศองั กฤษในปี ค.ศ. 1831 ไปยงั ทวปี อเมริกาใต้ ออ้ ม มหาสมุทรแปซิฟิกไปยงั ทวปี ออสเตรเลยี ทวปี แอฟริกา และกลบั สูป่ ระเทศองั กฤษ รวมระยะเวลาการเดินทางสารวจประมาณ 5 ปี

เสน้ ทางเดินเรือรบหลวงบเี กลิ ค.ศ. 1831 -1836

ดาร์วนิ ไดเ้ กบ็ รวบรวมขอ้ มูลและศึกษาตวั อยา่ งพืชและ สตั วจ์ ากบริเวณตา่ ง ๆ ทาใหท้ ราบถึงความแปรผนั ของ ส่ิงมชี วี ติ ท่ใี กลเ้ คยี งกนั รวมทง้ั ความเหมือนและความตา่ งของ ส่ิงมชี วี ิตท่พี บในอดตี และในปัจจุบนั ดงั น้นั ขอ้ มลู ท่ีสาคญั ที่ ไดจ้ ากการศึกษาในครง้ั น้ีไดแ้ ก่

1. ความหลากหลายและการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิตในสภาพ ภมู ิศาสตรต์ ่าง ๆ - สภาพแวดลอ้ มท่คี ลา้ ยคลึงกนั แตอ่ ยูห่ า่ งกนั จะพบ สมช. ท่ี แตกตา่ งกนั เชน่ สมช. ในทะเลทรายของทวปี อเมริกาใต้ จะตา่ งจาก สมช. ในทะเลทรายของทวปี ออสเตรเลยี - จึงเป็นเหตุใหด้ ารว์ ินเร่ิมมคี วามคดิ ขดั แยง้ กบั หลกั ศาสนาท่อี า้ ง วา่ พระเจา้ เป็นผูส้ รา้ งทุกส่ิงในโลก ดาร์วนิ สงสยั วา่ เหตุใดพระเจา้ จึงตอ้ ง สรา้ ง สมช. ท่ไี มเ่ หมือนกนั ในสภาพแวดลอ้ มท่คี ลา้ ยคลึงกนั

2. การศึกษาซากกระดกู โบราณ - การคน้ พบซากกระดูกโบราณท่ที บั ถมกนั ทาให้ เหน็ ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งอายุและความแปรผนั ของ โครงสรา้ ง ดาร์วินจึงเช่ือวา่ สมช. มกี ารเปล่ยี นแปลง โครงสรา้ งอยา่ งชา้ ๆ ตามกาลเวลา

3. ความแตกต่างของรปู ร่างและลกั ษณะของส่ิงมีชีวิตบน หม่เู กาะกาลาปากอส - Galapagos Islands ตงั้ อยูใ่ นมหาสมุทรแปซิฟิก หา่ ง จากชายฝ่งั ทางตะวนั ตกของประเทศเอควาดอรป์ ระมาณ 500 ไมล์ - ดารว์ นิ พบสตั วเ์ ล้ือยคลานและสตั วป์ ีกหลายชนิด บา้ ง กม็ รี ูปร่างคลา้ ยคลึงกบั สตั วใ์ นทวปี อเมริกาใต้ บา้ งกม็ คี วาม แตกตา่ งกนั อยา่ งเหน็ ไดช้ ดั เชน่

เตา่ บกยกั ษ์ (giant tortoise) 3 สปีชสี ์ ท่อี าศยั อยูบ่ นหมูเ่ กาะ กาลาปากอส มที ง้ั เตา่ คอสนั้ และคอยาว โดยดาร์วินพบวา่ เตา่ คอสนั้ มกั อาศยั ในท่ชี ุม่ ช้ืนและกนิ พืชผกั ท่ขี ้ึนบนดนิ เป็น อาหาร สว่ นเตา่ คอยาวพบในท่แี หง้ แลง้ และอาศยั พืชจาพวก กระบองเพชรเป็นอาหาร

หาภาพเตา่ คอสนั้ กบั เตา่ คอยาว

นอกจากน้ีดาร์วินยงั พบความแตกตา่ งของรูปร่าง และขนาดจะงอยปากของนกฟินช์ (finch) ซ่ึงเก่ยี วขอ้ งกบั อุปนิสยั การกนิ ดงั นั้นดาร์วินจึงสงสยั วา่ อะไรเป็นสาเหตุท่ี ทาให้ สมช. มคี วามแตกตา่ งกนั

หาภาพจะงอยปากนกฟิ นช์

ดาร์วินอธิบายวิวฒั นาการเก่ยี วกบั นกฟินชว์ า่ นกฟินช์ เหลา่ น้ีมบี รรพบุรุษจากผืนแผน่ ดนิ ใหญใ่ นทวปี อเมริกาใต้ จากนน้ั ไดแ้ พร่พนั ธุแ์ ละเพ่มิ จานวนประชากรอยา่ งรวดเร็วบนหมู่ เกาะกาลาปากอส นกอาจประสบปัญหาขาดแคลนอาหารและ ทรัพยากรท่มี ขี ดี จากดั ทาใหต้ อ้ งแขง่ ขนั ด้นิ รนเพ่ือความอยูร่ อด

ขณะเดยี วกนั ไดม้ คี วามแปรผนั ของลกั ษณะเกดิ ข้ึนในแต่ ละรุ่น ซ่ึงสามารถถา่ ยทอดไปยงั รุ่นตอ่ ๆ ไปได้ เชน่ การพฒั นา โครงสรา้ งของจะงอยปากท่แี ตกตา่ งกนั ใหเ้ หมาะกบั การใชก้ นิ เมลด็ พืชท่มี เี ปลือกแขง็ จิกแมลง หรือคาบไมเ้ พ่ือแหยแ่ มลงให้ ออกจากรู

การสะสมลกั ษณะท่แี ตกตา่ งกนั ทลี ะเลก็ ทลี ะนอ้ ยจากรุ่น หน่ึงไปสูอ่ กี รุ่นหน่ึงในระยะเวลาท่ยี าวนาน เป็นผลใหเ้ กดิ กระบวนการวิวฒั นาการ และมสี ปีชสี ใ์ หมเ่ กดิ ข้ึน ธรรมชาติจึง คดั เลือกนกท่มี คี วามเหมาะสมท่สี ุด ซ่ึงสามารถอยูร่ อดและปรบั ตวั ไดใ้ นสภาวะแวดลอ้ มท่เี ปล่ยี นแปลงไป

ดารว์ นิ ไดศ้ ึกษาผลงานของ Thomas Malthus นกั เศรษฐศาสตรช์ าวองั กฤษท่ไี ดเ้ ขยี นบทความเร่ือง “An Essay on the Principle of Population” ซ่ึงกล่าวว่าจานวน ประชากรของ สมช. เพ่ิมข้ึนในอตั ราทวีคณู แบบ เรขาคณิต (geometric) แต่ปริมาณอาหารเพิ่มข้ึนแบบ เลขคณิต (arithmatic) จึงไมเ่ พยี งพอตอ่ ความตอ้ งการของ ประชากร

จากบทความของมลั ทสั ทาใหด้ าร์วนิ เขา้ ใจวา่ สมช. โดยทว่ั ไปจะผลติ ลูกหลานจานวนมากเกนิ ความตอ้ งการ (overproduction) และลูกหลานแตล่ ะตวั จะไมเ่ หมือนกนั ลกั ษณะท่แี ตกตา่ งกนั น้นั เรียกวา่ ความแปรผนั (variation) และ ลกั ษณะแปรผนั บางอยา่ งแสดงออกในทางท่ดี ขี ้ึน ทาให้ สมช. สามารถปรับตวั เขา้ กบั ส่ิงแวดลอ้ มท่เี ปล่ยี นไปได้

หากราฟโทมสั มลั ทสั

ส่ิงมชี วี ิตบางตวั สามารถอยูร่ อดจนสืบพนั ธุไ์ ดน้ นั้ คือ ส่ิงมชี วี ติ ท่ตี อ้ งผา่ นการต่อสเู้ พ่ือความอย่รู อด (struggle for existence) ซ่ึงน่าจะเป็นพ้ืนฐานของการคดั เลือก โดยธรรมชาติ (natural selection) ซึ่งเป็ นปัจจยั สาคญั ในกระบวนการวิวฒั นาการ

ทฤษฎีและหลกั ฐานเชิงวิวฒั นาการ (Theories and evidence of evolution)

เอิรน์ สท์ เมยร์ ( Ernst Mayr) นกั วิวฒั นาการ ชาวเยอรมนั ไดส้ รปุ ไว้ 6 ทฤษฎี ดงั น้ี 1. ทฤษฎีออโตเจเนติก (Autogenetic theory) - เช่ือวา่ วิวฒั นาการเกดิ โดยพลงั งานหรือความสามารถท่ี มอี ยูใ่ นตวั ของ สมช. เอง ไมใ่ ชโ่ ดยปัจจยั ภายนอก และได้ ผลกั ดนั ใหเ้ กดิ โครงสรา้ งท่ซี บั ซอ้ น ทฤษฎนี ้ีเป็นสว่ นหน่ึงของลา มารก์

2. กฎการใชแ้ ละไม่ใช้ และการถ่ายทอดลกั ษณะที่ ไดม้ า (Law of use and disuse and inheritance of acquired characteristics) - เป็นสว่ นหน่ึงของทฤษฎลี ามารก์ ซ่ึงปัจจุบนั ยงั ไมม่ ี ขอ้ มูลยืนยนั ความเป็นไปไดท้ างวิทยาศาสตร์ ดงั นั้นจึงไมไ่ ด้ รบั ความเช่ือถือ

3. การเหน่ียวนาของสิ่งแวดลอ้ ม (Induction of the environment) - เช่ือวา่ ววิ ฒั นาการของ สมช. เกดิ จากการกระทาของ ส่ิงแวดลอ้ ม

4. มิวเทชนั นิซึม (Mutationism) - เช่ือวา่ ววิ ฒั นาการของสปีชสี ใ์ หมเ่ กดิ ข้ึนอยา่ ง ฉับพลนั จากการกลาย

5. ทฤษฎีแรนดอม (Random theory) - เช่ือวา่ วิวฒั นาการเกดิ ข้ึนแบบสุม่ ไมม่ กี ฏเกณฑท์ ่ี แน่นอน ไมเ่ กดิ จาก สมช. เอง ส่ิงแวดลอ้ ม หรือการ คดั เลือกโดยธรรมชาติ ดงั น้ันทฤษฎนี ้ีจึงไมส่ อดคลอ้ งกบั ทฤษฎกี ารคดั เลือกโดยธรรมชาติของดาร์วิน

6. ทฤษฎีซินเทติก (Synthetic theory) - เป็นทฤษฎผี สมผสานระหวา่ งการคดั เลือกโดย ธรรมชาติของดาร์วิน กบั ความรูใ้ หมท่ างดา้ นพนั ธุศาสตร์ ประชากร (population genetics) ซ่ึงนาคณิตศาสตรแ์ ละสถิติ มาใชก้ บั ประชากรธรรมชาติ เพ่ืออธิบายกระบวนการ ววิ ฒั นาการของ สมช.

ปัจจุบนั ทฤษฎนี ้ีซินเทติกไดร้ ับการยอมรับมากท่สี ุด และเป็นท่รี ูจ้ กั ในอกี ช่ือหน่ึงวา่ นีโอ ดารว์ ินนิซึม (neo- Darwinism) ซ่ึงทฤษฎนี ้ีอาศยั หลกั การเก่ยี วกบั ประชากรของส่ิงมชี วี ิต 6 ขอ้ คือ

6.1 ความแปรผนั ทางพนั ธกุ รรม (Hereditary variability) - ความแปรผนั ทางพนั ธุกรรมของประชากรเกดิ ข้ึนสูง เน่ืองจากสมาชกิ แตล่ ะตวั สรา้ งเซลลส์ ืบพนั ธุท์ ่แี ตกตา่ งกนั ไดม้ าก และเม่ือมกี ารสืบพนั ธแุ์ บบอาศยั เพศจะมแี หล่งสะสมลกั ษณะ ทางพนั ธกุ รรมต่าง ๆ ที่แปรผนั ไปในสมาชิกแต่ละตวั ของ ประชากรทงั้ หมด เรียกวา่ ยีนพลู (gene pool)

6.2 การรวมตวั กนั ใหม่ของสารพนั ธุกรรม (Genetic recombination) - กระบวนการสรา้ งเซลลส์ ืบพนั ธุ์ (meiosis) มกี าร แลกเปล่ยี นช้นิ สว่ นของดเี อนเอ และเม่ือเกดิ การผสมพนั ธุแ์ บบ อาศยั เพศจะมกี ารรวมตวั กนั ใหมข่ องสารพนั ธุกรรม ทาใหล้ ูกท่เี กดิ มาแตกตา่ งไปจากพอ่ แม่ ดงั นนั้ ในประชากรธรรมชาติจะไม่มี พนั ธบุ์ ริสทุ ธ์ิ (pure line) และการคดั เลือกโดยธรรมชาติจะ เกิดกบั P ไดง้ ่ายข้ึน และนาไปส่กู ารเกิดสปี ชีสใ์ หม่ไดม้ าก ข้ึน

6.3 ประชากรและสมาชิกในประชากร ( Population and) - ถา้ มกี ารกลายเกดิ ข้ึนกบั สมาชกิ จะทาใหม้ แี อลลลี ใหมเ่ กดิ ข้ึนกบั ประชากร แอลลลี ใหมน่ ้ีจะมผี ลตอ่ วิวฒั นาการ ไดเ้ ม่ือไดร้ ับการถา่ ยทอดไปในหลายชว่ั รุ่น จนกระทง่ั มคี วามถ่ี ของแอลลลี (allele frequency) เพ่มิ ข้ึนมากพอในประชากร วิวฒั นาการเกิดข้ึนไดโ้ ดยการตอบสนองของประชากร ต่อการคดั เลือกโดยธรรมชาติ

6.4 ความคงที่ของความถ่ีของแอลลีล (Constancy of allele frequency) - ความถ่ขี องแอลลลี ในประชากรธรรมชาติจะคงท่เี สมอ ถา้ ประชากรนั้นมขี นาดใหญ่ มกี ารผสมพนั ธุแ์ บบสุม่ ไมม่ กี ารกลาย ไมม่ กี ารอพยพ และไมม่ กี ารคดั เลือก ซ่ึงจะเป็นไปตาม กฎของ ฮารด์ ี-ไวนเ์ บิรก์ (Hardy-Weinberg) ซึ่งสามารถใช้ คาดคะเนว่าแอลลีลแต่ละค่มู ีการเปลี่ยนแปลงความถี่หรือไม่

6.5 การเปล่ียนแปลงความถี่ของแอลลีล (Change in allele frequence) - การเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากร ส่วนใหญ่เน่ืองมาจากการคดั เลือกโดยธรรมชาติ สว่ น ปัจจยั อ่ืน ๆ เชน่ การกลายมผี ลกระทบตอ่ คา่ ความถ่แี อลลลี นอ้ ย มาก เพราะอตั ราการเกดิ การกลายใน สมช. ทว่ั ไปมคี า่ ต่า

ตวั อยา่ งการเปล่ยี นแปลงความถ่ขี องแอลลลี ของยนี ตา้ นทานยาฆา่ แมลงในประชากรของแมลง เน่ืองจากการ คดั เลือกโดยธรรมชาติ หาภาพ

จากภาพสรุปไดว้ า่ - การใชย้ าฆา่ แมลงดดี ที ี ทาใหม้ จี านวนแมลงท่ดี ้ือยา เพ่มิ ข้ึน เน่ืองจากแมลงท่มี ยี นี ตา้ นยาน้ีสามารถอยูร่ อดได้ และผลติ ลูกหลานเพ่มิ ข้ึนในประชากร ดงั นน้ั จึงทาให้ คา่ ความถ่ขี องแอลลลี ของยนี ตา้ นทานยาฆา่ แมลงสูงข้ึน เร่ือย ๆ ในรุ่นตอ่ ๆ มา

6.6 ลกั ษณะที่ซบั ซอ้ นเนื่องจากการปรบั ตวั (Adaptive complex) - ลกั ษณะตา่ ง ๆ ท่ไี ดม้ าจากการคดั เลือกโดยธรรมชาติจะ ถูกคดั เลือกและสะสมอยูใ่ นยนี พูล เม่ือ สวล. มกี ารเปล่ยี นแปลง อาจมยี นี บางตวั ทาให้ สมช. พฒั นาลกั ษณะท่ซี บั ซอ้ นและปรับตวั ให้ เหมาะสมกบั สวล. ไดด้ กี วา่ ซ่ึงสามารถอยูร่ อดและอาจสง่ ผลใหม้ ี ววิ ฒั นาการของส่ิงมชี วี ติ สปีชสี ใ์ หมไ่ ด้

หลกั ฐานเชิงวิวฒั นาการ ปัจจบุ นั ไดร้ วบรวมหลกั ฐานเชิง วิวฒั นาการ แบ่งออกเป็ น 6 ขอ้ ดงั น้ี

1. กายวภิ าคศาสตรเ์ ปรียบเทยี บ (Comparative anatomy) - ศึกษาเก่ยี วกบั โครงสรา้ งของ สมช. โดยเมื่อมีการศึกษา เปรียบเทียบโครงสรา้ งที่ใกลเ้ คียงกนั ระหว่างกลุ่มของ สมช. อาจช่วยเชื่อมโยงความสมั พนั ธเ์ ชิงวิวฒั นาการได้ - โครงสรา้ งพฒั นามาจากจุดกาเนิดเดียวกนั แต่มี การเปล่ียนแปลงไปเพื่อทาหนา้ ที่ต่างกนั (homologous structure) ตวั อยา่ งเชน่ เปรียบเทียบโครงสรา้ งของสตั วม์ ี กระดกู สนั หลงั โดยเฉพาะรยางคค์ ่หู นา้ ขาหนา้ หรือแขน ของสตั วเ์ ล้ียงลกู ดว้ ยน้านม

ซ่ึงประกอบดว้ ยกระดูกตน้ แขน กระดูกปลายแขน กระดูก ขอ้ มือ กระดูกฝ่ามือ และกระดูกน้ิว โครงสรา้ งเหล่าน้ีไม่ว่าจะ เป็ นของคา้ งคาว วาฬ แมว มา้ หรือมนุษย์ ต่างก็มีจุด กาเนิดเดียวกนั แต่มีการพฒั นาเปลี่ยนแปลงขนาดและ รปู ร่างของโครงสรา้ งเพื่อการดารงชีวิตท่ีต่างกนั เชน่ กระดูก น้ิวของคา้ งคาวจะมคี วามยาวมาก เพ่ือใหเ้ ป็นท่ยี ึดของแผน่ หนัง บาง ๆ กลายเป็นปีกท่ใี ชใ้ นการบนิ

หาภาพ