มหาวิวัฒนาการและบันทึกซากดึกดำบรรพ์

มหาวิวัฒนาการศึกษาแบบแผนวิวัฒนาการขนาดใหญ่ตลอดช่วงเวลาทางธรณีวิทยา โดยใช้บันทึกซากดึกดำบรรพ์เพื่อบันทึกอัตราและรูปแบบของการเปลี่ยนแปลง การแผ่รังสีปรับตัว และการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่

Definition

มหาวิวัฒนาการคือการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการในระดับสปีชีส์และสูงกว่านั้น ซึ่งครอบคลุมถึงการกำเนิดของอนุกรมวิธานที่สูงขึ้น แนวโน้มทางสัณฐานวิทยาระยะยาว การเพิ่มความหลากหลาย และการสูญพันธุ์ บันทึกซากดึกดำบรรพ์ให้หลักฐานทางประวัติศาสตร์โดยตรงของแบบแผนเหล่านี้ตลอดช่วงเวลาทางธรณีวิทยา

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงแบบแผนและกระบวนการของวิวัฒนาการที่สูงกว่าระดับสปีชีส์: อัตราและรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยา การถกเถียงระหว่างการเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไป (gradualism) และสมดุลแบบขาดตอน (punctuated equilibrium) การแผ่รังสีปรับตัวและโอกาสทางนิเวศวิทยา การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่และการเลือกสรรของพวกมัน และคำถามที่ว่ามหาวิวัฒนาการต้องการกระบวนการที่นอกเหนือจากจุลวิวัฒนาการหรือไม่

Core questions

• บันทึกซากดึกดำบรรพ์เผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับอัตราและรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการ?
• การเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาโดยทั่วไปแล้วเป็นแบบค่อยเป็นค่อยไป หรือกระจุกตัวอยู่ที่เหตุการณ์การเกิดสปีชีส์ใหม่?
• อะไรคือปัจจัยขับเคลื่อนการแผ่รังสีปรับตัวและความหลากหลายที่ไม่สม่ำเสมอของกลุ่มสิ่งมีชีวิต?
• การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ปรับเปลี่ยนประวัติศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตได้อย่างไร?

Key theories

อัตราและรูปแบบในวิวัฒนาการ

อัตราและรูปแบบวิวัฒนาการมีความแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละสายเลือดและช่วงเวลา และบันทึกซากดึกดำบรรพ์ช่วยให้สามารถหาปริมาณได้ว่าสัณฐานวิทยาเปลี่ยนแปลงไปเร็วแค่ไหนและในลักษณะใด โดยเป็นการรวมบรรพชีวินวิทยาเข้ากับการสังเคราะห์สมัยใหม่

สมดุลแบบขาดตอน

สายเลือดจำนวนมากแสดงให้เห็นช่วงเวลาที่สัณฐานวิทยาคงที่ยาวนาน ซึ่งถูกขัดจังหวะด้วยการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วที่เกี่ยวข้องกับการเกิดสปีชีส์ใหม่ ซึ่งท้าทายสมมติฐานของการวิวัฒนาการแบบค่อยเป็นค่อยไปอย่างสม่ำเสมอ

Mechanisms

นักบรรพชีวินวิทยาจะวัดอัตราวิวัฒนาการจากลำดับชั้นหินและหาปริมาณความหลากหลายจากการสมดุลของการกำเนิดและการสูญพันธุ์ ภาวะคงที่ (stasis) และการขาดตอน (punctuation) อธิบายแบบแผนทั่วไปของความเสถียรที่ยาวนานซึ่งถูกขัดจังหวะด้วยการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเมื่อเกิดสปีชีส์ใหม่ การแผ่รังสีปรับตัวเกิดขึ้นเมื่อสายเลือดเผชิญกับโอกาสทางนิเวศวิทยา เช่น ถิ่นที่อยู่ใหม่ หรือนวัตกรรมสำคัญ ซึ่งก่อให้เกิดการเพิ่มความหลากหลายอย่างรวดเร็ว การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่กำจัดสิ่งมีชีวิตจำนวนมาก ซึ่งมักจะไม่เป็นไปโดยสุ่ม และกำหนดทิศทางใหม่ของวิวัฒนาการที่ตามมา คำถามสำคัญของมหาวิวัฒนาการคือว่าแบบแผนระดับสูงดังกล่าวเกิดขึ้นทั้งหมดจากกระบวนการจุลวิวัฒนาการ หรือเกี่ยวข้องกับการคัดเลือกสปีชีส์ด้วย

Clinical relevance

มุมมองมหาวิวัฒนาการให้ข้อมูลแก่วิทยาศาสตร์ความหลากหลายทางชีวภาพและการอนุรักษ์ โดยชี้แจงว่าสายเลือดใดที่มีความหลากหลายหรือเสี่ยงต่อการสูญพันธุ์ และการศึกษาการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ในอดีตให้บริบทสำหรับการประเมินการสูญเสียความหลากหลายทางชีวภาพในปัจจุบัน

History

หนังสือ Tempo and Mode ของ Simpson ในปี 1944 ได้รวมเอาบรรพชีวินวิทยาเข้ากับการสังเคราะห์สมัยใหม่ สมดุลแบบขาดตอนของ Eldredge และ Gould ในปี 1972 ได้จุดประกายการถกเถียงเกี่ยวกับอัตราวิวัฒนาการอีกครั้ง และบรรพชีวินวิทยาเชิงปริมาณตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา รวมถึงการวิเคราะห์ของ Raup และ Sepkoski ได้สร้างการศึกษาทางสถิติเกี่ยวกับความหลากหลายและการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่

Debates

การเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไปเทียบกับสมดุลแบบขาดตอน

การที่วิวัฒนาการทางสัณฐานวิทยาเป็นแบบค่อยเป็นค่อยไปเป็นส่วนใหญ่ หรือกระจุกตัวอยู่ในช่วงเวลาสั้นๆ ที่รวดเร็วเมื่อเกิดสปีชีส์ใหม่ และการที่ภาวะคงที่ต้องการคำอธิบายพิเศษหรือไม่นั้น เป็นการถกเถียงที่สำคัญในมหาวิวัฒนาการ

Key figures

• George Gaylord Simpson
• Niles Eldredge
• Stephen Jay Gould
• David Raup

Seminal works

• simpson1944
• eldredgeGould1972
• futuyma2017

Frequently asked questions

สมดุลแบบขาดตอนคืออะไร?

เป็นแบบแผนที่ Eldredge และ Gould เสนอขึ้น ซึ่งสปีชีส์ยังคงมีสัณฐานวิทยาที่คงที่เป็นเวลานาน (ภาวะคงที่) และการเปลี่ยนแปลงส่วนใหญ่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงเหตุการณ์การเกิดสปีชีส์ใหม่ มากกว่าที่จะเป็นการเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไปอย่างต่อเนื่อง

มหาวิวัฒนาการต้องการกลไกใหม่ที่นอกเหนือจากจุลวิวัฒนาการหรือไม่?

เรื่องนี้ยังเป็นที่ถกเถียงกัน นักชีววิทยาหลายคนเชื่อว่าแบบแผนมหาวิวัฒนาการเกิดขึ้นจากกระบวนการจุลวิวัฒนาการปกติที่ดำเนินไปเป็นเวลานาน ในขณะที่บางคนแย้งว่ากระบวนการระดับสูง เช่น การคัดเลือกสปีชีส์ก็มีส่วนร่วมด้วย