เสาร์, พฤศจิกายน 01, 2014
   
Text Size

การคัดเลือกตามธรรมชาติ

สาระน่ารู้เรื่อง การคัดเลือกตามธรรมชาติ

การคัดเลือกตามธรรมชาติ
(
Natural Selection)

ผศ.ดร.สุมิตรา วิสุทธารมณ์

 

สิ่งมีชีวิตมีกำเนิดบนโลกนี้เมื่อประมาณ 3,500 ล้านปีมาแล้ว ในช่วงเวลาอันยาวนานนี้ สิ่งมีชีวิตเริ่มแรกได้มีวิวัฒนาการก่อให้เกิดสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด ทั้งที่ยังดำรงอยู่ในปัจจุบันและที่สูญพันธุ์ไปแล้ว สิ่งมีชีวิตหลากหลายในปัจจุบันจึงมาจากบรรพบุรุษร่วมกัน โดยมีการเปลี่ยนแปลงและปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมไปตามกาลเวลา เป็นการเปลี่ยนแปลงหลายๆ ด้านทั้งรูปร่าง สรีระวิทยา และพฤติกรรม และเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นช้าๆ ทีละเล็กทีละน้อย ใช้ระยะเวลายาวนาน

 

ชาร์ลส์ ดาร์วิน (Charles Darwin, ค.ศ.1809 – 1882) นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษเสนอแนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต โดยมีหลักฐานสนับสนุนว่าสิ่งมีชีวิตหลากหลายสปีชีส์ที่ดำรงอยู่ในปัจจุบันเปลี่ยนแปลงมาจากสิ่งมีชีวิตดั้งเดิม โดยการสืบทอดลักษณะที่ปรับเปลี่ยนทีละเล็กทีละน้อยของบรรพบุรุษ (descent with modification) และอธิบายว่าวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นโดยการคัดเลือกตามธรรมชาติ (natural selection) กล่าวคือ สิ่งมีชีวิตที่ปรับตัวได้ดีจะมีชีวิตอยู่รอดได้มากกว่าสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถปรับตัวได้ และถ่ายทอดลักษณะที่ปรับเปลี่ยนไปยังชั่วรุ่นถัดไป เมื่อเวลาผ่านไปลักษณะที่ปรับเปลี่ยนซึ่งเหมาะสมต่อสภาพแวดล้อมจึงเพิ่มมากขึ้นในแต่ละชั่วรุ่น ขณะที่ลักษณะที่ไม่เหมาะสมลดน้อยหรืออาจหมดไป จนในที่สุดเกิดเป็นสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างจากเดิมกลายเป็นสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่

 

วิวัฒนาการโดยการคัดเลือกตามธรรมชาติตามแนวคิดของดาร์วิน มาจากข้อสังเกตที่เป็นสภาวะธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต 4 ข้อ คือ

ก. การผลิตที่มากเกิน (overpopulation) หมายถึง การที่สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดต่างผลิตรุ่นลูกจำนวนมาก ส่งผลให้จำนวนบุคคลในประชากรมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในแต่ละชั่วรุ่น

ข. ข้อจำกัดต่อการเติบโตของประชากร (limits on population growth) การที่จำนวนบุคคลในแต่ละชั่วรุ่นเพิ่มมากขึ้น ส่งผลให้มีการแก่งแย่งทรัพยากรที่จำเป็นในการดำรงชีพ เช่น อาหาร น้ำ ที่อยู่อาศัย ที่หลบภัย และปัจจัยอื่นๆ ที่มีอยู่จำกัด ในที่สุดจะมีบุคคลเพียงจำนวนหนึ่งเท่านั้นที่เหลือรอด

ค. ความแปรผัน (variation) หมายถึง ความแปรผันของลักษณะระหว่างบุคคล ซึ่งเป็นชนิดเดียวกัน เช่น คนแต่ละคน หรือต้นไม้แต่ละต้น หรือสัตว์แต่ละตัว มีลักษณะที่แตกต่างกัน ซึ่งภายใต้สภาวะแวดล้อมหนึ่งๆ ลักษณะบางลักษณะมีความได้เปรียบในการแข่งขัน ส่งผลให้บุคคลที่มีลักษณะนั้นสามารถอยู่รอดได้

ง. ความแตกต่างในความสำเร็จของการสืบพันธุ์ (differential reproductive success) การที่บุคคลที่มีลักษณะเหมาะสมในสภาวะแวดล้อมหนึ่งสามารถปรับตัวเหลือรอดและสืบพันธุ์ถ่ายทอดลักษณะไปสู่รุ่นลูกได้จำนวนมาก ขณะที่พวกที่มีลักษณะไม่เหมาะสมผลิตรุ่นลูกได้จำนวนน้อย หรืออาจตายก่อนที่จะได้สืบพันธุ์ ลักษณะนั้นๆ จึงไม่ถูกถ่ายทอดสู่รุ่นต่อไป

 

จากความจริงที่เป็นสภาวะตามธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตข้างต้น การคัดเลือกตามธรรมชาติจึงเป็นกลไกสำคัญที่ทำให้วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้ อย่างไรก็ตามในขณะนั้นดาร์วิน ไม่สามารถอธิบายว่าการถ่ายทอดลักษณะจากรุ่นสู่รุ่นเกิดขึ้นได้อย่างไร แม้ว่าในช่วงเวลาเดียวกัน เกรเกอร์ โยฮันส์ เมนเดล ได้เสนอกฎการถ่ายทอดลักษณะขึ้นแล้ว ต่อเมื่อมีการค้นพบงานของเมนเดลและความรู้ทางพันธุกรรมมีมากขึ้น จึงมีการนำความรู้ทางพันธุศาสตร์มาอธิบายการถ่ายทอดลักษณะจากชั่วรุ่นหนึ่งไปยังอีกชั่วรุ่นหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม ความแปรผันของลักษณะระหว่างบุคคลในประชากร และนำมาศึกษาวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต โดยศึกษาโครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากร ซึ่งการคัดเลือกตามธรรมชาติที่เกิดอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากรทีละน้อยตามระยะเวลาที่ผ่านไปจนกระทั่งประชากรใหม่มีพันธุกรรมแตกต่างจากประชากรเดิม

 

พันธุศาสตร์ประชากร (Population genetics)

วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นในระดับประชากร ดังนั้นความเข้าใจเกี่ยวกับพันธุศาสตร์

ประชากรจึงเป็นพื้นฐานที่สำคัญ ประชากร (population) หมายถึง สิ่งมีชีวิตสปีชีส์หนึ่งๆ ซึ่งอาศัยอยู่ในบริเวณเดียวกัน ในช่วงเวลาหนึ่ง สมาชิกภายในประชากรสามารถผสมพันธุ์กันและสืบทอดลักษณะต่อๆ ไปได้ สิ่งมีชีวิตแต่ละสปีชีส์มีการกระจายตัวอาศัยอยู่ทั่วไปบนโลก โดยเป็นประชากรกลุ่มต่างๆ ซึ่งมีโครงสร้างทางพันธุกรรมแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น มนุษย์มีการกระจายตัวอยู่บนทวีปต่างๆ ทั่วโลก เช่น ประชากรชาวไทย ประชากรชาวอเมริกัน และประชากรชาวอัฟริกัน เป็นต้น สมาชิกของประชากรหนึ่งๆ มียีนพูล (gene pool) แหล่งเดียวกัน ยีนพูล หมายถึง ยีนทั้งหมดในประชากร ณ ช่วงเวลาหนึ่งๆ ยีนพูลจึงประกอบด้วยแอลลีลของยีนทุกยีนที่อยู่ในสมาชิกของประชากร ขณะที่จีโนไทป์ของสมาชิกแต่ละบุคคลมีแอลลีลของยีนแต่ละยีนอยู่เพียงสองแอลลีล(เพราะสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เป็นดิพลอยด์) ดังนั้นในการเปรียบเทียบพันธุกรรมระหว่างประชากรจึงนิยมใช้ยีนพูล

 

รูปที่ 1 ยีน พูลของประชากรสัตว์ชนิดหนึ่ง ประกอบด้วยแอลลีลทุกแอลลีลของยีนแต่ละยีน ในภาพแสดงความถี่ของแอลลีล B และ แอลลีล b โดยแอลลีลเหล่านี้มาจากสมาชิกที่มีจีโนไทป์ต่างกัน 3 แบบ คือ BB Bb และ bb

 

ยีนพูลของประชากรศึกษาได้จากความถี่ของแอลลีล (allele frequency) หรือความถี่ของยีน (gene frequency) และความถี่ของจีโนไทป์ (genotypic frequency) ตัวอย่างเช่น ประชากรหนึ่งประกอบด้วยสมาชิกทั้งหมด 1,000 คน สมมติให้ยีนที่ควบคุมลักษณะหนึ่งในประชากรนี้ประกอบด้วย 2 แอลลีล คือ B และ b และสำรวจจีโนไทป์ของสมาชิกได้ผล ดังนี้
จีโนไทป์

จำนวน (ตัว)

ความถี่จีโนไทป์
BB 490 0.49
Bb 420 0.42
bb 90 0.09
รวม 1,000 1.00

 

จากจำนวนสมาชิกที่มีจีโนไทป์ต่างๆ กันนี้นำมาคำนวณความถี่ของจีโนไทป์และความถี่

ของแอลลีล เพื่อแสดงยีนพูลของประชากรได้ ดังนี้

 

ความถี่ของจีโนไทป์หนึ่งๆ คือ สัดส่วนระหว่างบุคคลที่มีจีโนไทป์นั้นต่อจำนวนบุคคล

ทั้งหมดในประชากร ในตัวอย่างข้างต้น ความถี่ของจีโนไทป์ BB คือ 1490/1000 หรือ 0.49 และความถี่ของจีโนไทป์ Bb และ bb เท่ากับ 0.42 (42/1000) และ 0.09 (90/1000) ตามลำดับ เป็นต้นสำหรับความถี่ของแอลลีลหนึ่งๆ คือ จำนวนแอลลีลนั้นต่อจำนวนแอลลีลทั้งหมดของยีนหนึ่งๆ ในประชากร เช่น ความถี่ของแอลลีล B เท่ากับจำนวนแอลลีล B ทั้งหมด หารด้วยผลรวมของจำนวนแอลลีล B และแอลลีล b ในประชากร โดยที่ในจีโนไทป์ของแต่ละบุคคลยีนหนึ่งๆ ประกอบด้วยสองแอลลีล ดังนั้นประชากรตัวอย่างจึงมีจำนวนแอลลีลของยีนแต่ละยีนเท่ากับ 2,000 (2 × 1,000) แอลลีล เพราะฉะนั้นความถี่ของแอลลีล B จึงคำนวณจาก จำนวนบุคคลที่มีจีโนไทป์ BB 490 คน ซึ่งคิดเป็นจำนวนแอลลีล B ได้ 980 (490 × 2) แอลลีล รวมกับจำนวนแอลลีล B 420 แอลลีลจากบุคคลที่มีจีโนไทป์ Bb 420 คน จำนวนของแอลลีล B ในประชากรนี้จึงเท่ากับ 1400 (980 + 420) แอลลีล คิดเป็นความถี่ของแอลลีล B ได้เท่ากับ 0.7 (1400/2000) ในทำนองเดียวกัน จำนวนแอลลีล b เท่ากับ 0.3 (600/2000) ซึ่งเมื่อรวมความถี่ของแอลลีล B และแอลลีล b มีค่าเท่ากับ 1 (0.7 + 0.3)

 

 

เมื่อระยะเวลาผ่านไปมีการเปลี่ยนแปลงยีนพูลของประชากร โดยสำรวจพบว่าความถี่ของแอลลีลและความถี่ของจีโนไทป์ต่างไปจากเดิม แสดงว่าประชากรมีวิวัฒนาการเกิดขึ้น ในทางตรงกันข้าม ถ้าพบว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลและความถี่ของจีโนไทป์ในแต่ละชั่วรุ่น แสดงว่าประชากรนั้นไม่มีวิวัฒนาการนั่นเอง ประชากรที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลและความถี่ของจีโนไทป์ในแต่ละชั่วรุ่น เป็นประชากรที่มีความสมดุลทางพันธุกรรม (genetic equilibrium) เรียกว่า ประชากรในภาวะสมดุล (equilibrium population)

 

 

ในปี ค.ศ. 1908 ก๊อดเฟรด์ ฮาร์ดี (Godfrey Hardy) นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ และวิลเฮล์มไวน์เบิร์ก (Wilhelm Weinberg) อธิบายความสมดุลทางพันธุกรรมของประชากรโดยใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ ซึ่งปัจจุบันเรียกว่า หลักฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก (Hardy-Weinberg Principle) โดยอธิบายว่า

"ในประชากรขนาดใหญ่ที่มีการผสมพันธุ์ระหว่างสมาชิกแบบสุ่ม (random mating) ถ้าไม่มีการกลาย การอพยพ และการคัดเลือกตามธรรมชาติเกิดขึ้น ความถี่ของแอลลีลและความถี่ของจีโนไทป์ในรุ่นถัดไปจะไม่เปลี่ยนแปลง"

 

จากหลักฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก กำหนดให้ยีนพูลของประชากรหนึ่งมีความถี่ของแอลลีลที่ 1(สมมติให้เป็นแอลลีลเด่น) = p และความถี่ของแอลลีลที่ 2 (สมมติให้เป็นแอลลีลด้อย) = q โดย p+q มีค่าเท่ากับ 1 ดังนั้นความถี่ของจีโนไทป์แบบต่างๆ ในประชากรจึงมีค่า ดังต่อไปนี้

 

ความถี่ของจีโนไทป์แบบฮอมอไซกัสโดมิแนนท์ = p2
ความถี่ของจีโนไทป์แบบฮอมอไซกัสรีเซสซีพ = q2
และ ความถี่ของจีโนไทป์แบบเฮเทอโรไซกัส = 2pq
เพราะฉะนั้นความถี่รวมของจีโนไทป์แบบต่างๆ ในประชากร คือ p2 + 2pq + q2 และเขียน
เป็นสมการการกระจายความถี่ของจีโนไทป์ต่างๆ ในประชากรได้ ดังนี้

  p2 + 2pq + q2 = (p + q)2 เพราะว่า p + q = 1 จึง
แปลงสมการเป็น p2 + 2pq + q2 = 1

สมการนี้เรียกว่า สมการฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก สามารถใช้สมการนี้ในการตรวจสอบความถี่ของแอลลีลและความถี่ของจีโนไทป์ในประชากรที่อยู่ในภาวะสมดุลได้

ประชากรตามหลักฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก เป็นประชากรในอุดมคติ ความสมดุลทางพันธุกรรมของประชากรเกิดขึ้นได้ภายใต้ข้อสมมติ (assumption) ต่อไปนี้

1. ประชากรขนาดใหญ่ (large population) จำนวนสมาชิกในประชากรมีมาก ดังนั้นเมื่อสูญเสียบุคคลที่มีจีโนไทป์ใดจีโนไทป์หนึ่งไปโดยบังเอิญจึงไม่ส่งผลให้มีการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีล เช่น ในประชากรตัวอย่างข้างต้น ถ้ามีการสูญเสียบุคคลที่มีจีโนไทป์ BB ไปบ้างโดยบังเอิญ ความถี่ของแอลลีล B ในยีนพูลไม่เปลี่ยนแปลง

2. การผสมแบบสุ่ม (random mating) หมายถึง การที่บุคคลที่มีจีโนไทป์แบบต่างๆ ในประชากรไม่มีการเลือกจีโนไทป์ในการผสมพันธุ์ เช่น ประชากรที่มีจีโนไทป์ 3 แบบคือ BB, Bb และ bb บุคคลที่มีจีโนไทป์ BB มีโอกาสผสมพันธุ์กับบุคคลที่มีจีโนไทป์BB หรือ Bb หรือ bb ได้เท่าเทียมกัน

3. ไม่มีการกลาย (no mutation) ในประชากรไม่มีการกลายของยีน เช่น การกลายของแอลลีล b เป็นแอลลีล B หรือ การกลายของแอลลีล B เป็นแอลลีล b เกิดขึ้น จึงไม่มีการเพิ่มหรือการสูญเสียแอลลีลใดจากประชากร

4. ไม่มีการอพยพ (no migration) สมาชิกของประชากรไม่มีการย้ายออกไป และไม่มีสมาชิกจากประชากรกลุ่มอื่นอพยพย้ายเข้ามา จึงไม่มีการนำแอลลีลออก หรือเข้าสู่ประชากร

5. ไม่มีการคัดเลือกตามธรรมชาติ (no natural selection) บุคคลที่มีจีโนไทป์ต่างๆ ในประชากรสามารถเติบโตจนถึงวัยเจริญพันธุ์ และสืบพันธุ์ถ่ายทอดยีนของแต่ละบุคคลไปยังชั่วรุ่นถัดไปได้เท่าเทียมกัน

 

ในธรรมชาติประชากรที่มีความสมดุลทางพันธุกรรมมีน้อยมาก ส่วนใหญ่แล้วประชากรมีการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีล และความถี่ของจีโนไทป์อยู่ตลอดเวลา โดยเป็นการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยเพื่อตอบสนองต่อสภาวะแวดล้อมที่เปลี่ยนไปภายในช่วงเวลาสั้นๆ จัดเป็น วิวัฒนาการในระดับจุลภาค (microevolution) ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากร คือ ปัจจัยที่มีมีผลตรงกันข้ามกับข้อสมมติของหลักฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กที่กล่าวไว้ข้างต้นเช่น ประชากรขนาดเล็กมีจำนวนสมาชิกน้อย ประชากรขนาดใหญ่ที่ลดขนาดลงอย่างฉับพลัน มีการผสมพันธุ์ระหว่างสมาชิกในประชากรแบบเลือกลักษณะหรือเลือกจีโนไทป์ มีการอพยพของสมาชิกต่างประชากรเข้ามาอย่างต่อเนื่อง มีการกลายซึ่งก่อให้เกิดความผันแปรทางพันธุกรรมระหว่างบุคคลในประชากร และมีการคัดเลือกตามธรรมชาติเกิดขึ้น เป็นต้น ดังนั้นเมื่อมีปัจจัยเหล่านี้เกิดขึ้นกับสมาชิกของประชากร จะส่งผลให้ประชากรมีวิวัฒนาการ

 

 

การคัดเลือกตามธรรมชาติ (Natural Selection)

ตามทฤษฎีของดาร์วิน การคัดเลือกตามธรรมชาติเป็นกลไกการเกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต โดยสมาชิกที่ประสบความสำเร็จในการปรับตัวต่อสภาพแวดล้อมมีโอกาสอยู่รอดและสืบพันธุ์ถ่ายทอดลักษณะไปยังรุ่นลูกได้มากกว่าสมาชิกที่ไม่สามารถปรับตัวได้ กล่าวคือ ในประชากรหนึ่งประกอบด้วยสมาชิกที่มีลักษณะทางฟีโนไทป์หลากหลายโดยส่วนใหญ่เป็นลักษณะที่กำหนดโดยพันธุกรรม ในสภาวะแวดล้อมบางสภาวะอาจมีลักษณะไม่เหมาะสมต่อการดำรงชีวิตขณะที่มีบางลักษณะเหมาะสมต่อสภาพแวดล้อมสามารถอยู่รอดและดำรงชีวิตต่อไปได้ อย่างไรก็ตามการมีชีวิตรอดของสมาชิกที่มีลักษณะเหมาะสมไม่ได้เป็นสิ่งกำหนดว่าสมาชิกที่มีลักษณะนั้นๆจะสามารถถ่ายทอดยีนไปสู่รุ่นลูกได้มากกว่าพวกที่มีลักษณะไม่เหมาะสม เช่น กรณีที่สมาชิกที่เหลือรอดไม่ได้รับการผสมพันธุ์ หรือผสมพันธุ์แต่ไม่มีลูกหรือมีลูกจำนวนน้อย เป็นต้น ดังนั้นจำนวนลูกที่แต่ลักษณะผลิตจึงมีความสำคัญต่อการที่ลักษณะต่างๆ จะประสบความสำเร็จในการสืบพันธุ์ด้วย

 

การที่ลักษณะต่างๆ ในประชากรประสบความสำเร็จในการสืบพันธุ์แตกต่างกัน เรียกว่าลักษณะแต่ละลักษณะมี Fitness ต่างกัน Fitness คือ โอกาสของการถ่ายทอดยีนที่ควบคุมลักษณะนั้นไปสู่ชั่วรุ่นลูก เป็นค่าเปรียบเทียบความสำเร็จในการสืบพันธุ์ระหว่างลักษณะต่างๆ ในสภาพแวดล้อมเดียวกัน ลักษณะซึ่งดำรงอยู่ในสภาพแวดล้อมได้ดีและผลิตลูกได้จำนวนมาก แสดงว่าลักษณะนั้นมี Fitness สูง มีโอกาสถ่ายทอดยีนไปยังรุ่นลูกได้มาก ประชากรในชั่วรุ่นถัดไปจะมีสัดส่วนของยีนที่ควบคุมลักษณะที่ถูกคัดเลือกไว้เพิ่มขึ้น การคัดเลือกลักษณะนั้นๆ อย่างต่อเนื่องจะส่งผลให้เกิดการวิวัฒนาการ

 

ตัวอย่างหนึ่งของการคัดเลือกตามธรรมชาติ คือ ปรากฏการณ์ industrial melanism ในผีเสื้อกลางคืนชนิดหนึ่ง (peppered moth, Biston betularia ประมาณ ปี ค.ศ. 1848 ในประเทศอังกฤษซึ่งเป็นช่วงเวลาก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรมมีการสำรวจประชากรของผีเสื้อกลางคืนชนิดนี้พบว่าส่วนใหญ่มีลำตัวและปีกสีเทาจาง โดยมีสมาชิกที่มีลำตัวและปีกสีดำเป็นส่วนน้อย (ประมาณ1%) เมื่อสำรวจประชากรผีเสื้อกลางคืนชนิดนี้อีกครั้งหนึ่งใน 50 ปีต่อมา ซึ่งเป็นช่วงเวลาหลังการปฏิวัติอุตสาหกรรม โดยสำรวจในพื้นที่เดิม พบว่าประชากรส่วนใหญ่มีลำตัวและปีกสีดำ แสดงว่ามีการเปลี่ยนแปลงลักษณะในประชากรอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นผลจากมีการคัดเลือกตามธรรมชาติเกิดขึ้น ซึ่งสามารถอธิบายการเกิดปรากฏการณ์ได้ดังต่อไปนี้

 

ลักษณะสีลำตัวและปีกของผีเสื้อกลางคืนชนิดนี้เป็นลักษณะทางพันธุกรรม ซึ่งมีผลต่อการอยู่รอด เพราะช่วยปกป้องแมลงจากการถูกนกซึ่งเป็นผู้ล่าจับกินเป็นอาหาร ปกติผีเสื้อชนิดนี้จะออกหากินเวลากลางคืน โดยช่วงกลางวันมักอาศัยเกาะที่ลำต้นของต้นไม้ ต้นไม้เหล่านี้มีไลเคนเจริญเติบโตอยู่ทั่วลำต้นทำให้ลำต้นมีสีเทาจางๆ ดังนั้นผีเสื้อที่มีลำตัวและปีกสีเทาจางจึงกลมกลืนกับสีของลำต้น สามารถรอดพ้นจากการเป็นเหยื่อของนก จึงมีโอกาสผสมพันธุ์ถ่ายทอดยีนที่ควบคุมสีลำตัวและปีกสีเทาสู่รุ่นลูกต่อไป ขณะที่ผีเสื้อที่มีลำตัวและปีกสีดำถูกนกจับกินมากกว่าเพราะนกมองเห็นได้ดี ในประชากรจึงมีผีเสื้อที่มีลำตัวและปีกสีดำอยู่น้อย ในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรมมีการสร้างโรงงานอุตสาหกรรมมากมายในพื้นที่ เขม่าควันจากโรงงานเหล่านี้ปกคลุมไลเคนที่เจริญเติบโตอยู่ตามลำต้น สีของลำต้นจึงเปลี่ยนเป็นสีเข้มขึ้น สภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนไปนี้ส่งผลให้ผีเสื้อที่มีลำตัวและปีกสีดำมีความได้เปรียบในการอยู่รอด เพราะสีกลมกลืนกับลำต้นของต้นไม้ ขณะที่พวกที่มีลำตัวและปีกสีเทาจางถูกจับกินได้ง่ายขึ้น ประชากรผีเสื้อกลางคืนชนิดนี้ภายหลังการปฏิวัติอุตสาหกรรมจึงมีสมาชิกที่มีลำตัวและปีกสีดำมากขึ้น เพราะผีเสื้อที่มีลำตัวและปีกสีดำสามารถอยู่รอดและสืบทอดลักษณะต่อๆ มา ประชากรมีสมาชิกที่มียีนควบคุมสีลำตัวและปีกสีดำเพิ่มขึ้นในแต่ละรุ่น

 

การปรับตัว (adaptation)

สิ่งมีชีวิตหลากหลายที่ยังคงดำรงอยู่ในโลกนี้ได้ เนื่องจากมีการถ่ายทอดพันธุกรรมจากรุ่นสู่รุ่นสืบต่อกันมา โดยแต่ละชนิดต่างมีลักษณะเฉพาะที่เหมาะสมต่อการดำรงชีวิตในสภาพแวดล้อมอันเป็นแหล่งที่อยู่อาศัย เช่น ปลาที่อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำมีครีบที่เหมาะสมเพื่อใช้ในการว่ายน้ำ นกมีปีกที่มีโครงสร้างของกระดูกและขนเหมาะสมต่อการพยุงตัวขณะบินในอากาศ เป็นต้น ลักษณะเฉพาะเหล่านี้เป็นผลจากการปรับตัวให้เหมาะสมต่อสภาพแวดล้อมในช่วงที่มีวิวัฒนาการ

 

การปรับตัว หมายถึง ลักษณะและ/หรือพฤติกรรมซึ่งถูกควบคุมโดยพันธุกรรมที่ทำให้โอกาสในการสืบทอดยีนไปสู่รุ่นลูก (หรือ fitness) ของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ เพิ่มขึ้น การปรับตัวอาจเกิดกับโครงสร้าง กระบวนการทำงานของโครงสร้าง และ/หรือ พฤติกรรมของสิ่งมีชีวิต ผลของการปรับตัวทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถเพิ่มจำนวนและดำรงชีวิตอยู่ในสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติได้

 

 

 

การปรับตัวของสิ่งมีชีวิตมีหลายรูปแบบเพื่อจุดประสงค์ต่างๆ กัน ในที่นี้จะกล่าวถึงการปรับตัวบางรูปแบบซึ่งเป็นการปรับตัวเชิงโครงสร้างหรือรูปร่างของสิ่งมีชีวิต เช่น การปรับตัวเพื่อการป้องกัน (defensive adaptation) เป็นการปรับตัวเพื่อจุดประสงค์ในการป้องกันตัว และ/หรือหลบหลีกผู้ล่า ส่วนใหญ่เป็นการปรับตัวให้มีโครงสร้างสำหรับใช้ในการป้องกันตัว เช่น เหล็กในของผึ้ง หนามของต้นกระบองเพ็ชร เป็นต้น สิ่งมีชีวิตบางชนิดสร้างสารเคมีที่เป็นพิษ หรือมีกลิ่นรุนแรง หรือทำให้เป็นเหยื่อที่มีรสชาติไม่ถูกลิ้นของผู้ล่า โดยจะหลั่งสารเคมีออกมาเมื่อถูกรบกวนเช่น แมลงปีกแข็งบางชนิดปล่อยสารที่มีกลิ่นรุนแรงจนผู้ล่าต้องเลี่ยงไป ตัวต่อปล่อยเหล็กในและสารพิษออกมาเมื่อถูกรบกวน นอกจากนี้สิ่งมีชีวิตบางชนิดสามารถนำสารพิษจากสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นมาใช้ในการป้องกันตัว เช่น แมลงนำสารพิษจากพืชมาใช้ป้องกันตัว โดยตัวอ่อนแมลงกัดกินใบไม้จากต้นที่สร้างสารพิษและเก็บสะสมสารพิษไว้จนเจริญเป็นตัวเต็มวัย ผู้ล่าที่จับแมลงกินจะได้รับสารพิษเข้าสู่ร่างกาย จึงหลีกเลี่ยงการจับแมลงนั้นเป็นอาหาร

 

 

 

 

 
(จาก Blamise. 1994. Exploring Life)
รูปที่ 2 หนามของต้นตะบองเพ็ชร เป็นการปรับตัวเพื่อการป้องกันการกัดกินของผู้ล่า

การปรับตัวเพื่อเป็นสัญญาณเตือน (warning signal) เป็นการปรับตัวให้มีรูปร่างลักษณะหรือสีสันสะดุดตา ทำให้ผู้ล่า/ผู้รุกรานเกรงกลัวไม่เข้าไปรบกวน สิ่งมีชีวิตที่มีการปรับตัวแบบนี้มักมีลักษณะโดดเด่นจึงมองเห็นได้ชัดเจน ในบางชนิดอาจสร้างสารเคมีร่วมด้วย โดยสารเคมีนั้นๆ เป็นพิษต่อผู้ล่า ผู้ล่าที่เคยรับรสจึงจดจำและไม่ล่าสิ่งมีชีวิตนั้นเป็นเหยื่อในครั้งต่อๆ ไป การปรับตัวเพื่อเป็นสัญญาณเตือนแบบหนึ่ง คือ mimicry ซึ่งเป็นการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตที่มีพันธุกรรมต่างกันมาก (อาจเป็นต่างปีชีส์หรือต่างสกุล) ที่ปรับตัวให้มีลักษณะหรือพฤติกรรมคล้ายกัน โดยสิ่งมีชิวิตชนิดหนึ่งเป็นแม่แบบ (model) และสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่งเป็นตัวเลียนแบบ (mimic) จุดประสงค์ของการเลียนแบบเพื่อให้ผู้ล่าหรือศัตรูไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างสองชนิดได้ แบ่งย่อยเป็น 2แบบ คือ (i) Batesian mimicry ซึ่งตัวแม่แบบมักมีสีสันลวดลายเด่นชัด และสามารถสร้างสารพิษหรือสารที่ทำให้เหยื่อมีรสไม่ถูกลิ้นผู้ล่า ขณะที่ตัวเลียนแบบไม่มีลักษณะและไม่สามารถสร้างสารพิษได้

 

รูปที่ 3 การปรับตัวเพื่อเป็นสัญญาณเตือน แบบ Batesian mimicry ในผีเสื้อ 2 ชนิดคือ Danaus plexippus (ซ้าย) ซึ่งเป็นตัวแม่แบบ สามารถสร้างสารที่ทำให้ผีเสื้อชนิดนี้มีรสไม่ถูกลิ้นผู้ล่า และ Limenitis archippus (ขวา) ซึ่งเป็นตัวเลียนแบบ โดยวิวัฒนาการให้ปีกมีลวดลายและสีสันคล้ายคลึงกับ D. plexippus


ดังนั้นเมื่อมีการเลียนแบบเกิดขึ้น ผู้ล่าจึงไม่สามารถแยกแยะตัวเลียนแบบและแม่แบบออกจากกันได้ ตัวเลียนแบบจึงไม่ถูกจับกินและมีชีวิตรอดสืบทอดพืชพันธุ์ต่อไป ตัวอย่างเช่น ผีเสื้อชนิด  Limenitis archippus ปรับตัวโดยเลียนแบบรูปร่าง สีสันและลวดลายบนปีกให้คล้ายกับผีเสื้อชนิด Danaus plexippus ที่สามารถผลิตสารที่มีกลิ่นและรสที่ผู ้ล่าไม่ชอบจึงมักหลีกเลี่ยงไม่จับกิน เมื่อผีเสื้อทั้งสองชนิดอาศัยอยู่ในบริเวณเดียวกัน ความพ้องกันระหว่างผีเสื้อทั้งสองชนิดทำให้ L. archippusสามารถหลบหลีกผู้ล่าได้ (ii) Mullerian mimicry เป็นการเลียนแบบที่สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดเป็นทั้งแม่แบบและตัวเลียนแบบ โดยการเลียนแบบลักษณะของกันและกัน ดังนั้นสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจึงมีลักษณะของต่างชนิดอยู่ในตัว ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบเพราะมีลักษณะหรือกลไกในการป้องกันตัวมากกว่าหนึ่งรูปแบบ การเลียนแบบลักษณะนี้พบมากในพวกแมลง เช่น ผีเสื้อหลายชนิดปรับตัวให้มีรูปต่าง สีสันและลวดลายบนปีกคล้ายคลึงกัน และแต่ละชนิดสร้างสารที่ทำให้เป็นเหยื่อที่รสไม่ถูกลิ้นผู้ล่า นกซึ่งเป็นผู้ล่าจะเรียนรู้และหลีกเลี่ยงไม่จับผีเสื้อชนิดใดชนิดหนึ่งเป็นอาหาร ส่งผลให้ผีเสื้อแต่ละชนิดสามารถอยู่รอดและสืบทอดลักษณะต่อไปได้

 

 

 

 

การพรางตัว (Camouflage) เป็นการปรับตัวที่ทำให้สิ่งมีชีวิตมีรูปร่าง สีสัน กลมกลืนกับสิ่งแวดล้อมที่อาศัยอยู่ เพื่อพรางตัวจากศัตรู/ผู้ล่า ศัตรู/ผู้ล่าจะไม่สามารถแยกแยะสิ่งมีชีวิตนั้นๆ จากสิ่งแวดล้อม ทำให้สิ่งมีชีวิตนั้นมีโอกาสในการอยู่รอดเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น ตั๊กแตนบางชนิดมีปีกรูปร่างคล้ายใบไม้ บางชนิดมีรูปร่างคล้ายกลีบดอกไม้ บางชนิดมีลำตัวคล้ายกิ่งไม้ เป็นต้น การพรางตัวทำให้แมลงเหล่านี้สามารถหาอาหารและดำรงชีวิตอยู่บนต้นไม้ได้ การพรางตัวของสิ่งมีชีวิตบางชนิดเป็นการพรางตัวเพื่อหลอกล่อเหยื่อ หรือทำให้เหยื่อเข้าใจผิด เช่น แมงมุมบางชนิดคอยดักจับแมลงอยู่บนดอกไม้ โดยพรางตัวให้สีกลมกลืนกับกลีบดอกไม้ เมื่อแมลงมาตอมดอกไม้จึงถูกจับกินเป็นอาหาร เป็นต้น

 
ตั๊กแตนใบไม้

ตั๊กแตนใบไม้ชมพูพิศวาส
  รูปที่ 4 ตัวอย่าง การพรางตัวในแมลง 2 ชนิด คือ ตั๊กแตนใบไม้ (ซ้าย) และตั๊กแตนใบไม้ชมพูพิศวาส (ขวา) ซึ่งแต่ละชนิดปรับตัวให้มีรูปร่างและสีสันกลมกลืนกับสิ่งแวดล้อมที่อาศัยดำรงชีพ



secondsci_logo
q2
เชิญทุกท่านฝากคำถาม ข้อสงสัย หรือ
ข้อคิดเห็นต่าง ๆ เกี่ยวกับหนังสือเรียน
เนื้อหาวิทยาศาสตร์ ฯลฯ ได้ที่ กล่อง
ข้อความใน Facebook Fanpage
ของสาขาฯ โดยคลิกที่ภาพ

เข้าสู่ระบบ

จำนวนผู้เข้าชม

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterวันนี้606
mod_vvisit_counterอาทิตย์นี้21520
mod_vvisit_counterเดือนนี้606
mod_vvisit_counterเดือนก่อน92488

We have: 17 guests, 8 bots online
วันที่ : 01 พ.ย. 2014