วิวัฒนาการ คืออะไร พันธุศาสตร์ประชากร กำเนิดสปีชีส์

วิวัฒนาการ คืออะไร

วิวัฒนาการ คือ การเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะเปลี่ยนไปจากบรรพบุรุษ และสามารถ ถ่ายทอดลักษณะนี้ไปยังรุ่นต่อไป ท าให้ลูกหลานที่เกิดขึ้นมีลักษณะแตกต่างจากบรรพบุรุษ และถูก คัดเลือกให้มีชีวิตอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่ต่างกันในระยะเวลาที่ยาวนาน

หลักฐานที่บ่งบอกถึงวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

• ซากดึกดำบรรพ์ / ฟอสซิล
• หลักฐานจากกายวิภาคเปรียบเทียบ ได้แก่
  • โครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายกัน แต่ทำหน้าที่ต่างกัน เรียกว่า homologous structure
  • โครงสร้างที่ทำหน้าที่เดียวกัน แต่มีโครงสร้างต่างกัน เรียกว่า analogous structure
• หลักฐานจากวิทยาเอ็มบริโอเปรียบเทียบ
• หลักฐานด้านชีววิทยาระดับโมเลกุล
• หลักฐานทางชีวภูมิศาสตร์

แนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของนักวิทยาศาสตร์

1. ชอง ลามาร์ก (Jean Lamarck)

• กฎการใช้และไม่ใช้ (law of use and disuse) คือ อวัยวะส่วนใดที่มีการใช้งานมากจะมี ขนาดใหญ่และแข็งแรงขึ้น ขณะที่อวัยวะที่ไม่ค่อยได้ใช้งานจะอ่อนแอและเสื่อมลงไป
• กฎแห่งการถ่ายทอดลักษณะที่เกิดขึ้นใหม่ (law of inheritance of acquired characteristic) คือ การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นภายในชั่วรุ่นนั้น สามารถ ถ่ายทอดไปยังรุ่นลูกได้

2. ชาร์ลส์ ดาร์วิน

• ทฤษฎีการคัดเลือกโดยธรรมชาติ (theory of natural selection) คือ สิ่งมีชีวิตบนโลก เป็นรุ่นลูกหลานที่มีลักษณะแตกต่างจากบรรพบุรุษ แต่ลักษณะที่เหมาะสมเท่านั้นจะถูก คัดเลือกให้ดำรงอยู่ได้ในสภาพแวดล้อมนั้น เรียก การปรับตัวเชิงวิวัฒนาการ (evolutionary adaptation) ของสิ่งมีชีวิตให้เข้ากับสภาพแวดล้อมเพื่อเกิดเป็นสปีชีส์ (species) ใหม่
• ดาร์วินสรุปว่า “การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นแรงผลักดันที่ก่อให้เกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต”

3. เอินส์ เมียร์ ได้สรุปแนวคิดของดาร์วินไว้ว่า

• การคัดเลือกโดยธรรมชาติทำให้สิ่งมีชีวิตแต่ละตัวมีความสามารถในการอยู่รอดและให้กำเนิด ลูกหลานต่างกัน
• การคัดเลือกโดยธรรมชาติเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งแวดล้อมที่ประชากรอาศัยอยู่กับ ลักษณะความแปรผันทางพันธุกรรมของสมาชิกในประชากร
• ผลจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติทำให้ประชากรมีการปรับตัวเชิงวิวัฒนาการให้สามารถ ดำารงชีวิตอยู่ได้ในสิ่งแวดล้อมนั้น

พันธุศาสตร์ประชากร

• ประชากร คือ สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันที่อาศัยอยู่รวมกันในพื้นที่หนึ่งๆ ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง สามารถ ผสมพันธุ์ระหว่างกันได้และให้ลูกที่ไม่เป็นหมัน
• ยีนพูล (gene pool) คือ ยีนทั้งหมดที่มีอยู่ในประชากรในช่วงเวลาหนึ่ง ประกอบด้วยแอลลีล (รูปแบบของยีน) ทุกแอลลีลจากทุกๆ ยีนของสมาชิกทุกตัวในประชากรนั้น
• การหาความถี่ของแอลลีลในประชากร
  ตัวอย่าง การมี antigen ชนิด M หรือ N ถูกควบคุมด้วยยีนที่มีอัลลีล 2 ชนิด ที่มีความเด่นเท่ากัน ทำให้มีจีโนไทป์ 3 ชนิดคือ LMLM, LMLN และ LNLN แสดงลักษณะหมู่ เลือดเป็นหมู่เลือด M, MN และ N ตามลำดับ

ตารางที่ 1 ข้อมูลสำรวจจากประชากรหนึ่งที่มีจำนวน 200 คน มีหมู่เลือดต่างๆดังนี้

คำนวณค่าความถี่ของอัลลีลได้ดังนี้

1. ใช้ข้อมูลตัวเลขที่สำรวจได้ (ตารางที่ 1)
คน 200 คน มีจำนวนอัลลีลทั้งหมด = 400 อัลลีล
อัลลีลชนิด LM มีจำนวนทั้งหมด = (90×2) + 60 = 240 อัลลีล
ความถี่ของอัลลีล LM = 240/400 = 0.6
อัลลีลชนิด LN มีจำนวนทั้งหมด = (50×2) + 60 = 160 อัลลีล
ความถี่ของอัลลีล LN = 160/400 = 0.4

2. ใช้ค่าความถี่ของจีโนไทป์
ความถี่ของอัลลีล LM = 0.45 + 1/2 (0.3) = 0.6
ความถี่ของอัลลีล LN = 0.25 + 1/2 (0.3) = 0.4
ค่าความถี่ของอัลลีลทั้งสองรวมกัน เป็น 0.6+0.4 = 1

• กฎของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก

จี เอช ฮาร์ดี และดับเบิลยู ไวน์เบิร์ก ได้ศึกษายีนพูลของประชากร และได้เสนอทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กขึ้น โดยกล่าวว่าความถี่ของแอลลีลและความถี่ของจีโนไทป์ในยีนพูลของประชากรจะมีค่าคงที่ในทุกๆ รุ่น ถ้าไม่มีปัจจัยบางอย่างมาเกี่ยวข้อง เช่น มิวเทชัน แรนดอมจีเนติกดริฟท์ การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน เป็นต้น

ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่แอลลีล

• การคัดเลือกโดยธรรมชาติ
• การผ่าเหล่า (mutation) และการแปรผันทางพันธุกรรม
• การอพยพของสมาชิกในประชากร
• ขนาดของประชากร
• รูปแบบของการผสมพันธุ์
  • การผสมพันธุ์แบบสุ่ม เป็นรูปแบบที่เกิดขึ้นเป็นส่วนมากในประชากร การผสมพันธุ์แบบสุ่มนี้จะไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ยีนในแต่ละชั่วอายุมากนัก
  • การผสมพันธุ์ที่ไม่เป็นแบบสุ่ม เป็นรูปแบบที่เกิดขึ้นเป็นบางครั้ง โดยมีการเลือกคู่ผสมภายในกลุ่ม ซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการผสมพันธุ์ภายในสายพันธุ์เดียวกัน (อินบรีดดิง : inbreeding) อันจะยังผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนในประชากรนั้นได้

กำเนิดสปีชีส์

• สปีชีส์ทางด้านสัณฐานวิทยา หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันในลักษณะทางสัณฐานและโครงสร้างทางกายวิภาคของสิ่งมีชีวิต ใช้เป็นแนวคิด ในการศึกษาอนุกรมวิธาน
• สปีชีส์ทางด้านชีววิทยา หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่สามารถผสมพันธุ์กันได้ในธรรมชาติ ให้กำเนิดลูกที่ไม่เป็นหมันแต่ถ้าเป็นสิ่งมีชีวิตต่างสปีชีส์กัน ก็อาจให้กำเนิดลูกได้เช่นกันแต่เป็นหมัน

สิ่งมีชีวิตการป้องกันการผสมพันธุ์ข้ามสปีชีส์ด้วยกลไกการแยกกันทางการสืบพันธุ์ โดยมีการแบ่งเป็นระยะ ดังนี้

1. กลไกแบ่งแยกระดับก่อนไซโกต (prezygotic isolating mechanism) ซึ่งเป็นกลไกป้องกันไม่ให้เกิดการปฏิสนธิ ประกอบด้วยความแตกต่างในเรื่อง

• ระยะเวลาผสมพันธุ์ หรือฤดูกาลผสมพันธุ์ที่ต่างกัน (temporal isolation)
• สภาพนิเวศวิทยาที่แตกต่างกัน (ecological isolation)
• พฤติกรรมการผสมพันธุ์ที่แตกต่างกัน (behavioral isolation)
• โครงสร้างอวัยวะสืบพันธุ์ที่แตกต่างกัน (mechanical isolation)
• สรีรวิทยาของเซลล์สืบพันธุ์ที่แตกต่างกัน (genetic isolation)

2. กลไกแบ่งแยกระยะหลังไซโกต (postzygotic isolating mechanism) ซึ่งหากในกรณีที่กลไกแบบแรกล้มเหลวยังสามารถควบคุมได้โดย

• ลูกที่ผสมได้นั้น ตายก่อนวัยเจริญพันธุ์
• ลูกที่ผสมได้เป็นหมัน

ตัวอย่างข้อสอบเรื่อง วิวัฒนาการ

1. จากหลักฐานทางกายวิภาคเปรียบเทียบระหว่างปีกนกและปีกแมลง ข้อใดไม่ถูกต้อง

ก. มีไว้เพื่อทำหน้าที่เหมือนกัน
ข. มีการสืบทอดจากบรรพบุรุษต่างกัน
ค. มีโครงสร้างภายในเหมือนกัน
ง. มีการเจริญมาจากกลุ่มเซลล์ต่างกัน

2. ข้อใดเป็นสาเหตุที่กบสองสปีซีส์ที่ใกล้เคียงกัน เมื่อนำมาเลี้ยงในที่อาศัยเดียวกันไม่สามารถผสมพันธุ์กันได้

ก. ฤดูกาลผสมพันธุ์ต่างกัน
ข. เสียงร้องเรียกหาคู่ต่างกัน
ค. สีของลำตัวต่างกัน
ง. การกินอาหารต่างกัน

3. อนาคตมนุษย์มีส่วนศีรษะโตขึ้น แต่แขนขาจะลีบเล็กลง เพราะมนุษย์ใช้ความคิดมากและมีเครื่องทุ่นแรงหลายชนิดทำงานแทน คำกล่าวนี้สอดคลองกับ

ก. การต่อสู้เพื่อยังชีวิตของ Wallace
ข. กฎแห่งการใช้และไม่ใช้ของ Lamark
ค. กฎการเลือกเฟื้นตามธรรมชาติของ Darwin
ง. การแปรผันเพื่อดำรงพันธุ์ของ De Vries

4. โดยปกติองุ่นจะมีเมล็ด แต่ในปัจจุบันมีการผลิตองุ่นที่ไม่มีเมล็ดซึ่งเป็นที่นิยมของผู้บริโภคซึ่งเป็นผลจาก

ก. การผสมพันธุ์ในพวกเคียวกันเอง
ข. การคัดเลือกโดยธรรมชาติ
ค. การปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม
ง. การเปลี่ยนแปลงของยีน

5. ตามกฎแห่งการถ่ายทอดลักษณะที่เกิดขึ้นใหม่ของลามาร์ก นำไปใช้ได้กับข้อใด

ก. ลูกไก่ขณะอยู่ในไข่สามารถรับเสียงเรียกของแม่ไก่ที่กกอยู่ได้
ข. หมีโคอาล่ามีมากในทวีปออสเตรเลีย เพราะที่นั่นมีต้นยูคาลิปตัสที่ใช้เป็นอาหารจำนวนมาก
ค. ปลากัดสามารถมีชีวิตอยู่ใบอ่างเลี้ยงซึ่งใช้น้ำฝนกับน้ำจากแหล่งที่อยู่อาศัยเดิม
ง. ลูกนกกระจอกเทศบินไม่ได้เนื่องจากพ่อแม่และบรรพบุรุษใกลัชดไม่มีปีกบิน