پاورپوینت فصل 25 کمپل تاریخچه جانداران زمین خلاصه

خالصه ی بیولوژی کمپل فصل 25 نگاه کلي شگفتي در بيابان بیابانهای صحرا با داشتن شن های خشک که باد آنها را کنده کاری کرده است و گرمای سوزان مکانی نامحتمل برای یافتن استخوان‌های وال به نظر می‌رسد. اما در اوایل سال ۱۸۷۰محققان سنگواره‌های وال های باستانی را در چندین مکان که در گذشته توسط یک دریای کهن پوشیده شده بود یافتند .به عنوان مثال اسکلت تقریباً کامل یک وال منقرض شده که ۳۵میلیون سال پیش زندگی می کرده است به نام Dorudon atroxدر ناحیه‌ای که بعدا ً Wadi Hitanبه معنای دره وال ها نام گرفت یافت شده است .در مجموع سنگواره‌های وال یافت شده در صحرا نه تنها به علت مکان یافت شدن آنها بلکه به دلیل ثبت مراحل اولیه گذار از زندگی روی زمین به دریاها حائز اهمیت هستند. شگفتي در بيابان سنگواره های یافت شده در دیگر بخش های جهان نیز داستانی مشابه بیان می‌کنند .جانداران گذشته با انواع زنده امروزی بسیار متفاوت بودند .چنین تغییرات گسترده‌ای در حیات کره زمین به وسیله سنگواره هایی که تکامل کالن ( macroevolutionيعني الگوی تکامل در مقیاس های زمانی بزرگ) را آشکار می‌کنند ثابت شده است .مثال هایی از تغییر تکامل کالن شامل ظهور مهره داران زمینی از طریق مجموعه ای رخدادهای گونه زایی؛ تاثیر انقراض گروهی روی تنوع زیستی و منشا سازگاری های کلیدی همانند پرواز است. شگفتي در بيابان در کل؛ این تغییرات ,نگرشی عالی از تاریخچه تکاملی حیات در کره زمین ارائه می‌دهند .ما در این فصل تاریخ حیات را با بررسی فرضیه هایی درباره چگونگی شکل گیری حیات آغاز خواهیم کرد .بررسی سر منشاء حیات نظری ترین بحث در تمام این بخش است .چون شواهد سنگواره ای از این دوران اولیه در دست نیست .سپس به آثار سنگواره‌های و آنچه که آنها درباره رویدادهای مهم تاریخ حیات خصوصاً عوامل موثر در ظهور و سقوط گروه‌های مختلف جانداران به ما می‌گویند؛ باز خواهیم گشت. 1-25 ش رايطم وجود در زميناوليه؛پ يدايشحياترا م مکنس اخت قدیمی ترین آثار حیات در کره زمین مربوط به سنگواره های میکروارگانیسمهایي با قدمت حدود ۳و نیم میلیارد سال است .اما کی و چگونه این سلول های نخستین ظاهر شدند؟ مشاهدات و آزمایش های مختلف در شیمی ,زمین شناسی و فیزیک ,دانشمندان را به سمت ارائه سناریويی هدایت کرده است که ما در اینجا توضیح خواهیم داد .آنها فرض می‌کنند که فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی در زمین اولیه با کمک نیروی انتخاب طبیعی سلولهای بسیار ساده ای را از طریق یک فرایند چهار مرحله ای ایجاد کرده است .این چهار مرحله :عبارتند از تiiولiید غiیر زiیiستی(غiیرزiنده )iمiولiکولهایآلiiیکiiوچiکمiانiند آiمiینو اiسiیدها و بiiازiهاینiiیتروژiندار 1. شرايط موجود در زمين اوليه؛پيدايش حيات را ممکن ساخت ‏iلئیکiسiیدها 2. ا ‏iصاiلیiنمiولiکولهایکiiوچiک(مiونومرها) بiiه هiمدیiگر و تiiشکیلدرiشiتمiولiکولهايی iمiانiند پiiروiتiئینها و نiiوک اiت اi .3بسته بندی این مولکولها در پروتوسل ها که قطعات غشاداري بودند و محیط شیمیایی درونی متفاوتی با محیط پیرامون شان داشتند .4و پیدایش مولکول های خود همانند ساز که در نهایت وراثت را شکل دادند این سناریو اگرچه نظری است اما بر اساس آن می توان پیشگویی هایی را انجام داد که قابل بررسی در آزمایشگاه هستند. در این قسمت برخی از شواهد مربوط به هر یک از این چهار مرحله را مطالعه خواهیم کرد. ساخت ترکیبات آلی در زمین اولیه شواهد علمی نشان می دهند که زمین و دیگر سیارات منظومه شمسی در حدود 4/6میلیارد سال قبل از طریق متراکم شدن ابر گسترده ای از گرد و غبار و سنگ ها تشکیل شده اند که خورشید جوان را احاطه کرده بودند .این مطلب که حیات در طی چند صد میلیون سال اول شکل گرفته و حفظ شده باشد غیر محتمل به نظر می رسد زیرا در این زمان هنوز سیاره توسط قطعات بسیار بزرگی از سنگ ها و يخ های باقیمانده از هنگام شکل گیری منظومه شمسی بمباران می‌شد .این برخوردها گرمای کافی برای بخار کردن تمامی آب در دسترس را فراهم کرده و از تشکیل دریاها و دریاچه ها جلوگیری می .کردند .این مرحله در حدود ۴میلیارد سال قبل پایان یافت و زمینه را برای ایجاد حیات فراهم کرد ساخت ترکیبات آلی در زمین اولیه اتمسفر اولیه دارای مقدار کمی اکسیژن بود و به علت وجود بخار آب غلیظ بود و همچنین دارای ترکیباتی بود که از فوران آتشفشانی آزاد شده بود و دارای ترکیبات متنوعی شامل نیتروژن و اکسید های آن ؛کربن دی اکسید,متان,آمونیاک و هیدروژن بود .با سرد شدن زمین ,بخار آب متراکم شد و به صورت اقیانوس‌هايی درآمد و بیشتر هیدروژن نیز به سرعت در .فضا پراکنده شد در دهه ۱۹۲۰شیمیدان روسی اپارین و دانشمند انگلیسی هالدین به طور مستقل چنین فرض کردند که اتمسفر اولیه ي زمین دارای یک محیط کاهنده (الکترون دهنده یا احیایی) بوده است که در آن ترکیبات آلی می توانستند از مولکول های ساده تشکیل شوند .انرژی مورد نیاز برای این سنتز آلی می‌توانست از آذرخش و تابش شدید اشعه فرابنفش( )uvفراهم شود. جان هالدين اپارين ساخت ترکیبات آلی در زمین اولیه به گمان هالدین ,اقیانوس های اولیه محلولی از مولکول های آلی یا یک "سوپ بنیادین" بودند که حيات از آنها سرچشمه .گرفت در سال ۱۹۵۳استنلی میلر و هارولد بوری از دانشگاه شیکاگو ,فرضیه ي اپارین -هالدین را از طریق ایجاد شرایط آزمایشگاهی مشابه با آنچه که به تصور دانشمندان آن دوره در زمین اولیه وجود داشت ,آزمودند .محصول دستگاه آنها آمینو اسید های متنوعی بود که امروز در موجودات زنده یافت می‌شوند و در کنار آن نیز ترکیبات آلی دیگری به دست آمد. تاکنون محققین در آزمایشگاه های زیادی با استفاده از اتمسفر های متفاوتی این تجربه را تکرار کرده اند .در برخی از .مدلهای تعدیل شده آنها نیز ترکیبات آلی تولید شدند .با این حال اینکه آیا اتمسفر زمین جوان ,متان و آمونیاک کافی برای کاهنده بودن را دارا بوده یا خیر روشن نیست هارولد يوري استنلي ميلر ساخت ترکیبات آلی در زمین اولیه بر اساس شواهد افزون تر ,گمان می‌رود که اتمسفر اولیه اساساً از نیتروژن و کربن دی اکسید تشکیل یافته بود و حالت کاهنده يا اکساينده(الکترون گیرنده) نداشته است .آزمایش هایی از نوع تجربه میلر‌-یوری که با به کارگیری چنین اتمسفرهایی "خنثی" انجام گرفته اند نیز منجر به تولید مولکولهای آلی شده‌اند .با این حال احتما ًال "بسته های" کوچکی از اتمسفر اولیه -شاید نزدیک دهانه‌های آتشفشانی -حالت کاهندگی داشتند .ترکیبات آلی اولیه در زمین شاید به جای تشکیل در اتمسفر ,نزدیک آتشفشان های زیر آب و منافذ موجود در اعماق دریا ,یعنی جایی که آب گرم و مواد معدنی جوشیده و به اقیانوس فوران می کردند ساخته شده اند. ساخت ترکیبات آلی در زمین اولیه در آزمایشی که در سال ۲۰۰۸برای آزمون این فرضیه ي آتشفشانی اتمسفری انجام شد ,محققان با استفاده از تجهیزات مدرن مولکولهایی که میلر در یکی از آزمایشات خود به دست آورده بود را دوباره بررسی کردند .این آزمایش نشان داد که .آمینو اسید های متعدد تحت شرایطی ساخته شده بودند که مشابه با یک فوران انفجاری بود ساخت ترکیبات آلی در زمین اولیه فرضیه دیگر این است که ترکیبات آلی ابتدا در چاه های گرمایی دریاهای عمیق تولید شدند .چاه های گرمایی نواحی روی بستر دریا هستند که از طریق آنها آب و مواد معدنی از داخل زمین به درون اقیانوس فوران میکند .برخی از این چاه ها تحت عنوان دودکش سیاه ,آبهای بسیار داغ( ۳۰۰تا ۴۰۰درجه سانتي گراد) را آزاد می کنند که ترکیبات آلی که در این آبها شکل گرفته ,ممکن است ناپایدار باشد ,اما دیگر چاه هاي دریاهای عمیق به نام چاههای آلکالین آب هایي آزاد می کنند که دارای phباال ( 9تا )۱۱و گرمای ( 40تا ۹۰درجه سانتي گراد) هستند که نسبت به آب های داغ محيطي است که ممکن است برای منشا گرفتن حیات مناسب تر باشند. ساخت ترکیبات آلی در زمین اولیه مطالعات مربوط به اتمسفر آتشفشانی و چاه های آلکالین نشان می‌دهند که سنتز غیر زیستی مولکولهای آلی تحت شرایط متنوعی ممکن است رخ داده باشد .دیگر منبع مولکول های آلی ممکن است شهاب سنگ ها بوده باشند .به طور مثال در سال ۱۹۶۹در استرالیای جنوبی قطعاتی از یک کوندریت 4/5میلیارد ساله (قطعاتی از شهاب سنگ مارکیسون) جمع‌آوری شد که حاوی بیش از ۸۰آمینو اسید بود و بعضی از آنها مقادیر فراوانی داشتند .نسبت هاي این آمینو اسیدها به طور جالب توجهی مشابه نسبت هایی بود که در آزمایش میلر -یوری حاصل شده بود .آمینو اسیدهای کوندریت نمی توانند آلودگی های زمیني می باشند زیرا دارای نسبت برابری از ایزومرهای Dو Lهستند. شهاب‌سنگ از نوع بسیار کمیابی از سنگ‌های آسمانی به نام کوندریت غنی از کربن یا CMاست؛ مشابه همان شهاب‌سنگی که سال 2012در کالیفرنیا سقوط کرد .زمین‌شناسی به نام مارکو لنگبروک از دانشگاه غیر دولتی آمستردام مي گوید CM« :ها کمتر از یک درصد از شهاب‌سنگ‌های شناخته شده را شامل می‌شوند». کوندریت‌های کربنی نوع ،CMحاوی حداکثر 2درصد کربن هستند ،که معموال به حالت الماس‌های میکروسکوپی یافت می‌شود .آنها همچنین مواد الی مانند آمینو اسید‌ها هستند که به باور برخی از پژوهشگران ،مواد سازنده اولیه حیات را در روزهای اولیه سیاره ما ،به زمین آورده بودند. شهاب‌سنگ شناسی به نام پیتر براون از دانشگJاه آنتاریوی غربی در کانادا می‌گوید« :این خبرها بسیار جالب هستند ،سقوط یک شهاب‌سنگ CMمورد بسیار نادری است .اگر این شهاب‌سنگ به خوبی نگهداری شده بود و به مواد زمینی آلوده نمی‌شد، میتوانست بسیار جالب باشد». اما شهاب‌سنگ شناس دیگری به نام میکاییل زولونسکی از مرکز فضایی جانسون ناسا در هوستون تگزاس محتاطانه‌تر برخورد کرده و می‌گوید« :در هر حال این سنگ کامال آلوده می‌شد ،در نتیجه تنها نتایج حاصل از آمینو اسیدهای غیر زمینی ،قابل باور هستند». ساخت ترکیبات آلی در زمین اولیه موجودات زنده به جز چند مورد استثنا ,همگی ایزومرهای Lرا ساخته و مورد استفاده قرار می دهند .مطالعات اخیر نشان می دهند که شهاب سنگ مارکیسون دارای دیگر مولکول های آلی کلیدی مانند لیپیدها ,قندهای ساده و بازهای نیتروژن دار مانند یوراسیل بوده است. سنتز غیر زیستی درشت مولکول ها وجود مولکول های آلی کوچک مانند آمینو اسید ها برای ظهور زندگی ای که ما می شناسیم کافی نیست .هر سلول دارای یک مجموعه گسترده و منظم از درشت مولکول ها شامل آنزیم ها و دیگر پروتئین‌ها و نوکلئیک اسید هایی است که برای خود همانند سازی ضروری هستند .آیا چنین درشت مولکول هایي می‌توانستند در زمین اولیه شکل گرفته باشند؟ یک مطالعه در سال ۲۰۰۹نشان داد که یک مرحله ي کلیدی یعنی سنتز غیر زیستی مونومرهای RNAمی‌تواند به طور خود به خودی و از طریق مولکولهای ساده ي پیشرو اتفاق افتد .به عالوه از طریق چکاندن محلول های حاوی آمینو اسیدها بر روی شن ,خاک رس یا سنگ داغ ,پلیمرهای آمینو اسیدی ساخته اند. سنتز غیر زیستی درشت مولکول ها پلیمر ها بدون کمک آنزیم ها یا ریبوزوم ها به طور خود به خودی تشکیل شدند .اما برخالف پروتئین ها ,این پلیمرها مخلوط پیچیده ای از آمینواسیدهای با اتصال عرضی هستند و هر پلیمر با سایرین متفاوت است .با این وجود ممکن است چنین مولکول هایی برای انواع گوناگونی از واکنش ها در سطح زمین اولیه ,به عنوان کاتالیست ،ضعیف عمل کرده باشند. پروتوسل ها تمامی موجودات بایستی قادر به انجام تولید مثل و پردازش انرژی (متابولیسم) باشند .ادامه حیات بدون این دو عملکرد ممکن نیست .مولکولهای DNAحامل اطالعات ژنتیکی هستند که شامل دستورالعمل‌های الزم برای همانند سازی دقیق خودشان در طی همانند سازی است .اما همانند سازی DNAبه یک ماشین آنزیمی ماهر و در کنار آن یک منبع غنی از واحدهای ساختمانی نوکلئوتیدی نیاز دارد که از طریق متابولیسم سلول فراهم می شوند .این امر پیشنهاد می کند که احتماالً در پروتوسل های ابتدایی ,مولکولهای خود همانند ساز و یک منبع متابولیسمی از واحدهای ساختمانی با یکدیگر ظهور پیدا کرده اند. پروتوسل ها احتماالً این شرایط مورد نیاز در وزیکول ها فراهم شده است .وزیکول ها اجزای پر از مایعی هستند که توسط ساختاری شبه غشایی احاطه شده بودند .آزمایش های اخیر نشان می دهد که وزیکول های تولید شده به روش های غیر زیستی می توانند بعضی از ویژگی های مرتبط با حیات را نشان دهند که شامل متابولیسم و تولید مثل ساده و نیز حفظ تفاوت محیط شیمیایی داخلی با محیط شیمیایی اطراف است. به عنوان مثال هنگامی که لیپیدها یا دیگر مولکول های آلی به آب افزوده می‌شوند ,وزیکول ها می‌توانند به طور خود به خودی تشکیل شوند .در این زمان مولکول های آب گریز در این مخلوط به صورت دو الیه سازمان می یابند که شبیه به دوالیه لیپیدی غشای پالسمایی است .افزودن موادی مانند مونتمورینولیت ( montemorinolitخاک رس معدنی نرمی که از طریق باد دادن خاکستر آتشفشانی به دست می آید) سرعت خود گردایش وزیکول ها را بسیار افزایش می دهد. پروتوسل ها پروتوسل ها این خاک رس که تصور می شود بر روی زمین اولیه وجود داشته است ,سطحی را فراهم می آورد که مولکولهای آلی بر روی آن تجمع یافته و احتمال واکنش مولکولها با یکدیگر و تشکیل وزیکول ها را افزایش می دهد .وزیکول های تولید شده به روش غیر زیستی می توانند به خودی خود "تولیدمثل کنند" و می‌توانند بدون رقیق شدن محتوایشان بزرگتر شوند ("رشد کنند"). وزیکول ها همچنین قادر به جذب ذرات مونتموریلونیت از جمله ذرات پوشیده شده با RNAو دیگر مولکول های آلی هستند .در نهایت آزمایش‌ها نشان داده‌اند که برخی وزیکول های دو الیه ,نفوذ پذیری انتخابی دارند و قادرند با استفاده از مواد خارجی ,واکنش های متابولیکی را انجام دهند که پیش نیاز مهم دیگری برای شکل گیری حیات است. خودهمانندسازی RNA نخستین ماده ژنتیکی احتما ًال RNAبود نه RNA DNA.دارای نقش اساسی در سنتز پروتئین است اما می‌تواند چندین فعالیت کاتالیتیک شبه آنزیمی نیز انجام دهد .این RNAهای کاتالیست ,ریبوزيم نامیده می شوند .برخی ریبوزیم ها می توانند به شرطی که بلوک های ساختمانی نوکلئوتیدی برایشان فراهم باشد نسخه های مکمل برای قطعه های کوتاه RNA بسازند. در آزمایشگاه وقوع انتخاب طبیعی در سطح مولکولی منجر به تولید ریبوزيم های خود همانند ساز گردید .چگونه چنین چیزی روی می‌دهد؟ برخالف DNAدو رشته‌ای که همیشه به شکل یک مارپیچ درمی‌آید ,مولکولهای تک رشته ایRNA ا‌شکال سه بعدی متنوعی را که توسط توالی نوکلئوتیدی آنها تعیین می شود به خود می گیرند .در یک محیط معین مولکولهای RNAای که توالی بازی خاصی دارند پایداری بیشتری داشته و در مقایسه با دیگر توالی ها سریعتر و با اشتباهات کمتری همانند سازی می کنند. خودهمانندسازی RNA با توجه به تنوع مولکولهای RNAمولکولی که توالی آن بهترین تناسب را با محیط اطراف دارد و دارای فعالیت خود کاتالیتیکی بیشتری است ,اغلب همانند سازی بیشتری نیز خواهد داشت .زاده های حاصل از این مولکول RNAهمگی به يک گونه "منفرد" RNAتعلق نخواهند داشت بلکه شامل یک خانواده از مولکولهای RNAبا خویشاوندی نزدیک به هم خواهند بود .علت این امر خطاهایی است که در جریان کپی برداری رخ می‌دهند .یک اشتباه در کپی برداری می تواند منجر به ایجاد مولکولی شود که به علت شکل تاخوردگی خاص خود ,پایداری بیشتر یا انطباق بهتری برای خود همانند سازی, نسبت به توالی نیایی دارد. شاید در زمین اولیه ,رویدادهای انتخابی مشابهی اتفاق افتاده باشد .بر این اساس ممکن است ابتدا یک ((دنیای ((RNA متفاوت با زیست شناسی مولکولی شناخته شده ي امروزی به وجود آمده باشد که در آن مولکول های RNAی کوچکی که اطالعات ژنتیکی را حمل می کردند قادر به همانندسازی و ذخیره اطالعات در پروتوسل های حامل خود باشند. خودهمانندسازی RNA در سال ۲۰۱۳دکتر جک ژ وستاک و همکارانش موفق به ساخت وزیکولی شدند که درون آن رونوشت برداری از رشته‌های الگوی RNAمی توانست به وقوع بپیوندد .این موضوع مرحله‌ای کلیدی برای ساخت وزیکولی با RNAي خود همانند ساز بود .بر روی زمین اولیه یک وزیکول دارای RNAي کاتالیتیک خود همانند ساز ,با بسیاری از پروتوسل های دیگر که حامل RNAنبوده و یا دارای RNAهای فاقد این قابلیت ها بودند متفاوت بود .در صورتی که این وزیکول می‌توانست رشد کند, تقسیم شود و مولکولهای RNAرا به دخترهای خود انتقال دهد؛ دخترها دارای برخی از ویژگی های والد خود می شدند. اگرچه به احتمال زیاد اولین مورد از چنین پروتوسل هایی فقط مقدار کمی از اطالعات ژنتیکی را که تعیین کننده تنها تعداد کمی خصوصیت بودند ,حمل می کردند اما همین مقدار کم هم به معنی شکل گیری وراثت در آنها بود و بنابراین می‌توانستند تحت تاثیر انتخاب طبیعی قرار بگیرند. جک ویلیام ژوستاک خودهمانندسازی RNA شمار پروتوسل های موفق افزایش می یافت زیرا می‌توانستند مواد مورد نیاز خود را با کارایی باالتری به دست آورند و توانایی‌های خود را به نسل بعد انتقال دهند. زمانی که توالی های RNAی حامل اطالعات ژنتیکی در پروتوسل ها ظاهر شدند امکان بسیاری از تغییرات دیگر فراهم گردید .برای مثال RNAمی توانست الگویی باشد که نوکلئوتیدهای DNAاز روی آن به هم متصل شوندDNA .ی دو رشته ای نسبت به RNAی تک رشته ای شکننده و حساس,ذخیره ی بسیار پایدارتری برای اطالعات ژنتیکی است و با دقت بیشتری همانندسازی می‌کند .در کنار بزرگ شدن ژنوم از طریق مضاعف شدن ژنی و فرآیندهای دیگر و نیز با به رمز درآمدن بیشتر خصوصیات در پروتوسل ها به صورت اطالعات ژنتیکی ,همانند سازی دقیق یک ضرورت محسوب می‌شد. شاید پس از ظهور , DNAمولکولهای RNAنقش امروزی خود را به عنوان واسطه های ترجمه برنامه‌های ژنتیکی بر عهده گرفتند و ((دنیای )) RNAجای خود را به ((دنیای ))DNAداد .این مرحله اکنون برای وقوع انفجاری از اشکال جدید حیات آماده بود ,وضعیتی که ما آن را به صورت مستند در آثار سنگواره ای می بینیم. 2-25 حيات ر رويزمينرا ث بتک رد ه اند ب س نگواره ها ت اريخچه سنگواره ها با ثبت نخستین نشانه‌های حیات ,پنجره ای را به سمت جهان گذشته گشوده و نگاهی اجمالی را به تکامل حیات طی میلیاردها سال گذشته امکان پذیر ساختند .در این قسمت ما آنچه را که آثار سنگواره ای درباره تغییرات عمده در تاریخ حیات (علت وقوع تغییرات و چگونگی وقوع آنها) آشکار می سازند ,بررسی خواهیم کرد. آثار سنگواره ای سنگهای رسوبی غنی ترین منابع سنگواره ها هستند .در نتیجه آثار سنگواره ای بر اساس ترتیب قرارگیری سنگواره ها در الیه های سنگ های رسوبی که چینه نام دارند ,چیده شده‌اند .اطالعات ارزشمند دیگری نیز از سایر انواع سنگواره ها از جمله حشرات حفظ شده در کهربا (صمغ درختان سنگواره شده) و پستانداران منجمد شده در یخ به دست آمده است. آثار سنگواره ای نشان می دهند که تغییرات گسترده ای در انواع جاندارانی که در مقاطع زمانی مختلف در زمین غلبه داشتند ,روی داده است .بسیاری از جانداران گذشته شباهتی به جانداران امروزی نداشتند و بسیاری نیز زمانی بسیار فراوان بوده و هم اکنون منقرض شده اند .همان طور که بعدا ً خواهیم دید آثار سنگواره ای همچنین نشان می دهند که چگونه گروه های جانداران جدید از انواع قبلی منشاء گرفته اند. اسنادی از تاریخ حیات .هر یک از این سنگواره ها نمونه ای از جانداران مربوط به مقاطع زمانی مختلف را نشان می دهند. گرچه پروکاریوت ها ویوکاریوت های تک سلولی تنها در پایین نمودار نشان داده شده اند ,این موجودات زنده امروز نیز وجود دارند .در حقیقت اغلب موجودات زنده ي روی زمین تک سلولی .هستند آثار سنگواره ای در نظر داشته باشید که آثار سنگواره ای با وجود اهمیت و ارزشی که دارند تاریخچه ناقصی از تغییرات تکاملی را به ثبت رسانده اند .تعداد زیادی از گونه‌های موجود در زمین احتماالً در مکان و زمان مناسبی نمرده اند تا به شکل سنگواره حفظ شوند .بسیاری از سنگواره‌هاي ی که شکل گرفته اند احتماال توسط فرایندهای زمین شناسی مختلف از بین رفته اند و از بین انواع باقیمانده هم ,تنها کسر کوچکی کشف شده اند .آثار سنگواره ای به جای آنکه شکل صحیحي از تغییرات در حیات گذشته را نشان دهند بیشتر در مورد گونه‌هايی یافت می شوند که برای مدت زیادی زیسته‌اند ,پراکنش گسترده‌تری داشته و یا صدف ,اسکلت و بخش های دیگر بدن آنها سخت بوده و سنگواره شدن را تسهیل کرده است. آثار سنگواره ای اما با وجود این محدودیت‌ها ,آثار سنگواره ای یک منبع دقیق و با ارزش برای تعیین تغییرات زیستی در مقیاس زمان های زمین شناسی هستند .عالوه بر این ,همان طور که سنگواره های تازه کشف شده ي نیاکان دارای اندام های حرکتی عقبی وال ها نشان می دهند ,خالهای موجود در آثار سنگواره ای با کشفیات جدید در حال پر شدن هستند. سن سنگواره ها و سنگ ها چگونه تعيين می شود؟ سنگواره ها اطالعات ارزشمندی برای بازسازی تاریخچه حیات به شمار می‌روند ,البته فقط به شرطی که ما بتوانیم جای مناسب آنها را در این داستان تعیین کنیم .توالی نسبی سنگواره ها در سنگهای رسوبی ,ترتیب قرار گیری آنها بر روی هم را بیان می‌کند ,اما بازگوکننده سن واقعی آنها نیست .بررسی موقعیت سنگواره ها در چینه همانند بررسی الیه های کاغذ دیواری در یک خانه ی بسیار قدیمی است که دارای صاحبان فراوانی بوده است .شما می توانید ترتیب تشکیل الیه ها را تعیین کنید اما سال اضافه شدن الیه ها را نمی توان مشخص کرد. چگونه می توانیم سن دقیق سنگواره ها را تعیین کنیم؟ یکی از رایج‌ترین تکنیک‌ها پرتو سنجی است که بر اساس میزان تجزیه ایزوتوپ های رادیواکتیو انجام می‌شود .یک ایزوتوپ رادیواکتیو ((والدی)) به یک ایزوتوپ ((دختر)) با یک نرخ ثابت تجزیه می شود .این نرخ ثابت نیمه عمر نام دارد. نیمه عمر یک رادیو ایزوتوپ تعداد سال‌هایی است که طول میکشد تا %۵۰نمونه اصلی تجزیه شود .نیمه عمر هر رادیو ایزوتوپ ثابت بوده و حرارت ,فشار و دیگر تغییرات محیطی تاثیری بر آن ندارند .به عنوان مثال کربن ۱۴نسبتاً سریع تجزیه می شود و نیمه عمری برابر ۵۷۳۰سال دارد .اورانیوم ۲۳۸به کندی تجزیه شده و نیمه عمر آن 4/5میلیارد سال است. سنگواره ها حاوی ایزوتوپ‌های عناصری هستند که هنگام زنده بودن جاندار در آن جمع شده‌اند .برای مثال محتوای کربن در یک جاندار زنده هم شامل عمومی ترین ایزوتوپ آن یعنی کربن ۱۲و هم کربن ۱۴است. چگونه می توانیم سن دقیق سنگواره ها را تعیین کنیم؟ هنگامی که جان دارد می میرد ,انباشتن کربن متوقف می‌شود و مقدار کربن ۱۲در بافت‌های آن با گذشت زمان تغییر نمی‌کند .اما کربن ۱۴اي که در زمان مرگ در آن وجود دارد ,به آرامی تجزیه شده و به عنصر دیگر یعنی نیتروژن ۱۴ تبدیل می‌شود .بنابراین با اندازه گیری نسبت کربن ۱۴به کربن ۱۲در یک سنگواره میتوانیم سن آن را تعیین کنیم .کربن ۱۴با نیمه عمری برابر با ۵۷۳۰سال برای تعیین سن سنگواره‌هایی که قدمتی تا ۷۵هزار سال دارند مناسب است .محتوای کربن ۱۴سنگواره‌های مسن تر از آن ,آنقدر کم است که با تکنیک های فعلی قابل اندازه گیری نیست .ایزوتوپ های رادیواکتیو با نیمه عمر های طوالنی تر برای تعیین سن سنگواره‌های مسن‌تر کاربرد دارند. چگونه می توانیم سن دقیق سنگواره ها را تعیین کنیم؟ تعیین سن سنگواره‌های مسن در سنگهای رسوبی می‌تواند که با چالشهایی روبرو شود .یکی از دالیل این امر آن است که جانداران از رادیو ایزوتوپ های با نیمه عمر باال مانند اورانیوم ,۲۳۸برای ساخت استخوان ها یا صدف خود استفاده نمی کنند .عالوه بر این ,معمو ًال خود سنگهای رسوبی نیز شامل ترکیبی از رسوبات با سنین مختلف هستند .در این حالت ما نمی توانیم مستقیماً سن سنگواره‌های مسن را تعیین کنیم. اما زمین شناسان از روشی غیر مستقیم برای تعیین سن دقیق سنگواره هایی که بین دو الیه ا ‌ز سنگ های آتشفشانی گیر افتاده‌اند (ساندویچ شده‌اند) استفاده می‌کنند .به عنوان مثال محققان ممکن است مقادیر رادیوایزوتوپ پتاسیم ۴۰را که نیمه عمری برابر ۱/۳میلیارد سال دارد ,در هر یک از الیه های سنگی متوالی اندازه گیری کنند .اگر سن الیه سنگی احاطه کننده ي سنگواره برابر ۵۲۵و ۵۳۵میلیون سال باشد ,در آن صورت احتما ًال سنگواره ها مربوط به جاندارانی هستند که ۵۳۰میلیون سال پیش زندگی می کرده اند. منشا گروه های جدید جانداران برخی سنگواره ها امکان نگاهی دقیق‌تر به نحوه شکل گیری گروه های جدید جانداران را فراهم می سازند .این سنگواره ها بخش هایی اساسی از دانش ما درباره تکامل را شکل می‌دهند و مشخص می‌سازند که صفات جدید در جانداران ,چگونه و طی چه مدت زمانی ظهور کرده اند؟ ما در اینجا به عنوان نمونه نحوه شکل گیری پستانداران را بررسی خواهیم کرد. پستانداران به همراه دوزیستان و خزندگان ,به گروهی از جانوران به نام چارپایان ) ()tetrapodsاز کلمه یونانی tetraبه معنی چهار و podبه معنی پا) که به خاطر داشتن چهار اندام حرکتی به این نام خوانده می شوند ,تعلق دارند. پستانداران به دلیل داشتن تعدادی صفات آناتومیک (ساختاری) منحصر به فرد به آسانی سنگواره می‌شوند و به دانشمندان اجازه می‌دهند تا سرمنشاء آنها را ردیابی کنند .به عنوان مثال آرواره پایینی که در پستانداران ,متشکل از یک استخوان( ) Dentaryاست ,در سایر تتراپود ها (چارپایان) از چندین استخوان تشکیل یافته است .همچنین آرواره های باالیی و پایینی پستانداران توسط مجموعه متفاوتی از استخوان ها در مقایسه با سایر تتراپودها(چارپایان) به یکدیگر مفصل می‌شوند. منشا گروه های جدید جانداران پستانداران دارای یک مجموعه سه تایی منحصر به فرد از استخوان های انتقال دهنده صدا (چکشی ,سندانی و رکابی) در گوش میانی هستند ,در حالی که سایر تتراپود ها (چارپایان) فقط یکی از این استخوان‌ها (رکابی) را دارند و در نهایت اینکه دندانهای پستانداران به انواع پیش (برای پاره کردن) ,نیش (برای سوراخ کردن) و آسیاب کوچک و بزرگ چند ریشه ای (برای جویدن) تمایز یافته است .در مقابل ،دندان‌های سایر تتراپودها (چارپایان) معموالً شامل تنها یک ردیف از دندان های یکسان و تک ریشه ای هستند. منشا گروه های جدید جانداران همانطور که در شکل 7-25آمده است آثار سنگواره ای نشان می دهند که دندان‌ها و آرواره های منحصر به فرد پستانداران در جریان یک سری تغییر شکل‌های تدریجی تکامل یافته اند. هنگامی مطالعه شکل ۲۵_۷به خاطر داشته باشید که اینها فقط چند نمونه از سنگواره های جمجمه هایی است که از آن برای تعیین منشا پستانداران استفاده شده است .اگر تمامی سنگواره های شناخته شده بر اساس شکل مرتب شده و در کنار یکدیگر چیده شوند ,نشان خواهند داد که چگونه صفات و ویژگی‌های آنها به آرامی از گروهی به گروه دیگر تغییر می یابند .این مسئله نشان می‌دهد که چگونه صفات یک گروه جدید یعنی پستانداران ,به تدریج از گروه قبلی آنها یعنی ‏Cynodontها منشا گرفته است .دیگر پستانداران ,شاخه های جانبی را روی درخت حیات ایجاد کرده‌اند که گروهی از موجودات زنده هستند که میلیون ها سال می زیسته اند اما نهایتا هیچ زاده ای که امروزه زنده مانده باشند را بر جای نگذاشته اند.