การคัดเลือกตามธรรมชาติ

ข้อถกเถียงที่มีมานานเรื่องหนึ่งในแวดวงผู้ศึกษาพันธุกรรมมนุษย์นั้น ได้แก่คำถามที่ว่า ผู้คนยุคปัจจุบันยังตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของกระบวนการทางธรรมชาติ ซึ่งคัดสรรลักษณะทางพันธุกรรมที่มีประโยชน์ให้สืบทอดต่อไปยังรุ่นลูกหลาน หรือที่เรียกว่า "การคัดเลือกโดยธรรมชาติ" (natural selection) อยู่อีกหรือไม่

นักวิทยาศาสตร์จำนวนไม่น้อยเชื่อว่า อิทธิพลของการคัดเลือกโดยธรรมชาติต่อพันธุกรรมของมนุษย์ในสังคมสมัยใหม่ ได้เสื่อมถอยและลดน้อยลงไปมากแล้ว เนื่องจากการใช้สติปัญญาดัดแปลงสิ่งแวดล้อมและปรับปรุงคุณภาพชีวิตของมนุษย์ ทำให้ความอยู่รอดของเผ่าพันธุ์ไม่ขึ้นอยู่กับการคัดสรรทางพันธุกรรมอีกต่อไป

แต่ล่าสุดทีมผู้เชี่ยวชาญทางพันธุศาสตร์ จิตวิทยา และวิศวกรรมชีวการแพทย์ จากมหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เจียวทงของจีน ได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาใหม่ลงในวารสาร Nature Human Behavior ฉบับวันที่ 15 พ.ย. 2021 โดยระบุว่ากระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ยังคงทำงานอย่างแข็งขันในหน่วยพันธุกรรมหรือยีนอย่างน้อย 775 ตัวของมนุษย์ ตลอดช่วงระยะเวลา 2,000 - 3,000 ปีที่ผ่านมา

ทีมผู้วิจัยวิเคราะห์เปรียบเทียบข้อมูลพันธุกรรมของชาวยุโรปในปัจจุบัน 500,000 คน กับข้อมูลพันธุกรรมของมนุษย์โบราณยุคต่าง ๆ 512 คน ตั้งแต่เมื่อราว 2,000 ปีที่แล้ว ไปจนถึงช่วงก่อนยุคหินใหม่เมื่อราว 100,000 ปีที่แล้ว โดยใช้วิธีศึกษาความเชื่อมโยงเกี่ยวข้องของหน่วยพันธุกรรมทั้งจีโนม (GWAS) เพื่อมองหาลำดับพันธุกรรม (DNA sequence) ที่ปรากฏขึ้นบ่อยครั้งกว่าเพื่อน

หากลำดับพันธุกรรมซึ่งเป็นตัวกำหนดลักษณะที่ได้รับการถ่ายทอดมาของมนุษย์ เช่น สีผิว ความสูง สติปัญญา ปรากฏให้เห็นซ้ำบ่อยครั้งขึ้นเรื่อย ๆ ในจีโนมของมนุษย์ยุคหลัง นั่นแสดงว่ายีนที่กำหนดลักษณะดังกล่าวอยู่ภายใต้ "อิทธิพลทางบวก" ของกระบวนการคัดสรร หรือหมายความว่าเป็นยีนที่ได้รับคัดเลือกโดยธรรมชาตินั่นเอง

คำบรรยายภาพ,

ลำดับพันธุกรรมที่ปรากฏซ้ำบ่อยครั้งขึ้นเรื่อย ๆ ในคนรุ่นหลัง อาจเป็นยีนที่ได้รับคัดเลือกโดยธรรมชาติ

ยีนของมนุษย์หลายร้อยตัวที่ทีมผู้วิจัยพบว่า ยังคงอยู่ภายใต้อิทธิพลของการคัดเลือกโดยธรรมชาตินั้น รวมไปถึงยีนกำหนดสีผิวที่มีแนวโน้มทำให้คนเชื้อสายยุโรปผิวขาวยิ่งขึ้น ยีนของการมีระดับสติปัญญาหรือไอคิว (IQ) สูง รวมทั้งยีนที่กำหนดขนาดและสัดส่วนของอวัยวะต่าง ๆ

อย่างไรก็ตาม เป็นที่น่าประหลาดใจว่ามียีนกลุ่มหนึ่งซึ่งมีความเชื่อมโยงกับโรคภัยไข้เจ็บ อย่างเช่นมะเร็งผิวหนัง, ลำไส้อักเสบเรื้อรัง (IBD), โรคจิตเภท, สมาธิสั้น (ADHD) และโรคคลั่งผอมอะนอเร็กเซีย กลับเป็นยีนที่ได้รับการคัดเลือกโดยธรรมชาติเสียอย่างนั้น

"อาจเป็นไปได้ว่า โรคภัยเหล่านี้เป็นผลข้างเคียงที่ไม่ได้ตั้งใจของการคัดเลือกยีนอีกตัวหนึ่งเอาไว้ เช่นการเลือกถ่ายทอดยีนที่ทำให้ภูมิคุ้มกันในลำไส้มีความไวสูง อาจเป็นประโยชน์ในยุคโบราณที่สุขอนามัยยังไม่ดีนัก แต่มันกลับทำให้เกิดโรคลำไส้อักเสบเรื้อรังในคนยุคใหม่" ศาสตราจารย์ กวน หนิน หลิง หนึ่งในสมาชิกของทีมผู้วิจัยกล่าวอธิบาย

ด้านผู้เชี่ยวชาญบางส่วนได้แสดงความเห็นต่องานวิจัยนี้ว่า วิธีศึกษาความเชื่อมโยงเกี่ยวข้องของหน่วยพันธุกรรมทั้งจีโนม (GWAS) ที่ทีมผู้วิจัยเลือกใช้นั้นอาจมีปัญหา เพราะไม่อาจแยกแยะได้ว่ายีนที่พบบ่อยจนดูเหมือนว่าได้รับการคัดเลือกโดยธรรมชาตินั้น เป็นยีนที่กำหนดลักษณะดังกล่าวโดยตรงจริงหรือไม่ ซึ่งเคยมีกรณีที่นักวิจัยสรุปผลการศึกษาผิด ทำให้เรื่องของความสูงหรือทักษะการใช้ตะเกียบที่กำหนดโดยปัจจัยแวดล้อม กลายเป็นเรื่องที่ดูเหมือนว่าถูกกำหนดโดยยีนไป

การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นกระบวนการที่สปีชีส์ที่มีคุณลักษณะที่ช่วยให้พวกเขาสามารถปรับตัวในสภาพแวดล้อมที่อยู่รอดและทำซ้ำโดยการถ่ายโอนยีนของพวกเขาไปยังคนรุ่นอนาคต การคัดเลือกโดยธรรมชาติหมายความว่าสปีชีส์ที่สามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมเฉพาะจะเติบโตในจำนวนและในที่สุดมากกว่าสปีชีส์ที่ไม่สามารถปรับได้ กระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุกรรมในแต่ละรุ่นทำให้สายพันธุ์สามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้ดีขึ้น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นทีละน้อยและอาจเกิดขึ้นเป็นพัน ๆ ปี แต่ในบางกรณีการคัดเลือกโดยธรรมชาติสามารถเกิดขึ้นได้เร็วกว่ามากโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสายพันธุ์ที่มีอัตราการสืบพันธุ์สั้นและรวดเร็ว

การคัดเลือกโดยธรรมชาติเกิดขึ้นเมื่อความแตกต่างระหว่างบุคคลนำไปสู่ความแตกต่างในการเอาชีวิตรอดและการสืบพันธุ์ ความแตกต่างระหว่างการคัดเลือกโดยธรรมชาติและวิวัฒนาการการอยู่รอดและการสืบพันธุ์เกิดขึ้นเมื่อประชากรนำไปสู่การพัฒนา การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นผลมาจากการรวมกันของนิเวศวิทยาขั้นพื้นฐานและเงื่อนไขการสืบทอด

ชาร์ลส์ดาร์วินและคัดเลือกโดยธรรมชาติ

แนวคิดของการคัดเลือกโดยธรรมชาติได้ถูกคิดค้นขึ้นครั้งแรกโดยชาร์ลส์ดาร์วิน (1809-82) และได้รับการพิจารณาว่ามีความสำคัญอย่างยิ่งในชีววิทยาวิวัฒนาการ การคัดเลือกโดยธรรมชาติทำงานเมื่อบุคคลแตกต่างกันในลักษณะทางพันธุกรรมที่ทำให้เกิดความแตกต่างในการมีส่วนร่วมของลูกหลานรุ่นต่อไปในอนาคต คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของสิ่งมีชีวิตเพื่อเพิ่มความแข็งแรงทางชีวภาพภายใต้สภาพแวดล้อมปัจจุบันจะแพร่กระจายในประชากรและทำหน้าที่เป็นการปรับตัว

กรณีพิเศษของการคัดเลือกโดยธรรมชาติคือการเลือกเพศซึ่งหมายถึงการเลือกตัวละครที่มีผลต่อการเข้าถึงคู่ผสมพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต นอกเหนือจากผลลัพธ์ในลักษณะทางสัณฐานวิทยาสรีรวิทยาหรือพฤติกรรมที่อนุญาตให้บุคคลประสบความสำเร็จในการแข่งขันการคัดเลือกโดยธรรมชาติได้สร้างพฤติกรรมความร่วมมือสูงเป็นพฤติกรรมที่เห็นแก่ประโยชน์ซึ่งมีลักษณะทางฟีโนไทป์ของการดูแลที่ไม่ใช่ธรรมชาติ

เมื่อสิ่งมีชีวิตหนึ่งออกจากเชื้อสายที่ประสบความสำเร็จมากกว่าคนอื่น ๆ เมื่อเวลาผ่านไปยีนจะเริ่มครองกลุ่มประชากรของยีน ท้ายที่สุดการคัดเลือกโดยธรรมชาติจะได้ผลกับความสำเร็จในการสืบพันธุ์เท่านั้น ความสามารถของแต่ละบุคคลในการรักษาตัวเองตามการวัดจากความสำเร็จในการสืบพันธุ์นั้นเป็นที่รู้จักกันดีในนามดาร์วินฟิตเนส

กลไกการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

กลไกการคัดเลือกโดยธรรมชาติขึ้นอยู่กับหลายกรณี:

• การถ่ายทอดทางพันธุกรรม: ลูกหลานสืบทอดลักษณะจากพ่อแม่ของพวกเขาในรูปแบบของยีน

• ความหลากหลายทางพันธุกรรมของแต่ละบุคคล: สมาชิกของประชากรมีความแตกต่างกันเล็กน้อยในระดับความสูงความสามารถในการมองเห็นรูปร่างปากนกอัตราการผลิตไข่หรือลักษณะอื่น ๆ ที่อาจมีผลต่อการอยู่รอดและการสืบพันธุ์ หากลักษณะมีพื้นฐานทางพันธุกรรมมันสามารถส่งผ่านไปยังลูกหลาน

• การผลิตเกินขนาดของลูกหลาน: ในรุ่นใด ๆ ประชากรมีแนวโน้มที่จะสร้างรุ่นที่สามารถทนต่อวัยเจริญพันธุ์

• การแข่งขันสำหรับทรัพยากร: เนื่องจากการมีประชากรมากเกินไปบุคคลจึงต้องแข่งขันเพื่อหาอาหารรังคู่สมรสหรือแหล่งข้อมูลอื่น ๆ ที่มีผลต่อความสามารถในการคูณ

ด้วยปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้การคัดเลือกโดยธรรมชาติจึงเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ สมาชิกที่มีการทำซ้ำมากที่สุดของประชากรตามคำจำกัดความให้ลูกหลานเพิ่มเติมสำหรับรุ่นต่อไป

ในรุ่นใด ๆ ประชากรมีแนวโน้มที่จะผลิตลูกมากขึ้นกว่าที่พวกเขาสามารถทนอายุการผสมพันธุ์

ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

การคัดเลือกโดยธรรมชาตินั้นเข้าใจง่าย แต่มักเข้าใจผิด การคัดเลือกโดยธรรมชาติไม่ได้มีความหมายเหมือนกันกับวิวัฒนาการ ในขณะที่วิวัฒนาการหมายถึงการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมใด ๆ ในประชากรการคัดเลือกโดยธรรมชาติหมายถึงวิธีการเฉพาะที่การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะทำ การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นตัวแทนที่สำคัญที่สุดของการเปลี่ยนแปลงเชิงวิวัฒนาการเพราะมันทำให้สิ่งมีชีวิตปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อม

การคัดเลือกโดยธรรมชาติไม่สามารถสร้างรูปแบบที่เหมาะสมได้ดีกว่า แต่ควรทำงานกับสิ่งที่อยู่ในมือ ตัวอย่างเช่นการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะไม่ได้กลายพันธุ์กลายพันธุ์ดื้อยาปฏิชีวนะ แต่บังเอิญสนับสนุนจุลินทรีย์ที่มียีนต้านทานอยู่แล้ว

ตามที่ดาร์วินวิวัฒนาการประกอบด้วยการกลายพันธุ์การเปลี่ยนแปลงการคัดเลือกโดยธรรมชาติและการปรับตัว อย่างไรก็ตามการคัดเลือกโดยธรรมชาติไม่สามารถสร้างสายพันธุ์ใหม่หรือพัฒนาสิ่งมีชีวิต การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นกลไกที่ทำให้เผ่าพันธุ์ไม่บุบสลายและเป็นกระบวนการทางธรรมชาติที่สังเกตเห็นได้ในสิ่งมีชีวิต

บุคคลที่ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมของสิ่งมีชีวิตบางชนิดมีแนวโน้มที่จะอยู่รอดและสืบพันธุ์มากกว่าบุคคลที่ไม่สามารถปรับตัวได้และตัวแปรทางพันธุกรรมที่เกิดขึ้นจะถูกโอนไปยังคนรุ่นใหม่ นักวิ่งที่รวดเร็วจะอยู่รอดในฝูงกวางที่ถูกคุกคามโดยสิงโต กลไกการคัดเลือกโดยธรรมชาติกำจัดบุคคลที่อ่อนแอปรับตัวหรือบกพร่องทางพันธุกรรมภายในสปีชีส์ สิ่งมีชีวิตที่แข็งแกร่งอยู่รอดในสภาพแวดล้อม

มันไม่ได้ผลิตอะไรเลยในกรณีของความก้าวหน้าทางวิวัฒนาการ มันไม่สนใจเกี่ยวกับการก่อตัวของความสมดุลในธรรมชาติ ความสัมพันธ์เชิงนิเวศน์ถูกตรวจสอบโดยกฎหมายสามข้อ ตามกฎของอัลเลนการยื่นออกมาของภูมิอากาศเย็นมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับญาติของพวกเขาในภูมิอากาศร้อน ตามกฎ Bergmann ร่างของภูมิอากาศหนาวเย็นมีขนาดใหญ่กว่าญาติของพวกเขาในภูมิอากาศร้อน กฎของ Gloger สีของร่างกายที่ปกคลุมในซีกโลกเหนือนั้นเบากว่าสีซีกโลกใต้มาก

พื้นที่การกระจายที่มีผลต่อลักษณะของสายพันธุ์นั้นเปลี่ยนแปลงไปตามปัจจัยสิ่งแวดล้อม สิ่งนี้สร้างแรงกดดันในการคัดเลือกโดยธรรมชาติที่ทำให้เกิดลักษณะการปรับตัว ประชากรที่ใกล้ชิดมีแนวโน้มที่จะผสมพันธุ์เพื่อให้ลูกปกติ ในกรณีนี้สปีชีส์เป็นชนิดย่อยหรือสายพันธุ์ หากความสามารถในการผสมพันธุ์กับประชากรที่ใกล้ชิดสิ้นสุดลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงก็หมายความว่ามีการขยายพันธุ์บิตใหม่ สิ่งนี้เรียกว่า speciation

การแยกเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดแม้ว่าจะพิจารณาปัจจัยต่าง ๆ ในกรณีของการหดตัว การแยกป้องกันไม่ให้ทั้งสองกลุ่มสร้างสายพันธุ์จากการผสมพันธุ์ซึ่งกันและกัน การแยกกลุ่มนำไปสู่การแยกสายพันธุ์ของยีน สันนิษฐานว่าประกอบด้วยสองขั้นตอนคือการแยกทางภูมิศาสตร์และการแยกแบบสืบพันธุ์ การแยกทางภูมิศาสตร์เป็นผลมาจากการแบ่งตัวของประชากรอันเป็นผลมาจากภัยธรรมชาติ ดังนั้นยีนสายพันธุ์ของทั้งสองกลุ่มจึงถูกแยกออก กิจกรรมการสืบพันธุ์และการแพร่กระจายของกลุ่มปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมของพวกเขาหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่งเป็นสายพันธุ์ที่แตกต่างกันของยีน ดังนั้นการแยกการเจริญพันธุ์เกิดขึ้น การผสมพันธุ์ของบุคคลในกลุ่มเดียวกันนั้นเป็นไปไม่ได้ การแยกระบบสืบพันธุ์สามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากกลไกต่าง ๆ Polyploidy และการขยายพันธุ์แบบปรับตัวเป็นตัวอย่าง นอกจากนี้สิ่งมีชีวิตที่ไม่เกี่ยวข้องเนื่องจากการแยกทางภูมิศาสตร์มีความคล้ายคลึงกันโดยการพัฒนาการปรับตัวที่คล้ายกัน การปรับโครงสร้างดังกล่าวเป็นผลมาจากสภาพแวดล้อมที่คล้ายกันและความต้องการที่คล้ายกันซึ่งนำไปสู่การคัดเลือกโดยธรรมชาติ ด้วยเหตุผลนี้จึงถูกเรียกว่าเป็นคำสั่งวิวัฒนาการ

เมลานิสอุตสาหกรรมในการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

สีของแมลงเม่าจุดด่างดำในป่าของอังกฤษเป็นแสงต่อหน้า 1850 ผีเสื้อที่มีเม็ดสีเมลานินหายากมาก อย่างไรก็ตามอุตสาหกรรมเกิดขึ้นด้วยความเร็วที่เหนือกว่าทำให้สีของลำต้นของต้นไม้มืดลงและทำให้ไลเคนหายไป ตั้งแต่ 1890 ตัวมอดที่มีรอยด่างเกือบทั้งหมดเป็นสีดำ อย่างไรก็ตามการวิจัยในส่วนที่ไม่ใช่อุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่าผีเสื้อลายจุดยังคงมีสีอ่อน จากการควบคุมมลพิษทางอากาศเริ่มขึ้นใน 1950 ผีเสื้อกลางคืนสีอ่อนจะกลายเป็นที่โดดเด่นอีกครั้ง

การก่อตัวของแมลงเม่าดำนั้นเกิดจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติ แมลงเม่าสีอ่อนที่วางอยู่บนลำต้นของต้นไม้ที่พรางด้วยไลเคนในเวลากลางวันมีโอกาสรอดชีวิตสูง อย่างไรก็ตามเมื่อลำต้นของต้นไม้มืดและไลเคนหมดไปด้วยควันเขม่ามอดสีอ่อนกลายเป็นเหยื่อได้ง่าย ผีเสื้อดำจึงใช้ประโยชน์และคูณด้วยการทำกิจกรรมการสืบพันธุ์ สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความหลากหลายในประชากรและผลของการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมในการเลือกสี

ความต้านทานของแบคทีเรียต่อยาปฏิชีวนะในการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

ยาปฏิชีวนะสามารถป้องกันและกำจัดการเจริญเติบโตของแบคทีเรียได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องดื้อยา อย่างไรก็ตามหลังจากผ่านไปครู่หนึ่งแบคทีเรียที่ได้รับวัคซีนจะไม่ได้รับผลกระทบจากการใช้ยาปฏิชีวนะ ในประชากรขนาดใหญ่มากกว่าหนึ่งชนิดสามารถแสดงความต้านทาน ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้มีเพียงบุคคลที่ได้รับความต้านทานเท่านั้นที่สามารถทำซ้ำและเพิ่มจำนวนได้ ดังนั้นด้วยการคัดเลือกโดยธรรมชาติชนิดของการสร้างภูมิคุ้มกันโรคจึงแพร่หลาย

ดีดีทีและการต้านทานแมลงในการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

ดีดีทีมีผลทำลายต่อแมลงในช่วงปีแรก ๆ ของการใช้งาน อย่างไรก็ตามบุคคลที่มีความต้านทานตามธรรมชาติถ่ายโอนความต้านทานให้กับบุคคลที่เกิดในกิจกรรมการสืบพันธุ์ เป็นผลมาจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติประชากรจำนวนมากกลายเป็นดีดีทีต่อต้านดีดีที นอกจากนี้บทบาทของดีดีทีได้กลายเป็นปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมในการเลือกชนิดพันธุ์ต้านทานสูง

Natural Selection ทำให้เกิดสิ่งใด

การคัดเลือกโดยธรรมชาติมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างไร

การปรับตัวเกี่ยวข้องกับการคัดเลือกโดยธรรมชาติอย่างไร

การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นทฤษฎีของใคร