วิวัฒนาการ (evolution)

เมื่อปี 2525 พบฟอสซิลกระดูกไดโนเสาร์ในประเทศไทย จากการที่นักธรณีวิทยาจากกรมทรัพยากรธรณีออกสำรวจหาแร่ที่ภูเวียง จ. ขอนแก่น แล้วพบกระดูกสัตว์ขนาดยักษ์ หลังจากตรวจสอบแล้วพบว่าเป็นส่วนหนึ่งของกระดูกต้นขาไดโนเสาร์กินพืชชนิดหนึ่ง ตั้งชื่อว่า ภูเวียงโกซอรัส สิรินธรเน         

ปี 2537 พบโครงกระดูกของไดโนเสาร์กินพืช ภูเวียงโกซอรัส สิรินธรเน ที่ภูกุ้มข้าว ในเขตวัดสักกะวัน อ. สหัสขันธ์ จ. กาฬสินธุ์ ปี 2538 สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ได้เสด็จมาทอดพระเนตรซากกระดูกไดโนเสาร์ และจัดตั้งโครงการพัฒนาพิพิธภัณฑ์ไดโนเสาร์ภูกุ้มข้าวขึ้น โดยสร้างอาคารหลุมขุุดค้นเป็นการชั่วคราวเพื่อใช้ป้องกันซากกระดูก รวมทั้งใช้บังร่มเงาแก่นักวิชาการในการขุดแต่งกระดูก          ปี 2539 กรมทรัพยากรธรณีสร้างอาคารวิจัยมีพื้นที่ใช้งาน 375 ตารางเมตร เพื่อเป็นสถานที่ทำการอนุรักษ์ ศึกษาวิจัยและเก็บรวมรวมซากดึกดำบรรพ์ที่สำรวจพบในประเทศไทย

หลักฐานที่บ่งบอกถึงวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต วิวัฒนาการ (evolution) คือ กระบวนการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับลักษณะทางพันธุกรรมในประชากรของสิ่งมีชีวิต ที่สืบทอดจากบรรพบุรุษสู่รุ่นลูกหลานต่อเนื่องกันมาเป็นเวลานาน และยังดำเนินต่อไปไม่สิ้นสุด จนทำให้สิ่งมีชีวิตนั้นมีลักษณะทางพันธุกรรมแตกต่างไปจากเดิม หลักฐานจากซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิต (fossil)

ซากดึกดำบรรพ์ที่มีชีวิต (living fossil) คือ สิ่งมีชีวิตที่พบมาตั้งแต่อดีตและยังคงมีสิ่งมีชีวิตในปัจจุบันที่มีลักษณะใกล้เคียงกันอยู่ หวายทะนอย แมงดาทะเล หญ้าถอดปล้อง ปลาซีลาแคนธ์

หลักฐานจากกายวิภาคเปรียบเทียบ โครงสร้างของรยางค์คู่หน้าสัตว์ชนิดต่างๆ มีองค์ประกอบของโครงกระดูกแต่ละช่วงคล้ายคลึงกัน แต่อาจเปลี่ยนแปลงรูปร่างและขนาดเพื่อให้สัมพันธ์กับหน้าที่ มีวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษเดียวกัน

หลักฐานจากวิทยาเอ็มบริโอเปรียบเทียบ เอ็มบริโอสัตว์มีกระดูกสันหลังระยะแรก มีช่องเหงือกและหางคล้ายคลึงกัน ระยะการพัฒนาหลังระยะเอ็มบริโอโครงสร้างจะปรับเปลี่ยนไปเพื่อให้เหมาะสมต่อการดำรงชีวิต ระยะเอ็มบริโอ ระยะการพัฒนา ระยะกลาง ระยะปลาย

หลักฐานด้านชีววิทยาระดับโมเลกุล “สิ่งมีชีวิตที่มีลำดับกรดอะมิโนแตกต่างกันน้อย จะมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดหรือมีวิวัฒนาการใกล้เคียงกันมากกว่าสิ่งมีชีวิตที่มีลำดับกรดอะมิโนแตกต่างกันมาก” เปรียบเทียบจำนวนตำแหน่งกรดแอมิโนในเฮโมโกลบินของสัตว์มีกระดูกสันหลังที่แตกต่างจากมนุษย์

หลักฐานทางชีวภูมิศาสตร์ ชีวภูมิศาสตร์ (biogeography )เป็นการศึกษาการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิตในบริเวณต่างๆบนพื้นโลกที่มีความแตกต่างกันและหลากหลายสปีชีส์ “สิ่งมีชีวิตที่มีบรรพบุรุษร่วมกัน อาจมีการอพยพไปยังบริเวณข้างเคียงหรือไกลออกไป และปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่อาศัย เกิดเป็นวิวัฒนาการขึ้น” หมู่เกาะกาลาปากอส (galapagos) ทวีปอเมริกาใต้

หมู่เกาะกาลาปากอส (galapagos) นกฟินช์ (finch)

แนวคิดเกี่ยวกับวิฒนาการของสิ่งมีชีวิต แนวคิดเกี่ยวกับวิฒนาการของลามาร์ก 1. กฎการใช้และไม่ใช้ (Law of use and disuse) การใช้อวัยวะอย่างใดอย่างหนึ่งอย่างสม่ำเสมอ จะทำให้อวัยวะนั้นค่อยๆแข็งแรงขึ้น ใหญ่ขึ้น และพัฒนาดีขึ้น ขณะเดียวกันอวัยวะที่ไม่ค่อยได้ใช้ก็จะค่อยๆอ่อนแอลง มีขนาดเล็กลง และเสื่อมลงไป Jean Baptiste de Lamarck 2. กฎแห่งการถ่ายทอดลักษณะที่เกิดขึ้นมาใหม่ (Law of inheritance of acquired characteristic) การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นภายในชั่วรุ่นนั้น สามารถถ่ายทอดไปยังรุ่นลูกหลานได้

Jean Baptiste de Lamarck August Weismann

แนวคิดเกี่ยวกับวิฒนาการของดาร์วิน กลไกของวิวัฒนาการไม่ได้อยู่ที่การฝึกฝนลักษณะที่ต้องการให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม แต่สภาพแวดล้อมทำให้เกิดการคัดเลือกโดยธรรมชาติ เพื่อจะให้สิ่งมีชีวิตมีลักษณะเหมาะสมกับสภาพแวดล้อม และมีโอกาสสืบพันธุ์ถ่ายทอดลักษณะนั้นไปสู่ลูกหลานได้ Charles Darwin

การคัดเลือกโดยทำขึ้น (artificial selection) = การคัดเลือกโดยมนุษย์ในการปรับปรุงพันธุ์พืชและพันธุ์สัตว์

พันธุศาสตร์ประชากร ประชากร (population) = กลุ่มสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันที่สามารถผสมพันธุ์กันได้ตามธรรมชาติ ทำให้มีการถ่ายทอดหรือแลกเปลี่ยนยีนกันได้อย่างอิสระ ยีนพลู (gene pool) = ยีนทั้งหมดที่มีอยู่ในประชากรของสิ่งมีชีวิตชนิดใดชนิดหนึ่ง ซึ่งประกอบด้วยแอลลีลจากทุกๆ ยีนของสมาชิกทั้งหมดในประชากรนั้น พันธุศาสตร์ประชากร เป็นการศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนหรือการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลที่เป็นองค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากร การหาความถี่ของแอลลีลในประชากร ความถี่ของจีโนไทป์ = อัตราส่วนของจีโนไทป์ชนิดหนึ่งต่อจำนวนจีโนไทป์ของประชากรทั้งหมด ความถี่ของแอลลีล = อัตราส่วนของจีโนไทป์ชนิดหนึ่งต่อจำนวนของแอลลีลทั้งหมดในยีนพลูนั้น โดยค่าความถี่ของแอลลีลมีค่าตั้งแต่ 0-1

ขนสีดำ ขนสีขาว จีโนไทป์ จำนวนแมว 100 ตัว ประชากรแมวชนิดหนึ่งลักษณะของสีขนถูกควบคุมด้วยยีน 2 แอลลีล คือ แอลลีล B ควบคุมลักษณะขนสีดำ เป็นลักษณะเด่น แอลลีล b ควบคุมลักษณะขนสีขาว เป็นลักษณะด้อย ประชากรแมว 100 ตัว มีขนสีดำ 84 ตัว และมีขนสีขาว 16 ตัว โดยขนสีดำมี จีโนไทป์ 2 แบบ คือ BB 36 ตัว และ Bb 48 ตัว ขนสีดำ ขนสีขาว จีโนไทป์ BB Bb bb จำนวนแมว 100 ตัว 36 48 16

การคำนวณหาความถี่ของจีโนไทป์ ความถี่ของจีโนไทป์ = อัตราส่วนของจีโนไทป์ชนิดหนึ่งต่อจำนวนจีโนไทป์ของประชากรทั้งหมด ความถี่ของจีโนไทป์ BB = 36 = 0.36 100 ความถี่ของจีโนไทป์ Bb = 48 = 0.48 ความถี่ของจีโนไทป์ bb = 16 = 0.16

การคำนวณหาความถี่ของแอลลีล ในยีนพลูมีจำนวนแอลลีลทั้งหมด = 100 x 2 = 200 แอลลีล จำนวนจีโนไทป์ BB 36 ตัว จะมีแอลลีล B = 36 x 2 = 72 แอลลีล จำนวนจีโนไทป์ Bb 48 ตัว จะมีแอลลีล B = 48 แอลลีล และแอลลีล b = 48 แอลลีล จำนวนจีโนไทป์ bb 16 ตัว จะมีแอลลีล b = 16 x 2 = 32 แอลลีล ความถี่ของแอลลีล = อัตราส่วนของจีโนไทป์ชนิดหนึ่งต่อจำนวนของแอลลีลทั้งหมดในยีนพลูนั้น โดยค่าความถี่ของแอลลีลมีค่าตั้งแต่ 0-1 ความถี่ของแอลีล B = 72 + 48 = 0.6 200 ความถี่ของแอลลีล b = 48 + 32 = 0.4 ดังนั้น ในประชากรของแมว จะมีความถี่ของแอลีล B = 0.6 และมีความถี่ b = 0.4

ภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก (Hardy – Weinberg Equilibrium: HWE) กฎของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก (Hardy – Weinberg Law) ความถี่ของแอลลีลและความถี่ของจีโนไทป์ในยีนพลูของประชากรจะมีค่าคงที่ในทุกรุ่น ถ้าไม่มีปัจจัยบางอย่างมาเกี่ยวข้อง เช่น มิวเทชัน การคัดเลือกโดยธรรมชาติ และการเลือกคู่ผสมพันธุ์ ความถี่ของยีนที่อยู่ในภาวะสมดุลจะเรียกว่า ภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก (Hardy – Weinberg Equilibrium: HWE) Hardy – Weinberg

ความถี่ของยีนหรือแอลลีลในประชากรตามกฎของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก จะคงที่เมื่ออยู่ภายใต้เงื่อนไขต่อไปนี้ ประชากรต้องมีขนาดใหญ่ คือ มีจำนวนมากพอ การผสมพันธุ์ของประชากรต้องเป็นแบบสุ่ม ไม่มีการถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีนระหว่างกลุ่มประชากร ไม่มีการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ทุกชีวิตมีโอกาสอยู่รอดเท่าๆ กัน ไม่เกิดมิวเทชัน ซึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแอลลีลในประชากร ยีนพลูของประชากรแมว มีความถี่ของแอลลีล B = 0.6 , b = 0.4 เมื่อประชากรผสมพันธุ์แบบสุ่ม ประชากรแมวรุ่นลูกจะมีความถี่ของ แอลลีล ดังนี้

เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ ความถี่ของ B = 0.6, b= 0.4 เซลล์สืบพันธุ์เพศเมีย ลูก มีโอกาสที่จะมีจีโนไทป์แบบต่าง ๆ ดังนี้ 1. BB = B2 = 0.36 2. Bb เป็นไปได้ 2 แบบ คือ B จากพ่อ + a จากแม่ = Bb หรือ B จากแม่ + b จากพ่อ = Bb ดังนั้น โอกาสที่ลูกจะมีจีโนไทป์แบบ Bb = Bb + Bb = 2Bb = 0.24 + 0.24 = 0.48 3. bb = b2 = 0.16 กำหนดให้ ความถี่ของแอลลีล B = p = 0.6 ความถี่ของแอลลีล b = q = 0.4 p + q = 1 (ผลรวมความถี่ของแอลลีลยีนหนึ่ง ๆในประชากร = 1) p2 + 2pq + q2 = 1

การประยุกต์ใช้กฎของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก คาดคะเนความถี่ของแอลลีลที่เกี่ยวข้องกับโรคทางพันธุกรรมในยีนพลูของประชากร ตัวอย่าง ประชากรภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย มีคนเป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ จำนวน 9 ใน 10,000 คน ดังนั้นสามารถคาดคะเนความถี่ของแอลลีลที่ทำให้เกิดโรคนี้ในประชากรได้ โดยกำหนดให้จีโนไทป์ aa แสดงลักษณะของโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ ความถี่ของ aa = q2 = 9/10,000 q = 9 = 3 = 0.03 10,000 100 ดังนั้น ในประชากรนี้ มีความถี่ของแอลลีลที่ทำให้เกิดโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ = 0.03 จากตัวอย่างจงหาจำนวนประชากรในรุ่นพ่อแม่ที่เป็นพาหะของโรคว่ามีจำนวนกี่คน หาความถี่ของแอลลีลของประชากรที่เป็นพาหะของโรคได้จาก 2pq (โดย p + q = 1) p = 1- q = 1-0.03 = 0.97 2pq = 2 x 0.97 x 0.03 = 0.0582 คิดเป็นจำนวนประชากรที่เป็นพาหะ = 0.0582 x 10,000 = 582 คน

ผลกระทบจากผู้ก่อตั้ง ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีล 1. การเปลี่ยนแปลงความถี่อย่างไม่เจาะจง= การเปลี่ยนแปลงแบบสุ่ม ไม่สามารถคาดคะเนทิศทางการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนได้แน่นอน พบในธรรมชาติมี 2 สถานการณ์ คือ ผลกระทบจากผู้ก่อตั้ง ปรากฏการณ์คอขวด 1. ประชากรมีการย้ายยีน 1. เกิดภาวะวิกฤติกับประชากรที่บริเวณเดิมและเสี่ยงต่อการสูญพันธุ์ 2. ประชากรที่ย้ายถิ่นไปมีขนาดเล็กลงเมื่อเทียบกับประชากรเดิมที่มีขนาดใหญ่ 2. ประชากรเดิมมีขนาดใหญ่ ลดจำนวนลงอย่างรวดเร็วจนมีขนาดเล็ก 3. ประชากรไปอยู่ในที่แห่งใหม่ แพร่พันธุ์ได้ดี และสะสมแอลลีลในยีนพลู 3. ประชากรที่รอดจากภาวะวิกฤติแพร่พันธุ์ได้ดี และสะสมแอลลีลในยีนพูล 4. ความถี่ของแอลลีลของผู้ก่อตั้งเพิ่มขึ้น 4. ความถี่ของแอลลีลของประชากรที่รอดจากภาวะวิกฤติเพิ่มขึ้น

2. การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน= การเคลื่อนย้ายแอลลีลจากประชากรหนึ่งไปยังอีกประชากรหนึ่งของสปีชีส์เดียวกัน และเกิดการผสมพันธุ์ระหว่างกันขึ้น เกิดการเคลื่อนย้ายยีนไปมาระหว่างกลุ่ม มีผลทำให้โครงสร้างทางพันธุกรรมหรือความถี่ของยีนในประชากรเปลี่ยนแปลงไป ขาว r = 0.9 ขาว r = 0.1 ขาว r = 0.7 ขาว r = 0.3

3. การเลือกคู่ผสมพันธุ์ = ในธรรมชาติทั่วไปสมาชิกในประชากรมักเลือกคู่ผสมพันธุ์หรือมีการผสมพันธุ์ไม่เป็นแบบสุ่ม ทำให้สมาชิกบางส่วนของประชากรไม่มีโอกาสได้ผสมพันธุ์ ทำให้มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในยีนพลูของประชากรในรุ่นถัดไป 4. มิวเทชัน = การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระดับยีนและโครโมโซม การเกิดมิวเทชันเพียงอย่างเดียวไม่มีผลมากพอจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุกรรมของยีนพลูในประชากรภายในรุ่นเดียว แต่เป็นการสร้างแอลลีลใหม่ที่สะสมไว้ในยีนพลูของประชากร ทำให้เกิดความหลากหลายทางพันธุกรรมในประชากร 5. การคัดเลือกโดยธรรมชาติ = ทำให้สมาชิกของประชากรที่มีลักษณะเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมมีจำนวนมากขึ้น ลักษณะที่ไม่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมจะถูกคัดทิ้งไป ทำให้แอลลีลของประชากรเปลี่ยนแปลง

วิวัฒนาการของมนุษย์

ออสทราโลพิเทคัส (Australopithecus) ค้นพบซากดึกดำบรรพ์ Australopithecus afarensis ที่ชื่อว่า ลูซี (Lucy) สูงประมาณ 1 เมตร อายุ 3.8-3.0 ล้านปี มีลักษณะผสมระหว่างมนุษย์+ลิงไม่มีหาง มีการเดิน 2 ขา มีแขนยาวกว่ามนุษย์ในปัจจุบัน รู้จักใช้เครื่องมือแบบง่าย

โฮโม (Homo) 1. Homo habilis สมองมีขนาดใหญ่ มีความจุประมาณ 600-750 ลบ.ซม. น้ำหนัก 40-50 กก. ลำตัวตั้งตรง เดิน 2 ขา มีกระดูกปลายนิ้วมือคล้ายกับมนุษย์ในปัจจุบัน แต่มีขนาดใหญ่กว่า ประดิษฐ์เครื่องมือ เครื่องใช้จากหินได้ 2. Homo erectus เป็นมนุษย์สปีชีส์แรกที่อพยพจากแอฟริกา ไปยังที่ต่าง ๆ พบได้ทั่วไปในแถบเอเชียและ หมู่เกาะอินโดนีเซีย มีร่างกายสูง มีสมองใหญ่ เพศชายมีร่างกาย ใหญ่กว่าเพศหญิง 1.2 เท่า รู้จักใช้ไฟ และประดิษฐ์เครื่องมือจากหินได้ดี

3. Homo sapiens มนุษย์นีแอนเดอร์ทัล (Neanderthal man) มีอายุ 200,00-30,000 ปีที่ผ่านมา มีสมองใหญ่เกือบเท่ามนุษย์ปัจจุบัน (1,400 ลบ.ซม.) อยู่ร่วมกันเป็นกลุ่ม ล่าสัตว์ร่วมกัน รู้จักใช้ไฟและใช้หนังสัตว์หุ้ม มีวัฒนธรรมเรื่องการฝังศพ

มนุษย์โครแมนยัง (Cro-magnon man) มีขนาดสมองใกล้เคียงกับมนุษย์ปัจจุบัน มีความสามารถในการล่าสัตว์สูง โดยใช้หอก สามารถประดิษฐ์เครื่องมือจากหินที่ซับซ้อนและเหมาะสมกับการใช้งานได้ อยู่ร่วมกันเป็นชุมชน มีการวาดภาพ และแกะสลัก

กำเนิดมนุษย์ปัจจุบัน สมมติฐานแรก มีวิวัฒนาการจาก H. erectus ที่แพร่กระจายไปอาศัยอยู่ตามที่ต่างๆ สมมติฐานที่สอง H.erectus ที่แพร่กระจายในที่ต่างๆ สูญพันธุ์ เหลือเพียง H.erectus ในแอฟริกาเท่านั้นที่มีวิวัฒนาการเป็น H.sapiens