علم الأحياء التطوري

علم الأحياء التطوري هو فرع من فروع علم الأحياء يُعنى بتحليل آليات التطور الأربع : الانتخاب الطبيعي ، والطفرة ، والانحراف الوراثي ، وتدفق الجينات . وقد اكتشف تشارلز داروين وألفريد راسل والاس الانتخاب الطبيعي بشكل مستقل باعتباره محرك التطور ، استنادًا إلى أنماط التوزيع الجغرافي للأنواع. واكتشف غريغور مندل قوانين الوراثة . ثم قام آر. إيه. فيشر بتوحيد نظريتي داروين ومندل في توليفة حديثة .

اتسع نطاق البحث الحالي ليشمل البنية الجينية للتكيف ، والتطور الجزيئي ، والقوى المختلفة التي تُسهم في التطور، مثل الانتقاء الجنسي ، والانحراف الوراثي ، والجغرافيا الحيوية . ويبحث مجال علم الأحياء التطوري النمائي ("evo-devo")، وهو مجال حديث، في كيفية التحكم في تكوين الجنين ، مما يُنتج توليفة أوسع تُدمج علم الأحياء النمائي مع مجالات الدراسة التي غطتها التوليفة التطورية السابقة. ويُفسر التطور وحدة الحياة وتنوعها على الأرض؛ وقد قال ثيودوسيوس دوبزانسكي قولته الشهيرة: "لا شيء في علم الأحياء منطقي بدونه". ^{[ 1 ]}

يُفسر علم الأحياء التطوري التنوع بين الأنواع من خلال تحليل التغيرات التي تطرأ على عدد قليل من الأفراد ضمن جماعة سكانية عبر أجيال متعددة. ^{[ 2 ]} يهدف هذا الفرع من علم الأحياء إلى تحديد كيفية تطور التباين الجيني، وكيفية توارثه، وكيف تُشكل الآليات التطورية التركيب الجيني للجماعة السكانية. يدرس الباحثون سمات الكائنات الحية لتحديد الخصائص التي تُعزز أو تُضعف فرص البقاء والتكاثر. تميل السمات المفيدة إلى الانتقال إلى النسل، مما يُساهم في التغير التطوري مع ازدياد شيوع هذه السمات.

تُدرس هذه العمليات على مستويات مختلفة من التعقيد، بدءًا من ملاحظة السمات في الأنواع الحية أو المتحجرة وصولًا إلى تحليل تسلسل الحمض النووي الجينومي بين الأنواع. ^{[ 3 ]}

لقد اقترح تشارلز داروين فكرة التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي في عام 1859، ولكن علم الأحياء التطوري، كفرع أكاديمي قائم بذاته، ظهر خلال فترة التركيب الحديث في ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين. ^{[ 4 ]}

ساهم العديد من علماء الأحياء في تشكيل علم الأحياء التطوري الحديث. فقد وضع ثيودوسيوس دوبزانسكي وإي . بي. فورد برنامجًا بحثيًا تجريبيًا. كما ^وضع رونالد فيشر وسيوول رايت وجيه. بي. إس. هالدين إطارًا نظريًا متينًا. وساهم إرنست ماير في علم التصنيف ، وجورج جايلورد سيمبسون في علم الأحياء القديمة، وجي. ليديارد ستيبينز في علم النبات في صياغة التركيب الحديث لهذا العلم. ^وقام جيمس كرو [ ^{5 ]} وريتشارد ليونتين [ ^{6 ] ودان} هارتل [ ^{7 ] وماركوس} فيلدمان [ ^{8 ] [ 9 ]} وبريان تشارلزورث ^{[ 10 ]} بتدريب جيل من علماء الأحياء التطوريين.

يُعدّ التطور المفهوم المركزي الجامع في علم الأحياء. ويمكن تقسيم علم الأحياء إلى عدة طرق. إحداها هي تقسيمه حسب مستوى التنظيم البيولوجي ، من الجزيئي إلى الخلوي ، ومن الكائن الحي إلى الجماعة . وطريقة أخرى هي تقسيمه حسب المجموعة التصنيفية المتصورة ، مع مجالات مثل علم الحيوان ، وعلم النبات ، وعلم الأحياء الدقيقة ، والتي تعكس ما كان يُنظر إليه سابقًا على أنه التقسيمات الرئيسية للحياة. أما الطريقة الثالثة فهي تقسيمه حسب المناهج، مثل علم الأحياء الميداني، وعلم الأحياء النظري ، والتطور التجريبي ، وعلم الأحياء القديمة. وقد جُمعت هذه الطرق البديلة لتقسيم هذا العلم مع علم الأحياء التطوري لتكوين مجالات فرعية مثل علم البيئة التطوري وعلم الأحياء النمائي التطوري .

في الآونة الأخيرة، أدى اندماج العلوم البيولوجية والعلوم التطبيقية إلى ظهور مجالات جديدة تُعدّ امتدادًا لعلم الأحياء التطوري، بما في ذلك الروبوتات التطورية ، والهندسة ، ^{[ 11 ]} والخوارزميات ، ^{[ 12 ]} والاقتصاد ، ^{[ 13 ]} والهندسة المعمارية. ^{[ 14 ]} تُطبّق الآليات الأساسية للتطور بشكل مباشر أو غير مباشر للتوصل إلى تصاميم جديدة أو حلّ مشكلات يصعب حلّها بطرق أخرى. تُسهم الأبحاث المُنجزة في هذه المجالات التطبيقية في تحقيق التقدم، لا سيما في مجال علوم الحاسوب والهندسة، مثل الهندسة الميكانيكية. ^{[ 15 ]}

في علم الأحياء التطوري النمائي ، يدرس العلماء كيف تؤثر العمليات المختلفة في النمو على كيفية وصول كائن حي معين إلى شكله الحالي. ويُتيح التنظيم الجيني للتطور الفردي والعملية التطورية فهمًا أعمق لهذا النوع من علم الأحياء. فمن خلال دراسة العمليات المختلفة أثناء النمو، وتتبع شجرة التطور، يُمكن تحديد المرحلة التي نشأ فيها تركيب معين. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

يشمل البحث في علم الأحياء التطوري العديد من المواضيع، ويدمج أفكارًا من مجالات متنوعة، مثل علم الوراثة الجزيئية وعلم الأحياء الرياضي والنظري . وتسعى بعض مجالات البحث التطوري إلى تفسير الظواهر التي لم تُفسَّر بشكل كافٍ في التركيب التطوري الحديث . وتشمل هذه الظواهر: التنوع البيولوجي ، ^{[ 18 ] [ 19 ]} وتطور التكاثر الجنسي ، ^{[ 20 ] [ 21 ]} وتطور التعاون ، وتطور الشيخوخة ، ^{[ 22 ]} وقابلية التطور . ^{[ 23 ]}

يطرح بعض علماء الأحياء التطورية السؤال التطوري الأكثر وضوحًا: "ماذا حدث ومتى؟". يشمل ذلك مجالات مثل علم الأحياء القديمة ، حيث درس علماء الأحياء القديمة وعلماء الأحياء التطورية، بمن فيهم توماس هاليداي وأنجالي غوسوامي، تطور الثدييات المبكرة التي تعود إلى عصور قديمة خلال حقبتي الحياة الوسطى والحديثة (منذ 299 مليون إلى 12000 سنة). ^{[ 24 ] [ 25 ]} تشمل المجالات الأخرى ذات الصلة بالاستكشاف العام للتطور ("ماذا حدث ومتى؟") علم التصنيف وعلم الوراثة العرقي .

وُضِعَ التوليف التطوري الحديث في وقتٍ لم تكن فيه الأسس الجزيئية للجينات معروفة. يسعى علماء الأحياء التطورية اليوم إلى تحديد البنية الجينية الكامنة وراء الظواهر التطورية المرئية، مثل التكيف والتنوع. ويبحثون عن إجابات لأسئلةٍ مثل: ما هي الجينات المعنية؟ ما مدى ترابط تأثيرات الجينات المختلفة؟ ما وظائف هذه الجينات؟ وما التغيرات التي تطرأ عليها (مثل الطفرات النقطية مقابل تضاعف الجينات أو حتى تضاعف الجينوم )؟ كما يحاولون التوفيق بين ارتفاع نسبة التوريث الملحوظة في دراسات التوائم وصعوبة تحديد الجينات المسؤولة عن هذه النسبة باستخدام دراسات الارتباط على مستوى الجينوم . ^{[ 26 ]} وقد تضمن التوليف التطوري الحديث اتفاقًا حول القوى المساهمة في التطور، ولكن ليس حول أهميتها النسبية. ^{[ 27 ]}

تتخصص بعض المجلات العلمية حصراً في علم الأحياء التطوري ككل، ومنها مجلات Evolution و Journal of Evolutionary Biology و BMC Evolutionary Biology . بينما تغطي مجلات أخرى تخصصات فرعية ضمن علم الأحياء التطوري، مثل مجلات Systematic Biology و Molecular Biology and Evolution ومجلتها الشقيقة Genome Biology and Evolution ، ومجلة Cladistics .

تجمع بعض المجلات بين جوانب علم الأحياء التطوري ومجالات أخرى ذات صلة. فعلى سبيل المثال، تتداخل مجلات مثل Molecular Ecology و Proceedings of the Royal Society of London Series B و The American Naturalist و Theoretical Population Biology مع علم البيئة وجوانب أخرى من بيولوجيا الكائنات الحية. كما يبرز التداخل مع علم البيئة في مجلات المراجعة مثل Trends in Ecology and Evolution و Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics . أما مجلتا Genetics و PLoS Genetics فتتداخلان مع مسائل في علم الوراثة الجزيئية لا تبدو ذات طبيعة تطورية واضحة.

• وسائط متعلقة بعلم الأحياء التطوري على ويكيميديا ​​كومنز
• التطور وعلم النباتات القديمة في موسوعة بريتانيكا