مجله ديجي كالا - مهدي مومن زاده: احتمالا بارها شنيده‌ايد كه پرندگان امروزي، در حقيقت از نوادگان دايناسورها هستند. دايناسورهاي غول‌پيكري كه براي ميليون‌ها سال بر زمين حكمراني مي‌كردند و در يك فاجعه‌ي بزرگ منقرض شدند.

 ولي چگونه آن جانوران عظيم‌الجثه آب رفتند و تبديل به پرنده‌هاي كوچك و زيباي رنگارنگي شدند كه نه تنها در جنگل و حيات وحش، بلكه در شهرها با ما زندگي مي‌كنند؟ فرايند تكامل و انتخاب طبيعي، چرا و چگونه اين پرندگان را بوجود آورد؟

پرندگان امروزي، از گروهي از دايناسورها به نام «تراپودها» (Therapods) بوجود آمدند. از جمله اعضاي مشهور اين گروه مي‌توان به «تيرانوزاروس ركس» (Tyrannosaurus Rex) و «ولوسيراپتورها» (Velociraptors) اشاره كرد.

 تراپودها بيشتر به گروهي از دايناسورهاي پرنده به نام «ايوين‌ها» (Avians) نزديك هستند كه بين ۴۵ تا ۲۳۰ كيلوگرم وزن داشتند.

اين دايناسورها كه نسبت به پرندگان امروزي كاملا غول‌پيكر بودند، پوزه‌ي بلند و دندان‌هاي بزرگ داشتند و البته مغز آن‌ها خيلي كوچك بود. براي مثال، ولوسيرپتور جمجمه‌اي به اندازه‌ي جمجمه‌ي يك كايوت و مغزي به زحمت به اندازه‌ي مغز يك كبوتر داشته است.

براي دهه‌ها، از نظر ديرينه‌شناسان تنها حلقه‌ي اتصال فسيلي بين دايناسورها و پرندگان، «آركئوپتريكس» (Archaeopteryx) بود. يك موجود تركيبي با بال‌هاي پردار مثل پرندگان امروزي، ولي داراي دندان و دم شبيه به دايناسورها. به نظر مي‌رسد كه اين حيوانات، ويژگي‌هاي شبيه به پرندگان امروزي، يعني پر، بال و پرواز را تنها در عرض ۱۰ ميليون سال كسب كرده باشند. در مقياس تكامل و انتخاب طبيعي، اين زماني كوتاه به حساب مي‌آيد.

 «مايكل بنتون» (Michael Benton)، كه يك ديرينه شناس از دانشگاه بريستول در انگليس است مي‌گويد: «زماني به نظر مي‌رسيد كه آركئوپتريكس به صورت تمام عيار با ويژگي‌هاي پرندگان امروزي بوجود آمده باشد.»

براي توضيح اين دگرديسي شگفت‌انگيز، دانشمندان به يك نظريه‌ به نام «هيولاهاي اميدوار» (Hopeful Monsters) مراجعه كردند. طبق اين ايده، جهش‌هاي بزرگ تكاملي نيازمند تغييرات چشمگير ژنتيكي هستند كه از نظر كيفي با اصلاحات روتين در يك گونه تفاوت دارند.

 طبق اين نظريه، فقط با چنين تغييرات بزرگ در مدت زمان كوتاه است كه يك تراپود ۱۴۰ كيلوگرمي مي‌تواند تبديل به پرنده‌ي كوچك ماقبل تاريخي به نام «ايبرومزورنيس» (Iberomesornis) كه اندازه‌ي يك گنجشك بود شود.


با اين حال، به مرور زمان مشخص شده كه فرايند تبديل شدن دايناسورها به پرندگان مي‌تواند خيلي تدريجي و غير انقلابي‌ باشد.

اكتشافات جديد نشان مي‌دهد كه ويژگي‌هاي مخصوص پرندگان مثل پر، خيلي قبل‌تر از تكامل پرندگان ظهور كرده است.

 اين بيان مي‌كند كه پرندگان در حقيقت براي يك سري ابزار و ويژگي‌ها كه قبلا وجود داشته، استفاده‌ي جديدي پيدا كردند. پژوهش‌هاي اخير نشان مي‌دهد كه يك سري تغييرات ساده نقش اساسي در تبديل نهايي دايناسورها به پرندگان امروزي بازي كرده است.

از جمله‌ي اين تغييرات ساده مي‌توان به جمجمه‌ي پرندگان اشاره كرد كه خيلي شبيه به نوزاد دايناسورها است. نه تنها پرندگان امروزي از دايناسورها خيلي كوچك‌تر هستند، بلكه شباهت خيلي زيادي به جنين دايناسورها دارند.

يك جهش شبح‌وار

در دهه‌ي ۹۰ ميلادي، فسيل‌هاي دايناسور زيادي در چين كشف شد كه پرده از يك واقعيت جالب بر‌مي‌داشت. هرچند كه بسياري از اين فسيل‌ها فاقد بال بودند، ولي آرايش كاملي از پرها داشتند. از كرك‌هاي كوچك گرفته تا پرهاي قلم دار.

 كشف اين چنين جانوران مياني كه فضاي خالي ميان همه‌ي اكتشافات فسيلي پراكنده تا آن زمان را پر مي‌كرد، باعث شد كه تصور ديرينه‌شناسان درباره‌ي تبديل شدن دايناسورها به پرندگان عوض شود.

پرها كه زماني تصور مي‌شد مختص پرندگان هستند، در حقيقت خيلي قبل‌تر از پيدايش آن‌ها در دايناسورها تكامل يافته بودند.

تحليل‌هاي پيچيده‌ي جديد روي فسيل‌ها كه در آن رديابي تغييرات ساختاري و ترسيم نحوه‌ي ارتباط نمونه‌ها با يكديگر انجام شده است، بر اين ايده كه ويژگي‌هاي پرنده‌ساني در يك دوره‌ي زماني طولاني بوجود آمده است صحه مي‌گذارد.

در پژوهشي كه پاييز سال گذشته در «كرنت بيولوژي» (Current Biology) منتشر شد، ديرينه شناسي از دانشگاه ادينبورگ در اسكاتلند به نام «استفان بروسات» (Stephen Brusatte)، فسيل‌هاي «كوئلوروساروها» (Coelurosaurs) كه در حقيقت زير گروهي از تراپودها هستند را آزمايش كرد.

 آركئوپتريكس و پرندگان امروزي از اين زيرگروه بوجود آمده‌اند. او در طول زمان تغييرات در يك سري ويژگي‌هاي اسكلتي را دنبال كرد و متوجه شد كه هيچ جهش بزرگي كه منجر به تفاوت فاحش بين پرندگان و ديگر كوئلوساروها بشود وجود ندارد.

او مي‌گويد: «پرنده‌ها يك شبه از تيرانوزاروس‌ركس بوجود نيامدند. در عوض، ويژگي‌هاي كلاسيك پرندگان يكي يكي تكامل يافت. اول حركت بر روي دو پا، سپس پرها، استخوان جناق سينه، پرهاي پيچيده‌تر مثل آن‌هايي كه قلم دار هستند و سپس بال‌ها.

نتيجه‌ي نهايي، گذار بي‌نقص از دايناسور به پرنده‌ است. آن‌قدر بي‌نقص و تميز كه تقريبا نمي‌توانيد خطي در جدايي اين دو گروه از يكديگر بكشيد.»


وقتي كه همه‌ي اين ويژگي‌ها كنار هم قرار گرفتند، پرنده‌ها از زمين بلند شدند و پرواز كردند. مطالعات بروسات بر روي كوئلوروساروها نشان مي‌دهد كه وقتي آركئوپتريكس و ديگر پرندگان باستاني بوجود آمدند، خيلي سريع‌تر از ديگر دايناسورها شروع به تكامل يافتن كردند.

 نظريه‌ي هيولاي اميدوار چيزي كاملا برعكس را مي‌گويد: تكامل ناگهاني پرندگان را بوجود نياورد، بلكه پرندگان تكامل ناگهاني را بوجود آوردند.

 بروسات مي‌گويد: «به نظر مي‌رسد كه پرندگان به يك راه حل خوب در ويژگي‌هاي جسماني و بوم‌شناختي رسيدند. اينكه پرواز كنند و كوچك باشند. اين منجر به يك انفجار تكاملي شد.»

اهميت كوچك بودن

هرچند كه ممكن است بيشتر مردم از پر و بال به عنوان ويژگي‌ اصلي تمايز دهنده‌ي پرندگان از دايناسورها نام ببرند، ولي قد و قامت كوچك آن‌ها نيز اهميت زيادي دارد. تحقيقات جديد نشان مي‌دهد كه اجداد پرندگان خيلي زود آب رفتند.

 بدين معني كه كوچك بودن يك مزيت بزرگ براي آن‌ها حساب مي‌شده و به طور كلي قسمتي مهم از فرايند تكامل پرندگان بوده است.

 مثل ديگر ويژگي‌هاي پرندگان، كوچك شدن ابعاد نيز خيلي قبل‌تر از اينكه پرندگان بوجود آيند شروع شده است. تحقيقي كه سال گذشته در ساينس منتشر شد، نشان داد كه فرايند كوچك شدن خيلي زودتر از آن كه دانشمندان تصور مي‌كردند شروع شده است.

 بعضي از كوئلوروساروس‌ها از حدود ۲۰۰ ميليون سال پيش، يعني ۵۰ ميليون سال قبل از بوجود آمدن آركئوپتريكس‌ها شروع به كوچك شدن كرده بودند.

در آن زمان، بسياري از دايناسورها همچنان در حال بزرگ‌تر شدن بودند. بنتون مي‌گويد:«كوچك شدن خيلي غير عادي است. به خصوص ميان دايناسورها»

وقتي كه اجداد پرندگان بال درآوردند و پرواز به صورت شناور شدن بر روي هوا را آموختند، فرايند كوچك شدن آن‌ها تسريع شد. سال گذشته گروه بنتون نشان داد كه يك گروه از دايناسورها به نام «پاراوس» (Paraves) حدود ۱۶۰ بار سريع‌تر از بزرگ شدن ديگر دايناسورها در حال كوچك شدن بود! بنتون مي‌گويد: «در حالي كه ديگر دايناسورها در حال بزرگ و زشت شدن بودند، اين گروه از دايناسورها مرتب كوچك مي‌شدند. ما اعتقاد داريم كه در اين هنگام يك انتخاب طبيعي بزرگ انجام مي‌گرفت.»


اين كوچك شدن سريع نشان مي‌دهد كه پرندگان كوچكتر داراي مزيت رقابتي خيلي زياد نسبت به پرندگان بزرگ بوده‌اند.

 بروسات مي‌گويد:«ممكن است اين كاهش اندازه به يافتن مكان‌هاي زندگي جديد، روش‌هاي زندگي جديد يا اصلا تغييرات فيزيولوژيكي و رشد ختم مي‌شده است.»

بنتون فكر مي‌كند كه احتمالا وقتي كه اجداد پرندگان بالاي درخت‌ها زندگي كردند اين كوچك شدن تبديل به مزيت شد. درخت‌ها مي‌توانستند غذا و ايمني آن‌ها را تامين كنند.

ولي دليل كوچك شدن هرچه كه باشد، كوچك بودن ابعاد مزيتي بزرگ در پرواز به حساب مي‌آيد. هرچند كه حيوانات بزرگتر مي‌توانند بر روي هوا شناور شوند و اصطلاحا گلايد كنند، پرواز واقعي با استفاده از بال زدن نيازمند نسبت خاصي از ابعاد بال به وزن است. پرندگان بايد پيش از پرواز كردن به صورت واقعي و فراتر از شناور شدن بر روي هوا، كوچك مي‌شدند.

چهره‌ي بچه‌گانه

در سال ۲۰۰۸، زيست شناسي از دانشگاه هاروارد به نام «آرخات آبژانوف» (Arkhat Abzhanov) در حال تحقيق بر روي تخم تمساح‌ بود. از آن جا كه تمساح‌ها داراي اجداد مشترك با دايناسورها هستند، مي‌توانند مقايسه‌ي تكاملي خيلي خوبي با پرندگان باشند.

برخلاف ظاهر، پرندگان در مقايسه با مارمولك‌ها شباهت بيشتري به تمساح‌ها دارند. آبژانوف بر روي مهره‌هاي دايناسورها هم تحقيق مي‌كرد و چيزي كه خيلي براي او شگفت انگيز بود، شكل سر تمساح‌ها است كه شباهت زيادي به سر پرندگان دارد.

 جنين تمساح‌ هم شباهت زيادي به مرغ خانگي دارد. جمجمه‌ي فسيل شده‌ي نوزاد دايناسورها هم اين الگو را نشان مي‌دهد. آن‌ها خيلي شبيه به پرندگان بالغ هستند. با اين مشاهدات، آبژانوف به اين ايده رسيد كه شايد پرنده‌ها با ربودن الگوي رشد روزهاي اول زندگي دايناسورها تكامل يافته اند.

براي آزمايش اين نظريه، آبژانوف و يك ديرينه‌شناس از موزه‌ي تاريخ طبيعي آمريكا در نيويورك به نام «مارك نورل» (Mark Norell) به همراه ديگر همكارانش، داده‌هاي فسيلي را از نقاط مختلف دنيا جمع آوري كردند.

 اين داده‌ها شامل پرندگان باستاني، مثل آركئوپتريكس و تخم‌هاي فسيل شده‌ي دايناسورهاي در حال رشد كه در آشيانه مرده بودند مي‌شد. آن‌ها چگونگي تغيير شكل جمجمه، وقتي كه دايناسورها در حال تبديل شدن به پرنده بودند را دنبال كردند.

آن‌ها به مرور زمان متوجه شدند كه در فرايند تبديل شدن دايناسور به پرنده، صورت دچار افتادگي مي‌شود و در عوض چشم‌ها، مغز و منقار رشد مي‌كند. آبژانوف مي‌گويد: «پرندگان اوليه تقريبا شبيه به آخرين جنين‌هاي دايناسورهاي ولوسيپراتور بودند.

پرندگان امروزي چهره‌ي بچه‌گانه‌تري دارند و صورت آن‌ها نسبت به دوران جنيني تغيير كمتري مي‌كند. در نگاه اول، پرندگان شبيه بچه دايناسورهايي به نظر مي‌آيند كه مي‌توانند توليد مثل كنند.


اين فرايند كه «پدومورفوسيس» (Paedomorphosis) يا حفظ خصوصيات دوران قبل از بلوغ براي مدت طولاني نام دارد، يك راه تكاملي خيلي بهينه است.

 يك زيست شناس از دانشگاه كاليفرنيا به نام «نيپام پتل» (Nipam Patel) مي‌گويد: «به جاي اينكه يك چيز جديد خلق بشود، چيزي كه تا به حال وجود داشته فقط ارتقاء يافته است.» «بولار» (Bhullar) كه پاييز امسال آزمايشگاه خودش در دانشگاه ييل را راه‌اندازي مي‌كند مي‌گويد: «ما روز به روز شاهد اين هستيم كه تكامل خيلي زيبا و شكيل‌تر از آن چه پيشتر تصور مي‌كرديم عمل مي‌كند.

 تغييرات زيادي كه در جمجمه‌ي پرنده ايجاد مي‌شود مديون پدومورفوسيس است. مديون يك سري تغييرات مولكولي در دوران جنيني.»

چرا پدومورفوسيس در تكامل پرندگان اهميت دارد؟ اين ممكن است به كوچك شدن يا عكس آن كمك كند. تغيير اندازه گاهي اوقات مي‌تواند به تغييرات رشد منجر شود. بنابراين انتخاب جثه‌ي كوچك مي‌تواند از تبديل شدن به فرم ظاهري بزرگسالانه جلوگيري كند.

بنتون مي‌گويد: «يكي از راه‌هاي خيلي خوب كوتاه كردن توالي رشد اين است كه در كوچكي از رشد كردن جلوگيري كنيم.» جمجمه‌ي بچه‌گانه در بزرگسالان مي‌تواند مغز بزرگتر پرندگان را نيز توضيح دهد، چرا كه معمولا سر بچه‌ي حيوانات نسبت به بدنشان در مقايسه با حيوانات بزرگسال اندازه‌ي بزرگتري دارد. بنتون مي‌گويد: «يكي از راه‌هاي خيلي خوب براي بزرگ شدن اندازه‌ي مغز اين است كه اندازه‌ي كودكي را در دوران بلوغ حفظ كنيم.

در حقيقت پدومورفوسيس مي‌تواند زمينه‌ساز يك سري انتقالات بزرگ در تكامل، حتي در پستانداران و انسان شود. جمجمه‌هاي بزرگ ما در مقايسه با جمجمه‌ي شامپانزه‌ها مي‌تواند نتيجه‌‌ي پدومورفوسيس باشد.

پيدايش منقار

مشكل مطالعه‌ي پديده‌هايي كه در طي تكامل اتفاق افتاده‌ اين است كه فهميدن اينكه تا به حال چه رخ داده سخت است. در حقيقت دانشمندان هيچ وقت نمي‌توانند چگونگي تبديل شدن دايناسورها به پرندگان را دقيقا متوجه شوند يا دريابند كه براي اين تبديل چه ويژگي‌هايي ضروري بوده است.

 ولي با تركيب سه حوزه‌ي تكامل، ژنتيك و زيست‌شناسي رشد، آن‌ها اكنون مي‌توانند بفهمند كه ويژگي‌هاي مشخص چگونه بوجود آمده اند.

يكي از حوزه‌هاي مورد علاقه‌ي آبژانوف، منقار پرندگان است. منقار يكي از ابزارهاي مهم پرنده براي يافتن غذا، نظافت، ساختن لانه و نگهداري از جوجه‌ها است.

 او مي گويد كه عامل موفقيت زياد پرندگان فقط پرواز نبوده و بلكه منقار آن‌ها نيز در اين موفقيت نقش اساسي داشته است. او مي‌گويد:«پرندگان امروزي يك جفت انگشت بر روي صورت خود درآوردند.»

به كمك ديد عميقي كه در تكامل پرندگان بوجود آمده است، آبژانوف و همكارانش مي‌توانند به مكانيسم ژنتيكي دقيق بوجود آمدن منقار دست يابند.

در پژوهشي جديد كه ماه گذشته در «اوولوشن» (Evolution) منتشر شد، محققان نشان دادند كه تنها چند تغيير ژنتيكي كوچك مي‌تواند چهره‌ي يك پرنده را شبيه به دايناسور بكند.

در پرندگان امروزي، دو استخوان به نام استخوان‌هاي «پريماكسيلاري» (Premaxillary) به يكديگر جوش مي‌خورند تا منقار را بسازند.

 اين ساختار كاملا متفاوت از ساختاري است كه در دايناسورها، تمساح‌ها، پرندگان باستاني و بيشتر ديگر مهره‌داران وجود دارد. در همه‌ي اين جانوران، اين دو استخوان جدا از هم هستند و پوزه را مي‌سازند.

 براي مشخص كردن اينكه چرا چنين تغييري رخ داده است، محققان به بررسي دو ژن كه در شكل گيري اين دو استخوان در حيوانات مختلف نقش دارند پرداخته اند. اين حيوانات شامل تمساح، مرغ، موش، مارمولك و لاك‌پشت مي‌شوند.

آن‌ها متوجه شدند كه خزندگان و پستانداران داراي دو تكه‌ي فعاليت (Patches of Activity) در دو سوي حفره‌ي بيني در حال رشد خود هستند.

 پرنده‌ها داراي تك لكه‌ي بزرگتري هستند كه در جلوي صورت آن‌ها رشد مي‌كند. محققان مي‌گويند كه الگوي تمساح‌ها مي‌تواند به عنوان يك واسط براي دايناسورها عمل كند، چرا كه تمساح‌ها تقريبا همان پوزه و استخوان‌هاي پريماكسيلاري را دارند.

 محققان سپس در جنين پرنده‌اي خاص با اعمال يك ماده‌ي شيميايي، از تاثير ژني كه منقار را در صورت او بوجود مي‌آورد جلوگيري كردند. در ضمن براي رعايت مسائل اخلاقي نگذاشتند كه جوجه از تخم خارج شود.


نتيجه اينكه جنين‌هايي كه از رشد منقار در آن‌ها جلوگيري شده بود داراي صورت‌هايي بيشتر شبيه به دايناسورها بودند.

يك ديرينه شناس از دانشگاه تگزاس به نام «تيموتي رووه» (Timothy Rowe) مي‌گويد:«آن‌ها توانستند جنين يك پرنده را تبديل به چيزي كنند كه شبيه به دايناسورهاي منقرض شده است.» يافته ها نشان مي دهد كه چگونه تغييرات مولكولي كوچك مي‌تواند تغييرات ساختاري بزرگ ايجاد كند.

 آبژانوف مي‌گويد:«از ابزارهاي كنوني به صورتي نوين براي ساختن يك چهره‌ي كامل جديد استفاده كنيد» او ادامه مي‌دهد:«آن‌ها يك ژن يا راه جديد را اختراع نكردند، آن‌ها فقط يك ژن موجود را تغيير دادند.»

مثل مطالعات بروسات و ديگران، كار آبژانوف نظريه‌ي هيولاي اميدوار را به چالش مي كشد. البته او اين كار را در ابعاد ژنتيكي انجام مي‌دهد. بوجود آمدن منقار نيازمند يك جهش تكاملي خاص يا تغيير ژنتيكي گستره نيست.

در عوض آبژانوف نشان داد همان نيروهايي كه ريز تكامل (تغييرات كوچك در گونه‌ها) را بوجود مي‌آورد، درشت تكامل را هم ايجاد مي‌كند. تكامل ويژگي‌هاي جديد و گروه جديدي از گونه‌ها.

مشخصا تغييرات كوچك در تنظيم ژن‌ها، هم به پيدايش منقار (كه در طي ميليون ها سال تكامل يافت) و هم اشكال گوناگون منقار پرندگان كه مي تواند طي چند نسل تغيير كند منجر شد.

 آبژانوف مي‌گويد: «ما نشان داديم كه تغييرات تنظيمي كوچك مي تواند به يك اثر بزرگ تبديل شود.» بولار و آبژانوف قصد دارند كه در چگونگي تكامل منقار و جمجمه‌ي پرندگان تعمق بيشتري كنند.

آن ها اين كار را با استفاده از روش دست بردن در ويژگي هاي جمجمه و مغز انجام مي دهند. بولار مي گويد: «ما تازه اين كار را شروع كرده ايم.»