วิวัฒนาการ (evolution)

คือ การเปลี่ยนแปลงลักษณะคุณสมบัติจำเพาะของสิ่งมีชีวิตในประชากร ซึ่งเป็นลักษณะที่ควบคุมโดยพันธุกรรมมีการถ่ายทอดจากรุ่นสู่รุ่น โดยคุณสมบัติเหล่านี้ได้ถูกคัดเลือกโดยสิ่งแวดล้อมในช่วงระยะเวลานาน การเปลี่ยนแปลงลักษณะทางพันธุกรรมภายในประชากรสิ่งมีชีวิต เรียกว่า วิวัฒนาการระดับจุลภาค หากการเปลี่ยนแปลงมีการสะสมมากพอจนทำให้เกิดสปีชีส์ใหม่ แล้วมีความหลากหลายทางชีวภาพมากขึ้น จะเรียกว่า วิวัฒนาการระดับมหภาค

แนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการ
(Ideas of Evolution)

• Jean Baptist de Lamark เสนอ 2 แนวคิดหลัก

1. กฎการใช้และไม่ใช้ (law of  use and disuse) โดยลามาร์ก ได้อธิบายไว้ว่าคุณสมบัติ เช่น โครงสร้างหรืออวัยวะของสิ่งมีชีวิตหากมีการใช้บ่อย ๆ จะถูกพัฒนาให้แข็งแรงขึ้น ใหญ่ขึ้น ถ้าคุณสมบัติใดไม่ได้ใช้บ่อย ก็จะถูกลดขนาด หรือลดความสำคัญลง

       ลามาร์ก ให้ตัวอย่างของคอยีราฟ ว่ายาวขึ้นเนื่องจากต้องยืดคอเพื่อกินใบไม้ที่อยู่บนยอดสูง แต่อย่างไรก็ตามแนวคิดนี้ได้ตกไป เนื่องจากเราสามารถใช้หลักฐานในการแย้งได้ เช่น สุนัขถูกตัดหาง ไม่ได้มีการใช้ แต่เมื่อให้กำเนิดรุ่นถัดไป ลูกสุนัขก็ยังมีหางอยู่ หมายความว่า การใช้และไม่ใช้ ไม่มีการส่งผ่านจากรุ่นสู่รุ่น

2. กฎการถ่ายทอดลักษณะที่เกิดขึ้นใหม่ (law of inheritance of acquired characteristics)
ลามาร์กได้อธิบายไว้ว่ากฎการใช้และไม่ใช้ มีการถ่ายทอดจากรุ่นสู่รุ่น เช่น ในกรณีคอยีราฟ แต่เมื่อเราทำการทดลอง เช่น ในกรณีของหางลูกสุนัข พบว่า กฎนี้ไม่สามารถอธิบายได้

• Charles Darwin ผู้แต่งหนังสือเรื่อง Origin of Species โดยการเดินทางไปที่เกาะกาลาปากอส และได้ถูกยกย่องให้เป็น "บิดาศาสตร์วิวัฒนาการ" โดยได้เสนอแนวคิดดังต่อไปนี้

1. การคัดเลือกทางธรรมชาติ (natural selection) โดยดาร์วินเสนอว่าสิ่งมีชีวิต ไม่ได้มีรูปแบบเดิมเสมอไป แต่จะมีการพัฒนาเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะให้เหมาะสมกับการดำรงอยู่ในสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกัน
2. สิ่งมีชีวิตในกลุ่มประชากรมีลักษณะทางพันธุกรรมที่
   แตกต่างกัน เรียกว่า มีความแปรผันทางพันธุกรรม (genetic variation) ซึ่งลักษณะความแตกต่างเหล่านี้สามารถถ่ายทอดจากรุ่นสู่รุ่นได้
3. เนื่องจากทรัพยากรต่าง ๆ ในสิ่งแวดล้อมที่มีผลต่อการดำรงชีวิต เช่น การเข้าถึงอาหาร แสงสว่าง น้ำ ความปลอดภัยของที่อยู่อาศัย มีอยู่จำกัด ดังนั้นสิ่งมีชีวิตในประชากรจะต้องมีการแข่งขัน (competition) เพื่อให้ได้เปรียบในการเข้าถึงทรัพยากรที่มีจำกัดเหล่านั้น
4. สิ่งมีชีวิตในประชากรมีการให้กำเนิดรุ่นลูกได้มากกว่าจำนวนที่สามารถอยู่รอดจนถึงระยะตัวเต็มวัย เรียกว่า มีการผลิตไว้เกิน (overproduction) โดยสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะทางพันธุกรรมที่เข้าถึงทรัพยากรจะมีโอกาสอยู่รอดในสิ่งแวดล้อมนั้น ๆ มากกว่า
5. เนื่องจากสิ่งมีชีวิตในประชากรมีการแข่งขัน สิ่งมีชีวิตที่มีคุณลักษณะที่ทำให้ได้เปรียบต่อการอยู่รอดในสิ่งแวดล้อมนั้น ๆ จะมีการถ่ายทอดความได้เปรียบทางพันธุกรรมจากรุ่นสู่รุ่น

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้หลักการ "ทฤษฎีวิวัฒนาการของชาร์ลดาร์วิน" ต่อสถานการณ์ยุคปัจจุบัน เช่น

การดื้อยาของแบคทีเรีย ตามหลักของดาร์วินอธิบายได้ว่า

• ในกลุ่มประชากรแบคทีเรียมีแบคทีเรียที่ทั้งดื้อยาและไม่ดื้อยา เมื่อกลุ่มประชากรแบคทีเรียเหล่านี้อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มียาปฏิชีวนะที่สามารถฆ่าแบคทีเรีย ประชากรส่วนที่ไม่มีพันธุกรรมในการดื้อยาก็จะตายไป
• ส่วนกลุ่มแบคทีเรียที่มีความแปรผันในการดื้อยาจะยังคงเข้าถึงทรัพยากรในสิ่งแวดล้อมและเพิ่มจำนวนมากขึ้นมากกว่าสายพันธุ์ที่ไม่ดื้อยา เมื่อความได้เปรียบนี้ได้ถูกส่งต่อไปจากรุ่นสู่รุ่น สุดท้ายในกลุ่มประชากรจะเหลือแต่แบคทีเรียที่เป็นสายพันธุ์ดื้อยา
  

หลักฐานที่สามารถใช้ในการยืนยัน
ทฤษฎีวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต 
(Evidences of evolution)

1. Comparative Anatomy
   หลักฐานจากการเปรียบเทียบทางกายวิภาค

• Analogous structure โครงสร้างที่ทำหน้าที่เหมือนกัน จะมีส่วนประกอบของโครงสร้างที่แตกต่างกัน เช่น ปีกแมลง และปีกนก ทำหน้าที่ทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถยกตัวลอยในอากาศได้ แต่ส่วนประกอบของโครงสร้างภายในไม่มีความใกล้เคียงกัน ไม่มีบรรพบุรุษร่วมกันจึงไม่นับเป็นหลักฐานทางวิวัฒนาการ
• Homologous structure โครงสร้างที่ทำหน้าที่แตกต่างกัน แต่มีส่วนประกอบของโครงสร้างที่ใกล้เคียงกัน เช่น กระดูกแขนคน กระดูกส่วนปีกนก กระดูกขาหน้าของสุนัข มีส่วนประกอบเป็นกระดูกเหมือนกันและมีการเรียงตัวคล้ายกัน แต่ทำหน้าที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม จึงถือเป็นหลักฐานทางวิวัฒนาการ

2. Comparative Embryo
    การศึกษาเปรียบเทียบพัฒนาการของตัวอ่อน

คือ การเปรียบเทียบคุณลักษณะต่าง ๆ ในระยะตัวอ่อนของ
สิ่งมีชีวิตว่ามีจุดร่วมกันหรือใกล้เคียงกันมากน้อยเพียงใด ถ้ามีลักษณะใกล้เคียงกันมากแสดงว่า มีวิวัฒนาการที่มาจากบรรพบุรุษที่ใกล้เคียงและร่วมกันมาก่อน

เช่น ตัวอ่อนของปลา เต่า ไก่ หมู กระต่าย มนุษย์ สามารถสังเกตเห็นช่องเหงือก และส่วนที่เป็นหาง ในระยะแรก ถ้าหากเป็นตัวอ่อนมนุษย์ จะเป็นช่วงอายุ  0-1 เดือน

• หลังจากนั้น ในส่วนของปลาส่วนหางก็จะยาวออก ส่วนรยางค์คู่หน้าพัฒนาไปเป็นครีบ
• สำหรับ เต่า ไก่ หมู กระต่าย และมนุษย์ ส่วนรยางค์จะพัฒนาไปเป็น ขา แขน หรือ ปีก
• ส่วนของเต่า หมู กระต่าย จะมีโครงหางที่ยาวในตัวเต็มวัย
• ส่วนไก่และมนุษย์ ส่วนหางจะเหลือเป็นเพียงกระดูกเล็ก ๆ ตรงก้นกบ

ลักษณะร่วมกันของตัวอ่อนในระยะแรก จึงถือเป็นหลักฐานทางวิวัฒนาการได้

3. Biogeography
   หลักฐานด้านชีวภูมิศาสตร์

เป็นการศึกษาคุณลักษณะต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิตที่กระจายตัวตามที่ต่าง ๆ ของแผ่นเปลือกโลก พบว่าสิ่งมีชีวิตบางชนิด เช่น นกฟินในหมู่เกาะกาลาปากอส มีลักษณะใกล้เคียงกับ นกฟินที่อาศัยอยู่บนทวีปอเมริกาใต้ จึงเป็นหลักฐานว่า นกฟินในพื้นที่ต่างกันมีบรรพบุรุษร่วมกัน จึงเป็นหลักฐานทางวิวัฒนาการ

4. Molecular Biology  
   หลักฐานทางชีวโมเลกุล

เป็นหลักฐานที่ได้รับการยอมรับมากที่สุด เนื่องจากมีความแม่นยำ และมีความละเอียดในการพิสูจน์ตรวจสอบสูงสุด หากเปรียบเทียบ DNA และโปรตีนของสิ่งมีชีวิต แล้วมีความใกล้เคียงกันมากกว่า สามารถบอกได้ว่า เป็นสิ่งมีชีวิตที่มีบรรพบุรุษร่วมกันมากกว่า เช่น DNA ของมนุษย์ จะใกล้เคียงกับ DNA ของหมู มากกว่า DNA ของไก่ เป็นต้น

5. Fossils
   หลักฐานจากซากดึกดำบรรพ์

คือ สิ่งมีชีวิต หรือโครงสร้างสิ่งมีชีวิต หรือร่องรอยของสิ่งมีชีวิต ที่ถูกเก็บรักษาไว้ในชั้นหิน โดยที่ซากดึกดำบรรพ์ที่อยู่ในชั้นหินที่ล่างกว่า จะเป็นการสร้างจากยุคที่เก่ากว่า ถ้าซากดึกดำบรรพ์มาจากชั้นตะกอนต้น ๆ จะมีอายุที่ใหม่กว่า "สิ่งมีชีวิตที่ถูกเก็บไว้ในอำพัน หรือน้ำแข็ง โครงสร้างจะถูกเก็บรักษาค่อนข้างสมบูรณ์ สามารถนำดีเอ็นเอมาศึกษาเปรียบเทียบได้อย่างละเอียด"

ตัวอย่างซากดึกดำบรรพ์ ได้แก่

1. ซากดึกดำบรรพ์พืช
   เช่น แก่นกลางไม้กลายเป็นหิน ละอองเกสรถูกเก็บไว้ในยางไม้ที่กลายเป็นหิน
2. ยางไม้ที่กลายเป็นหินหรืออำพัน
   อาจมีซากดึกดำบรรพ์สัตว์ขนาดเล็ก เช่น แมลง ยุง  
3. ซากดึกดำบรรพ์สัตว์ที่ถูกแช่แข็ง
   เช่น การพบช้างแมมมอธ ที่ชั้นน้ำแข็งขั้วโลกเหนือ  
4. ซากดึกดำบรรพ์ที่มีชีวิต
   คือ สิ่งมีชีวิตในปัจจุบัน ที่ยังคงลักษณะใกล้เคียงกับสิ่งมีชีวิตที่พบในซากดึกดำบรรพ์ในอดีต เช่น ต้นแปะก๊วย แมงดาทะเล
   
   

ใจความสำคัญ คือ กฎและทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ ต้องสามารถยืนยันได้ด้วยหลักฐานทางวิทยาศาสตร์