جد جانوران کیست؟ اسفنج ها یا شانه داران؟
دانشمندان سال‌هاست که بر سر انتخاب اولین جد و قدیمی‌ترین دودمان جانوران بحث و اختلاف نظر دارند.
در واقع یکی از قدیمی‌ترین سوال‌های دانشمندان این است که اگر میلیون‌ها سال به عقب برگردیم اولین جانوران به چه شکلی بودند، تکاملشان به چه صورت بوده و چگونه از جد تک‌سلولی خود منشا گرفته اند؟ برای پاسخ دادن به این سوال ما باید بدانیم که موجودات امروزی چگونه به هم مرتبطند و در چه نظمی به وجود آمده‌اند و چه تغییرات تکاملی‌ای باعث تنوع و گستردگی شدیدی که امروزه در موجودات می‌بینیم شده است.
(در شکل‌های بالا می‌‌توانید درخت زندگی کل جانداران را ببینید، البته بحث ما صرفا دربارهٔ بخش جانوران آن است)
کنکاش و بررسی 600 میلیون سال دگرگونی، کار مشکلی است. اما اینطور به نظر می‌رسد که هر جانوری از یکی از پنج شاخه قدیمی درخت زندگی جانوران منشأٔ می گیرد، این 5 گروه که امروزه خیلی متفاوت از هم به نظر می‌رسند عبارت‌اند از1) اسفنج‌ها (Porifera ) ، 2) شانه‌داران (Ctenophora) ،3) نیداریا‌ها (Cnidaria) (شامل شقایق‌های دریائی ، مرجان‌ها، و عروس‌های دریائی ) ، و 4) پلاکوزوها (Placozoa)، این 4 گروه جانواران معروف به غیر‌متقارن‌ها (non-bilaterian) هستند و دارای قدمتی باستانی اند وبیش از 600 میلیون سال است که وجود دارند اما سوال اصلی اینجاست که رابطه ی بین این 4 گروه چگونه است و آنها چگونه به پنجمین گروه بقیه جانوران هستند (شامل انسان ها) و به جانواران متقارن‌الطرفین (Bilateria) معروف هستند، که مرتبط میشوند.
دربارهٔ خاستگاه جانوران دو دیدگاه وجود دارد. دیدگاه سنتی به این صورت بود که احتمالا جد تمام جانوران یک موجود اسفنج مانندی بوده است که در درخت زندگی به دو شاخهٔ دیگر تقسیم شده، یک شاخه اسفنج‌ها و شاخهٔ دیگری شاخه‌ای است که به بقیه جانوران ختم میشود. اما در سال 2008 یک گروهی از دانشمندان یک فرضیهٔ جنجالی‌ای مطرح کردند، آنها اولین شاخهٔ درخت جانوران را به جای اسفنج‌ها شانه‌داران معرفی کردند. به هر حال هنوز بحث و تحقیق دربارهٔ این موضوع ادامه دارد.
اما این درخت زندگی چیست و چگونه می‌توانیم یک درخت از رابطهٔ تکاملی بین جانوران بسازیم؟
وقتی ما می‌خواهیم رابطهٔ میان جانواران را بررسی کنیم به دنبال ویژگی‌هایی که طی تاریخ یکسانی به اشتراک گذاشته‌اند می‌گردیم.
در ذهن اکثر مردم این ایده و تفکر وجود دارد که ساختارهای پیچیده نشات گرفته و زاده ساختارهای کوچک‌تر هستند و همه چیز کم کم در طی یک روند تکاملی اتفاق افتاده است که این ایده در اصل دنبال‌کننده نظریه داروین هستند و از طریق مشاهدات صورت می‌گیرد.
در واقع در گذشته فقط به ظاهر خارجی، نوع ساختار بدن و ساختمان‌های درونی مثل وجود یا عدم وجود انواعی از سلول‌ها برای پی بردن به روابط موجودات توجه می‌شد و بر اساس همین شواهد و دلایل بود که اسفنج‌ها به عنوان اولین شاخهٔ جداشده از درخت جانوران شناخته شدند، چون اسفنج‌ها موجودات ساده‌ای هستند که سر، اعصاب و دل و روده ندارند و بسیاری از ساختار های پیچیده ی دیگر جانواران را ندارند.
اما امروزه این دیدگاه تغییر کرده است و برخی از دانشمندان و نظریه‌پردازان اذعان دارند که روند تکامل میتواند بدون داشتن یک نسل اولیه برای ارثبری و جهش، به روش دیگری و حتی یکباره صورت گرفته باشد و نباید به تکامل به عنوان روندی نردبان مانند نگاه کرد به این معنا که پیچیدگی از جانور ساده به پیچیده و در یک محور و جهت اتفاق می افتد، بلکه ویژگی‌های ساده و پیچیده در هر موجودی وجود دارد.
با پیشرفت تکنولوژی، توالی یابی DNA دانشمندان را قادر می سازد که هزاران ژن را در میان جانوران مورد نظر مقایسه و بررسی کنند و جانورانی که ارتباط نزدیک تری به هم دارند را با داشتن توالی های شبیه تری به هم پیدا کنند.
هر‌چند با این تکنولوژی نیز همچنان بحث هایی باقی می ماند چون اختلاف نظر همچنان در این است که کدام گونه و کدام ژن ها برای انالیز انتخاب شوند و چه روش‌هایی استفاده شود.
در تاریخ 16 مارس سال 2017 مطالعه‌ای توسط مایکل مانوئل (micheal manuel) و همکارانش در current biology چاپ شد که با از استفاده اطلاعات ژنتیکی عظیمی به این نتیجه رسیدند که اسفنج‌ها اولین شاخه‌ای بودند که از درخت زندگی حیوانات جدا شدند.
در این مطالعه این پژوهشگران تلاش کردند که به سوال باستانی با استفاده از توالی یابی ژنوم ها پاسخ بدهند. بعضی ژنوم‌ها سریع تر از بقیه تکامل میابند، و چنین ژنوم‌هایی میتوانند از جانوران نامربوط ولی در یک توالی مشابه هم سو و همگرا شوند. به گفته مایکل مانوئل (micheal manuel) ، تکامل شناسی در موسسه زیست شناسی پاریس-سن ، و نویسنده‌ی ارشد این مطالعه "دودمان‌ها به طور اتفاقی انباشته از شباهت‌های ژنتیکی میشوند، نه به علت تاریخ مشترک بلکه به علت تغییر تصادفی"
این مشکل "جاذبه ی شاخه ی بلند" نامید میشود، چون مدل‌های ریاضیایی، تغییرات ژنتیکی را به شکل تغییرات طولی نشان می دهند و با این تغییرات طول شاخه ها اضافه و بلندتر می شود. شاخه‌های بلند روی درخت میتوانند یا در آن راستای همگرایی گفته شده، یا به این دلیل که توالی‌های ژنتیکی‌شان نسبت به از بقیه ی شاخه‌های روی درخت بسیار متفاوت است، همخوشه شوند. به هر حال، این همخوشه شدن نشان می دهد که دو دودمان می توانند به هم مرتبط شوند، همانطور که به هم مرتبط نیستند!
مانوئل حدس می زند که شاخه‌های بلند غیر-جانوری مثل قارچ‌ها ، باعث جذب شدن دودمان شانه داران می شوند. چرا که به دلایل نا مشخص ، ژنوم شانه داران در طول زمان به تعداد دفعات بسیاری دچار تغییر شده است.
برای بررسی این جاذبه ی شاخه بلند، مانوئل و همکارانش 1719 ژن را از محدوده وسیعی از گونه‌ها آنالیز کردند. این تیم همچنین چندین مدل ریاضی را تست کردند که پدیده‌های زیستی را در نظر می گیرد به عنوان مثال در نظر گرفتن این قانون که بعضی تغییرات ژنتیکی نسبت به بقیه آنها محتمل تر است. آنها مدلی به نام CAT را انتخاب کردند، تا حدودی به دلیل اینکه این مدل به خوبی توانست قسمت هایی از درخت زندگی جانوران را که در حال حاضر تایید شده اند را دوباره بازسازی کند.
نتایج مدل CAT ، اسفنج‌ها را در اولین شاخه از شجره نامه جانوران قرار داد. اما بعضی دیگر از مدل‌هایی که این تیم استفاده کردند، شانه داران را به عنوان اولین شاخه قرار داده بوند.
پیرترین اسفنج پیداشده در دنیا
دوید هیلز (david hillis)، تکامل‌شناسی در دانشگاه تگزاس در آستین، که در این پروژه دخیل نبود گفته است که این گروه اطلاعات عظیمی را بررسی کرده اند، اما غریب به یقین این جواب نهایی نیست و تناقض داشتن نتایج با سایر مدل‌ها نشانه ی بدی است.
کیزی دونن (casey dunn)، تکامل‌شناس در دانشگاه براون در پراویدنس، رود آیلند ، که او نیز در پژوهش شرکت نداشته ، موافق است : «متاسفانه، این (نتایج) به ما می‌گوید که اضافه کردن داده‌های بیشتر در مورد گونه‌ها تفاوتی ایجاد نمی‌کند.»
هیلز پیشنهاد می‌کند که در آینده، زیست‌شناسان باید داده‌های ژنومی‌ای را که ارتباط کمتری با جاذبهٔ شاخه بلند دارد را بررسی و کنکاش کنند. چرا که احتمال همگرایی تصادفی کمتر است، به عنوان مثال ژن‌ها خیلی به ندرت خودشان را وارد ژن های دیگر می‌کنند اما به هر حال این اتفاق می‌افتد.
در انتها می‌توان گفت که شباهت میان سلول‌های اسفنج ها و سلول های غیر جانوری و نبود ساختار های پیچیده بود که دانشمندان را به سمت این هدایت کرد که اسفنج‌ها اولین شاخهٔ جدا شده بودند و جد همه جانوران هم که از نظر ساختار ساده بوده به آن شباهت داشته. اما اگر شانه داران اولین جانوران بودند که از ریشه درخت جدا شدند پس یکسری از ویژگی هایی که تصور می شد بعدا تکامل پیدا کردند، در جانوران اولیه هم وجود داشته به عنوان مثال سیستم عصبی، چون این سیستم در اسفنج ها وجود ندارد و تصور می شدکه این سیستم به یکباره در جد جانوران ایجاد شده و پس از آن به بقیه جانوران به ارث رسیده اما از طرفی اگر شانه داران اول بودند این به این معناست که یا سیستم عصبی دو بار تکامل پیدا کرده است (در شانه داران و بقیه جانوران به غیر از اسفنج ها) و یا اینکه اسفنج ها آن را در طی تکاملشان از دست داده اند. در هر صورت این سناریو اذعان میدارد که حداقل یک سری از بخش هایی که برای سیستم عصبی نیاز هستند در جد تمام جانوران وجود داشته است.
ٰ(شانه‌داران یا comb-jelly یا Ctenophora)
پژوهشگران اگر چه با این پژوهش‌ها هنوز جد اولیه جانوران را پیدا نکرده‌اند اما باعث میشوند که اطلاعات بیشتری دربارهٔ روند تکاملی سیستم‌ها و ویژگی های مختلف جانوران بدست بیاوریم.
منابع و مطالب مرتبط:
Big data renews fight over animal origins
A review of long-branch attraction
What sparked the Cambrian explosion?
The Surprising Origins of Evolutionary Complexity
Humans and sponges may share a slimy ancestor
Were the First Animals Sponge-Like?: Complexity in the animal tree of life
Animal evolution: Sponges really are oldest animal phylum
Broad phylogenomic sampling improves resolution of the animal tree of life
Tree of life (wikipedia)
حلقه گمشده ژنتیک در زنجیره تکامل انسان - بخش نخست
حلقه گمشده ژنتیک در زنجیره تکامل انسان - بخش دوم
Phylogenies
The tree of life