Chapter-07 Evolutions
Evolutionary Biology is the study of history of life forms on earth. What exactly is evolution? To understand the changes in flora and fauna that have occurred over millions of years on earth, we must have an understanding of the context of origin of life, i.e., evolution of earth, of stars and indeed of the universe itself. What follows is the longest of all the construed and conjectured stories. This is the story of origin of life and evolution of life forms or biodiversity on planet earth in the context of evolution of earth and against the background of evolution of universe itself.
7.1 ORIGIN OF LIFE
When we look at stars on a clear night sky we are, in a way, looking back in time. Stellar distances are measured in light years. What we see today is an object whose emitted light started its journey millions of year back and from trillions of kilometres away and reaching our eyes now. However, when we see objects in our immediate surroundings we see them instantly and hence in the present time. Therefore, when we see stars we apparently are peeping into the past.
The origin of life is considered a unique event in the history of universe. The universe is vast. Relatively speaking the earth itself is almost only a speck. The universe is very old - almost 20 billion years old. Huge clusters of galaxies comprise the universe. Galaxies contain stars and clouds of gas and dust. Considering the size of universe, earth is indeed a speck. The Big Bang theory attempts to explain to us the origin of universe. It talks of a singular huge explosion unimaginable in physical terms. The universe expanded and hence, the temperature came down. Hydrogen and Helium formed sometime later. The gases condensed under gravitation and formed the galaxies of the present day universe. In the solar system of the milky way galaxy, earth was supposed to have been formed about 4.5 billion years back. There was no atmosphere on early earth. Water vapour, methane, carbondioxide and ammonia released from molten mass covered the surface. The UV rays from the sun brokeup water into Hydrogen and Oxygen and the lighter H2 escaped. Oxygen combined with ammonia and methane to form water, CO2 and others. The ozone layer was formed. As it cooled, the water vapor fell as rain, to fill all the depressions and form oceans. Life appeared 500 million years after the formation of earth, i.e., almost four billion years back.
Did life come from outerspace? Some scientists believe that it came from outside. Early Greek thinkers thought units of life called spores were transferred to different planets including earth. ‘Panspermia’ is still a favourite idea for some astronomers. For a long time it was also believed that life came out of decaying and rotting matter like straw, mud, etc. This was the theory of spontaneous generation. Louis Pasteur by careful experimentation demonstrated that life comes only from pre-existing life. He showed that in pre-sterilised flasks, life did not come from killed yeast while in another flask open to air, new living organisms arose from ‘killed yeast’. Spontaneous generation theory was dismissed once and for all. However, this did not answer how the first life form came on earth.
Oparin of Russia and Haldane of England proposed that the first form of life could have come from pre-existing non-living organic molecules (e.g. RNA, protein, etc.) and that formation of life was preceded by chemical evolution, i.e., formation of diverse organic molecules from inorganic constituents. The conditions on earth were - high temperature, volcanic storms, reducing atmosphere containing CH4, NH3, etc. In 1953, S.L. Miller, an American scientist created similar conditions in a laboratory scale (Figure 7.1). He created electric discharge in a closed flask containing CH4, H2, NH3 and water vapour at 8000C. He observed formation of amino acids. In similar experiments others observed, formation of sugars, nitrogen bases, pigment and fats. Analysis of meteorite content also revealed similar compounds indicating that similar processes are occurring elsewhere in space. With this limited evidence, the first part of the conjectured story, i.e., chemical evolution was more or less accepted.
Figure 7.1 Diagrammatic representation of Miller’s experimen
We have no idea about how the first self replicating metabolic capsule of life arose. The first non-cellular forms of life could have originated 3 billion years back. They would have been giant molecules (RNA, Protein, Polysaccharides, etc.). These capsules reproduced their molecules perhaps. The first cellular form of life did not possibly originate till about 2000 million years ago. These were probably single-cells. All life forms were in water environment only. This version of a biogenesis, i.e., the first form of life arose slowly through evolutionary forces from non-living molecules is accepted by majority. However, once formed, how the first cellular forms of life could have evolved into the complex biodiversity of today is the fascinating story that will be discussed below.
7.2 EVOLUTION OF LIFE FORMS - A THEORY
Conventional religious literature tells us about the theory of special creation. This theory has three connotations. One, that all living organisms (species or types) that we see today were created as such. Two, that the diversity was always the same since creation and will be the same in future also. Three, that earth is about 4000 years old. All these ideas were strongly challenged during the nineteenth century. Based on observations made during a sea voyage in a sail ship called H.M.S. Beagle round the world, Charles Darwin concluded that existing living forms share similarities to varying degrees not only among themselves but also with life forms that existed millions of years ago. Many such life forms do not exist any more. There had been extinctions of different life forms in the years gone by just as new forms of life arose at different periods of history of earth. There has been gradual evolution of life forms. Any population has built in variation in characteristics. Those characteristics which enable some to survive better in natural conditions (climate, food, physical factors, etc.) would outbreed others that are less-endowed to survive under such natural conditions. Another word used is fitness of the individual or population. The fitness, according to Darwin, refers ultimately and only to reproductive fitness. Hence, those who are better fit in an environment, leave more progeny than others. These, therefore, will survive more and hence are selected by nature. He called it natural selection and implied it as a mechanism of evolution. Let us also remember that Alfred Wallace, a naturalist who worked in Malay Archipelago had also come to similar conclusions around the same time. In due course of time, apparently new types of organisms are recognisable. All the existing life forms share similarities and share common ancestors. However, these ancestors were present at different periods in the history of earth (epochs, periods and eras). The geological history of earth closely correlates with the biological history of earth. A common permissible conclusion is that earth is very old, not thousand of years as was thought earlier but billions of years old.
7.3 WHAT ARE THE EVIDENCES FOR EVOLUTION?
Evidence that evolution of life forms has indeed taken place on earth has come from many quarters. Fossils are remains of hard parts of life-forms found in rocks. Rocks form sediments and a cross-section of earth’s crust indicates the arrangement of sediments one over the other during the long history of earth. Different-aged rock sediments contain fossils of different life-forms who probably died during the formation of the particular sediment. Some of them appear similar to modern organisms (Figure 7.2). They represent extinct organisms (e.g., Dinosaurs). A study of fossils in different sedimentary layers indicates the geological period in which they existed. The study showed that life-forms varied over time and certain life forms are restricted to certain geological timespans. Hence, new forms of life have arisen at different times in the history of earth. All this is called paleontological evidence. Do you remember how the ages of the fossils are calculated? Do you recollect the method of radioactive-dating and the principles behind the procedure?
Figure 7.2 A family tree of dinosaurs and their living modern day counterpart organisms like crocodiles and birds
Embryological support for evolution was also proposed by Ernst Heckel based upon the observation of certain features during embryonic stage common to all vertebrates that are absent in adult. For example, the embryos of all vertebrates including human develop a row of vestigial gill slit just behind the head but it is a functional organ only in fish and not found in any other adult vertebrates. However, this proposal was disapproved on careful study performed by Karl Ernst von Baer. He noted that embryos never pass through the adult stages of other animals.
Comparative anatomy and morphology shows similarities and differences among organisms of today and those that existed years ago.
Such similarities can be interpreted to understand whether common ancestors were shared or not. For example whales, bats, Cheetah and human (all mammals) share similarities in the pattern of bones of forelimbs (Figure 7.3b). Though these forelimbs perform different functions in these animals, they have similar anatomical structure - all of them have humerus, radius, ulna, carpals, metacarpals and phalanges in their forelimbs. Hence, in these animals, the same structure developed along different directions due to adaptations to different needs. This is divergent evolution and these structures are homologous. Homology indicates common ancestry. Other examples are vertebrate hearts or brains. In plants also, the thorn and tendrils of Bougainvillea and Cucurbita represent homology (Figure 7.3a). Homology is based on divergent evolution whereas analogy refers to a situation exactly opposite. Wings of butterfly and of birds look alike. They are not anatomically similar structures though they perform similar functions. Hence, analogous structures are a result of convergent evolution - different structures evolving for the same function and hence having similarity. Other examples of analogy are the eye of the octopus and of mammals or the flippers of Penguins and Dolphins. One can say that it is the similar habitat that has resulted in selection of similar adaptive features in different groups of organisms but toward the same function: Sweet potato (root modification) and potato (stem modification) is another example for analogy.
In the same line of argument, similarities in proteins and genes performing a given function among diverse organisms give clues to common ancestry. These biochemical similarities point to the same shared ancestry as structural similarities among diverse organisms.
Man has bred selected plants and animals for agriculture, horticulture, sport or security. Man has domesticated many wild animals and crops. This intensive breeding programme has created breeds that differ from other breeds (e.g., dogs) but still are of the same group. It is argued that if within hundreds of years, man could create new breeds, could not nature have done the same over millions of years?
Figure 7.3 Example of homologous organs in (a) Plants and (b) Animals
Another interesting observation supporting evolution by natural selection comes from England. In a collection of moths made in 1850s,i.e., before industrialisation set in, it was observed that there were morewhite-winged moths on trees than dark-winged or melanised moths.However, in the collection carried out from the same area, but afterindustrialisation, i.e., in 1920, there were more dark-winged moths inthe same area, i.e., the proportion was reversed.
Figure 7.4 Figure showing white - winged moth and dark - winged moth (melanised) on a tree trunk (a) In unpolluted area (b) In polluted area
The explanation put forth for this observation was that ‘predators will spot a moth against a contrasting background’. During postindustrialisation period, the tree trunks became dark due to industrial smoke and soots. Under this condition the white-winged moth did not survive due to predators, dark-winged or melanised moth survived. Before industrialisation set in, thick growth of almost white-coloured lichen covered the trees - in that background the white winged moth survived but the dark-coloured moth were picked out by predators. Do you know that lichens can be used as industrial pollution indicators? They will not grow in areas that are polluted. Hence, moths that were able to camouflage themselves, i.e., hide in the background, survived (Figure 7.4). This understanding is supported by the fact that in areas where industrialisation did not occur e.g., in rural areas, the count of melanic moths was low. This showed that in a mixed population, those that can better-adapt, survive and increase in population size. Remember that no variant is completely wiped out.
Similarly, excess use of herbicides, pesticides, etc., has only resulted in selection of resistant varieties in a much lesser time scale. This is also true for microbes against which we employ antibiotics or drugs against eukaryotic organisms/cell. Hence, resistant organisms/cells are appearing in a time scale of months or years and not centuries. These are examples of evolution by anthropogenic action. This also tells us that evolution is not a directed process in the sense of determinism. It is a stochastic process based on chance events in nature and chance mutation in the organisms.
7.4 WHAT IS ADAPTIVE RADIATION?
Figure 7.5 Variety of beaks of finches that Darwin found in Galapagos Island
During his journey Darwin went to Galapagos Islands. There he observed an amazing diversity of creatures. Of particular interest, small black birds later called Darwin’s Finches amazed him. He realised that there were many varieties of finches in the same island. All the varieties, he conjectured, evolved on the island itself. From the original seed-eating features, many other forms with altered beaks arose, enabling them to become insectivorous and vegetarian finches (Figure 7.5). This process of evolution of different species in a given geographical area starting from a point and literally radiating to other areas of geography (habitats) is called adaptive radiation. Darwin’s finches represent one of the best examples of this phenomenon. Another example is Australian marsupials. A number of marsupials, each different from the other (Figure 7.6) evolved from an ancestral stock, but all within the Australian island continent.
Figure 7.6 Adaptive radiation of marsupials of Australia
When more than one adaptive radiation appeared to have occurred in an isolated geographical area (representing different habitats), one can call this convergent evolution. Placental mammals in Australia also exhibit adaptive radiation in evolving into varieties of such placental mammals each of which appears to be ‘similar’ to a corresponding marsupial (e.g., Placental wolf and Tasmanian wolf-marsupial). (Figure 7.7).
7.5 BIOLOGICAL EVOLUTION
Evolution by natural selection, in a true sense would have started when cellular forms of life with differences in metabolic capability originated on earth.
The essence of Darwinian theory about evolution is natural selection. The rate of appearance of new forms is linked to the life cycle or the life span. Microbes that divide fast have the ability to multiply and become millions of individuals within hours. A colony of bacteria (say A) growing on a given medium has built-in variation in terms of ability to utilise a feed component. A change in the medium composition would bring out only that part of the population (say B) that can survive under the new conditions. In due course of time this variant population outgrows the others and appears as new species. This would happen within days. For the same thing to happen in a fish or fowl would take million of years as life spans of these animals are in years. Here we say that fitness of B is better than that of A under the new conditions. Nature selects for fitness. One must remember that the so-called fitness is based on characteristics which are inherited. Hence, there must be a genetic basis for getting selected and to evolve. Another way of saying the same thing is that some organisms are better adapted to survive in an otherwise hostile environment. Adaptive ability is inherited. It has a genetic basis. Fitness is the end result of the ability to adapt and get selected by nature.
Figure 7.7 Picture showing convergent evolution of Australian Marsupials and placental mammals
Branching descent and natural selection are the two key concepts of Darwinian Theory of Evolution (Figures 7.7 and 7.8). Even before Darwin, a French naturalist Lamarck had said that evolution of life forms had occurred but driven by use and disuse of organs. He gave the examples of Giraffes who in an attempt to forage leaves on tall trees had to adapt by elongation of their necks. As they passed on this acquired character of elongated neck to succeeding generations, Giraffes, slowly, over the years, came to acquire long necks. Nobody believes this conjecture any more.
Is evolution a process or the result of a process? The world we see, inanimate and animate, is only the success stories of evolution. When we describe the story of this world we describe evolution as a process. On the other hand when we describe the story of life on earth, we treat evolution as a consequence of a process called natural selection. We are still not very clear whether to regard evolution and natural selection as processes or end result of unknown processes.
It is possible that the work of Thomas Malthus on populations influenced Darwin. Natural selection is based on certain observations which are factual. For example, natural resources are limited, populations are stable in size except for seasonal fluctuation, members of a population vary in characteristics (infact no two individuals are alike) even though they look superficially similar, most of variations are inherited etc. The fact that theoretically population size will grow exponentially if everybody reproduced maximally (this fact can be seen in a growing bacterial population) and the fact that population sizes in reality are limited, means that there had been competition for resources. Only some survived and grew at the cost of others that could not flourish. The novelty and brilliant insight of Darwin was this: he asserted that variations, which are heritable and which make resource utilisation better for few (adapted to habitat better) will enable only those to reproduce and leave more progeny. Hence for a period of time, over many generations, survivors will leave more progeny and there would be a change in population characteristic and hence new forms appear to arise.
7.6 MECHANISM OF EVOLUTION
What is the origin of this variation and how does speciation occur? Even though Mendel had talked of inheritable ‘factors’ influencing phenotype, Darwin either ignored these observations or kept silence. In the first decade of twentieth century, Hugo deVries based on his work on evening primrose brought forth the idea of mutations - large difference arising suddenly in a population. He believed that it is mutation which causes evolution and not the minor variations (heritable) that Darwin talked about. Mutations are random and directionless while Darwinian variations are small and directional. Evolution for Darwin was gradual while deVries believed mutation caused speciation and hence called it saltation (single step large mutation). Studies in population genetics, later, brought out some clarity.
7.7 HARDY-WEINBERG PRINCIPLE
In a given population one can find out the frequency of occurrence of alleles of a gene or a locus. This frequency is supposed to remain fixed and even remain the same through generations. Hardy-Weinberg principle stated it using algebraic equations.
Figure 7.8 Diagrammatic representation of the operation of natural selection on different traits : (a) Stabilising (b) Directional and (c) Disruptive
This principle says that allele frequencies in a population are stable and is constant from generation to generation. The gene pool (total genes and their alleles in a population) remains a constant. This is called genetic equilibrium. Sum total of all the allelic frequencies is 1. Individual frequencies, for example, can be named p, q, etc. In a diploid, p and q represent the frequency of allele A and allele a . The frequency of AA individuals in a population is simply p2. This is simply stated in another ways, i.e., the probability that an allele A with a frequency of p appear on both the chromosomes of a diploid individual is simply the product of the probabilities, i.e., p2. Similarly of aa is q2, of Aa 2pq. Hence, p2+2pq+q2=1. This is a binomial expansion of (p+q)2. When frequency measured, differs from expected values, the difference (direction) indicates the extent of evolutionary change. Disturbance in genetic equilibrium, or Hardy- Weinberg equilibrium, i.e., change of frequency of alleles in a population would then be interpreted as resulting in evolution.
Five factors are known to affect Hardy-Weinberg equilibrium. These are gene migration or gene flow, genetic drift, mutation, genetic recombination and natural selection. When migration of a section of population to another place and population occurs, gene frequencies change in the original as well as in the new population. New genes/alleles are added to the new population and these are lost from the old population. There would be a gene flow if this gene migration, happens multiple times. If the same change occurs by chance, it is called genetic drift. Sometimes the change in allele frequency is so different in the new sample of population that they become a different species. The original drifted population becomes founders and the effect is called founder effect.
Microbial experiments show that pre-existing advantageous mutations when selected will result in observation of new phenotypes. Over few generations, this would result in Speciation. Natural selection is a process in which heritable variations enabling better survival are enabled to reproduce and leave greater number of progeny. A critical analysis makes us believe that variation due to mutation or variation due to recombination during gametogenesis, or due to gene flow or genetic drift results in changed frequency of genes and alleles in future generation. Coupled to enhance reproductive success, natural selection makes it look like different population. Natural selection can lead to stabilisation (in which more individuals acquire mean character value), directional change (more individuals acquire value other than the mean character value) or disruption (more individuals acquire peripheral character value at both ends of the distribution curve) (Figure 7.8).
7.8 A BRIEF ACCOUNT OF EVOLUTION
Figure 7.9 A sketch of the evolution of plant forms through geological periods
About 2000 million years ago (mya) the first cellular forms of life appeared on earth. The mechanism of how non-cellular aggregates of giant macromolecules could evolve into cells with membranous envelop is not known. Some of these cells had the ability to release O2. The reaction could have been similar to the light reaction in photosynthesis where water is split with the help of solar energy captured and channelised by appropriate light harvesting pigments. Slowly single-celled organisms became multi-cellular life forms. By the time of 500 mya, invertebrates were formed and active. Jawless fish probably evolved around 350 mya. Sea weeds and few plants existed probably around 320 mya. We are told that the first organisms that invaded land were plants. They were widespread on land when animals invaded land. Fish with stout and strong fins could move on land and go back to water. This was about 350 mya. In 1938, a fish caught in South Africa happened to be a Coelacanth which was thought to be extinct. These animals called lobefins evolved into the first amphibians that lived on both land and water.
Figure 7.10 Representative evolutionary history of vertebrates through geological periods
There are no specimens of these left with us. However, these were ancestors of modern day frogs and salamanders. The amphibians evolved into reptiles. They lay thickshelled eggs which do not dry up in sun unlike hose of amphibians. Again we only see their modern day descendents, the turtles, tortoises and crocodiles. In the next 200 millions years or so, reptiles of different shapes and sizes dominated on earth. Giant ferns (pteridophytes) were present but they all fell to form coal deposits slowly. Some of these land reptiles went back into water to evolve into fish like reptiles probably 200 mya (e.g. Ichthyosaurs). The land reptiles were, of course, the dinosaurs. The biggest of them, i.e., Tyrannosaurus rex was about 20 feet in height and had huge fearsome dagger like teeth. About 65 mya, the dinosaurs suddenly disappeared from the earth. We do not know the true reason. Some say climatic changes killed them. Some say most of them evolved into birds. The truth may live in between. Small sized reptiles of that era still exist today.
The first mammals were like shrews. Their fossils are small sized. Mammals were viviparous and protected their unborn young inside the mother’s body. Mammals were more intelligent in sensing and avoiding danger at least. When reptiles came down mammals took over this earth. There were in South America mammals resembling horse, hippopotamus, bear, rabbit, etc. Due to continental drift, when South America joined North America, these animals were overridden by North American fauna. Due to the same continental drift pouched mammals of Australia survived because of lack of competition from any other mammal.
Lest we forget, some mammals live wholly in water. Whales, dolphins, seals and sea cows are some examples. Evolution of horse, elephant, dog, etc., are special stories of evolution. You will learn about these in higher classes. The most successful story is the evolution of man with language skills and self-consciousness.
A rough sketch of the evolution of life forms, their times on a geological scale are indicated in (Figure 7.9 and 7.10).
7.9 ORIGIN AND EVOLUTION OF MAN
About 15 mya, primates called Dryopithecus and Ramapithecus were existing. They were hairy and walked like gorillas and chimpanzees. Ramapithecus was more man-like while Dryopithecus was more ape-like. Few fossils of man-like bones have been discovered in Ethiopia and Tanzania (Figure 7.11). These revealed hominid features leading to the belief that about 3-4 mya, man-like primates walked in eastern Africa. They were probably not taller than 4 feet but walked up right. Two mya, Australopithecines probably lived in East African grasslands. Evidence shows they hunted with stone weapons but essentially ate fruit. Some of the bones among the bones discovered were different. This creature was called the first human-like being the hominid and was called Homo habilis. The brain capacities were between 650-800cc. They probably did not eat meat. Fossils discovered in Java in 1891 revealed the next stage, i.e., Homo erectus about 1.5 mya. Homo erectus had a large brain around 900cc.
Figure 7.11 A comparison of the skulls of adult modern human being, baby chimpanzee and adult chimpanzee. The skull of baby chimpanzee is more like adult human skull than adult chimpanzee skull
Homo erectus probably ate meat. The Neanderthal man with a brain size of 1400cc lived in near east and central Asia between 1,00,000-40,000 years back. They used hides to protect their body and buried their dead. Homo sapiens arose in Africa and moved across continents and developed into distinct races. During ice age between 75,000-10,000 years ago modern Homo sapiens arose. Pre-historic cave art developed about 18,000 years ago. One such cave paintings by Pre-historic humans can be seen at Bhimbetka rock shelter in Raisen district of Madhya Pradesh. Agriculture came around 10,000 years back and human settlements started. The rest of what happened is part of human history of growth and decline of civilisations.
Summary
The origin of life on earth can be understood only against the background of origin of universe especially earth. Most scientists believe chemical evolution, i.e., formation of biomolecules preceded the appearance of the first cellular forms of life. The subsequent events as to what happened to the first form of life is a conjectured story based on Darwinian ideas of organic evolution by natural selection. Diversity of life forms on earth has been changing over millions of years. It is generally believed that variations in a population result in variable fitness. Other phenomena like habitat fragmentation and genetic drift may accentuate these variations leading to appearance of new species and hence evolution. Homology is accounted for by the idea of branching descent. Study of comparative anatomy, fossils and comparative biochemistry provides evidence for evolution. Among the stories of evolution of individual species, the story of evolution of modern man is most interesting and appears to parallel evolution of human brain and language.
EXERCISES
1. Explain antibiotic resistance observed in bacteria in light of Darwinian selection theory.
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Darwinian selection theory states that individuals with favourable variations are better adapted than individuals with less favourable variation. It means that nature selects the individuals with useful variation as these individuals are better evolved to survive in the existing environment. An example of such selection is antibiotic resistance in bacteria. When bacterial population was grown on an agar plate containing antibiotic penicillin, the colonies that were sensitive to penicillin died, whereas one or few bacterial colonies that were resistant to penicillin survived. This is because these bacteria had undergone chance mutation, which resulted in the evolution of a gene that made them resistant to penicillin drug. Hence, the resistant bacteria multiplied quickly as compared to non-resistant (sensitive) bacteria, thereby increasing their number. Hence, the advantage of an individual over other helps in the struggle for existence.
2. Find out from newspapers and popular science articles any new fossil discoveries or controversies about evolution.
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Fossils of dinosaurs have revealed the evolution of reptiles in Jurassic period. As a result of this, evolution of other animals such as birds and mammals has also been discovered. However, two unusual fossils recently unearthed in China have ignited a controversy over the evolution of birds. Confuciusornis is one such genus of primitive birds that were crow sized and lived during the Creataceous period in China.
3. Attempt giving a clear definition of the term species.
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Species can be defined as a group of organisms, which have the capability to interbreed in order to produce fertile offspring.
4. Try to trace the various components of human evolution (hint: brain size and function, skeletal structure, dietary preference, etc.)
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The various components of human evolution are as follows.
(i) Brain capacity
(ii) Posture
iii. Food / dietary preference and other important features
Name | Brain capacity |
Posture | Food | Features | |
---|---|---|---|---|---|
1 . | Dryopithecus africans |
— | Knuckle walker, walked similar to gorillas and chimpanzees (was more ape-like) |
Soft fruit and leaves |
Canines large, arms and legs are of equal size |
2 . | Ramapithecus | — | Semi-erect (more man-like) |
Seeds, nuts | Canines were small while molars were large. |
3. | Australopithecus africanus |
$450 \mathrm{~cm}^{3}$ | Full erect posture, height $(1.05 \mathrm{~m})$ |
Herbivorous (ate fruits) |
Hunted with stone weapons, lived at trees, canines and incisors were small |
4. | Homo habilis | $735 \mathrm{~cm}^{3}$ | Fully erect posture, height $(1.5 \mathrm{~m})$ |
Carnivorous | Canines were small. They were first tool makers. |
5. | Homo erectus | $800-1100$ $\mathrm{~cm}^{3}$ |
Fully erect posture, height $(1.5-1.8 \mathrm{~m})$ |
Omnivorous | They used stone and bone tools for hunting games. |
6. | Homo neanderthalnsis |
$1300-$ $1600 \mathrm{~cm}^{3}$ |
Fully erect posture, height $(1.5-1.66 \mathrm{~m})$ |
Omnivorous | Cave dwellers, used hides to protect their bodies, and buried their dead |
7. | Homo sapiens fossilis |
$1650 \mathrm{~cm}^{3}$ | Fully erect posture with height $(1.8 \mathrm{~m})$ |
Omnivorous | They had strong jaw with teeth close together. They were cave dwellers, made paintings and carvings in the caves. They developed a culture and were called first modern men. |
8. | Homo sapiens sapiens |
$1200-$ $1600 \mathrm{~cm}^{3}$ |
Fully erect posture, height $(1.5-1.8 \mathrm{~m})$ |
Omnivorous | They are the living modern men, with high intelligence. They developed art, culture, language, |
speech, etc. They cultivated crops and domesticated animals. |
---|
5. Find out through internet and popular science articles whether animals other than man has self-consciousness.
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Answer
There are many animals other than humans, which have self consciousness. An example of an animal being self conscious is dolphins. They are highly intelligent. They have a sense of self and they also recognize others among themselves and others. They communicate with each other by whistles, tail-slapping, and other body movements. Not only dolphins, there are certain other animals such as crow, parrot, chimpanzee, gorilla, orangutan, etc., which exhibit self-consciousness.
6. List 10 modern-day animals and using the internet resources link it to a corresponding ancient fossil. Name both.
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Answer
The modern day animals and their ancient fossils are listed in the following table.
Animal | ||
---|---|---|
1. | Man | Ramapithecus |
2. | Horse | Eohippus |
3. | Dog | Leptocyon |
4. | Camel | Protylopus |
5. | Elephant | Moerithers |
6. | Whale | Protocetus |
7. | Fish | Arandaspis |
8. | Tetrapods | Icthyostega |
9. | Bat | Prchaeonycteris |
10. | Giraffe | Palaeotragus |
7. Practise drawing various animals and plants.
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Ask your teachers and parents to suggest the names of plants and animals and practice drawing them. You can also take help from your book to find the names of plants and animals.
8. Describe one example of adaptive radiation.
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Adaptive radiation is an evolutionary process that produces new species from a single, rapidly diversifying lineage. This process occurs due to natural selection. An example of adaptive radiation is Darwin finches, found in Galapagos Island. A large variety of finches is present in Galapagos Island that arose from a single species, which reached this land accidentally. As a result, many new species have evolved, diverged, and adapted to occupy new habitats. These finches have developed different eating habits and different types of beaks to suit their feeding habits. The insectivorous, blood sucking, and other species of finches with varied dietary habits have evolved from a single seed eating finch ancestor.
9. Can we call human evolution as adaptive radiation?
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Answer
No, human evolution cannot be called adaptive radiation. This is because adaptive radiation is an evolutionary process that produces new species from a single, rapidly diversifying lineage, which is not the case with human evolution. Human evolution is a gradual process that took place slowly in time. It represents an example of anagenesis.
10. Using various resources such as your school Library or the internet and discussions with your teacher, trace the evolutionary stages of any one animal, say horse.
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Answer
The evolution of horse started with Eohippus during Eocene period. It involved the following evolutionary stages.
(i) Gradual increase in body size
(ii) Elongation of head and neck region (iii) Increase in the length of limbs and feet
(iv) Gradual reduction of lateral digits
(v) Enlargement of third functional toe
(vi) Strengthening of the back
(vii) Development of brain and sensory organs
(viii) Increase in the complexity of teeth for feeding on grass
The evolution of horse is represented as
(i) Eohippus
It had a short head and neck. It had four functional toes and a splint of 1 and 5 on each hind limb and a splint of 1 and 3 in each forelimb. The molars were short crowned that were adapted for grinding the plant diet.
(ii) Mesohippus
It was slightly taller than Eohippus. It had three toes in each foot.
(iii) Merychippus
It had the size of approximately $100 \mathrm{~cm}$. Although it still had three toes in each foot, but it could run on one toe. The side toe did not touch the ground. The molars were adapted for chewing the grass.
(iv) Pliohippus
It resembled the modern horse and was around $108 \mathrm{~cm}$ tall. It had a single functional toe with splint of $2^{\text {nd }}$ and $4^{\text {th }}$ in each limb.
(v) Equus
Pliohippus gave rise to Equus or the modern horse with one toe in each foot. They have incisors for cutting grass and molars for grinding food.
विकासीय जीव विज्ञान पृथ्वी पर जीव-रूपों के इतिहास का अध्ययन है। वस्तुतः विकास में है क्या? वनस्पति एवं प्राणि जगत में करोड़ों वर्ष पूर्व पृथ्वी पर हुए परिवर्तनों को समझने के लिए जीवन की उत्पत्ति के बारे में एक समझ बनानी अपेक्षित है। अर्थात् हमें पृथ्वी, तारों और यहाँ तक कि स्वयं ब्रह्मांड के विकास को जानना होता है। अटकलबाजियों से पूर्ण कल्पित कहानियों के क्रम देखने-सुनने में आते हैं। यह कहानी जीवन की उत्पत्ति और पृथ्वी नामक ग्रह पर जीवन के रूपों का विकास या जैवविविधता की है, जोकि पृथ्वी के विकास एवं स्वयं ब्रह्मांड के विकास की पृष्ठभूमि के साथ सन्निहित है।
6.1 जीवन की उत्पत्ति
जब हम साफ स्वच्छ अंधेरी रात में आसमान की ओर तारों को देखते हैं, तो हम लोग एक तरह से बीते हुए समय की ओर देखते हैं। तारकीय दूरियों को प्रकाश वर्षों (लाइट इयर) में मापा गया है। आज हम जिस वस्तु को तारों के रूप में देखते हैं उसकी प्रकाश-यात्रा लाखों वर्ष पूर्व शुरू हुई थी। वे हमसे करोड़ों-अरब मील दूर हैं और हमारी आँखों तक पहुँच रहे हैं। हालाँकि; हम अपने आस-पास की चीजों को जब देखते हैं तो वे हमें तुरंत दिख जाती हैं; चूँक वे वर्तमान काल की हैं। इसी तरह से जब हम सितारों को देखते हैं तो हम स्पष्ट रूप से भूतकाल में ताक-झाँक कर रहे होते हैं।
जीवन की उत्पत्ति को, ब्रह्मांड के इतिहास में एक अनूठी घटना माना गया है। ब्रह्मांड विशाल है। सही मायने में कहा जाए तो पृथ्वी ही अपने आप में ब्रह्मांड की एक कणिका मात्र है। ब्रह्मांड अत्यंत ही प्राचीन, लगभग 20,000 करोड़ ( 200 बिलियन) वर्ष पुराना है। ब्रह्मांड में आकाश गंगाओं के विशाल समूह समेकित हैं। आकाश गंगाओं में सितारों और गैसों के बादल एवं धूल समाहित रहते हैं। ब्रह्मांड के आकार को ध्यान में रखते हुए पृथ्वी केवल एक बिंदु या कणिका मात्र है। ब्रह्मांड की उत्पत्ति के बारे में हमें ‘बिग बैंग’ नामक महाविस्फोट का सिद्धांत कुछ बताने का प्रयास करता है। यह एक अनूठी कल्पना से परे महाविस्फोट का भौतिक रूप है। इसके फलस्वरूप ब्रह्मांड का विस्तार हुआ और तापमान में कमी आई। कुछ समय बाद हाइड्रोजन एवं हीलियम गैसें बनी। ये गैसें गुरूत्वाकर्षण के कारण संघनीभूत हुईं और वर्तमान ब्रह्मांड की आकाश गंगाओं का गठन हुआ। ‘मिल्की वे’ नामक आकाशगंगा के सौर-मंडल में पृथ्वी की रचना 4.5 बिलियन वर्ष ( 450 करोड़) पूर्व माना जाता है। प्रारंभिक अवस्था में पृथ्वी पर वायुमंडल नहीं था। जल, वाष्प, मीथेन, कार्बन डाइऑक्साइड तथा अमोनिया आदि धरातल को ढकने वाले गलित पदार्थों से निर्मुक्त हुईं। सूर्य से आनेवाली पराबैंगनी (अल्ट्रावॉयलेट) किरणों ने पानी को $\mathrm{H} _{2}$ तथा $\mathrm{O} _{2}$ (हाइड्रोजन व ऑक्सीजन) में विखंडित कर दिया तथा हल्की $\mathrm{H} _{2}$ मुक्त हो गई। ऑक्सीजन ने अमोनिया एवं मीथेन के साथ मिलकर पानी, कार्बन डाईऑक्साइड $\left(\mathrm{CO} _{2}\right)$ तथा अन्य गैसों आदि की रचना की। पृथ्वी के चारों ओर ओजोन परत का गठन हुआ। जब यह ठंडा हुआ तो जल-वाष्प बरसात के रूप में बरसी और गहरे स्थान भर गए, जिससे महासागरों की रचना हुई। पृथ्वी की उत्पत्ति के लगभग 50 करोड़ ( 500 मिलियन) वर्ष के बाद अर्थात् लगभग 400 करोड़ वर्ष पहले जीवन प्रकट हुआ।
क्या जीवन अंतरिक्ष से आया था? कुछ वैज्ञानिकों का यह विश्वास है कि अंतरिक्ष से ही आया है। पूर्व ग्रीक विचारकों का मानना है कि जीवन की ‘स्पोर’ नामक इकाई विभिन्न या अनेक ग्रहों में स्थानांतरित हुई, पृथ्वी जिनमें एक थी। कुछ खगोल वैज्ञानिक ‘पैन-स्पर्मिया’ (सर्वबीजाणु) को अभी भी अपना मनपसंदीदा सिद्धांत मानते हैं। काफी समय तक यह भी माना जाता रहा गया कि जीवन क्षयमान और सड़ती हुई सामग्री जैसे कि भूसे, कीचड़ आदि से प्रकट हुआ। यह स्वतः जनन (स्पोंटेनियस जेनरेशन) नामक सिद्धांत था। लुई पाश्चर ने सावधानीपूर्वक प्रयोगों को करते हुए यह प्रदर्शित किया कि जीवन पहले से विद्यमान जीवन से ही निकल कर आता है। उसने यह प्रदर्शित किया कि पहले से जीवाणुरहित किए गए फ्लास्क में ‘मृत यीस्ट’ से जीव नहीं पैदा होते हैं जबकि दूसरे खुले फ्लास्क में ‘मृत यीस्ट’ को रखने से कुछ समय बाद नए जीव आ जाते हैं। इस प्रकार से स्वतः जनन सिंद्धात को एक बार सदा के लिए खारिज कर दिया गया। हालाँकि, इन सब बातों से यह उत्तर नहीं मिलता कि पृथ्वी पर जीवन सबसे पहले कब आया?
रूस के आपेरिन तथा इंग्लैंड के हालडेन नामक वैज्ञानिकों ने यह प्रस्तावित किया कि जीवन का पहला स्वरूप पूर्व-विद्यमान जीवन-रहित कार्बनिक अणु (उदाहरण-आरएनए, प्रोटीन इत्यादि) से आया हुआ हो सकता है और जीवन की वह रचना उस रासायनिक विकास के बाद घटित हुई थी जिससे अकार्बनिक संघटकों से विविध कार्बनिक अणु का गठन हो सका। उस समय पृथ्वी की अवस्था उच्च ताप युक्त, ज्वालामुखीय तूफान वाली तथा वायुमंडल में मिथेन, अमोनिया आदि की कमी वाली थी। एक अमेरिकी वैज्ञानिक एस.एल. मिलर ने 1953 में अपनी प्रयोगशाला में इसी पैमाने कि स्थितियाँ पैदा की (चित्र 6.1)। इसने एक बंद फ्लास्क में निहित मिथेन, हाइड्रोजन, अमोनिया तथा $800^{\circ} \mathrm{C}$ सेल्सियस पर ताप के साथ एक विद्युत-डिस्चार्ज कर देखा कि अमीनो एसिड बनता है। अन्य लोगों ने भी ठीक इसी प्रकार के प्रयोग द्वारा शर्कराओं, नाइट्रोजेन क्षारकों, वर्णकों तथा वसा आदि प्राप्त किए उल्काओं की अंतर्वस्तुओं के विश्लेषण से प्रकट हुआ कि ठीक ऐसी ही प्रक्रिया अंतरिक्ष के किसी अन्य स्थान पर (ऐसी घटना) घटित होती रही होगी। सीमित साक्ष्यों के आधार पर निराधार कल्पना वाली कहानियों के पहले भाग अर्थात् रासायनिक विकास को भी थोड़ी बहुत मात्रा के रूप में स्वीकृत किया जा सकता है।
चित्र 6.1 मिलर के प्रयोग का आरेखीय निरूपण
हमें यह आभास ही नहीं है कि जीवन का स्वतः प्रतिकृतिक्षम चयापचयी कैप्सूल कब पैदा हुआ। जीवन का प्रथम अकोशिकीय रूप 3 अरब ( 300 करोड़) ( 3 बिलियन) वर्ष पूर्व पैदा हुआ होगा। वे भीमकाय अणु (आर एन ए, प्रोटीन, पौलीसैक्केराइडों के) रहे होंगे। ये कैप्सूल अपने अणुओं का जनन भी करते रहे होंगे। सर्वप्रथम कोशिकीय प्रकार का जीवन का रूप 200 करोड़ वर्ष तक प्रकट नहीं हुआ होगा। कदाचित् ये एक कोशिकीय रहे होंगे। सभी रूप उस समय जलीय वातावरण में ही रहे होंगे। अजीवात् जनन अर्थात् जीवन की अजीवों से उत्पत्ति के सिद्धांत की स्वीकृति को आज बहुमत मिला है। फिर भी, एक बार बन चुकने पर किस प्रकार कोशिकीय जीवन के प्रथम प्रतिनिधियों ने आज की जटिल जैव विविधता प्राप्त की। इस पर आगे चर्चा की गई है।
6.2 जीवन-स्वरूप का विकास - एक सिद्धांत
परंपरागत धार्मिक साहित्य हमें एक विशेष सृष्टि का सिद्धांत बताता है। इस सिद्धांत के तीन अभिधान हैं। पहले सिद्धांत के अनुसार संसार में आज जितने भी जीव एवं प्रजातियाँ विद्यमान हैं, वे सब ऐसे ही सर्जित हुई होंगी। दूसरे सिद्धांत के अनुसार, उत्पत्ति के समय से ही यह जैव विविधता थी और भविष्य में भी ऐसी ही रहेगी। तीसरे के अनुसार पृथ्वी केवल 4000 वर्ष प्राचीन है और सभी विचारों में प्रचंड परिवर्तन 19 वीं सदी में आए होंगे। यह अवधारणा एच एम एस बीगल नामक विश्व-समुद्री जहाज यात्रा के दौरान अवलोकनों पर आधारित है। चार्ल्स डार्विन ने निष्कर्ष निकाला कि विद्यमान सजीव कमोवेश आपस में तो समानताएँ रखते ही हैं; बल्कि उन जीव रूपों से भी समानता रखते हैं जो करोड़ों वर्ष पूर्व के समय विद्यमान थीं। अब बहुत सारे जीव रूप जीवित विद्यमान नहीं हैं। यहाँ पर (धरती में) जीवों के विभिन्न स्वरूप गुजरते वर्षो के साथ नष्ट होते गए और धरती के इतिहास में विभिन्न अवधियों पर नए जीव रूप पैदा होते गए। यहाँ पर जीव रूपों का धीमा विकास होता रहा। प्रत्येक जीव संख्या में विभिन्नता निहित होती रही। जिन विशिष्टताओं ने इन्हें जीवित रह सकने में (जलवायु, भोजन, भौतिक-कारक आदि ने) सहायता दी। वे इन्हें अन्यों की अपेक्षा अधिक जननक्षम भी बना सकीं। दूसरे शब्दों में; जीव या जीव संख्या में उपयुक्तता थी। यह उपयुक्तता डार्विन के अनुसार जनन संबंधी उपयुक्तता ही रह जाती है। जो वातावरण में अधिक उपयुक्त थे उनकी अधिक संताने हुईं। अंत में उनका वरण होता गया। डार्विन ने इसे प्राकृतिक वरण (चुनाव) का नाम दिया और इसे विकास के प्रतिमान के रूप में लागू किया। आइए! एक प्रकृति विज्ञानी एल्फ्रेड वॉलेस को भी स्मरण करें जिन्होंने मलयआर्कपेलैगो पर काम किया। इन्होंने भी ठीक इसी समय पर, लगभग इसके आस पास यही निष्कर्ष निकाला। समय गुजरने के साथ, स्पष्ट रूप से नए प्रकार के जीव पहचान में आते गए। विद्यमान सभी जीव रूप समानताओं में भागीदारी रखते हैं तथा एक साझे पूर्वज के हिस्सेदार होते हैं। हालाँकि ये पूर्वज पृथ्वी के इतिहास के विभिन्न समयों (युगों, अवधियों तथा कालों) में विद्यमान थे। पृथ्वी का भूवैज्ञानिक इतिहास पृथ्वी के जीव वैज्ञानिक इतिहास के साथ निकटता से जुड़ा हुआ है। औचित्यपूर्ण साराँश यह है कि पृथ्वी बहुत पुरानी है जो कि पुराने विचारों के अनुसार हजारों वर्ष नहीं; बल्कि करोड़ों-अरबों वर्ष पुरानी है।
6.3 विकास के प्रमाण क्या हैं?
पृथ्वी पर जीवों का विकास हुआ, इस बात के प्रमाण कई हैं। पहला चट्टानों के अंदर जीवाश्म रूप में जीवन के कठोर अंगों के अवशेष में विद्यमान हैं। चट्टानें अवसाद या तलछट से बनी होती हैं और भूपर्थरी (अर्थक्रस्ट) का एक अनुप्रस्थ काट यह संकेत देता है कि एक तलछट पर दूसरे तलछट की परत पृथ्वी के लंबे इतिहास की गवाह है। भिन्न आयु की चट्टानों की तलछट में भिन्न जीव रूप पाए गए हैं जो कि संभवतः उस विशेष तलछट के निर्माण के दौरान मरे थे। उनमें से कुछ आधुनिक जीवों से मिलते-जुलते हैं (चित्र 6.2)। वे विलुप्त जीवों (जैसे डायनासोर) का प्रतिनिधित्व करते हैं। उपर्युक्त अध्ययन बतलाते हैं कि समय-समय पर पृथ्वी पर जीवन के रूप बदलते रहे हैं और कुछ रूप विशेष भूवैज्ञानिक काल तक ही सीमित रहे। अर्थात् जीवों के रूप विभिन्न कालों में प्रकट हुए। इन सभी को पैलेओंटोलोजिकल (पुराजीवी) प्रमाण कहा जाता है। क्या तुम्हें याद है कि जीवाश्मों की आयु की गणना किस प्रकार होती है? रेडियोऐक्टिव तिथि निर्धारण और इसके सिद्धांत क्या हैं?
चित्र 6.2 डाइनोसोरों का वंश-वृक्ष और उनके आज के मिलते-जुलते जीव जैसे मगरमच्छ, पक्षी आदि
विकास के लिए भ्रूणात्मक समर्थन भी अर्नेस्ट हेकल द्वारा प्रस्तावित किया गया। ये प्रमाण कुछ विशिष्ट संरचनाओं के प्रेक्षण पर आधारित थे जो सभी कशेरुकी जीवों के भ्रूण में उभयनिष्ठ रूप से पाए जाते हैं, परंतु वयस्क जंतुओं में अनुपस्थित होते हैं। उदाहरणतः मनुष्य सहित सभी कशेरुकी जंतुओं के भूरण में सिर के ठीक पीछे अवशेषी गलफड़ों की शृंखला विकसित होती है। गलफड़े केवल मत्स्य में ही क्रियाशील होते हैं तथा किसी अन्य वयस्क कशेरुकी जंतुओं में अनुपस्थित होते हैं परंतु यह प्रस्ताव कार्ल-अर्नेस्ट बेयर द्वारा सावधानीपूर्वक किए गए गहन अध्ययन के आधार पर अस्वीकार कर दिया गया। उसने देखा कि भ्रूण कभी भी अन्य जंतुओं की वयस्क अवस्थाओं से नहीं गुज़रता।
तुलनात्मक शरीर विज्ञान (शारीरिकी) या आकृति विज्ञान (आकारिकी) आज के जीवों में तथा वर्षों पूर्व विद्यमान जीवों के बीच एकरूपता एवं विभिन्नता दर्शाता है। इस प्रकार की समानताओं को साझे पूर्वजों के साथ के रिश्ते के रूप में जाना जा सकता है।
उदाहरण के लिए ह्वेल, चमगादड़ों, चीता और मानव (सभी स्तनधारी) अग्रपाद की अस्थियों में समानता दर्शाते हैं। वे यद्यपि भिन्न क्रियाकलाप संपन्न करते हैं; परंतु उनकी शारीरिक संरचना समान होती है; जैसे कि प्रगंडिका (ह्यूमरस), प्रकोष्ठिका (रेडिअस), अंतः प्रकोष्ठिका (अलना), मणिबंधिका (कार्पेल्स), करभिका ( मेटाकार्पेल्स) तथा अंगुलास्थि (फैलांजेस) आदि। भिन्न-भिन्न कार्य संपन्न करने के कारण वही रचना भिन्न रूप ले लेती है। ये अपसारी विकास है और यह संरचनाएँ समजातीय होती है; जिसमें समान पूर्वज परंपराएँ होती हैं। इस घटना को समजातता कहते हैं। इसके अन्य उदाहरण कशेरूकीय हृदयों एवं मस्तिष्कों की हैं। इसी प्रकार से पेड़ों में भी बोगनबिलिया एवं क्युकरबिटा के काँटों एवं प्रतानों (टेंड्रिल्स) में भी समजातता का प्रदर्शन दिखता है। तुल्यरूपता बिल्कुल विपरीत स्थिति को दिखलाती है। पक्षी एवं तितलियों के पंख लगभग एक समान दिखते हैं; लेकिन इनमें पूर्वज परंपरा सामान्य नहीं है और न ही शरीर की रचना में समानता है। भले ही वे समान क्रिया को संपन्न करते हैं। इसके अलावा अनुरूपता या तुल्यरूपता का उदाहरण ऑक्टोपस (अष्टभुज) तथा स्तनधारियों की आँखों की है या पेंग्विन और डॉल्फिन मछलियों के पक्षों (फ्लिपर्स) में अनुरूपता है। कोई तर्क दे सकता है कि समान आवासीय विशिष्टताओं के कारण जीव के समूहों ने समान अनुकूली विशिष्टताओं को चयनित किया; क्योंकि उनके कार्यकलाप समान थे फिर भी उनकी अनुरूपता का आधार अभिसारी विकास है। ठीक इसी प्रकार से समजातता भी अपसारी विकास पर आधारित है। तुल्यरूपता के अन्य उदाहरण शकरकंदी (जड़/मूल - रूपांतर) तथा आलू (तना-रूपांतर) (चित्र 6.3) है।
तर्क के ठीक इसी बिंदु पर, प्रोटीनों एवं जीनों की कार्यदक्षता की समानताएँ विविध जीवों की निश्चित क्रियाशीलता; एक सामान्य पूर्वज परंपरा का संकेत देती हैं। जैव रासायनिक समानताएँ भी ठीक उसी साझी वाली पूर्वज परंपरा की ओर इशारा करती हैं; जैसी कि विविध जीवों के बीच संरचनात्मक समानताओं में थीं।
मनुष्य ने पादपों एवं पशुओं को कृषि, बागवानी, खेल तथा सुरक्षा के लिए चुना और बहुत सारे जंगली जानवरों को पालतू बनाया तथा खेती-फसलें उगाईं। इन सघन प्रजनन कार्यक्रमों द्वारा नस्लें तैयार हुईं; जोकि अन्य वंश प्रकारों से भिन्न थीं (जैसे कुत्ता); लेकिन फिर भी वह उसी समूह से है। यह तर्क दिया जा रहा है कि यद्यपि मनुष्य सौ साल के भीतर नई नस्ल पैदा कर सकता है तो प्रकृति भी यही कार्य लाखों-लाख वर्ष में क्यों नहीं कर सकती।
चित्र 6.3 समजात अंगों के उदाहरण (अ) पौधे और (ब) जानवर
प्राकृतिक वरण के समर्थन में एक अन्य अवलोकन इंग्लैंड में शलभों (मॉथ) के संग्रह का है। शहरी क्षेत्रों में देखा गया है कि औद्योगिकीकरण शुरू होने के पूर्व अर्थात् 1850 ई. से पहले यदि संग्रह किया जाता तो पेड़ों पर श्वेत पंखी शलभ गहरे वर्णो के शलभों की अपेक्षा संख्या में अधिक होते। अब औद्योगिकीकरण के पश्चात् 1920 में किए गए संग्रह यह संकेत देते हैं कि ठीक उसी क्षेत्र में गहरे रंग के शलभ अधिसंख्यक थे अर्थात् अनुपात उलटा हो गया।
चित्र 6.4 श्वेत पंखों और काले पंखों वाले शलभों के वृक्ष के तने पर, के चित्र (अ) प्रदूषण रहित और (ब) प्रदूपित क्षेत्रों में
इस प्रेक्षण का स्पष्टीकरण इस प्रकार दिया गया। औद्योगिकीकरण के बाद वाली अवधि में उद्योगों के धुएँ और कालिख के कारण पेड़ों के तने काले पड़ गए। इस कारण शलभों का आखेट करने वाले प्राणियों की निगाह से काले शलभ बच गए और श्वेत शलभ अधिक मारे गए। औद्योगिकीकरण के पूर्व वृक्षों पर श्वेत लाइकेन उगा करते थे और इस पृष्ठभूमि में श्वेत शलभ बच जाते थे और काले शलभ शिकारियों की पकड़ में आ जाते थे। क्या आप जानते हैं कि लाइकेन औद्योगिक प्रदूषण के सूचक होते हैं। ये प्रदूषित स्थानों में नहीं उगते। इसीलिए शलभ इनके छद्मावरण में सुरक्षित रह पाते थे। इस मान्यता को समर्थन इस तथ्य से मिलता है कि ग्रामीण इलाकों में जहाँ औद्योगिकीकरण नहीं हुआ। अश्वेत शलभों की संख्या कम थी। मिश्र जीव संख्या में जो अनुकूलित हो गया; वह बचा रहा और उसकी संख्या बढ़ती गयी। याद रहे कि किसी भी जीव का पूर्ण विनाश नहीं होता।
ठीक इसी प्रकार, शाकनाशकों एवं कीटनाशकों के अत्यधिक प्रयोग के परिणाम स्वरूप कम समयावधि में केवल प्रतिरोधक किस्मों का चयन हुआ। ठीक यही बात सूक्ष्मजीवों के प्रति भी सही साबित होती है जिनके लिए हम प्रतिजैविक (ऐंटीबायोटिक) या अन्य दवाइयों को सुकेंद्रकी (यूकेरियोटिक) जीवों / कोशिकाओं के प्रति इस्तेमाल करते हैं। बहुत जल्दी ही; यदि शताब्दियों में नहीं तो महीनों और वर्षों की समयावधि में ही प्रतिरोधक जीव / कोशिकाएँ प्रकट हो रही हैं। यह एक मानवोद्भवी क्रियाओं द्वारा विकास का एक उदाहरण है। इसके साथ ही यह हमें बताता है कि निश्चयवाद के अर्थ में विकास एक प्रत्यक्ष प्रक्रिया नहीं है। यह एक प्रसंभाव्य प्रक्रम है, जो प्रकृति के संयोग, अवसरधारी घटना और जीवों में संयोग जन्य उत्परिवर्तन (म्यूटेशन) पर आधारित है।
6.4 अनुकूली विकिरण क्या है?
चित्र 6.5 फिंच पक्षियों की चोंचों की विविधता जो डारविन ने गैलपैगोस द्वीप में देखीं
डार्विन अपनी यात्रा के दौरान गैलापैगों द्वीप गए थे। जहाँ पर उन्होंने प्राणियों में एक आश्चर्यजनक विविधता देखी। विशेष रूचिकर बात यह थी कि उन्हें एक काली छोटी चिड़िया (डार्विन फिंच) ने उन्हें विशेष रूप से आश्चर्यचकित किया। उन्होंने महसूस किया कि उसी द्वीप के अंतर्गत विभिन्न प्रकार की फिंच भी पाई जाती हैं। जितनी भी किस्मों को उन्होंने परिकल्पित किया था, वे सभी उसी द्वीप में ही विकसित हुई थीं। ये पक्षी मूलतः बीजभक्षी विशिष्टताओं के साथ-साथ अन्य स्वरूप में बदलावों के साथ अनुकूलित हुईं और चोंच के ऊपर उठने जैसे परिवर्तनों ने इसे कीट भक्षी एवं शाकाहारी फिंच बना दिया (चित्र 6.5)। एक विशेष भू-भौगोलिक क्षेत्र में विभिन्न प्रजातियों के विकास का प्रक्रम एक बिंदु से शुरू होकर अन्य भू-भौगोलिक क्षेत्रों तक प्रसारित होने को अनुकूली विकिरण (ऐडेप्टिव रेडिऐशन) कहा गया। डार्विन की फिंच इस प्रकार की घटना का एक सर्वोत्तम उदाहरण प्रस्तुत करती है। एक अन्य उदाहरण आस्ट्रेलियाई मार्सुपियल (शिशुधानी प्राणियों) का है। अधिकांश मार्सुपियल जो एक दूसरे से बिल्कुल भिन्न (चित्र 6.6) थे; एक पूर्वज प्रभाव से विकसित हुए, और वे सभी आस्ट्रेलियाई महाद्वीप के अंतर्गत हुए हैं।
चित्र 6.6 आस्ट्रेलिया के शिशुधानी प्राणियों के अनुकूली विचरण
जब एक से अधिक अनुकूली विकिरण एक अलग-थलग भौगोलिक क्षेत्र में (भिन्न आवासों का प्रतिनिधित्व करते हुए) प्रकट होते हैं तो इसे अभिसारी विकास कहा जा सकता है। आस्ट्रेलिया के अपरास्तनी जंतु भी इस प्रकार के स्तनधारियों की किस्मों के विकास में अनुकूली विकिरण प्रदर्शित करती हैं, जिनमें से प्रत्येक मेल खाते मार्सुपियल (उदाहरणार्थ - अपरास्तनी भेड़िया तथा तस्मानियाई वूल्फ मारासुपियल) के समान दिखते हैं।
6.5 जैव विकास
प्राकृतिक वरण से विकास अपने वास्तविक अर्थ में तब शुरू हुआ होगा; जब जीवन के कोशिकीय रूपों ने अपनी चयापचयी क्षमताओं की विभिन्नता के कारण अपना जीवन आरंभ किया होगा।
विकास के डार्विन सिद्धांत का मूल तत्व प्राकृतिक चुनाव है। नए स्वरूप के प्रकटन की दर जीवन चक्र या जीवन अवधि से संबद्ध है। वे रोगाणु जो तेजी से विभाजित होते हैं उनमें बहुगुणन की क्षमता होती है और एक घंटे के भीतर करोड़ों व्यष्टि बन जाते हैं। जीवाणुओं (मान लीजिए-ए) की एक कोलोनी एक प्रदत्त विशेष माध्यम में बढ़ती है; क्योंकि भोज्य पदार्थ के एक घटक का उपयोग करने की क्षमता निहित है। माध्यम संघटक विशेष बदलाव जीव संख्या (मान लीजिए-बी) का केवल वह अंश सामने लाएगा, जो कि नई परिस्थितियों में उत्तरजीवित रह सके। एक समयावधि के दौरान यह परिवर्तन अन्यों से बाजी मार लेता है और एक नई प्रजाति (के रूप में) प्रकट होती है। यह कुछ दिनों के भीतर ही होता है। ठीक यही बात एक मछली या कुक्कुट (मुर्गी) के लिए लागू होती है जो लाखों वर्ष लेंगी; क्योंकि उसकी जीवन अवधि वर्षो लंबी होती है। यहाँ पर हम कह सकते हैं कि ‘ए’ की अपेक्षा ‘बी’ की उपयुक्तता बेहतर है। प्रकृति उपयुक्तता को चुनती है। हमें यह अवश्य याद रखना है कि यह तथाकथित उपयुक्तता उन विशिष्टताओं पर आधारित होती है जो की वंशानुगत होती हैं। अतः चयनित होने तथा विकास हेतु निश्चित ही एक आनुवंशिक आधार होना चाहिए। दूसरे शब्दों में कुछ जीव प्रतिकूल वातावरण में जीवित रहने में बेहतर अनुकूलित होते हैं। अनुकूलन क्षमता वंशानुगत होती है। इसका आनुवंशिक आधार होता है। अनुकूलनशीलता और प्रकृति द्वारा वरण की अंतिम परिणाम उपयुक्तता होता है।
चित्र 6.7 आस्ट्रेलियाई शिशुधानी और अपरा स्तनधारियों का अपसारी विकास दर्शाने वाला चित्र
शारबनी अवरोहण और प्राकृतिक वरण विकास के डार्विनीवाद की दो मुख्य संकल्पनाएँ हैं (अधिक स्पष्टीकरण हेतु देखें (चित्र 6.7 और 6.8 )। डार्विन से पहले, एक फ्रांसीसी प्रकृति विज्ञानी लामार्क ने कहा था कि जीव रूपों का विकास, अंगों के उपयोग एवं अनुपयोग के कारण हुआ। उन्होंने जिराफ का उदाहरण दिया, जिसमें ऊँचे पेड़ों के फुनगियों की पत्तियों को चरने के लिए अपने गर्दन की लंबाई बढ़ाकर अनुकूलन किया। इस लंबी गर्दन की प्राप्ति की विशिष्टिता को उत्तरवर्ती संततियों को प्रदान किया और वर्षो-वर्ष बाद जिराफ ने धीरे-धीरे इतनी लंबी गर्दन को प्राप्त किया। आज इस अटकलबाजी पर कोई विश्वास नहीं करता।
क्या विकास एक प्रक्रम है अथवा एक प्रक्रम का परिणाम है। आज हम जो दुनिया देख रहे हैं; चाहे वह अचेतन हो या चेतन, यह केवल विकास की क्रमिक कहानी है। जब हम दुनिया की इस कहानी की व्याख्या करते हैं तो हम विकास को एक प्रक्रम के रूप से वर्णित करते हैं। दूसरे शब्दों में, जब हम पृथ्वी पर जीवन की कहानी का वर्णन करते हैं; तब हम विकास के प्राकृतिक चुनाव नामक एक प्रक्रम के परिणामों की व्याख्या करते हैं। हम अभी तक पूरी तरह से स्पष्ट नहीं हैं कि हम विकास और प्राकृतिक चुनाव को एक प्रक्रम के रूप में देखें या फिर अज्ञात प्रक्रमों के अंतिम परिणाम के रूप में। को प्रभावित किया हो।
कि थॉमस मॉल्थस के समष्टि संदर्भ में किए कार्यों ने डार्विन को प्रभावित किया हो। प्राकृतिक चुनाव कुछ खास प्रेक्षणों पर आधारित है जो कि तथ्यात्मक है। उदाहरण के लिए, प्राकृतिक संसाधन सीमित हैं। मौसमी उतार-चढ़ावों को छोड़कर जीव संख्या स्थिर रहती है। एक जीव संख्या के सदस्य विशिष्टताओं में भिन्न होते हैं (वस्तुतः दो समष्टियाँ एक जैसी नहीं होती हैं।), यद्यपि ऊपरी तौर पर वे एक जैसे दिखते हैं। तथापि अधिकतर विविधिताएँ वंशागत होती हैं। यद्यपि वास्तविकता यह है कि सिद्धांत रूप में जीव संख्या विस्फोटक रूप से बढ़ सकती है। यदि हर एक स्वतंत्र जीव अधिकतम प्रजनन करें (इस तथ्य को बैक्टीरियाई जीवसंख्या की वृद्धि में देखा जा सकता है।) और यह तथ्य कि वास्तविकता में जीवसंख्या का आकार सीमित है, का मतलब है कि संसाधनों के लिए प्रतियोगिता है। केवल कुछ ही दूसरों की कीमत पर उत्तरजीवित रह पाते हैं जो कि स्वयं नहीं फल-फूल (उन्नति कर) सकते हैं। डार्विन की नूतनता एवं वैचारिक प्रगल्भता अंतर्विचार यह था कि उन्होंने दावा किया कि विविधताएँ जो कि वंशागत होती हैं और जो कुछ एक के लिए संसाधनों की उपयोगिता बेहतर बनाती हैं (पर्यावरण से बेहतर अनुकूलन करती हैं); केवल उन्हें ही इस योग्य बनाती हैं कि वे प्रजनन करें और अधिकाधिक संतति छोड़ जाएँ। इस प्रकार से, एक समयावधि के दौरान, बहुत सारी पीढ़ियों के बाद उत्तरजीवी अधिकाधिक संततियाँ छोड़ जाएँगे और वे जीवसंख्या की विशिष्टता में एक बदलाव होंगे और इस तरह पैदा होने के लिए नए स्वरूप प्रकट होते हैं।
6.6 विकास की क्रिया विधि
विविधता का उद्गम क्या है और प्रजाति की उत्पत्ति कैसे होती है? यद्यपि मेंडल ने ऐसे वंशानुक्रमी कारकों के विषय में बताया; जो दृश्य प्ररूप (फीनोटाइप) को प्रभावित करते हैं। डार्विन ने इस तरफ ध्यान नहीं दिया और इस विषय में चुप्पी ही साधी। बीसवीं सदी के प्रथम दशक में ह्यूगो डीवेरीज़ ने इवनिंग प्राइमरोंज पर काम करके म्यूटेशन (उत्परिवर्तन) के विचार को आगे बढ़ाया। म्यूटेशन का अर्थ है जीव संख्या में सहसा आने वाले बड़े-बड़े परिवर्तन। इनका मत था कि ये बड़े से उत्परिवर्तन ही विकास के कारण हैं न कि छोटी-छोटी विविधताएँ; जिन पर डार्विन ने बल दिया था। उत्परिवर्तन यादृच्छिक और दिशाहीन होते हैं जबकि डार्विन की विविधताएँ छोटी-छोटी और दिशावान। डार्विन के लिए विकास क्रमबद्ध होता है जबकि डीवेरीज़ के अनुसार उत्परिवर्तन ही प्रजाति (स्पीशीज) की उत्पत्ति का कारण है। इन्होंने इसे साल्टेशन (विशाल उत्परिवर्तन का बड़ा कदम) बताया। समष्टि आनुवंशिकी में किए गए बाद के अध्ययनों से इसमें स्पष्टता आ गयी।
6.7 हार्डी-वेनवर्ग सिद्धांत
हार्डी-वेनवर्ग सिद्धांत कहता है कि एक जीव संख्या में अलील (युग्मविकल्पी) आवृत्तियाँ और उनके लोकस (विस्थल) सुस्थिर होती हैं, जो एक पीढ़ी से दूसरी पीढ़ी तक निरंतर रहते हैं।
चित्र 6.8 (अ) स्थायीकारक (ब) दिशात्मक और विदारक लक्षणों पर प्राकृतिक वरण की संक्रिया का आरेखी प्रतिरूपण
जीन कोश (कुल जीव संख्या में जीनें व उन युग्मविकल्पी) सदा अपरिवर्तनीय रहते हैं। इसे आनुवंशिक संतुलन कहते हैं। सभी अलील आवृत्तियाँ 1 होती हैं तथा व्यष्टिगत आवृत्तियों को पी, क्यू, (p.q) आदि कहा जा सकता है। द्विगुणित में, $p$ तथा $q$ अलील $A$ तथा अलील $a$ की आवृत्ति का प्रतिनिधित्व करते हैं। एक जीव संख्या में $\mathrm{AA}$ की आवृत्ति साधारणतय: $\mathrm{p}^{2}$ होती है। ठीक इसी प्रकार से की आवृत्ति $\mathrm{q}^{2}$ होती है और $\mathrm{Aa}$ की $2 \mathrm{pq}$ होती है। अत: $\mathrm{p}^{2}+2 \mathrm{pq}+\mathrm{q}^{2}=1$ हुआ। यह $(\mathrm{p}+\mathrm{q})^{2}$ की द्विपदी अभिव्यक्ति है, ठीक यही जब नापी गयी आवृत्ति, अपेक्षित मान से भिन्न होती है, यह भिन्नता (दिशा) विकासीय परिवर्तन की व्यापकता का संकेत देती है। आनुवंशिक साम्यता में विभिन्नता, जैसे कि-एक जीव संख्या में अलील की आवृति में परिवर्तन के परिणाम स्वरूप विकास होता है।
पाँच घटक हार्डी-वेनवर्ग साम्यता को प्रभावित करते हैं। ये हैं जीन पलायन या जीन प्रवाह, आनुवंशिक विचलन, उत्परिवर्तन, आनुवंशिक पुनर्योग तथा प्राकृतिक वरण। जब जीव संख्या का स्थान परिवर्तन होता है तो जीन आवृतियाँ भी बदल जाती हैं। यह दोनों मौलिक तथा नई जीव संख्या में होता है। नयी समष्टि में नई जीनें और अलीलें (युग्मविकल्पी) जोड़ दी जाती हैं और पुरानी समष्टि से ये घट जाती हैं। यदि यह जीन संस्थानांतरण बार-बार होता है तो जीन प्रवाह संभव हो जाता है। यदि यह परिवर्तन संयोगवश होता है तो आनुवंशिक अपवाह (जेनेटिक ड्रिफ्ट) कहलाता है। कभी-कभी अलील आवृत्ति का यह परिवर्तन समष्टि के नए नमूने में इतना भिन्न हो जाता है तो वह नूतन प्रजाति (स्पीशीज़) ही हो जाती है। मौलिक अपवाहित समष्टि संस्थापक बन जाती है और इस प्रभाव को संस्थापक प्रवाह कहा जाता है।
सूक्ष्म जीवों में किए गए प्रयोग दर्शाते हैं कि जब पूर्व विद्यमान लाभकारी उत्परिवर्तनों का वरण होता है तब परिणाम स्वरूप नए फीनोटाइपों (दृश्य प्ररूपों) का आविर्भाव होता है। कुछ पीढ़ियों के बाद यही नव प्रजाति (स्पीशीज़) की उत्पत्ति हो जाएगी। प्राकृतिक वरण वह प्रक्रम है, जिससे अधिक जीवन सम वंशानुगत विविधता को जनन के अधिक अवसर मिलते हैं और संताने अधिक संख्या में उत्पन्न होती हैं। तार्किक विश्लेषण हमें विश्वास दिलाता है कि उत्परिवर्तन या युग्मकोत्पादन के दौरान का पुनर्योजन या जीन अपवाह का परिणाम होता है-जीन आवृत्ति या अलील का आगामी पीढ़ी में परिवर्तन। जनन की सफलता के सहारे से प्राकृतिक वरण इसको भिन्न समष्टि का आभास दे देता है। प्राकृतिक वरण स्थायित्व प्रदान करता है (व्यष्टियों को लक्षण प्राप्त होना) दिशात्मक परिवर्तन या विदारण (डिसरप्शन) जो वितरण वक्र के दोनों सिरों में होता है (चित्र 6.8)।
6.8 विकास का संक्षिप्त विवरण
चित्र 6.9 भूवैज्ञानिक कालों में होकर पादपों के विकास का चित्र
लगभग 2000 मिलियन वर्ष पूर्व पृथ्वी पर जीवन का प्रथम कोशिकीय रूप प्रकट हुआ। विशाल बृहदणु का गैर कोशकीय पुंज झिल्लीयुक्त आवरण के साथ कोशिका में कैसे विकसित हुआ, इसकी क्रियाविधि अज्ञात रही। इनमें से कुछ कोशिकाओं में ऑक्सीजन $\left(\mathrm{O}_{2}\right)$ को मुक्त करने की क्षमता थी। यह अभिक्रिया संभवतः प्रकाश संश्लेषण में प्रकाश अभिक्रिया के समान ही रही होगी। जहाँ पर पानी संगृहीत होकर सौर ऊर्जा की सहायता से विघटित होता है। यह ऊर्जा प्रकाश संग्राही वर्णकों से प्रेरित होती है। धीरे-धीरे एक कोशिकीय जीव बहुकोशिकीय जीवों में परिवर्तित हुए। 500 मिलियन वर्ष पूर्व अकशेरुकी जीव बने एवं क्रियाशील हुए। जबड़े रहित मछली संभवतः 350 मिलियन वर्ष पूर्व विकसित हुई। समुद्री खरपतवार एवं कुछ पादप संभवतः 320 मिलियन वर्ष पूर्व अस्तित्व में आए। हमने पहले भी बताया था कि जो पहले जीव धरती पर प्रकट हुए, वे पादप थे। जब धरती पर पशु अस्तित्व में आए तब ये पादप धरती पर खूब फैल चुके थे। मजबूत एवं सुदृढ़ पखों वाली मछलियाँ धरती पर आ जा सकती थीं। ऐसा लगभग 350 मिलियन वर्ष पूर्व संभव हुआ था। सन् 1938 में दक्षिण अफ्रीका में एक मछली पकड़ी गई जो सीलाकेंथि थी, जिसे विलुप्त मान लिया गया था। ऐसे प्राणियों को लोबेफिन (पालिपरव) कहा गया जो कि पहले उभयचर प्राणी के रूप में विकसित हुए और जो जल एवं थल दोनों पर ही रहे ।
चित्र 6.10 भूवैज्ञानिक कालों में होकर कशेरूकियों का विकासीय इतिहास का चित्रण
हमारे पास आज इनका कोई भी नमूना नहीं बचा है। हालाँकि ये आधुनिक युग के प्राणी मेंढक एवं सैलामैंडर (सरट) जीवों के पूर्वज थे। यही उभयचर प्राणी सरीसृपों के रूप में विकसित हुए। ये मोटे कवच वाले अंडे देते हैं जो उभयचर अंडों की तरह धूप में सूख नहीं जाते। एक बार फिर आज हम इनके केवल उत्तराधिकारी कच्छप, कछुआ, तथा मगर (क्रोकोडाइल) या घड़ियाल ही देख सकते हैं। अगले 200 मिलियन वर्ष बाद, विभिन्न आकार एवं आकृति वाले सरीसृपों ने पृथ्वी पर अधिपत्य कायम किया। विशाल पर्णांग (फर्न) या टेरिडोफाइट उपस्थित थे; किंतु वे सभी धीरे-धीरे मर कर कोयले के भंडार बन गए। इनमें से कुछ सरीसृप पुनः पानी में वापस चले गए और लगभग 200 मिलियन वर्ष पूर्व संभवतः मछली जैसे सरीसृप (जैसे इक्थियोसाएस) के रूप में प्रकट हुए। पृथ्वी पर रहने वाले सरीसृप निश्चित ही डायनासौर थे। इनमें सबसे बड़ा अर्थात् ट्राइरैनोसोरस रेक्स लगभग 20 फुट ऊँचा तथा विशाल डरावने कटार जैसे दाँतों वाला था। लगभग 65 मिलियन वर्ष पूर्व अचानक पृथ्वी से डायनासौर समाप्त हो गए। हमें इसके सही कारणों का पता नहीं हैं। कुछ लोगों का मत है कि वातावरण एवं जलवायु परिवर्तनों ने इन्हें मारा। कुछ लोग मानते हैं कि इनमें से ज्यादातर पक्षियों के रूप में विकसित हो गए। सत्य शायद इन्हीं दोनों के बीच निहित हैं। उस युग के छोटे सरीसृप आज के दौर में भी विद्यमान है।
पहले स्तनधारी प्राणी श्रू (मंजोरू) थे इसके जीवाश्म (फोसिल) छोटे आकार के हैं। स्तनधारी प्राणी जरायुज होते हैं तथा उनके अजन्मे शिशु माँ के शरीर के अंदर (गर्भ में) सुरक्षित रहते हैं। स्तनधारी प्राणी छोटे से छोटे खतरों के प्रति सतर्क रहने एवं बचाव करने में बुद्धिमान होते थे। जब सरीसृपों की कमी हुई, तब स्तनधारी प्राणियों ने स्थल पर कब्जा कर लिया। यहाँ पर दक्षिण अमेरिकी स्तनधारी घोड़े से मिलता-जुलता, हिप्पोपोटैमस (दरियाई घोड़ा), भालू तथा खरगोश आदि थे। महाद्वीपीय विचलन के कारण जब दक्षिणी एवं उत्तरी अमरीका एक दूसरे से जुड़े तो इन जीवों ने उत्तर अमरीका तक विस्तार बनाया और ये उत्तरी अमरीकी प्राणि जगत पर छा गए। महाद्वीपीय विस्थापन के कारण जब दक्षिणी अमरीका उत्तरी अमरीका से मिल गया तो ये जीव उत्तरी जंतुओं के दबाव में आ गए और वे बहुसंख्य हो गए। महाद्वीपीय विस्थापन के कारण ही आस्ट्रेलियाई स्तनधारी (जैसे कंगारू आदि) जीवित रहे; क्योंकि उन्हें दूसरे अन्य स्तनधारी जीवों से कम प्रतियोगिता थी।
कहीं हम यह बताना भूल तो नहीं गए कि कुछ स्तनधारी प्राणी पूरी तरह से जल में ही रहते हैं जैसे कि हवेल, डालफिन, सील तथा समुद्री गाएँ आदि। हाथी, घोड़े एवं कुत्ते के विकास की बातें विकास की विशिष्ट कहानियाँ हैं। इसके बारे में आप उच्च कक्षाओं में पढ़ेंगे। मनुष्य का विकास सर्वाधिक सफलता की कहानी है। इसके पास भाषा, कौशल एवं आत्मबोध या स्वचेतना है।
जीवन के स्वरूपों के विकास, भू-भौगोलिक मापदंड पर उनकी समय तथा भू-भौगोलिक समयावधि एवं उनके संकेतों को स्थूल रेखा चित्रों 6.9 व 6.10 में दर्शाया गया है।
6.9 मानव का उद्भव और विकास
लगभग 15 मिलियन वर्ष पूर्व ड्रायोपिथिकस तथा रामापिथिकस नामक नरवानर विद्यमान थे। इन लोगों के शरीर बालों से भरपूर थे तथा गोरिल्ला एवं चिपैंजी जैसे चलते थे। रामापिथिकस अधिक मनुष्यों जैसे थे जबकि ड्रायोपिथिकस वनमानुष (ऐप) जैसे थे। इथोपिया तथा तंजानिया (चित्र 6.11) में कुछ जीवाश्म (फासिल) अस्थियाँ मानवों जैसी प्राप्त हुई हैं। ये जीवाश्म मानवी विशिष्टताएँ दर्शाते हैं जो इस विश्वास को आगे बढ़ाती हैं कि 3-4 मिलियन वर्ष पूर्व मानव जैसे नर वानर गण (प्राइमेट्स) पूर्वी-अफ्रीका में विचरण करते रहे थे। ये लोग संभवतः ऊँचाई में 4 फुट से बड़े नहीं थे; किंतु वे खड़े होकर सीधे चलते थे। लगभग 2 मिलियन वर्ष पूर्व ओस्ट्रालोपिथेसिन (आदिमानव) संभवतः पूर्वी अफ्रीका के घास स्थलों में रहता था। साक्ष्य यह प्रकट करते हैं कि वे प्रारंभ में पत्थर के हथियारों से शिकार करते थे, किंतु प्रारंभ में फलों का ही भोजन करते थे। खोजी गई अस्थियों में से कुछ अस्थियाँ बहुत ही भिन्न थीं। इस जीव को पहला मानव जैसे प्राणी के रूप में जाना गया और उसे होमो हैबिलिस कहा गया था। उसकी दिमागी क्षमता 650-800 सीसी के बीच थी। वे संभवतः माँस नहीं खाते थे। 1991 में जावा में खोजे गए जीवाश्म ने अगले चरण के बारे में भेद प्रकट किया। यह चरण था होमो इरैक्टस जो 1.5 मिलियन वर्ष पूर्व हुआ। होमो इरैक्टस का मस्तिष्क बड़ा था जो लगभग 900 सीसी का था।
चित्र 6.11 आधुनिक वयस्क मानव, शिशु चिंैैंजी और वयस्क चिंपैंजी की खोपड़ियों की तुलना। शिशु चिंैंजी की खोपड़ी अधिक मानव सम है अपेक्षाकृत वयस्क चिंैंजी की खोपड़ी के।
होमो इरैक्टस संभवतः माँस खाता था। नियंडरटाल मानव 1400 सीसी आकार वाले मस्तिष्क लिए हुए, 100,000 से 40,000 वर्ष पूर्व लगभग पूर्वी एवं मध्य एशियाई देशों में रहते थे। वे अपने शरीर की रक्षा के लिए खालों का इस्तेमाल करते थे और अपने मृतकों को जमीन में गाड़ते थे। होमो सैंपियंस (मानव) अफ्रीका में विकसित हुआ और धीरे-धीरे महाद्वीपों से पार पहुँचा था तथा विभिन्न महाद्वीपों में फैला था, इसके बाद वह भिन्न जातियों में विकसित हुआ। 75,000 से 10,000 वर्ष के दौरान हिमयुग में यह आधुनिक युगीन मानव पैदा हुआ। मानव ने प्रागैतिहासिक गुफा-चित्रों की रचना लगभग 18,000 वर्ष पूर्व हुई। कृषि कार्य लगभग 10,000 वर्ष पूर्व आरंभ हुआ और मानव बस्तियाँ बनना शुरू हुईं। बाकी जो कुछ हुआ वह मानव इतिहास या वृद्धि का भाग और सभ्यता की प्रगति का हिस्सा है।
सारांश
पृथ्वी पर जीवन के उद्भव को समझने के लिए ब्रह्मांड और पृथ्वी के उद्गम की जानकारी की पृष्ठभूमि अपेक्षित है। अधिकांश वैज्ञानिकों का विश्वास रासायनिक विकास में है अर्थात् जीवन के प्रथम कोशिकीय रूपों के उदय के पूर्व द्वि-अणु पैदा हुए। प्रथम जीवों के बाद की उत्तरोत्तर घटनाक्रम कल्पना मात्र है जिसका आधार प्राकृतिक वरण द्वारा जैव विकास संबंधी डार्विन का विचार है। करोड़ों वर्षों के दौरान जीवन में विविधता रही है। माना जाता है कि जीव संख्या की विविधता परिवर्ती चरणों के दौरान हुई। आवास विखंडन और आनुवंशिक प्रवाह ने नव प्रजाति की उत्पत्ति में सहायता की और इस प्रकार विकास संभव हो सका। शाखावत् अवतरण का स्पष्टीकरण सहजातता ने किया। तुलनात्मक शरीर रचना, जीवाश्म तथा तुलनात्मक जीव रसायन विकास के प्रमाण उपस्थित करते हैं। व्यक्तिगत प्रजाति के विकास की कहानियों में आधुनिक मानव की विकास कथा सबसे रोचक है और लगता है यह मानव मस्तिष्क और भाषा में विकास के समानांतर चलता है।
अभ्यास
1. डार्विन के चयन सिद्धांत के परिप्रेक्ष्य में जीवाणुओं में देखी गई प्रतिजैविक प्रतिरोध का स्पष्टीकरण करें।
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2. समाचार पत्रों और लोकप्रिय वैज्ञानिक लेखों से विकास संबंधी नए जीवाश्मों और मतभेदों की जानकारी प्राप्त करें।
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3. ‘प्रजाति’ की स्पष्ट परिभाषा देने का प्रयास करें।
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4. मानव-विकास के विभिन्न घटकों का पता करें (संकेत - मस्तिष्क साइज और कार्य, कंकाल-संरचना, भोजन में पसंदगी आदि)।
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5. इंटरनेट (अंतरजाल-तंत्र) या लोकप्रिय विज्ञान लेखों से पता करें कि क्या मानवेत्तर किसी प्राणी में आत्म संचेतना थी।
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6. इंटरनेट (अंतरजाल-तंत्र) संसाधनों के उपयोग करते हुए आज के 10 जानवरों और उनके विलुप्त जोड़ीदारों की सूची बनाएँ (दोनों के नाम दें)।
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7. विविध जंतुओं और पौधों के चित्र बनाएँ।
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8. अनुकूलनी विकिरण को एक उदाहरण का वर्णन करें।
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9. क्या हम मानव विकास को अनुकूलनी विकरण कह सकते हैं?
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10. विभिन्न संसाधनों जैसे कि विद्यालय का पुस्तकालय या इंटरनेट (अंतरजाल-तंत्र) तथा अध्यापक से चर्चा के बाद किसी जानवर जैसे कि घोड़े के विकासीय चरणों को खोजें।
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