فرگشت – بخش دوم – فصل اول – سوخت و ساز

بخش دوم عنصر انساني

فصل اول عنصر انسانی 

سوخت‌وساز

انسان، پيش از هر چيز، موجودی زنده و بنابراين ماشينی بيوشيميايی است. ماشيني كه هم‌چون تمام سيستم‌هاي ديگر، از ماده، انرژي و اطلاعات تشكيل يافته است. افزايش پيچيدگی انسان در مسير تكاملش، علاوه بر نمودهای رفتاری و عصب‌شناختي كه به حوزه‌ي اطلاعات مربوط مي‌شوند، پيامدهاي برجسته و آشكار ديگري هم در حوزه‌ي انرژيایي داشته است.

يكی از نخستين كسانی كه به مفاهيم انرژيايی تكامل جانوران توجه كرد، سويرتزوف^[1] بود كه در سال 1934 م. مقاله‌‌‌ای در اين زمينه نوشت. او در اين نوشتار به اين نكته اشاره كرده بود كه انگار در طول تكامل، مقدار انرژی مصرفی سرانه‌‌‌ی جانوران افزايش می‌‌‌يابد. بعد از سی سال، دالكين^[2] در سال 1968 م. بار ديگر به اين موضوع توجه نشان داد و وجود نوعی رابطه‌‌‌ی نمايی بين وزن بدن و مقدار اكسيژن صرف‌شده برای سوخت‌وساز را نشان داد.

بررسی‌‌‌های نظری دقیق‌تر هم چنين الگویی را نشان می‌‌‌دهد. چنين به نظر می‌‌‌رسد كه هم‌زمان با پيچيده‌‌‌تر شدن جانوران در مسير تكامل، سرعت سوخت‌وساز پايه‌‌‌ی آن‌ها هم افزايش يافته باشد. با توجه به این‌که بالا رفتن مصرف انرژی ــ هر چند با بيشتر شدن بازده ماشين بيوشيميايی سلول همراه باشد ــ در نهايت مقدار خام انرژی هدر رفته را هم بيشتر خواهد كرد، می‌‌‌بينيم كه مقدار انرژی گرمايی توليدشده بر واحد وزن بدن جانوران به تدريج بيشتر شده است.

اگر با توجه به شواهد ديرين‌‌‌شناختی بالا رفتن سرعت سوخت‌وساز در جانوران را بازسازی كنيم، می‌‌‌بينيم كه اين سرعت با مقدار تقریباً ثابتی در تاريخ حيات افزايش يافته است. واحدی كه با آن تغييرات سرعت متابوليسم را می‌‌‌سنجند، وات بر كيلوگرم بر ميليون سال است. بر مبنای اين واحد، به نظر می‌‌‌رسد كه مقدار ثابت افزايش سوخت‌وساز پايه در جانوران دارای ضريبی برابر بر سال باشد. به عبارت ديگر نيمه‌عمر مورد نياز برای دوبرابر شدن شدت سوخت‌وساز به طور متوسط هشتاد و يك ميليون سال است.

اگر از چند استثنا، مانند جانوران ساده و باکتری‌های گرمادوست^[3]، بگذريم با نوعی حدِ طبيعی در شاخه‌‌‌های گوناگون جانوری روبه‌رو خواهيم شد. يعنی جانوران در هر شاخه‌‌‌ی تكاملی آن‌قدر سرعت سوخت‌وساز خود را افزايش داده‌‌‌اند كه گرمای هدررفته‌‌‌ی اضافی برای ثابت نگه‌داشتن دمای بدن‌شان كافی شده است. بدن جانداران، در واقع، نوعی محلول كلوئيدی آبی با ظرفيت گرمايی ويژه‌‌‌ی بالاست، پس مقدار گرمای مورد نياز برای تثبيت دمای آن به نسبت بالاست و از بهره‌‌‌وری بالای دستگاه بيوشيميايی متولی متابوليسم موجود حكايت می‌‌‌كند. به نظر می‌‌‌رسد كه سير صعودی متابوليسم با رسيدن به اين حدِ خونگرمی توقف كرده و تمام گونه‌‌‌های وابسته به يك خط‌راهه‌‌‌ی تكاملی كه به حالت خونگرمی رسيده‌‌‌اند دمای يكسانی را، مستقل از پيچيدگی‌‌‌های خويشاوندی‌‌‌شان، حفظ كرده‌‌‌اند. حد بالايی مورد نظر برای پستانداران بين 38ـ36 و برای پرندگان 43ـ40 درجه‌‌‌ی سانتی‌‌‌گراد است. برخی از حشرات خونگرم مانند زنبورها مقاديری بالاتر تا حد 45 درجه را هم تجربه كرده‌‌‌اند. اما به نظر می‌‌‌رسد كه وجود اين حد نهايی رشد سوخت‌وساز، به دمای بحرانی عامی (حدود 45 درجه) مربوط باشد كه در بالاتر از آن پروتئين‌‌‌ها و آنزيم‌ها امكان فعاليت را از دست می‌‌‌دهند و واسرشته^[4] می‌‌‌شوند.^[5]

يك موجود زنده، اگر از زاويه‌‌‌ی دانش بيوشيمی نگريسته شود، مجموعه‌‌‌ای از چرخه‌‌‌های شيميايی پيچيده و درهم‌‌‌بافته است كه سر و ته مشخصی ندارند و تنها به صورت چرخه‌‌‌ای بسته و خودسازمانده معنا می‌‌‌يابند. اين چرخه‌‌‌های بيوشيميايی، در زمینه‌ای آبی كار می‌‌‌كنند و كاركرد اصلی‌‌‌شان همانندسازی مولكول‌هايی است كه اطلاعات كافی برای بازسازی كل اين چرخه‌‌‌ها را در خود حفظ كرده‌‌‌اند. به اين ترتيب، بدن جاندار چيزی جز مجموعه‌‌‌ی اين چرخه‌‌‌ها نيست كه هم‌چون ماندالایی یکپارچه در فضای حالت شيميايی خود با سرعتی مشخص به گردش مشغولند.

سرعت متابوليسم يك موجود، نمودی از سرعت گردش اين چرخه‌‌‌های بيوشيميايی است. هرچه سرعت اين چرخه‌‌‌ها بيشتر باشد، نياز موجود به ماده، انرژی و اطلاعات بيشتر است و با سرعت بیشتری منابع اطراف خود را مورد استفاده قرار می‌‌‌دهد. اين سرعت بالای مصرف منابع، با سرعت زياد توليد مثل و بنابراين بالاتر رفتن شايستگی زيستی هم نسبت دارد. اگر اين روند را فراگيرتر بنگريم، می‌‌‌بينيم كه بالا رفتن سرعت گردش اين چرخه‌‌‌ها، با فشرده‌‌‌تر شدن نسل‌ها در طول زمان و بالا رفتن چگالی تغييرپذيری موجودات هم همراه خواهد بود.

اين بدان معناست كه تكامل و شاخه‌‌‌زايی گونه‌‌‌ها هم با سرعتی بيشتر صورت می‌‌‌گيرد و بنابراين تنوع زيستی عمومی هم بيشتر خواهد شد. يك مثال كوچك از اين پديده، شاخه‌‌‌زايی سريع و فراگير پستاندارانِ خونگرم در طول شصت و پنج ميليون سال گذشته است. فرآيندی كه نمونه‌‌‌هايی با تنوع خفاش تا نهنگ را ايجاد كرده است.

شدت توليد انرژی در يك جانور با حجم اكسيژن مصرفی در طول زمان مربوط است و مقدار آن بر مبنای اين برابری به دست می‌‌‌آید:

كه در آن انرژی مصرفی بر اساس mW و M وزن بر حسب گرم است، k و a هم ضرايبی هستند كه وابسته به جایگاه جانور در درخت رده‌‌‌بندی تعريف می‌‌‌شوند. با مقایسه‌ی گونه‌های امروزین روشن می‌شود که سیر تکامل، سوخت‌وساز جانداران را از تك‌‌‌ياخته‌‌‌های جانوری تا نخستی‌‌‌ها حدوداً چهارصد برابر افزایش داده است. یعنی با پيش‌روی خمينه‌‌‌ی نشانگر حيات بر زمين، مقدار سوخت‌وساز پايه افزايش يافته و جانوران دارای متابوليسم شديدتر موفق‌تر بوده‌‌‌اند. پس انتخاب طبيعی، موجودات دارای سرعت سوخت‌وساز بالا را برمی‌‌‌گزيند، و اين مفهوم با شايستگی زيستی نسبت مستقيم دارد. وجود روندی شتابزده برای بالا بردن سرعت متابوليسم در جانوران را تا حدودی می‌‌‌توان ناشی از چنين فشار تكاملی مهمی دانست. البته ناگفته نماند كه اين فشار فراگير نيست و ما مواردی استثنايی را هم داريم كه شاخه‌ای فرعی برعكس، سوخت‌وساز پايين را برگزيده باشد و به اين ترتيب در كنامی دست‌نخورده نفوذ كرده باشد. موجودات انگلی و حيوان تنبل^[6] نمونه‌‌‌هايی از اين موجودات هستند. با وجود اين استثناها، می‌‌‌توان افزايش پيچيدگی (و در نتيجه حجيم شدن مغز)، بيشتر شدن شدت سوخت‌وساز و افزايش شايستگی زيستی را با هم هم‌بسته دانست.

رشد و توسعه‌ی نمایی افزایش حجم مغز در شش‌صد میلیون سال گذشته

(Zotin and Lamprecht, 1996)

با توجه به مربوط بودن سطح پيچيدگی بدن و مغز، و ارتباط مستقيم بين اندازه‌‌‌ی مغز و پيچيدگی آن، می‌‌‌توانيم اين روند افزايشی بيشتر شدن سوخت‌وساز را با بزرگ‌تر شدن بدن و افزايش نسبت وزن مغز به بدن (شاخص مغزی) مربوط بدانيم.^[7] هر چه سير ماده و انرژی در بدن جانوری بيشتر باشد، نيازش برای تنظيم روندها به كمك اطلاعات بيشتر و امكانش برای تبديل كردن اين دو عامل به ساختارهای پردازنده‌‌‌ی داده‌‌‌ها بالاتر خواهد بود.

استفاده از راهكارهای ابزارمندانه برای افزايش دادن مقدار انرژی مصرف‌شده توسط موجود، در بسياری از شاخه‌‌‌های حيات تكامل يافته است. با توجه به این‌که حرارت توليدشده در طول زندگی موجود با مقدار انرژی مصرف‌شده توسط او نسبت مستقيم دارد، می‌‌‌توان اين دو معنا را مترادف با هم به كار برد و مقدار توليد حرارت يا مصرف انرژی را يكسان دانست. موجودی كه به دلايل متابوليك و بيوشيميايی امكان بيشتر كردن مصرف انرژی خود را ندارد، می‌‌‌تواند با بهره‌‌‌گيری از جريان‌های انرژی آزادِ موجود در محيطش، و هدايت كردن آن‌ها، به نوعی سوخت‌وساز خارج از بدن دست يابد. يك نمونه‌‌‌ی برجسته از چنين رفتاری، كاركرد آتش در جوامع انسانی اوليه بوده است. آتش، كه شكلی از جريان انرژی غيرزنده است، توسط انسان به كار گرفته شد تا مواد غذايی توسط آن پخته شوند و يا مواد سمی‌‌‌شان از بين بروند. در هر دو حالت، بخشی از انرژی حرارتی غيرزنده‌‌‌ی خارجی برای استفاده‌‌‌ی بدن انسان مورد استفاده قرار گرفته و روندهايی را در جريان سوخت‌وساز درونِ بدنی تسهيل كرده است. به اين ترتيب، توليد آتش و استفاده از آن هم نوعی سوخت‌وساز خارج بدنی است و می‌‌‌تواند به عنوان زايده‌‌‌ای بر روندهای انرژيايی داخل بدنی در نظر گرفته شود.

نمونه‌‌‌های مشهوری از اين نوع بهره‌‌‌برداری از انرژی‌های خارج بدنی در سایر جانوران نیز شناخته شده است. برخی از مرغ‌های استراليايی زمان را، به جای آن‌که بر روی تخم بخوابند و با گرمای بدن‌شان تخم را گرم كنند، صرف شكار و يافتن غذا می‌‌‌كنند و در مقابل تپه‌‌‌های بزرگ و پيچيده‌‌‌ای در اطراف تخم‌های خود درست می‌‌‌كنند و لايه‌‌‌هايی از مواد گياهی مرده و گياخاكِ دارای باکتری‌های خاص را به شكلی در اطراف تخم‌هاي‌شان گرد می‌‌‌آورند كه گرمای ناشی از تجزيه‌‌‌ی باكتريايی مواد گياهی، رشد و سلامت جنین‌هاي‌شان را تضمين كند. اين پرندگان، در واقع، از روندهايی طبيعی و نامربوط به متابوليسم بدن خودشان استفاده می‌‌‌كنند تا انرژی توليدشده در داخل بدن خود را برای انجام كارهايی ديگر هزينه كنند. به اين ترتيب، انرژی توليدشده توسط باکتری‌هايی كه در روندی مستقل به كار خود مشغول‌اند، به خدمتِ ساختار زيستی پرندگان يادشده درمی‌‌‌آيد و به نوعی باعث باليده شدن و بيشتر شدن اثر انرژيايی پرنده در محيطش می‌‌‌شوند، به شكلی كه شايستگی زيستی اين پرنده، در حد جانوری كه سوخت‌وسازش به اندازه‌‌‌ی بدن پرنده به علاوه‌‌‌ی گرمای باکتری‌ها بالاست، ارتقا می‌‌‌يابد.

نمونه‌‌‌ی ديگر، به استفاده‌‌‌ی هنرمندانه‌‌‌ی موريانه‌‌‌ها و مورچه‌‌‌ها از انرژی نورانی خورشيد مربوط می‌‌‌شود. اين حشرات لانه‌‌‌های بزرگی را با زاويه و برجستگی خاص نسبت به نور خورشيد درست می‌‌‌كنند و به شكلی روزنه‌‌‌های ارتباطی درون و بيرون لانه را باز و بسته می‌‌‌كنند كه همواره دمايی بالا و مناسب در داخل لانه برقرار باشد. به اين ترتيب، انرژی گرمايی ناشی از برخورد آفتاب به زمين وارد چرخه‌‌‌های زيستی مورچگان و موريانگان می‌‌‌شود. با وجود این‌که اين حشرات به تنهايی خونسرد محسوب می‌‌‌شوند، اما لانه‌‌‌هاي‌شان و اجتماع‌شان خونگرم است و دمای ثابتی دارد.

در يكی از آزمون‌هايی كه روی مورچه‌‌‌های گونه‌‌‌ی فورمیکا پولیکتِنا^[8] انجام گرفته است، نتايج عددی جالبی به دست آمده است. در يكی از لانه‌‌‌های اين نوع مورچه، كه 108600 مورچه را با وزنی در حدود هشتاد و دو كيلوگرم در خود جای داده بود، دمای توليد شده از لانه چيزی در حدود 8/18 وات تخمين زده شد. از اين مقدار، تنها 6/2 وات توسط بدن مورچه‌‌‌ها توليد شده بود و به اين ترتيب، نزديك به 86 درصد كل حرارت توليدشده در اين لانه توسط روندهای انرژيايی خارج بدنی مورچگان ايجاد شده بود و به مصرف بقای كلنی رسيده بود. پس، می‌‌‌بينيم كه با گنجاندن حشرات اجتماعی در جدول، دو قله‌‌‌ی ديگر را ــ علاوه بر آنچه در مورد انسان وجود دارد ــ هم خواهيم ديد.

رشد و توسعه‌ی نمایی مصرف انرژی در انسان و جانوران هم‌دودمانش در شش‌صد میلیون سال گذشته

(Zotin and Lamprecht, 1996)

به بيان ديگر، قديمی‌‌‌ترين شكل سازمان‌يافته و موفق استفاده از روندهای انرژيايی محيطی برای پيچيده‌‌‌تر كردن ساخت زيستی جانوران، در حدود سيصد و پنجاه ميليون سال پيش با تكامل جوامع حقيقی^[9] در حشراتی مانند زنبور و مورچه و موريانه پديدار شد.

اين حشرات جوامعی بزرگ و پيچيده تشكيل می‌‌‌دهند و از منابع محيطی برای بهره‌‌‌برداری هم‌‌‌افزای كلنی خود ــ كه به ابرسازواره‌‌‌ای^[10] كلان شباهت دارد ــ استفاده می‌‌‌كنند. موفقيت اين شيوه از زندگی آنقدر بوده كه حتی امروز هم از نظر تعداد و پراكنش، موفق‌ترين جانوران روی كره‌‌‌ی زمين، همين حشرات هستند.

اما مهم‌‌‌ترين و چشمگيرترين نمونه از به كارگيری انرژی محيطی، به انسان مربوط می‌‌‌شود. انسان، مانند ساير موجودات يكجانشين، داراي مهارت‌هاي زيادي براي دگرگون ساختن محيط زيست اطراف و ايجاد خانه است. در انسان هم مانند مورچگان، خانه بخشي از محيط زيست طبيعي است كه با شيوه‌هايي هدفمند از محيط تفكيك مي‌شود، محيط دروني و بيروني‌اش با حد و مرزهايي كارآمد محصور مي‌گردد و تبادل ماده و انرژي از مجراي اين مرزها كنترل مي‌شود. در نتيجه، خانه‌هاي انساني در ساده‌ترين شكل‌شان پناهگاه‌هايي براي در امان ماندن از تاريكي، سرما، گرما و رطوبت هستند و همه‌ي اين‌ها به تنظيم تبادل انرژي با محيط مربوط مي‌شوند. چنان‌كه از شواهد باستان‌شناسانه برمي‌آيد، آدميان خردمند حتي پيش از يكجانشين شدن و پيدايش كشاورزي، توانايي ساخت خانه‌هايي پيچيده و بزرگ را داشته‌اند. كلبه‌ي ماموت، كه از استخوان‌هاي ماموت ساخته شده است، نمونه‌اي از اين مهارت‌ها را نشان مي‌دهد. كلبه‌ي ماموت از نظر زيبايي‌شناسي و معماري ويژگي‌هاي در خور توجه و ارزشمندي را دارا بوده است.^[11]

كلبه‌ي ماموت

چنان‌که گفتيم، انسان راست‌‌‌قامت كه توانست برای نخستين بار آتش را كشف كند، از انرژی گرمايی آن برای كاركردهای زيستی گوناگونی استفاده كرد. بسياری از گياهان، اندوخته‌‌‌ی غذايی مورد نياز گياهك و رويان خود را، به موادی سمی آغشته می‌‌‌كنند تا از خورده شدن‌‌‌شان توسط جانوران جلوگيری كنند. حرارت بخش مهمی از اين سم‌های پروتئينی را واسرشته كرده و اثرشان را از بين می‌‌‌برد. به اين ترتيب، پختن مواد گياهی بخش مهمی از بارِ كبد و لوله‌‌‌ی گوارش را بر عهده می‌‌‌گيرد. از سوی ديگر، پخته شدن گوشت و مواد دارای پروتئين زياد، باعث انعقاد مواد سفيده‌‌‌ای آن‌ها شده و برخی از پروتئين‌‌‌های موجود در آن‌ها را هم تجزيه می‌‌‌كند. به اين ترتيب، بار ديگر می‌‌‌بينيم كه آتش به عنوان يك ضميمه‌‌‌ی خارجی بر دستگاه گوارش انسان عمل كرده و بختِ بقای او را افزايش داده است.

از سوی ديگر، پيدايش آتش را عاملی عمده در ممكن ساختن خواب می‌‌‌دانند! نظريه‌‌‌های جالب و تأييدشده‌‌‌ای در مورد نقش چشمگير كشف آتش بر تكامل مغز انسان وجود دارد. انسان‌های باستانی‌‌‌ای كه به آتش دست يافته بودند، می‌‌‌توانستند در پناه نور و گرمای آن با آسودگی بیشتری بخوابند و از خطر جانوران وحشی در امان باشند. اين امنيت می‌‌‌تواند يكی از دلايل شكل‌‌‌گيری ساخت فيزيولوژيك خواب ديدن در انسان باشد. خوابيدن و رويا ديدن، پديداری است كه در بيشتر جانوران خونگرم ديده می‌‌‌شود، اما عميق بودن و طولانی بودن زمان خواب انسان در ميان ميمون‌های بزرگ ويژه است. آتش می‌‌‌توانسته عاملی مهم در عميق شدن خواب انسان، و شكل‌‌‌گيری ساختار «خواب ديدنی» چنين غنی باشد و می‌‌‌دانيم كه همين كاركرد ويژه‌‌‌ی خواب اثری برجسته بر حافظه و يادگيری دارد.

چنان‌که گفتيم، تكامل استاد يافتن نيازهای جديد و پاسخگويی به آن‌هاست. به همين ترتيب هم ابزارمندی و استفاده از آتش به زودی مشتق‌‌‌های پيچيده و تنوعی را پديد آوردند كه هر یک در شايستگی زيستی انسان تأثيری مثبت داشتند و راه را برای پيدايش كاركردهای جديد و الگوهای تكاملی تازه هم باز می‌‌‌كردند. شايد ساده‌‌‌ترين نمود اين امكان‌ها، مهاجرت پردامنه‌‌‌ی انسان راست‌‌‌قامت به خارج از آفريقا و پيدايش الگويی از تكامل بوده باشد كه شرحش پيش از اين گذشت.

به اين ترتيب، ابزارمندی انسان با توانايی‌‌‌اش برای افروختن آتش گره خورد، و اين هر دو مورد فضای مجاز برای افزايش حجم مغز انسان را بر فضای حالتش پديد آورد. در طی اين مسير بود كه ميمون جنوبی تنومند و خشن اين امكان را يافت تا به جانوری با مغز بزرگ‌تر و بدن ظریف‌تر تبديل شود. ميمون‌های جنوبی، در حدود دو ميليون سال پيش، سوخت‌وسازی نزديك به ما داشتند. يعنی در حد پايه‌‌‌ی پستانداران خونگرم انرژی توليد می‌‌‌كردند. انرژی گرمايی توليدشده توسط هر ميمون جنوبی در حدود دو هزار كيلوكالری (= 8400 كيلوژول) بر روز تخمين زده می‌‌‌شود. اين مقدار در انسان راست‌‌‌قامت كه امكان توليد آتش را داشت، تا حد پنج هزار كيلوكالری (= 21000 كيلو ژول) بر روز افزايش يافت، و امروز در حدود صد برابر بيشتر شده است. در جدول زير روند رشد سرانه‌‌‌ی توليد انرژی در انسان را با نرخ 3ـ2 درصد بر سال در زمان معاصر می‌‌‌بينيد.^[12]

 

 

1. – Swertzoff ↑
2. – Dolkin ↑
3. – Thermophillic ↑
4. denatured ↑
5. Zotin and Lamprecht,1996. ↑
6. Bradypus ↑
7. Zotin and Lamprecht, 1996. ↑
8. Formica polyctena ↑
9. – Eusocial ↑
10. – Super – organism ↑
11. Lewin, 1998: 507. ↑
12. Zotin and Lamprecht,1996. ↑

 

 

ادامه مطلب: بخش دوم- فصل اول – سیستم تنفسی

رفتن به: صفحات نخست و فهرست کتاب