تاکنون با خود فکر کرده‌‌اید که چه اتفاقی رخ می‌‌داد اگر زمان دوباره به همان نقطه‌‌ای بازمی‌‌گشت که فرگشت گونه‌‌ی ما آغاز شد؟ چه می‌‌شد اگر روند شکل‌‌گیری حیات روی زمین از سر گرفته و تاریخ فرگشت دوباره از نو نگاشته می‌‌شد؟ دیرینه‌‌شناسی آمریکایی به‌نام استفان جی‌‌گولد در اواخر دهه‌‌ی ۸۰ میلادی، پاسخی برای این پرسش ارائه کرد که تا همین امروز نیز ذهن جستجوگر متخصصان زیست‌‌شناسی تکاملی را به خود مشغول داشته است.

گولد عقیده داشت که اگر زمان به عقب بازمی‌‌گشت، فرگشت مسیر کاملا متفاوتی را در پیش می‌‌گرفت و گونه‌‌ی بشر هرگز به مسیر حیات راه پیدا نمی‌‌کرد. درحقیقت، او احساس می‌‌کرد که فرگشت گونه‌‌ی بشر به‌‌حدی مورد نادری بوده است که حتی اگر فیلم داستان حیات را برای میلیون‌‌ها بار دیگر از ابتدا پخش می‌‌کردیم، امکان نداشت گونه‌‌ای مشابه با انسان خردمند (Homo sapiens) را روی زمین ببینیم.

استدلال او این‌‌گونه بود که عامل «شانس» نقش بسیار مهمی در جریان فرگشت ایفا کرده است. از دیدگاه او، شکل‌‌گیری این روند مرهون وقوع چند انقراض دسته‌‌جمعی عظیم (درنتیجه‌ی برخورد شهاب‌‌سنگی بزرگ یا فعالیت‌‌های آتشفشانی بی‌‌سابقه) بوده است. این رویدادهای تصادفی تنها محدود به این ابعاد بزرگ نبوده و حتی در مقیاس مولکولی نیز جریان داشته است. حتی جهش‌‌های ژنتیکی که پایه و اساس سازگاری‌‌پذیری‌‌های مبتنی‌‌بر فرگشت محسوب می‌‌شوند نیز مرهون رویدادهایی تصادفی بوده است.

به بیان ساده، فرگشت محصولی از جهش‌‌های تصادفی است. تنها چند جهش نادر می‌‌تواند باعث ایجاد شانس بقای یک موجود زنده در محیطی خاص شود. انشعاب یک گونه‌‌ی به‌‌خصوص از گونه‌‌‌‌ای دیگر تنها می‌‌توانسته درنتیجه‌‌ی جهش‌‌های نادری رخ دهد که به‌‌مرور زمان رواج یافته‌‌اند. اما در این میان ممکن بود فرایندهای تصادفی دیگری نیز وارد عمل شوند و تعدادی جهش مضر و ویرانگر را نیز رقم بزنند. این سیر تصادفی خود گویای این واقعیت است که احتمالا درصورت بازپخش فیلم حیات، زمین شاهد شکل‌‌گیری انواع متفاوتی از زندگی می‌‌بود.

البته از آنجاکه عملا غیرممکن است بتوانیم در زمان به عقب بازگردیم، نمی‌‌توان باقاطعیت درمورد مسیر واقعی فرگشت گونه‌‌ی خود اظهارنظر کنیم. با این همه، خوشبختانه زیست‌‌شناسان حوزه‌‌ی علم فرگشت هنوز راهکار‌‌هایی را برای آزمودن نظریه‌‌های گولد درمقیاس میکروسکوپی در اختیار دارند.

فرگشت انسان امروزی مرهون میلیون‌ها جهش تصادفی است؛ ولی انتخاب طبیعی نقش یک عامل هدایت‌کننده را در این جریان ایفا کرده است.

میکروارگانیسم‌‌ها با سرعت بسیار بالایی تقسیم می‌‌شوند و تکامل پیدا می‌‌کنند. ما می‌‌توانیم میلیاردها عدد از سلول‌‌هایی خاص را در مکانی ذخیره و زمان را برای آن‌‌ها متوقف کنیم. این قابلیت به ما اجازه می‌‌دهد زیرمجموعه‌‌ای از میکروارگانیسم‌‌ها را انتخاب کنیم و آن‌‌ها را در شرایط محیطی جدیدی پرورش دهیم و تغییرات سازگاری‌‌پذیری آن‌‌ها را به‌‌صورت لحظه‌‌ای رصد کنیم. ما می‌‌توانیم در هر لحظه از حال به آینده برویم و بالعکس؛ این به‌‌معنای توانایی بازپخش فیلم حیات از درون یک لوله‌‌ی آزمایشگاهی است.  

نکته‌‌ی شگفت‌‌انگیز اینکه بسیاری از مطالعات فرگشت باکتریایی نشان می‌‌دهند که اغلب، از دیدگاه کوتاه‌‌مدت، فرگشت مسیری پیش‌بینی‌پذیر را طی می‌‌کند. این یعنی در بیشتر موارد، صفات و ویژگی‌‌های ژنتیکی یکسانی در روند فرگشت این موجودات ظهور پیدا می‌‌کنند. به‌‌عنوان نمونه، یک آزمایش بلندمدت در سال ۱۹۸۸ را درنظر بگیرید که طی آن، ۱۲ نمونه‌‌ی مستقل از باکتری «اشریشیا کلی» از یک کلونی واحد استخراج شدند و از آن زمان تاکنون پیوسته تکامل یافتند. طی این مدت زمان، بیش از ۶۵ هزار نسل از این موجودات تولید شده‌‌اند (برای مقایسه، بد نیست بدانید بشر از زمان پیدایش گونه‌‌ی انسان خردمند تاکنون تنها ۷۵۰۰ الی ۱۰ هزار نسل پشت سر گذاشته است). نتایج می‌گویند تمامی گونه‌‌های تکامل‌‌یافته از این باکتری‌‌ها نسبت‌‌به اجداد خود سالم‌‌تر، بزرگتر هستند و با سرعت بیشتری رشدونمو می‌‌کنند. این بدین معنا است که گویا ارگانیسم‌‌ها در طی مسیر فرگشت خود با حدومرزهایی مواجه هستند.

به‌‌نظر می‌‌رسد نیروهای فرگشتی خاصی وجود دارند که روند تکامل موجودات زنده را در مسیر مشخص و محدودی پیش می‌‌برند. انتخاب طبیعی یکی از ابزارهای هدایت‌‌کننده‌‌ی فرگشت است که آشفتگی جهش‌‌های تصادفی را سامان می‌‌دهد و موازنه‌‌ی طبیعت را به نفع جهش‌‌های مفید تغییر می‌‌دهد. این بدان معنا است که بسیاری از تغییرات ژنتیکی طی گذر زمان ناپدید می‌‌شوند و تنها بهترین آن‌‌ها باقی می‌‌مانند. این همان عاملی است که می‌‌تواند حرکت طبیعت به‌‌سوی خلق گونه‌‌های کاملا متفاوت را نیز توجیه کند.

ما اکنون مدارکی در تاریخ فرگشت در اختیار داریم که نشان می‌‌دهد گونه‌‌هایی متمایز ولی ساکن در یک محیط زندگی مشابه، به‌‌مرور ویژگی‌‌های  یکسانی را از خود بروز داده‌‌اند. برای مثال، گونه‌‌های منقرض‌‌شده از خزندگان پرنده و پرندگان امروزی هر دو حین فرگشت دارای منقار و بال شده‌‌اند؛ درحالی که این دو گونه هرگز دارای اجداد یکسانی نبوده‌‌اند. بنابراین می‌‌توان نتیجه‌‌گیری کرد که بال و منقار ازجمله ویژگی‌‌هایی بوده‌‌اند که درنتیجه‌‌ی فشار شرایط محیطی، در دو مرحله‌‌ی متفاوت از تاریخ فرگشت ظاهر شده‌‌اند.

پیدایش منقار و نوک در خزندگان پرنده روندی متفاوت نسبت به پرندگان امروزی طی کرده است.

اما معماری ژنتیکی نیز عامل مهمی محسوب می‌‌شود. تمامی ژن‌‌های به‌‌صورت یکسانی تولید نمی‌‌شوند: برخی از ژن‌‌ها وظایف مهم‌‌تری را نسبت‌‌به سایرین به‌‌عهده دارند. ژن‌‌ها نیز در شبکه‌‌هایی سازمان‌‌دهی می‌‌شوند که به مدارهای الکتریکی شباهت‌‌هایی دارند. این شبکه‌‌های ژنومی همانند مدارها دارای تعدادی سوئیچ‌‌هایی کمکی و نیز سوئیچ‌‌هایی اصلی هستند. «جهش‌‌ها» درواقع سوئیچ‌‌های اصلی این شبکه هستند که مسئول ایجاد تغییرات بزرگ هستند. به‌‌عبارت دیگر، فرگشت در بخش‌‌های خاصی از ژنوم ما به تعداد دفعات بیشتری رخ می‌‌دهد یا آثار قوی‌‌تری از خود در آنجا به‌‌جای می‌‌گذارد. همین امر باعث جهت‌‌دهی بیشتر روند فرگشت در مسیری خاص می‌‌شود.

این قضیه از دیدگاه قوانین فیزیک چگونه توجیه‌پذیر است؟ آیا این قوانین نیز با مفهوم فرگشت پیش‌بینی‌پذیر سازگاری دارند؟

درمقیاس بسیار بزرگ، پاسخ مثبت است. ما قوانین بسیاری را در دنیای فیزیک سراغ داریم که کاملا قطعی هستند. برای مثال، گرانش را درنظر بگیرید که مسئول اصلی تشکیل اقیانوس‌‌ها، اتمسفر زمین و حتی گداخت هسته‌‌ای درون خورشید است. این نیرو در جهان کاملا پیش‌بینی‌پذیر است. نظریه‌‌های آیزاک نیوتن که براساس قوانین قطعی حاکم بر جهان ارائه شده‌‌اند، می‌‌توانند رفتار بسیاری از سیستم‌‌ها را در مقیاس بزرگ توجیه کند. این قوانین می‌‌گویند که جهان ما به‌‌شکلی ترجیحی، پیش‌بینی‌پذیر به‌‌نظر می‌‌رسد.

اگر دیدگاه نیوتنی را کاملا درست فرض کنیم، آن‌‌گاه فرگشت گونه‌‌ی بشر نیز امری غیرقابل‌‌اجتناب خواهد بود. هرچند این احساس خوشایند از پیش‌‌بینی‌‌پذیری جهان چندان دیری نپایید و با کشف دنیای خارق‌‌العاده‌‌ی فیزیک کوانتوم در قرن بیستم، اعتبار قوانین فیزیک کلاسیک در مقیاس کوانتومی به چالش کشیده شد. در کوچک‌ترین مقیاس‌‌ها از دنیای اتم‌‌ها و ذرات زیراتمی، تنها عدم قطعیت حکمفرما است. این بدان معنا است که جهان ما در زیربنایی‌‌ترین سطوح خود کاملا پیش‌بینی‌ناپذیر است.

درصورت بازگشت در زمان، بعید است دوباره گونه‌ی انسان خردمند پدید آید؛ ولی احتمال پیدایش گونه‌ای مشابه زیاد است

در مجموع، فارغ از اینکه چند بار دیگر تاریخ حیات در زمین تکرار شود، قوانین کلی فرگشت در جهان کاملا ثابت خواهند بود. همواره برتری از آنِ ارگانیسم‌‌هایی خواهد بود که بتوانند انرژی خود را از خورشید دریافت کنند. همواره بخت با گونه‌‌هایی یار خواهد بود که بتوانند از گازهای فراوان موجود در اتمسفر زمین بهره ببرند و به‌‌دلیل همین سازگاری‌‌پذیری‌‌ها است که می‌‌گوییم بنابر هر سناریوی دیگری نیز همچنان ظهور چنین اکوسیستمی پیش‌بینی‌پذیر بود. با این حال، تصادفی‌‌بودن بسیاری از فرایندهای فرگشتی باعث می‌شود عملا نتوانیم آینده‌‌ی این تغییرات را با قطعیت پیش‌‌بینی کنیم.

یک مورد مشابه در دنیای نجوم به‌‌چشم می‌‌خورد که شباهت درخوری با موضوع موردبحث ما دارد. در دهه‌‌ی ۱۷ میلادی، یک بنیاد ریاضی جایزه‌‌ای برای حل «مسئله‌‌ی سه جرم» تعیین کرد. این مسئله به توصیف ارتباط گرانشی و تعیین موقعیت مداری خورشید، زمین و ماه اختصاص داشت.

برنده‌‌ی این جایزه درواقع ثابت کرد که مسئله‌‌ی یادشده‌‌ی را نمی‌‌توان به‌‌شکل دقیقی حل کرد. در اینجا هم درست مانند بی‌‌نظمی ناشی از جهش‌‌های تصادفی، یک مقدار اولیه از خطا به‌‌شکل اجتناب‌‌ناپذیری رشد می‌‌یابد و درنتیجه شما هرگز نمی‌‌توانید مکان نهایی این سه جرم را در آینده پیش‌‌بینی کنید. اما از آنجا که خورشید یک جرم غالب در این مجموعه به‌‌شمار می‌‌آید، می‌‌تواند تاحدودی مدار حرکت هر سه جرم را دیکته کند و بدین‌‌ترتیب، ما خواهیم توانست احتمالات ممکن از مکان این اجرام را در بازه‌‌ی معینی محدود کنیم.

این مثال یادآور همان نقش عامل هدایتگری است که موجب محدودشدن فرگشت موجودات زنده در مسیرهای مشخصی می‌‌شود. ممکن است ما واقعا ندانیم که درصورت تکرار داستان حیات، چه سرنوشتی در انتظار گونه‌‌ی ما می‌‌بود؛ اما می‌‌دانیم که تعداد مسیرهای پیش‌بینی‌پذیر برای فرگشت موجودات زنده آن‌‌چنان هم زیاد نیست. گرچه امکان داشت در سناریوهای جدید، بشر هرگز مجالی برای تکامل نیابد، ولی تقریبا اطمینان داریم که اکوسیستم این سیاره‌‌های بیگانه هنوز هم اشتراکات بسیاری با سیاره‌‌ی کنونی ما می‌داشت.