التطور المتقارب والتماثل

طريقتان لتتشابه الكائنات

يمكن أن يشبه كائنان حيان أحدهما الآخر لسببين مختلفين جداً.

السبب الأول هو الوراثة. فهما يشتركان في صفة لأن سلفاً كان يملكها ونقلها. ويسمي علماء الأحياء هذا التماثل (homology).

والسبب الثاني هو مشكلة مشتركة. فسلالتان غير مرتبطتين واجهتا التحدي نفسه فوصلتا إلى إجابات متشابهة. ويسمي علماء الأحياء هذا التناظر (analogy)، والعملية التي تنتجه هي التطور المتقارب (convergent evolution).

والتمييز بين الاثنين من المهارات الجوهرية في علم الأحياء. إن أخطأت فيه بنيت شجرة عائلة خاطئة. وإن أصبت صار النوعان من التشابه دليلاً.

التماثل: العظام نفسها، مراراً وتكراراً

ارفع ذراعك. تحسس العظم الطويل الواحد من الكتف إلى المرفق. هذا هو عظم العضد (humerus). وتحت المرفق عظمان جنباً إلى جنب، الكعبرة (radius) والزند (ulna). ثم مجموعة من عظام المعصم الصغيرة، ثم خمسة أصابع.

والآن افتح جناح خفاش. عظم العضد، ثم الكعبرة والزند، ثم عظام المعصم، ثم الأصابع. الأصابع طويلة جداً وبينها جلد مشدود، لكن الأجزاء وترتيبها هي نفسها.

وزعنفة الحوت. عظم العضد، والكعبرة والزند، وعظام المعصم، والأصابع. ملفوفة في مجداف أملس من اللحم، لكنها موجودة هناك.

وساق الحصان. المخطط نفسه مرة أخرى. يمشي الحصان على طرف إصبع واحد مكبر، وكثير من الباقي مختزل، لكن التسلسل لم يتغير.

أربعة حيوانات، وأربع حيوات مختلفة تماماً، وبنية أساسية مشتركة واحدة. وهذا ليس ما تتوقعه لو صُمم كل طرف على حدة لمهمته. فالمجداف والجناح وساق الجري لا يكاد يجمع بينها شيء كمسائل هندسية. ولا سبب لأن يحتوي مجداف جيد على معصم.

أما إذا كانت الأربعة نسخاً معدلة من الطرف نفسه، موروثة من سلف رباعي الأطراف، فهناك سبب ممتاز. يسمي علماء الأحياء الفقاريات رباعية الأطراف رباعيات الأطراف (tetrapods). وهي تعود إلى أسماك كانت تتجه نحو اليابسة قبل نحو 370 مليون سنة. وإحدى تلك الأسماك، Tiktaalik roseae التي عمرها 375 مليون سنة، كانت لديها داخل زعنفتها بدايات هذا الترتيب. والأدلة الأحفورية تغطي ذلك الاكتشاف كاملاً.

والتماثل ليس عن العظام فقط. فالمنطق نفسه ينطبق على الجينات ومراحل الجنين ومخططات الجسم كاملة.

التقارب: الإجابة نفسها، وُجدت مرتين

والآن النوع الآخر من التشابه.

العيون

لعينك عدسة وقزحية تنفتح وتنغلق وشبكية. ولعين الأخطبوط كذلك. والتشابه لافت. ومع ذلك لم يكن لآخر سلف مشترك للبشر والأخطبوطات شيء يشبه أيّاً منهما. كان لديه، على الأكثر، بقع بسيطة حساسة للضوء.

انظر عن كثب يظهر الفرق. فالعينان موصولتان في اتجاهين متعاكسين، ولا ينتهي الأمر بنقطة عمياء إلا في نسخة الفقاريات.

بنت سلالتان عيناً بشكل كاميرا. ووصلتاها بشكل مختلف، لأنهما بنتاها بشكل منفصل. وكيف تطورت العين تفكك تلك المقارنة بالتفصيل.

الأجنحة

الطيور والخفافيش والحشرات تطير كلها بأجنحة. والأجنحة مبنية بثلاث طرق مختلفة.

جناح الطائر ريش يمتد على طول الذراع. وجناح الخفاش غشاء من الجلد مشدود بين عظام أصابع ممطوطة كثيراً. وجناح الحشرة لا عظام فيه على الإطلاق. إنه نتوء من جدار الجسم تمر فيه شبكة من العروق.

وهنا فارق دقيق يستحق أن تحتفظ به، لأنه يبين مدى حرص التفكير المطلوب. فجناح الطائر وجناح الخفاش متناظران كجناحين، لأن الطيران تطور منفصلاً في المجموعتين. لكنهما متماثلان كطرفين أماميين، لأن الطيور والخفافيش كلتيهما ورثتا عظم العضد والكعبرة والزند من سلف مشترك رباعي الأطراف. فيمكن أن يكون زوج البنيتين نفسه متماثلاً على مستوى ومتناظراً على مستوى آخر. عليك أن تسأل أي صفة تقارن.

السباحون السريعون

للقرش والدلفين والإكثيوصور (ichthyosaur) صورة ظلية متطابقة تقريباً. جسم كالطوربيد، وخطم مدبب، وزعنفة ظهرية على الظهر، وزعانف مزدوجة في المقدمة، وزعنفة ذيل في المؤخرة.

وهي ليست أقارب قريبين أبداً. القرش سمكة هيكلها من الغضروف. والدلفين ثديي ذو عظام ورئتين ودم دافئ. والإكثيوصور زاحف بحري مشى أسلافه على اليابسة؛ وانقرضت المجموعة نحو 90 مليون سنة مضت.

الماء لا يرحم. فالجسم الذي يزيح الماء بكفاءة عند السرعة له مدى ضيق نسبياً من الأشكال الممكنة. وقد دُفعت ثلاث سلالات منفصلة إلى ذلك الشكل بالفيزياء نفسها.

والدلائل الكاشفة داخلية. القرش يتنفس بالخياشيم. والدلفين يصعد إلى السطح ليتنفس الهواء. وذيل القرش يتحرك من جانب إلى جانب؛ أما ذيل الدلفين فيتحرك إلى أعلى وأسفل، لأن أسلافه كانت تجري على اليابسة بعمود فقري ينحني بهذا الاتجاه. فالشكل الخارجي تقارب. أما الداخل فلم يتقارب.

التحديد بالصدى، حتى مستوى الجينات

بعض الخفافيش وبعض الدلافين تصطاد كلها بإرسال أصوات حادة والإصغاء إلى الأصداء. وتفصل بين المجموعتين عشرات ملايين السنين، ولم يكن السلف المشترك يحدد بالصدى.

وجاءت المفاجأة من الحمض النووي. فبروتين يسمى بريستين (prestin) يقع داخل الأذن ويساعد الحيوانات على سماع الأصوات العالية جداً. وفي عام 2010 أفاد يانغ ليو وزملاؤه بشيء غريب. فقد اكتسبت الخفافيش والدلافين التي تحدد بالصدى تغيرات متطابقة في جين بريستين، كل على حدة.

وإذا بنيت شجرة عائلة باستخدام بريستين وحده، تقع الدلافين بجوار الخفافيش. وهذه الإجابة خاطئة، ونعرف أنها خاطئة لأن كل نوع آخر من الأدلة يقول ذلك.

وفي عام 2013 نشر فريق بقيادة جو باركر دراسة على مستوى الجينوم كله في مجلة Nature، وأفاد بأن التغيرات المتطابقة بلغت جينات كثيرة غير بريستين. لكن إعادات تحليل لاحقة اختلفت معها. فبعد أن أخذت في الحسبان التطابقات التي تحدث بالصدفة، لم تجد زيادة واضحة على مستوى الجينوم. أما حالة بريستين نفسها فما زالت قائمة.

هذا هو التقارب عند أعمق مستوى نستطيع أن ننظر إليه. وهو أيضاً تحذير: جين واحد يمكن أن يضللك، وهذا بالضبط سبب أن علماء الأحياء يختبرون العلاقات عبر جينومات كاملة وصفات كثيرة في وقت واحد.

نباتات نسخت بعضها عبر محيط

ينمو الصبار في الأمريكتين. وينمو الفربيون العصاري أساساً في أفريقيا ومدغشقر. ويبدو كثير من أنواع المجموعتين قابلة للتبادل تقريباً: سيقان خضراء سميكة تخزن الماء، وأضلاع، ولا أوراق حقيقية، وأشواك حادة.

والفصيلتان ليستا قريبتين أبداً. فهما متباعدتان في شجرة عائلة النباتات المزهرة، وتعيشان في قارتين منفصلتين. واجهتا المشكلة نفسها، وهي البقاء حيتين في أماكن حارة جافة، ووصلتا إلى الشكل نفسه تقريباً.

ويمكنك أن تميز بينهما بفحصين. فأشواك الصبار تنمو من بنى صغيرة تشبه الوسائد تسمى الأريولات (areoles)، وهي لا توجد في الفربيون. وساق الفربيون المكسورة تسيل منها عصارة لبنية بيضاء من اللاتكس، لا ينتجها الصبار. وأزهارهما مبنية على مخططات مختلفة تماماً.

مجموعتان من الثدييات تجريان التجربة نفسها

معظم ثدييات أستراليا من الجرابيات، التي تربي صغارها في كيس. ومعظم الثدييات في أماكن أخرى مشيميات. وقد ظلت المجموعتان منفصلتين في الغالب عشرات ملايين السنين، وأنتجت كل منهما نسختها من أنماط عيش متشابهة.

صاد الثايلاسين، Thylacinus cynocephalus، في تسمانيا وكانت له جمجمة تشبه جمجمة الذئب بشكل لافت. ومات آخر فرد معروف منه في حديقة حيوان هوبارت عام 1936. والخلد الجرابي يحفر بالبنية الشبيهة بالمجرفة نفسها التي عند الخلد المشيمي. والمنزلق السكري (sugar glider) ينزلق بين الأشجار على سديلة جلدية، تماماً كما يفعل السنجاب الطائر على الجانب الآخر من العالم.

ولا زوج من هذه الأزواج أقارب قريبون. كل منها جرابي ومشيمي وصلا إلى الإجابة نفسها، مرتين.

كيف يميز علماء الأحياء بينهما فعلاً

المظهر السطحي أقل الأدلة موثوقية. وإليك ما يستخدمه الباحثون بدلاً منه.

البنية العميقة. هل الأجزاء الداخلية مرتبة بالطريقة نفسها، بالترتيب نفسه، ومتصلة بالجيران أنفسهم؟ عظم العضد هو دائماً العظم الواحد العلوي، ومتصل دائماً عند الكتف. وهذا النوع من التناظر يصمد حتى حين تتغير الأشكال تغيراً جذرياً.

أصل النمو. من أين تأتي البنية في الجنين، ومن أي نسيج؟ غشاء جناح الخفاش ينمو بين الأصابع. وجناح الحشرة ينمو من جدار الجسم. ولا يمكن أن يكونا البنية نفسها أبداً، مهما تشابه الشكل النهائي.

التوافق مع الشجرة الأوسع. لا صفة واحدة تحسم شيئاً. يبني علماء الأحياء أشجار العائلة من صفات كثيرة، ومن الأحافير، ومن الجينومات كاملة. والتشابه الذي يظهر في مجموعة يضعها كل شيء آخر معاً يكون موروثاً على الأرجح. والتشابه الذي يجبرك على كسر شجرة مدعومة جيداً يكون متقارباً على الأرجح.

التفصيل الوراثي. الصفات المتقاربة تصل عادة بمسارات وراثية مختلفة، أو بتغيرات مختلفة في الجين نفسه. وحتى حالة بريستين اللافتة تُظهر فروقاً قابلة للقياس إلى جانب التطابقات.

لماذا يعد النوعان من التشابه دليلاً

التماثل يعطيك نمط تفرع الحياة. وكون زعانف الحيتان وسيقان الخيل تحمل العظام نفسها هو نوع من الأشياء يتنبأ بها الأصل المشترك ولا يتنبأ بها الخلق المنفصل.

والتقارب يعطيك شيئاً آخر. إنه يبين أن الانتقاء الطبيعي عملية حقيقية قابلة للتكرار. شغّل بيئة متشابهة مرتين، في سلالات غير مرتبطة، تحصل على إجابات متشابهة مرتين. والقروش والدلافين والإكثيوصورات ثلاث تجارب مستقلة للتجربة نفسها، وخرجت الثلاث متشابهة.

وهما معاً يفسران النمط والعملية. ولمزيد عن تلك العملية اقرأ الانتقاء الطبيعي. وللخطوط الأخرى من الأدلة اقرأ الأدلة على التطور.