ઉત્ક્રાંતિકીય જીવવિજ્ઞાન એ પૃથ્વી પરના જીવરૂપોના ઇતિહાસનો અભ્યાસ છે. ઉત્ક્રાંતિ એટલે શું? પૃથ્વી પર લાખો વર્ષોમાં થયેલા વનસ્પતિ અને પ્રાણીઓના ફેરફારો સમજવા માટે, આપણે જીવનના ઉદ્ભવના સંદર્ભની સમજ હોવી જરૂરી છે, એટલે કે, પૃથ્વીની, તારાઓની અને ખરેખર તો સમગ્ર બ્રહ્માંડની જ ઉત્ક્રાંતિની સમજ. જે અહીં આપવામાં આવે છે તે તમામ રચાયેલી અને અનુમાનિત વાર્તાઓમાં સૌથી લાંબી વાર્તા છે. આ પૃથ્વી ગ્રહ પર જીવનના ઉદ્ભવ અને જીવરૂપો અથવા જૈવવિવિધતાની ઉત્ક્રાંતિની વાર્તા છે, જે પૃથ્વીની ઉત્ક્રાંતિના સંદર્ભમાં અને સમગ્ર બ્રહ્માંડની ઉત્ક્રાંતિની પૃષ્ઠભૂમિમાં રજૂ થાય છે.

૭.૧ જીવનનો ઉદ્ભવ

જ્યારે આપણે સ્વચ્છ રાત્રિના આકાશમાં તારાઓને જોઈએ છીએ, ત્યારે એક અર્થમાં, આપણે સમયમાં પાછળ જોઈ રહ્યાં હોઈએ છીએ. તારાઓનું અંતર પ્રકાશવર્ષોમાં માપવામાં આવે છે. આજે આપણે જે વસ્તુ જોઈએ છીએ તે એક એવી વસ્તુ છે જેનો ઉત્સર્જિત પ્રકાશ લાખો વર્ષો પહેલા અને લાખો કિલોમીટર દૂરથી તેની યાત્રા શરૂ કર્યો હતો અને હવે આપણી આંખો સુધી પહોંચ્યો છે. જો કે, જ્યારે આપણે આપણી તાત્કાલિક આસપાસની વસ્તુઓ જોઈએ છીએ ત્યારે આપણે તેમને તરત જ જોઈએ છીએ અને તેથી વર્તમાન સમયમાં જોઈએ છીએ. તેથી, જ્યારે આપણે તારાઓ જોઈએ છીએ ત્યારે દેખીતી રીતે આપણે ભૂતકાળમાં ઝાંખી કરી રહ્યાં હોઈએ છીએ.

જીવનનો ઉદ્ભવ બ્રહ્માંડના ઇતિહાસમાં એક અનન્ય ઘટના ગણવામાં આવે છે. બ્રહ્માંડ વિશાળ છે. સાપેક્ષ રીતે કહીએ તો પૃથ્વી પોતે લગભગ માત્ર એક કણ જેટલી છે. બ્રહ્માંડ ખૂબ જ પ્રાચીન છે - લગભગ ૨૦ અબજ વર્ષ જૂનું. આકાશગંગાઓના વિશાળ સમૂહોથી બ્રહ્માંડ બનેલું છે. આકાશગંગાઓમાં તારાઓ અને વાયુ અને ધૂળના મેઘ હોય છે. બ્રહ્માંડના કદને ધ્યાનમાં રાખતા, પૃથ્વી ખરેખર એક કણ જ છે. બિગ બેંગ સિદ્ધાંત આપણને બ્રહ્માંડના ઉદ્ભવની વિગતો સમજાવવાનો પ્રયત્ન કરે છે. તે એક અદ્વિતીય વિશાળ સ્ફોટનની વાત કરે છે જે ભૌતિક દ્રષ્ટિએ અકલ્પનીય છે. બ્રહ્માંડનો વિસ્તાર થયો અને તેથી, તાપમાન ઘટ્યું. હાઇડ્રોજન અને હિલિયમ કેટલાક સમય પછી બન્યા. ગુરુત્વાકર્ષણ હેઠળ વાયુઓ સંકોચાયા અને વર્તમાન બ્રહ્માંડની આકાશગંગાઓની રચના કરી. મિલ્કી વે આકાશગંગાના સૌર મંડળમાં, પૃથ્વી લગભગ ૪.૫ અબજ વર્ષ પહેલા બની હોવાનું માનવામાં આવે છે. પ્રાચીન પૃથ્વી પર વાતાવરણ ન હતું. પીગળેલા દળમાંથી છૂટેલા પાણીની વરાળ, મિથેન, કાર્બનડાયોક્સાઈડ અને એમોનિયાએ સપાટીને ઢાંકી દીધી હતી. સૂર્યની અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોએ પાણીને હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં તોડી નાખ્યું અને હલકું H2 ભાગી ગયું. ઓક્સિજન એમોનિયા અને મિથેન સાથે મિશ્રિત થઈને પાણી, CO2 અને અન્ય પદાર્થો બનાવ્યા. ઓઝોન સ્તરની રચના થઈ. જેમ જેમ તે ઠંડું પડ્યું, પાણીની વરાળ વરસાદ તરીકે પડી, તમામ ખાડાઓ ભરાઈ ગયા અને સમુદ્રોની રચના થઈ. પૃથ્વીની રચના થયાના ૫૦૦ મિલિયન વર્ષ પછી, એટલે કે લગભગ ચાર અબજ વર્ષ પહેલા, જીવનનો ઉદ્ભવ થયો.

શું જીવન બાહ્ય અવકાશમાંથી આવ્યું? કેટલાક વૈજ્ઞાનિકો માને છે કે તે બહારથી આવ્યું હતું. પ્રાચીન ગ્રીક વિચારકો માનતા હતા કે જીવનના એકમો જેને બીજાણુ કહેવાય છે, તે પૃથ્વી સહિતના વિવિધ ગ્રહો પર સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યા હતા. ‘પેન્સ્પર્મિયા’ હજુ પણ કેટલાક ખગોળશાસ્ત્રીઓ માટે એક પ્રિય વિચાર છે. લાંબા સમય સુધી એવું પણ માનવામાં આવતું હતું કે જીવન સડતા અને ક્ષય પામતા પદાર્થો જેવા કે પથરા, ચીકણી માટી, વગેરેમાંથી બહાર આવ્યું હતું. આ સ્વયંભૂ ઉત્પત્તિનો સિદ્ધાંત હતો. લૂઈ પાશ્ચરે કાળજીપૂર્વકના પ્રયોગો દ્વારા દર્શાવ્યું કે જીવન માત્ર પહેલાથી અસ્તિત્વમાં હતા જીવમાંથી જ આવે છે. તેમણે બતાવ્યું કે પહેલેથી જ નિષ્ક્રીય કરેલી ફ્લાસ્કમાં, મારી નાખવામાં આવેલ યીસ્ટમાંથી જીવન આવ્યું નહીં, જ્યારે હવામાં ખુલ્લી બીજી ફ્લાસ્કમાં, ‘મારી નાખવામાં આવેલ યીસ્ટ’માંથી નવા જીવંત સજીવો ઉદ્ભવ્યા. સ્વયંભૂ ઉત્પત્તિનો સિદ્ધાંત એકવાર અને બધા માટે નકારી કાઢવામાં આવ્યો. જો કે, આથી આ પ્રશ્નનો જવાબ ન મળ્યો કે પૃથ્વી પર પ્રથમ જીવરૂપ કેવી રીતે આવ્યું.

રશિયાના ઓપારિન અને ઇંગ્લેંડના હેલ્ડેને સૂચવ્યું કે જીવનનું પ્રથમ રૂપ પહેલાથી અસ્તિત્વમાં હતા અજૈવિક કાર્બનિક અણુઓ (જેમ કે RNA, પ્રોટીન, વગેરે)માંથી આવ્યું હોઈ શકે છે અને જીવનની રચનાને અજૈવિક ઘટકોમાંથી વિવિધ કાર્બનિક અણુઓની રચના એટલે કે રાસાયણિક ઉત્ક્રાંતિ દ્વારા પહેલાં થઈ હતી. પૃથ્વી પરની પરિસ્થિતિઓ હતી - ઊંચું તાપમાન, જ્વાળામુખીના તોફાનો, CH4, NH3, વગેરે ધરાવતું રિડ્યુસિંગ વાતાવરણ. ૧૯૫૩માં, એક અમેરિકન વૈજ્ઞાનિક એસ.એલ. મિલરે પ્રયોગશાળાના સ્તરે સમાન પરિસ્થિતિઓ સર્જી (આકૃતિ ૭.૧). તેમણે 8000C તાપમાને CH4, H2, NH3 અને પાણીની વરાળ ધરાવતી બંધ ફ્લાસ્કમાં વિદ્યુત ડિસ્ચાર્જ સર્જ્યો. તેમણે એમિનો એસિડની રચના જોઈ. સમાન પ્રયોગોમાં અન્યોએ શર્કરા, નાઇટ્રોજન બેઇઝ, રંજકદ્રવ્ય અને ચરબીની રચના જોઈ. ઉલ્કાના ઘટકોનું વિશ્લેષણ કરતા પણ સમાન સંયોજનો જોવા મળ્યા, જે સૂચવે છે કે સમાન પ્રક્રિયાઓ અવકાશમાં અન્યત્ર થઈ રહી છે. આ મર્યાદિત પુરાવા સાથે, અનુમાનિત વાર્તાનો પ્રથમ ભાગ, એટલે કે, રાસાયણિક ઉત્ક્રાંતિ લગભગ સ્વીકારવામાં આવી હતી.

આકૃતિ ૭.૧ મિલરના પ્રયોગનું રેખાકૃતિ રજૂઆત

પ્રથમ સ્વ-પ્રતિકૃતિ બનાવતું મેટાબોલિક કેપ્સ્યુલ કેવી રીતે ઉદ્ભવ્યું તે વિશે આપણને કોઈ ખ્યાલ નથી. જીવનના પ્રથમ અકોષીય રૂપો ૩ અબજ વર્ષ પહેલાં ઉદ્ભવ્યા હોઈ શકે છે. તેઓ વિશાળ અણુઓ (RNA, પ્રોટીન, પોલિસેકરાઇડ્સ, વગેરે) હશે. આ કેપ્સ્યુલોએ કદાચ તેમના અણુઓની પ્રતિકૃતિ બનાવી હશે. પ્રથમ કોષીય જીવરૂપ લગભગ ૨૦૦૦ મિલિયન વર્ષ પહેલાં સુધી ઉદ્ભવ્યું ન હતું. આ કદાચ એકકોષી હતા. તમામ જીવરૂપો માત્ર પાણીના વાતાવરણમાં જ હતા. બાયોજેનેસિસનો આ સંસ્કરણ, એટલે કે, જીવનનું પ્રથમ રૂપ અજીવિત અણુઓમાંથી ઉત્ક્રાંતિકીય શક્તિઓ દ્વારા ધીમે ધીમે ઉદ્ભવ્યું, તે મોટાભાગના લોકો દ્વારા સ્વીકારવામાં આવે છે. જો કે, એકવાર રચાયા પછી, જીવનના પ્રથમ કોષીય રૂપો આજની જટિલ જૈવવિવિધતામાં કેવી રીતે વિકસિત થઈ શક્યા હશે તે રસપ્રદ વાર્તા છે જેની ચર્ચા નીચે કરવામાં આવશે.

૭.૨ જીવરૂપોની ઉત્ક્રાંતિ - એક સિદ્ધાંત

પરંપરાગત ધાર્મિક સાહિત્ય આપણને વિશિષ્ટ સૃષ્ટિના સિદ્ધાંત વિશે જણાવે છે. આ સિદ્ધાંતના ત્રણ અર્થ છે. એક, કે આજે આપણે જે જીવંત સજીવો (પ્રજાતિઓ અથવા પ્રકારો) જોઈએ છીએ તે આ રીતે સર્જાયા હતા. બે, કે સૃષ્ટિ પછીથી વિવિધતા હંમેશા સમાન હતી અને ભવિષ્યમાં પણ સમાન રહેશે. ત્રણ, કે પૃથ્વી લગભગ ૪૦૦૦ વર્ષ જૂની છે. ઓગણીસમી સદી દરમિયાન આ તમામ વિચારો પર મજબૂત પડકારો આવ્યા હતા. H.M.S. બીગલ નામની એક સેલ જહાજમાં વિશ્વભરમાં સમુદ્રની મુસાફરી દરમિયાન કરવામાં આવેલા અવલોકનોના આધારે, ચાર્લ્સ ડાર્વિને નિષ્કર્ષ કાઢ્યો કે વર્તમાન જીવંત રૂપો માત્ર તેમની વચ્ચે જ નહીં પણ લાખો વર્ષો પહેલાં અસ્તિત્વમાં હતા તે જીવરૂપો સાથે પણ વિવિધ ડિગ્રી સુધી સમાનતાઓ ધરાવે છે. આવા ઘણા જીવરૂપો હવે અસ્તિત્વમાં નથી. પૃથ્વીના ઇતિહાસના વિવિધ સમયગાળા દરમિયાન નવા જીવરૂપો ઉદ્ભવ્યા હતા તેમ જ ગયા વર્ષોમાં વિવિધ જીવરૂપોનો નાશ થયો હતો. જીવરૂપોની ધીમે ધીમે ઉત્ક્રાંતિ થઈ છે. કોઈપણ વસ્તીમાં લક્ષણોની અંતર્ગત વિવિધતા હોય છે. જે લક્ષણો કેટલાકને કુદરતી પરિસ્થિતિઓ (ઋતુ, ખોરાક, ભૌતિક પરિબળો, વગેરે)માં વધુ સારી રીતે જીવિત રહેવામાં સક્ષમ બનાવે છે, તેવા લક્ષણો ધરાવતા સજીવો, આવી કુદરતી પરિસ્થિતિઓ હેઠળ જીવિત રહેવા માટે ઓછા સજ્જ હોય તેવા અન્ય સજીવો કરતાં વધુ પ્રજનન કરશે. વપરાતો બીજો શબ્દ વ્યક્તિ અથવા વસ્તીની ફિટનેસ છે. ડાર્વિન મુજબ, ફિટનેસનો અંતિમ અને માત્ર પ્રજનન ફિટનેસ સાથે સંબંધ છે. તેથી, જે લોકો પર્યાવરણમાં વધુ સારી રીતે ફિટ છે, તેઓ અન્ય કરતાં વધુ સંતતિ છોડે છે. તેથી, આ સજીવો વધુ સારી રીતે જીવિત રહેશે અને તેથી પ્રકૃતિ દ્વારા પસંદ કરવામાં આવશે. તેમણે તેને કુદરતી પસંદગી કહ્યું અને તેને ઉત્ક્રાંતિની એક પદ્ધતિ તરીકે સૂચિત કર્યું. ચાલો આપણે એ પણ યાદ રાખીએ કે મલય દ્વીપસમૂહમાં કામ કરતા એક નેચરલિસ્ટ આલ્ફ્રેડ વૉલેસ પણ આશરે તે જ સમયે સમાન તારણો પર આવ્યા હતા. સમય જતાં, દેખીતી રીતે નવા પ્રકારના સજીવો ઓળખી શકાય તેવા છે. તમામ વર્તમાન જીવરૂપો સમાનતાઓ ધરાવે છે અને સામાન્ય પૂર્વજો ધરાવે છે. જો કે, આ પૂર્વજો પૃથ્વીના ઇતિહાસ (યુગ, સમયગાળા અને યુગ)માં વિવિધ સમયગાળા દરમિયાન હાજર હતા. પૃથ્વીનો ભૂસ્તરીય ઇતિહાસ પૃથ્વીના જૈવિક ઇતિહાસ સાથે નજીકથી સંબંધિત છે. એક સામાન્ય રીતે સ્વીકાર્ય તારણ એ છે કે પૃથ્વી ખૂબ જ પ્રાચીન છે, પહેલા વિચાર્યા મુજબ હજારો વર્ષ જૂની નહીં પરંતુ અબજો વર્ષ જૂની છે.

૭.૩ ઉત્ક્રાંતિના પુરાવા શું છે?

પૃથ્વી પર જીવરૂપોની ઉત્ક્રાંતિ ખરેખર થઈ છે તેના પુરાવા ઘણા સ્ત્રોતોમાંથી મળ્યા છે. જીવાવશેષો એ ખડકોમાં મળી આવેલા જીવરૂપોના સખત ભાગોના અવશેષો છે. ખડકો અવસાદનો નિર્માણ કરે છે અને પૃથ્વીના પોપડાનો આડછેદ પૃથ્વીના લાંબા ઇતિહાસ દરમિયાન એકબીજા પર અવસાદોની ગોઠવણી સૂચવે છે. વિવિધ ઉંમરના ખડક અવસાદોમાં વિવિધ જીવરૂપોના જીવાવશેષો હોય છે જે કદાચ ચોક્કસ અવસાદની રચના દરમિયાન મૃત્યુ પામ્યા હતા. તેમાંથી કેટલાક આધુનિક સજીવો જેવા દેખાય છે (આકૃતિ ૭.૨). તેઓ વિલુપ્ત સજીવોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે (ઉદાહરણ તરીકે, ડાયનોસોર). વિવિધ અવસાદ સ્તરોમાં જીવાવશેષોનો અભ્યાસ તે ભૂસ્તરીય સમયગાળો સૂચવે છે જેમાં તેઓ અસ્તિત્વમાં હતા. અભ્યાસથી જણાયું કે જીવરૂપો સમય જતાં બદલાયા છે અને ચોક્કસ જીવરૂપો ચોક્કસ ભૂસ્તરીય સમયસીમાઓ સુધી મર્યાદિત છે. તેથી, પૃથ્વીના ઇતિહાસમાં વિવિધ સમયે જીવનના નવા રૂપો ઉદ્ભવ્યા છે. આ બધાને જીવાવશેષશાસ્ત્રીય પુરાવા કહેવામાં આવે છે. શું તમને યાદ છે કે જીવાવશેષોની ઉંમરની ગણતરી કેવી રીતે કરવામાં આવે છે? શું તમને રેડિયોએક્ટિવ-ડેટિંગની પદ્ધતિ અને પ્રક્રિયા પાછળના સિદ્ધાંતો યાદ છે?

આકૃતિ ૭.૨ ડાયનોસોરનું વંશવૃક્ષ અને તેમના જીવંત આધુનિક સમકાલીન સજીવો જેમ કે મગર અને પક્ષીઓ

ઉત્ક્રાંતિ માટે ભ્રૂણવિજ્ઞાનીય સમર્થન પણ એર્નસ્ટ હેકેલ દ્વારા ભ્રૂણના તબક્કા દરમિયાન કરેલા અવલોકનોના આધારે સૂચવવામાં આવ્યું હતું જે તમામ કરોડરજ્જુધારીઓમાં સામાન્ય હોય છે પરંતુ પ્રૌઢમાં ગેરહાજર હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, માછલી સહિતના તમામ કરોડરજ્જુધારીઓના ભ્રૂણો માથાની પાછળ જ અવશેષી ગલફાડાની એક હાર વિકસિત કરે છે પરંતુ તે માત્ર માછલીમાં એક કાર્યાત્મક અંગ છે અને અન્ય કોઈપણ પ્રૌઢ કરોડરજ્જુધારીમાં જોવા મળતું નથી. જો કે, કાર્લ એર્નસ્ટ વોન બેર દ્વારા કરાયેલા કાળજીપૂર્વકના અભ્યાસ પર આ પ્રસ્તાવને અસ્વીકાર કરવામાં આવ્યો હતો. તેમણે નોંધ્યું કે ભ્રૂણો ક્યારેય અન્ય પ્રાણીઓના પ્રૌઢ તબક્કાઓમાંથી પસાર થતા નથી.

તુલનાત્મક શરીરરચનાશાસ્ત્ર અને આકૃતિવિજ્ઞાન આજે અને વર્ષો પહેલાં અસ્તિત્વમાં હતા તે સજીવો વચ્ચે સમાનતાઓ અને તફાવતો બતાવે છે.

આવી સમાનતાઓનું અર્થઘટન કરી શકાય છે કે સામાન્ય પૂર્વજો શેર કરવામાં આવ્યા હતા કે નહીં તે સમજવા માટે. ઉદાહરણ તરીકે વ્હેલ, ચામાચીડિયાં, ચિત્તો અને માનવ (બધા સસ્તન પ્રાણીઓ) અગ્રપગની હાડકાની રચનામાં સમાનતાઓ ધરાવે છે (આકૃતિ ૭.૩b). જોકે આ અગ્રપગ આ પ્રાણીઓમાં વિવિધ કાર્યો કરે છે, પરંતુ તેમની શારીરિક રચના સમાન છે - તે બધામાં તેમના અગ્રપગમાં હ્યુમરસ, રેડિયસ, અલ્ના, કાર્પલ્સ, મેટાકાર્પલ્સ અને ફેલેન્જીસ હોય છે. તેથી, આ પ્રાણીઓમાં, વિવિધ જરૂરિયાતો માટે અનુકૂલનને કારણે સમાન રચના વિવિધ દિશામાં વિકસિત થઈ છે. આ વિભિન્ન ઉત્ક્રાંતિ છે અને આ રચનાઓ સમરૂપ છે. સમરૂપતા સામાન્ય પૂર્વજીનો સૂચક છે. અન્ય ઉદાહરણો કરોડરજ્જુધારી હૃદય અથવા મગજ છે. વનસ્પતિઓમાં પણ, બુગેનવિલિયા અને કુકુર્બિટાના કાંટા અને પ્રકાંડ સમરૂપતાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે (આકૃતિ ૭.૩a). સમરૂપતા વિભિન્ન ઉત્ક્રાંતિ પર આધારિત છે જ્યારે સાદૃશ્ય બરાબર વિરુદ્ધ પરિસ્થિતિનો સંદર્ભ આપે છે. ફૂદી અને પક્ષીઓના પાંખો સમાન દેખાય છે. તેમની શારીરિક રચના સમાન નથી છતાં તેઓ સમાન કાર્યો કરે છે. તેથી, સમાનરૂપી રચનાઓ સંગમ ઉત્ક્રાંતિનું પરિણામ છે - સમાન ક