ใน
ปี ค.ศ.1831 ชารลส์ ดาร์วิน นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ ได้ล่องเรือไปยังหมู่เกาะกาลาปากอส
ในมหาสมุทรแปซิฟิก ทางฝั่งตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้ ซึ่งเป็นหมู่เกาะซึ่งเกิดขึ้นใหม่จากลาวา
ซึ่งประทุขึ้นของภูเขาไฟใต้ท้องมหาสมุทร ดาร์วินสังเกตว่า ทำไมสัตว์ที่พบบนเกาะแห่งนี้
จึงมีลักษณะพิเศษ แตกต่างไปจากสัตว์ประเภทเดียวกันบนผืนแผ่นดินใหญ่
เขาจึงตั้งข้อสันนิษฐานว่า สัตว์เหล่านี้มีต้นกำเนิดมาจากแผ่นดินใหญ่
และถูกน้ำพัดพา ลอยหรือบินมายังเกาะแห่งนี้ และเมื่อเวลาผ่านไปนับล้านปี
มันได้ปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมของเกาะ รูปร่างลักษณะของมันจึงแตกต่างไปจากบรรพบุรุษบนแผ่นดินใหญ่
ดาร์วินจึงนำเสนอทฤษฎีวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต ซึ่งตั้งอยู่บนพื้นฐานของข้อสังเกตสามประการคือ
สิ่งมีชีวิตทั้งมวลล้วนผันแปร มีความสามารถถ่ายทอดคุณสมบัติลักษณะ
และต้องดิ้นรนแข่งขันเพื่อความอยู่รอด ปัจจัยทั้งสามนี้ทำให้สิ่งมีชีวิตบางชนิดปรับตัวได้ดีกว่าชนิดอื่นๆ
ซึ่งยังผลให้มันอยู่รอดปลอดภัยและแพร่พันธุ์ได้มากขึ้น สิ่งมีชีวิตที่ปรับตัวได้ช้าก็คงเหลืออยู่น้อยหรือสูญพันธุ์ไป
การปรับตัวที่ว่านี้เป็นไปอย่างช้าๆ แต่เมื่อเวลาผ่านไปเนิ่นนาน
ผลที่ได้คือ คุณลักษณะต่างๆ จะปรากฏมากขึ้นๆ ในรุ่นต่อไป เขาเรียกกระบวนการเช่นนี้ว่า การคัดเลือกโดยธรรมชาติ (Natural selection) ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์พบว่า กลไกที่ขับดันให้เกิดการวิวัฒนาการมี
2 สาเหตุ คือ การกลายพันธุ์ และการอยู่รอดของผู้ที่เก่งกว่า
ภาพที่ 1 ชารลส์ ดาร์วิน
การกลายพันธุ์
กลไกในการสืบทอดพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตคือ
การคัดลอก DNA โดยธรรมชาติการคัดลอกจะมีความคลาดเคลื่อน (Error)
ไปบ้างเล็กน้อย เมื่อการผิดพลาดทำให้เกิดความเพี้ยน เซลล์ใหม่ที่เกิดขึ้นจะมีความแตกต่างจากเซลล์ต้นกำเนิดเล็กน้อย
เนื่องจากรหัสพันธุกรรมใน DNA เปลี่ยนแปลงไป คำสั่งในการสร้างโปรตีน
กลไกทางเคมี และการควบคุมการทำงานของเซลล์ก็จะเปลี่ยนไปด้วย ครั้นเมื่อเซลล์รุ่นสองจะแบ่งตัวอีก
มันกลายเป็นต้นแบบในการคัดลอกให้กับเซลล์รุ่นที่ 3 และการคัดลอกครั้งนี้ก็จะมีความคลาดเคลื่อนไปอีกเล็กน้อยด้วย
ความคลาดเคลื่อนจะสะสมมากขึ้นในลักษณะรุ่นต่อรุ่น ทำให้เซลล์รุ่นที่
3 มีความแตกต่างจากเซลล์รุ่นที่ 1 มากกว่าเซลล์รุ่นที่ 2 เมื่อเกิดการคัดลอกรุ่นแล้วรุ่นเล่านับแสนรุ่น
สิ่งชีวิตในรุ่นหลังอาจมีความแตกต่างไปมากจนแทบไม่เหมือนบรรพบุรุษของมันเลย
ลักษณะของการคัดลอกเช่นนี้มีลักษณะเหมือนการลอกการบ้านแล้วส่งต่อ
คือ
1.
เมื่อนักเรียนคนที่สองคัดลอกการบ้านจากเพื่อนคนแรกแล้วส่งต่อให้เพื่อนคนที่สาม คนที่สามจะคัดลอกความคลาดเคลื่อนที่คนที่สองทำไว้แตกต่างจากคนแรก
2.
เมื่อนักเรียนคนที่สามคัดลอกการบ้านจากเพื่อนคนที่สองแล้วส่งต่อให้เพื่อนคนที่สี่
คนที่สี่จะคัดลอกความคลาดเคลื่อนที่คนที่สามทำไว้แตกต่างจากคนที่สอง
3.
เมื่อนักเรียนคนที่สี่คัดลอกการบ้านจากเพื่อนคนที่สาม แล้วส่งต่อให้เพื่อนคนที่ห้า คนที่ห้าจะคัดลอกความคลาดเคลื่อนที่คนที่สี่ทำไว้แตกต่างจากคนที่สาม
4.
เมื่อนักเรียนคนที่ห้าสิบคัดลอกการบ้านจากเพื่อนคนที่สี่สิบเก้า แล้วส่งต่อให้เพื่อนคนที่ห้าสิบ คนที่ห้าสิบจะคัดลอกความคลาดเคลื่อนที่คนที่ห้าสิบทำไว้แตกต่างจากคนที่สี่สิบเก้า
เมื่อนำการบ้านของนักเรียนคนที่ห้าสิบมาเปรียบเทียบกับการบ้านของนักเรียนคนแรก
เราจะพบว่าข้อความในการบ้านทั้งสองแตกต่างกันมากจนคิดไม่ถึงเลยว่า
นักเรียนคนที่ห้าสิบลอกการบ้านต่อๆ กันมาจากนักเรียนคนแรก ในทำนองเดียวกัน
ในสาย DNA ของมนุษย์หนึ่งคู่ ประกอบด้วยฐานนิวโตรจีเนียสจำนวนมากกว่า
1 หมื่นล้านฐาน ในการคัดลอกหนึ่งครั้งจะมีความคลาดเคลื่อนประมาณ
10 ฐาน ความแตกต่างนี้เองทำให้ลูกหลานของเรามีคุณลักษณะบางอย่างไม่เหมือนกับบรรพบุรุษ
เมื่อความคลาดเคลื่อนสะสมกันหลายแสนรุ่นซึ่งอาจใช้เวลาหลานล้านปี
ก็จะเกิดสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ (สายพันธุ์ใหม่) เราเรียกปรากฏการณ์เช่นนี้ว่าการกลายพันธุ์
(Mutation)
ภาพที่ 2 วิวัฒนาการของแขนและปีก
การอยู่รอดของผู้ที่เหนือกว่า
ในความเป็นจริงทุกสถานที่จะมีข้อจำกัดในตัวของมันอยู่
เช่น ห้องเรียนรองรับนักเรียนได้มากที่สุด 50 คน โรงอาหารรองรับนักเรียนได้
500 คน รถโดยสารมี 42 ที่นั่ง หากมีผู้ต้องการใช้บริการมากกว่าข้อจำกัดนี้
ก็จะเกิดการแข่งขันขึ้นโดยปริยาย ผู้ที่มาก่อนหรือผู้ที่เหนือกว่า
จะเป็นผู้ที่ได้ใช้บริการ
ระบบนิเวศในธรรมชาติก็มีข้อจำกัดเช่นกัน
ผู้ชนะที่จะได้รับบริการได้แก่ ผู้ที่มีความสามารถในการหาอาหาร
ป้องกันตัว หรือปรับตัวเข้ากับสิ่งแวดล้อม และภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลง
เป็นต้น ยกตัวอย่าง หากมีเกาะแห่งหนึ่งมีอาหารจำกัดสำหรับสัตว์
10,000 ตัว สมมติว่าเกาะแห่งนี้มีสัตว์เพียงพันธุ์เดียว และมีอยู่ตัวหนึ่งซึ่งรหัสพันธุกรรมของมันแตกต่างไปจากสัตว์ตัวอื่น
ทำให้มันมีความสามารถในการหาอาหารเก่งกว่าผู้อื่น เมื่อมันสืบพันธุ์ลูกของมันก็จะสืบทอดคุณสมบัติในการหาอาหารเก่งเอาไว้ด้วย
เมื่อการสืบพันธุ์ก็จะเกิดขึ้นหนึ่งพันรุ่น ก็จะคงเหลือแต่ทายาทของสัตว์ตัวนี้เท่านั้นที่ครอบครองเกาะ
เนื่องเพราะมีแต่พวกมันทวีจำนวนขึ้นและมีความสามารถในการหาอาหารที่เหนือกว่า
ทายาทของสัตว์ 9,999 ตัวในรุ่นแรก ไม่สามารถหาอาหารสู้พวกมันได้
จึงขาดอาหารและสูญพันธุ์ไป (การสืบทอดทายาทหนึ่งพันรุ่นนั้น เป็นช่วงเวลาแค่พริบตาเมื่อเทียบกับช่วงเวลาทางธรณีวิทยาหลายร้อยล้านปี)
เราเรียกเหตุการณ์เช่นนี้ว่า การอยู่รอดของผู้ที่เหนือกว่า
(Survival of the fittest)
จากการศึกษาฟอสซิล
(ซากสิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์) พบว่า สิ่งมีชีวิตบางสปีชีส์อุบัติขึ้นเมื่อหลายร้อยล้านปีก่อนและยังมีสืบทอดลูกหลานให้เห็นในปัจจุบันดังเช่น
ปลาดาว แต่บางสปีชีส์ที่เคยอุบัติขึ้นเมื่อหลายร้อนปีที่แล้ว กลับสูญพันธุ์หายไปดังเช่น
ไดโนเสาร์ ดังกราฟที่แสดงในภาพที่ 3
ภาพที่
3 วิวัฒนาการของสัตว์
ความหลากหลายทางชีวภาพ
หลักฐานของสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดเป็นฟอสซิลของจุลินทรีย์โบราณ
อายุ 3.5 พันล้านปี ในทวีปออสเตรเลีย มีรูปร่างคล้ายแบคทีเรียสีฟ้าเขียวในปัจจุบัน
ซึ่งมีความสามารถในการสังเคราะห์ด้วยแสง ในการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นอาหารและคายก๊าซออกซิเจนออกมา
จุลินทรีย์โบราณนี้เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวคือ เซลล์โพรคาริโอต
ไม่มีนิวเคลียส และอวัยวะพิเศษอื่นใด ตัวอย่างของเซลล์โพรคาริโอตได้แก่
แบคทีเรียชนิดต่างๆ
หนึ่งพันล้านปีต่อมา เซลล์โพรคาริโอตบางชนิดได้วิวัฒนาการให้มีความมั่นคงในการดำรงชีวิต
โดยเสริมสิ่งป้องกันตัว และระบบจัดหาพลังงานที่ดีกว่าจนกลายเป็นเซลล์ยูคาริโอต
ซึ่งมีขนาดใหญ่และมีความสลับซับซ้อนมากกว่า ในเวลาต่อมา เซลล์ยูคาริโอตได้กลายเป็นบรรพบุรุษของ
พืช เห็ดรา และสัตว์ ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ อุบัติขึ้นประมาณหนึ่งพันห้าร้อยล้านปีที่แล้ว
ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า สิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกนี้มีจำนวนระหว่าง
2 30 ล้านสปีชีส์ โดยที่บันทึกอย่างเป็นทางการแล้ว 1.4 ล้านสปีชีส์
ออกเป็นกลุ่มใหญ่ๆ 5 อาณาจักรดังนี้
อาณาจักรโมเนอรา
(Kingdom Monera) เป็นอาณาจักรของโพรคาริโอตเซลล์เดี่ยว
ไม่มีนิวเคลียส ได้แก่ แบคทีเรียชนิดต่างๆ มีสมาชิกประมาณ 6,000
สปีชีส์ ซึ่งแบ่งตามกระบวนการทางชีวภาพเคมีได้ 3 จำพวกคือ
ออโตทรอฟ
(Autotroph) หมายถึง พวกที่สร้างอาหารได้ด้วยตนเอง โดยการเปลี่ยนสารอนินทรีย์เป็นสารอินทรีย์
เช่นการสังเคราะห์ด้วยแสง
เฮเทโรทรอฟ
(Heterotroph) หมายถึง พวกที่บริโภคสารอินทรีย์ที่สร้างขึ้นจากสิ่งมีชีวิตอื่น
มิโซทรอฟ
(Mixotroph) หมายถึง พวกที่บริโภคทั้งสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์
อาณาจักรโพรติสตา
(Kingdom Protista) เป็นอาณาจักรของยูคาริโอตเซลเดี่ยว
มีสมาชิกประมาณ 60,000 สปีชีส์ เซลล์ถูกพัฒนาให้มีนิวเคลียสห่อหุ้มโครโมโซม
และสร้างอวัยวะซึ่งทำหน้าที่เฉพาะทางได้แก่ คลอโรพลาสต์ มีหน้าที่สังเคราะห์อาหารด้วยแสง
โดยการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นอาหารและคายก๊าซออกซิเจน
ไมโทคอนเดรียน มีหน้าที่นำก๊าซออกซิเจนมาเผาผลาญอาหารให้เกิดพลังงานและคายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา
ซึ่งวิวัฒนาการในยุคต่อมาได้แยกเป็น พืช เห็ดรา และสัตว์ สิ่งมีชีวิตในอาณาจักรโพติสตาได้แก่
สาหร่าย โปรตัวซัว แพลงตอน
อาณาจักรพืช
(Kingdom Plantae) มีสมาชิกประมาณ 250,000 สปีชีส์ ซึ่งมีเป็นสิ่งมีชีวิตจำพวกออโตทรอฟ
ซึ่งใช้คลอโรฟิลล์สีเขียวเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นอาหารและคายก๊าซออกซิเจน
พืชมีบทบาทสำคัญต่อวัฎจักรน้ำและเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของบรรยากาศ
นอกจากนั้นยังมีบทบาทที่สำคัญในการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของดินด้วยการดูดซับธาตุอาหาร
อันได้แก่ คาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และกำมะถัน พืชจึงเป็นแหล่งอาหารที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตบนโลก
อาณาจักรเห็ดรา
(Kingdom Fungi) มีสมาชิกประมาณ 70,000 สปีชีส์ มีลักษณะคล้ายพืช
แต่เป็นสิ่งมีชีวิตจำพวกเฮโรทรอฟซึ่งบริโภคสารอินทรีย์ที่สิ่งมีชีวิตอื่นสร้างไว้
เราจะเห็นได้ว่า เห็ดมักขึ้นอยู่ตามซากต้นไม้ ราและยีสต์มักขึ้นอยู่ตามอาหาร
เห็ดราบางชนิดสามารถดูดกลืนสารอินทรีย์จากพื้นดินได้โดยตรง ไลเคนสามารถอาศัยอยู่บนพื้นหินแข็ง
พวกมันมีอิทธิพลในการเปลี่ยนแปลงพื้นผิวของป่าเป็นอย่างมาก เนื่องจากความสามารถในการดูดกลืนน้ำและการทำปฏิกิริยาทางเคมี
อาณาจักรสัตว์
(Kingdom Animalia) มีสมาชิกประมาณ 1,000,000 สปีชีส์
จัดเป็นสิ่งมีชีวิตจำพวกออโตทรอฟ ซึ่งมีการบริโภคเป็นระบบห่วงลูกโซ่อาหารเป็นชั้นๆ
เช่น กวางกินหญ้า เสือกินกวาง นกแร้งกินเสือ เป็นต้น สัตว์ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีชีวภาพ
เป็นต้นว่า กระดูกและกระดองสร้างจากแคลเซียมคาร์บอเนต การหายใจของสัตว์ควบคุมปริมาณก๊าซออกซิเจนในบรรยากาศไม่ให้มากเกินไป
สายพันธุ์ของมนุษย์ (Homo) เพิ่งแยกออกมาจากสายพันธุ์ของลิงเมื่อ
3 ล้านปีก่อน สปีชีส์โฮโมเซเปียนส์ (Homo sapiens) ของมนุษย์ในปัจจุบัน
เพิ่งอุบัติขึ้นเมื่อประมาณ 2 แสนปีก่อนนี้เอง
ภาพที่ 4 วิวัฒนาการของอาณาจักรทั้งห้า
การจัดจำแนกกลุ่มของสิ่งมีชีวิต
เนื่องจากสิ่งมีชีวิตในโลกนี้มีมากมายหลายล้านสปีชีส์
นักวิทยาศาสตร์จึงใช้วิธีการจัดกลุ่มเป็นระบบซับเซ็ท เรียงลำดับเป็นระดับ
7 ชั้น จากกลุ่มใหญ่ไปยังกลุ่มย่อย จากรายละเอียดน้อยไปรายละเอียดมาก
ซึ่งเรียกว่า แทกซาโนมี (Taxanomy) ดังที่แสดงในภาพที่ 5 โดยมี อาณาจักร
(Kingdom) มีระดับที่ใหญ่ที่สุด และ สปีชีส์ (Species) เป็นระดับที่เล็กที่สุด โดยที่สมาชิกของสปีชีส์หนึ่งจะผสมพันธุ์ได้เฉพาะกับสมาชิกอื่นๆ
ที่อยู่ในสปีชีส์เดียวกันเท่านั้น การผสมพันธุ์ข้ามสปีชีส์เป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้
เพราะมีโครโมโซมไม่เหมือนกัน อย่างไรก็ตามยังมีการผสมพันธุ์ข้ามสปีชีส์ในบางกรณี
เช่น ล่อ เกิดจากม้าผสมพันธุ์กับลา แต่ทายาทที่เกิดมาก็จะไม่สามารถสืบพันธุ์ได้ต่อไป
ภาพที่ 5 การจัดจำแนกกลุ่มของสิ่งมีชีวิต
ตัวอย่างการจำแนกสปีชีส์
ได้แก่ สิงโต จัดเป็น สัตว์ (อาณาจักรสัตว์) มีกระดูกสันหลัง (ไฟลัม
คอร์ดาตา) เลี้ยงลูกด้วยนม (คลาส แมมเมเลีย) ล่าเนื้อเป็นอาหาร
(ออเดอร์ คาร์นิโวรา) มีอุ้งเท้าหน้ามี 5 นิ้ว อุ้งเท้าหลังมี
4 นิ้ว (วงศ์ เฟลิเด) จำพวกเสือ (สกุล แพนเธอรา) สปีชีส์สิงโต
(สปีชีส์ แพนเธอรา ลีโอ) ดังที่แสดงในตารางที่ 1
สิงโต
(Lion หรือ Leo) เป็นชื่อสามัญที่ใช้เรียกกันทั่วไป ส่วนในการตั้งชื่อทางวิทยาศาสตร์นั้น
จะขึ้นต้นด้วยชื่อสกุลแล้วตามด้วยชื่อพันธุ์เช่น แพนเธอรา ลีโอ
ตารางที่ 1 ตัวอย่างการจำแนกสปีชีส์ สิงโต
ระดับชั้น |
ชื่อในระดับ |
ตัวอย่างในระดับ |
อาณาจักร
(Kingdom) |
สัตว์ |
สิงโต
ช้าง ปลา ปู แมลง กิ้งก่า |
ไฟลัม
(Phylum) |
คอร์ดาตา(มีกระดูกสันหลัง) |
สิงโต
ช้าง ปลา กิ้งก่า |
คลาส
(Class) |
แมมเมเลีย
(เลี้ยงลูกด้วยนม) |
สิงโต
ช้าง สุนัขป่า กวาง |
ออเดอร์
(Order) |
คาร์นิโวรา
(ล่าเนื้อ) |
สิงโต
สุนัขป่า หมี แมว |
วงศ์
(Family) |
เฟลิเด
(อุ้งเท้าหน้ามี 5 นิ้ว อุ้งเท้าหลังมี 4 นิ้ว) |
สิงโต
เสือลาพพาดกลอน แมวป่า |
สกุล
(Genus) |
แพนเธอรา
(จำพวกเสือ) |
สิงโต
เสือลายพาดกลอน เสือจากัวร์ |
สปีชีส์
(Species) |
แพนเธอรา
ลีโอ (สิงโต) |
สิงโต |