تکامل کاملاً تصادفی نیست؛ حتی میان مسیرهای یکسان هم سوگیری وجود دارد

مبانی تکامل ساده به‌نظر می‌رسد؛ جاندارانی که برای بقا و تولیدمثل سازگاری بیشتری دارند، معمولاً نسبت به دیگران برتری پیدا می‌کنند. این جانداران به زندگی و تولیدمثل ادامه می‌دهند، درحالی‌که دیگران چنین فرصتی پیدا نمی‌کنند. زیست‌شناسان گاهی این مفهوم را با استفاده از «چشم‌انداز سه‌بعدی بقا و تولیدمثل» توضیح می‌دهند. قله‌ها در این چشم‌انداز، نشان‌دهنده گونه‌هایی هستند که از نظر بقا در بهترین وضعیت قرار دارند.

بااین‌حال، مسیرهای متعددی می‌توانند به قله‌ها منتهی شوند و همین مسئله، پرسش‌هایی درباره وضعیتی ایجاد می‌کند که چند فنوتیپ، یعنی صفات زیستی مختلف، هم‌زمان در یک سطح قرار می‌گیرند. دیدگاه پذیرفته‌شده این است که در چنین شرایطی، تکامل به‌صورت تصادفی یا خنثی پیش می‌رود؛ اما پژوهشی جدید این دیدگاه را به چالش می‌کشد.

به‌گزارشساینس‌آلرتنعما برنر، زیست‌شناس، می‌گوید: «تکامل معمولاً به‌عنوان فرایند بالا رفتن از قله‌های توانایی برای بقا و تولید مثل توصیف می‌شود. جانداران با محیط خود سازگارتر می‌شوند و در نتیجه، شانس بقای خود را افزایش می‌دهند. بااین‌حال، جانداران گاهی با چند مسیر تکاملی مواجه می‌شوند که همگی به نقطه‌ی یکسانی از بقا می‌رسند. این مسئله پرسشی را مطرح می‌کند: تکامل چگونه از میان مسیرهایی با نتیجه‌ی یکسان، یکی را انتخاب می‌کند؟»

در زیست‌شناسی، رسیدن چند جاندار به یک سطح یکسان از نظر توانایی بقا را «دژنراسی» می‌نامند. چشم‌اندازهای زیستی اغلب تا حد زیادی چنین حالتی دارند؛ یعنی گونه‌های مختلف ممکن است از نظر توانایی بقا تقریباً در یک سطح قرار داشته باشند، حتی اگر هرکدام از مسیر متفاوتی به آن سطح رسیده باشند.

پژوهشگران برای بررسی نحوه‌ی بقای جمعیت‌ها در چشم‌اندازهایی که بخش‌های هم‌سطح و گسترده‌ای دارند، یک مدل ریاضی ساده طراحی کردند. این مدل، انتخاب طبیعی و جهش‌هایی را نیز که در دنیای واقعی رخ می‌دهند، در نظر گرفت. پژوهشگران سپس با استفاده از پیش‌بینی‌ها و شبیه‌سازی‌های بیشتر، تأثیر صدها نسل از تکامل و نحوه‌ی پیشرفت را بررسی کردند.

یافته‌ها با فرضیه‌ی تصادفی‌بودن هم‌خوانی نداشت. براساس مدل، جانداران پس از دستیابی به بالاترین حد از توان بقا، همچنان به حرکت در همان سطح ادامه می‌دادند و به سمت هموارترین بخش پیش می‌رفتند؛ حتی در شرایطی که این جابه‌جایی هیچ مزیت مستقیمی برای بقای آن‌ها به همراه نداشت.

فرایند «رانش جهت‌دار»، جمعیت را به‌سوی مناطقی سوق می‌دهد که ویژگی‌های آن پایداری بیشتری در برابر جهش‌ها و دیگر اختلالات دارند. مزیت بقا نیز دقیقاً در همین بخش‌ها از چشم‌انداز پدیدار می‌شود؛ جایی که تغییرات، پیامدهای کمتری برای جمعیت به همراه دارد.

پژوهشگران می‌گویند: «در سطوح هموار با توانایی بقای یکسان، نوعی سوگیری پنهان شکل می‌گیرد که جمعیت‌های در حال تکامل را به‌طور مشخص به‌سمت نواحی مسطح‌تر هدایت می‌کند. این سوگیری از تعامل میان تغییرپذیری جمعیت و شکل چشم‌انداز ناشی می‌شود.»

به‌گفته‌ی پژوهشگران، یافته‌ها پیامدهای مهمی برای نظریه‌ی تکامل دارد. جمعیت‌های در حال تکامل می‌توانند در نتیجه این رانش جهت‌دار، به‌طور طبیعی ویژگی‌هایی مانند استحکام و توانایی مقابله با تغییرات را به‌دست آورند؛ حتی بدون آنکه فشار تکاملی مشخصی مستقیماً چنین ویژگی‌هایی را انتخاب کرده باشد.

تیم پژوهشی همچنین معتقد است تغییرات جزئی زیستی ممکن است اهمیت بیشتری از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد داشته باشند. این تغییرات شاید بتوانند شکل واقعی چشم‌انداز توانایی بقا و مسیری را که یک جمعیت در طول تاریخ تکاملی خود طی کرده است، آشکار کنند.

در پژوهش‌های پیشین نیز ایده‌ای مشابهی با رویکرد متفاوت بررسی شده بود؛ رویکردی متکی بر مفهوم «نواحی سازگار با جهش» که به بخش‌های امن‌تری اشاره دارد. تغییرات ژنتیکی در این بخش‌ها، آسیب و هزینه کمتری به بقای جاندار وارد می‌کند. در مطالعات بعدی، احتمالاً می‌توان یافته‌ها را به سامانه‌های یادگیری عمیق پیوند زد؛ چراکه به نظر می‌رسد شبکه‌های عصبی هوش مصنوعی نیز به سوی بخش‌های هموارتری از چشم‌انداز گرایش دارند.

دستاوردها همچنین می‌تواند پژوهشگران را به بازنگری در نحوه تحلیل دگرگونی‌های تکاملی، به‌ویژه در مواردی که تغییرات در نگاه نخست خنثی به نظر می‌رسند، وادار کند. در گام بعدی، محققان در پی آن هستند تا با به‌کارگیری مدل‌های نسبتاً ساده‌ی ارائه‌شده در مطالعه، جانداران و زیست‌بوم‌های پیچیده‌تر و همچنین تغییرات ثبت‌شده در محیط طبیعی را ارزیابی کنند.

پژوهشگران در جمع‌بندی می‌گویند اکنون سازوکاری فراگیر شناسایی شده است که نشان می‌دهد وجود چندین وضعیت هم‌تراز به شکل‌گیری پیامدهای تکاملی بلندمدت می‌انجامد. این دستاورد بر درک ما از تنوع صفات زیستی، توانایی سازگاری با دگرگونی‌ها و مفهوم خنثی در سامانه‌های پیچیده‌ی زیستی اثرگذار است.

پژوهش در نشریه‌یPNASمنتشر شده است.