چرا تکامل اغلب اوقات به سود حیوانات کوچک است؟

از دید تکاملی «کوچک» زیبا است. بزرگ‌ترین دایناسورها، پتروسورها و پستانداران شاید شگفت‌انگیز به نظر برسند، اما تعداد این جانوران غول‌پیکر بسیار کمتر از باکتری‌های میکروسکوپی، جلبک‌های تک‌سلولی و قارچ‌ها است. این موجودات زنده کوچک بسیار باستانی و انعطاف‌پذیر هستند.

اولین شواهد ظهور موجودات زنده‌ی تک سلولی به حدود ۳٫۸ میلیارد سال پیش، در فاصله‌ی اندکی پس از شکل‌گیری زمین بازمی‌گردد. در آن زمان زمین به اندازه‌ی کافی برای ظهور حیات زیستی سرد شده بود. حیوانات چند سلولی در فاصله‌ی کمتر از یک میلیارد سال گسترش یافتند و پس از نیم‌میلیارد سال حیوانات بزرگ‌تر و پیچیده‌تر پدید آمدند. سیاره زمین در بخش زیادی از تاریخش، مملو از موجودات زنده‌ای بود که قطر آن‌ها از تار موی انسان بیشتر نبود.

حیوانات بزرگ معمولا زمان بیشتری را برای رشد و بلوغ نیاز دارند، بنابراین تولیدمثلشان آهسته‌تر است. بااینکه زمان تولید برای موش‌ها (مدت زمان لازم برای رشد یک نوزاد و زایمان آن) به ۱۲ هفته می‌رسد، این بازه برای فیل‌ها ۲۵ سال است.

مجموعه باکتری‌ها

گونه‌های بزرگ‌تر معمولا با سرعت آهسته‌تری به تکامل می‌رسند و قدرت سازگاری آن‌ها با تغییرات بلندمدت فیزیکی و محیط‌زیست کمتر است. همچنین موجودات بزرگ‌تر در رویدادهای انقراض جمعی، وداع سخت‌تری را تجربه خواهند کرد. در برخورد سیارکی که حدود ۶۶ میلیون سال پیش به محو دایناسورها انجامید، حیواناتی که ابعادشان از یک گربه اهلی بزرگ‌تر بود، جان سالم به در نبردند.

هرچقدر ابعاد جانوری بزرگ‌تر باشد به سرعت تولیدمثل آهسته‌تر و ویژه‌سازی بیشتر نیاز دارد و هردوی این‌ها می‌توانند احتمال بقا در تحولات محیطی را کاهش دهند. برای مثال، مهره‌داران بزرگ‌تر به استخوان‌های ضخیم‌تر و ماهیچه‌های بزرگ‌تر نیاز دارند. اگر موش به ابعاد فیل برسد و سعی کند راه برود، به سرعت استخوان‌هایش شکسته خواهند شد.

بنابراین عجیب نیست که بسیاری از گروه‌های جانوری و اولین شاخه‌های آن‌ها ابعاد کوچکی داشتند. گروه‌های خواهر حشرات بالدار، حشره دم فنری کوچک (اغلب کمتر از ۶۶ میلی‌متر) هستند، در حالی که تاردیگریدهای میکروسکوپی یا «خرس‌های آبی» گروه خواهر بندپایان (شامل عنکبوت‌ها و سخت‌پوستان) و کرم‌های مخملی به شمار می‌روند.

اولین پستاندارها و برخی از اولین دایناسورها مثل ائوراپتور که کمتر از دو متر طول داشت، در مقایسه با همتایان غول‌پیکر نسل‌های بعدی خود نسبتا کوچک بودند.

مزایای زیادی برای حیوانات غول‌پیکر وجود دارند. ابعاد بزرگ‌تر باعث می‌شود این حیوانات راحت‌تر از شکارچیان بگریزند. برای مثال فیل‌ها و نهنگ‌ها نسبت به انسان‌ها دشمنان کمتری دارند. همچنین این حیوانات می‌توانند راحت‌تر شکار کنند و از مشکلات موقتی راحت‌تر از رقبای خود بگریزند. موجودات زنده‌ی بزرگ‌تر همچنین در حفظ گرما عملکرد بهتری دارند و از هوش بیشتری برخوردارند.

با این‌حال دانشمندان بر این باورند که حد بالایی برای اندازه‌ی سلول‌ها وجود دارد. مکانیک تقسیم سلولی در ابعاد بسیار کوچک و بسیار بزرگ شکسته می‌شود. تمام موجودات زنده باید با محدودیت‌های فیزیکی جهان مقابله کنند. سلول‌های بزرگ‌تر مساحت سطح کمتری به ازای هر واحد حجمی دارند. این یعنی حرکت طبیعی مولکول‌های گاز، مواد مغذی و ضایعات، درون و بیرون سلول بدون یک سیستم انتقال کافی نیست. این مولکول‌ها همچنین باید مسافت بیشتری را در سلول‌های بزرگ‌تر بپیمایند.

سلول واحد برای نسبت مساحت سطح (SA) به حجم (V)

در نتیجه رسیدن یک موجود زنده به ابعاد بزرگ‌تر دو نکته‌ی مهم را دربر دارد. در درجه‌ی اول گروه‌بندی تعداد زیادی از سلول‌ها تا بتوانند با یکدیگر کار کنند؛ و در درجه‌ی دوم، ساخت سلول‌های مختلف مخصوص وظایف متفاوت مثل پشتیبانی ساختاری، هضم غذا و حرکت مولکول‌هایی مثل اکسیژن و کربن‌دی‌اکسید به محیط اطراف.

راه‌حل جایگزین تبدیل شدن به موجودی تخت یا نخ‌مانند (مثل کرم‌های یال‌اسبی) یا موجودی تخت و باریک مثل کرم‌های پهن است. این جانوران نیازی به سیستم انتقال داخلی ندارند، زیرا هیچ‌کدام از سلول‌هایشان یا محتوای آن‌ها از هوای اطراف یا آب دور نیستند.

ادوارد کوپ، دیرینه‌شناس (۱۸۹۷-۱۸۴۰)، نشان داد که در تمام تبارها، تمایل گونه‌ها به افزایش اندازه در یک دوره‌ی تکاملی است. با اینکه این دیدگاه از نظر آماری صحیح است، استثناهایی هم وجود دارد و اغلب اوقات رویدادهای انقراض جمعی می‌توانند باعث کوچک‌تر شدن موجودات در انتهای طیف شوند.

کرم پهن فرش ایرانی

با ترسیم توزیع اندازه برای تقریبا تمام گروه‌های اصلی جانوران، به یک الگوی اریب مثبت می‌رسیم: اغلب گونه‌ها به کوچک‌ترین ابعاد در یک گروه مشخص نزدیک‌ هستند و تعداد اندکی گونه‌های بزرگ دیده می‌شوند. برای مثال، تعداد گونه‌های حشرات نسبت به تمام گونه‌های جانوری بیشتر است (حدود ۵ میلیون گونه) و به همین دلیل حشره‌ها موفق‌ترین گروه‌های جانوری روی زمین به شمار می‌روند.

اغلب حشره‌ها به گروه سوسک‌ها تعلق دارند که طول میانگین بدن آن‌ها ۶ میلی‌متر است. حشره‌های غول‌پیکری مثل سوسک هرکول (طول ۱۷ سانتی‌متر) و سوسک فیلی (طول ۱۳ سانتی‌متر) بسیار کمیاب هستند. جانوران در ابعاد کوچک می‌توانند به گوناگونی بیشتری برسند، منابع غذایی را بهتر تقسیم کنند و در یک زیستگاه تعداد بیشتری از آن‌ها زندگی کنند. حشره‌ها در این استراتژی مهارت دارند.

سوسک فیلی در آمریکای مرکزی

با وجود تمایل موجودات زنده به تکامل به ابعاد بزرگ‌تر، ساده‌ترین و کوچک‌ترین موجودات زنده دارای توانایی‌های خارق‌العاده‌ای هستند که بسیاری از موجودات بزرگ‌تر از آن‌ها محروم‌اند. بسیاری از گونه‌های شدید‌دوست کوچک (اکستریموفیل) می‌توانند از محیط‌هایی جان سالم به در ببرند که دیگر موجودات از آن‌ها زنده بیرون نمی‌آیند.

برخی آرکی‌ها (موجودات تک‌سلولی بدون هسته) می‌توانند در برابر دماهای بیش از ۲۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد در اطراف مجراهای اعماق دریا جان سالم به در ببرند. همچنین گونه‌های دیگر می‌توانند در آب‌های شور، تراکم آلکالین و اسید زنده بمانند. به‌طور مشابهی جانوران کوچک موسوم به تاردیگرید می‌توانند در برابر دماهای بین ۱۵۰ تا منفی ۲۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد، خلأ فضا، محیط خشک و ۱۰۰۰ برابر پرتوهایی که می‌توانند برای انسان کشنده باشند، دوام بیاورند.

همچنین کرم‌های لوله‌ای می‌توانند در عمق بیش از ۳ کیلومتری از یک صخره‌ی سنگی زنده بمانند. به باور برخی دانشمندان، میکروب‌ها می‌توانند از سفرهای میان‌سیاره‌ای داخل شهاب‌سنگ‌ها جان سالم به در ببرند. آن‌ها تصور می‌کنند هر گونه حیاتی که در منظومه‌ی شمسی پیدا کنیم، احتمالا ریشه‌ی مشترکی با حیات روی زمین دارد و از ابعاد کوچک آغاز شده است.