به عنوان یک دانشجوی دکترا، می‌خواستم فرایند تکامل تفاوت‌های فردی در رفتار مگس‌های میوه را درک کنم – یعنی همان بلوک‌های سازنده‌ی چیزی که ما آن را «شخصیت» می‌نامیم. آزمایش‌های من شامل اندازه‌گیری رفتار این موجودات ریز در یک هزارتوی ساده بود.
هر روز در آزمایشگاه، با استفاده از یک قلم‌موی باریک، یک مگس میوه‌ی بی‌هوش را به داخل یک هزارتو منتقل می‌کردم. پس از بیدار شدن و کاوش در هزارتو، آن را – با احتیاط فراوان تا فرار نکند – دوباره در لوله‌ای می‌گذاشتم تا در آنجا غذا بخورد و استراحت کند، در حالی که من تصمیم می‌گرفتم در آزمایش بعدی چه کنم.
من و همکارانم این فرایند را بارها و بارها تکرار کردیم و در نهایت رفتار ۹۰۰ مگس را هر روز اندازه‌گیری کردیم.
در هر یک از این قفس‌های جمعیتی مگس‌ها تا ۱,۵۰۰ عدد مگس میوه زندگی می‌کند. بطری‌های داخل قفس حاوی محیط غذایی هستند که مگس‌ها در آن غذا می‌خورند و تخم‌گذاری می‌کنند. پژوهشگران می‌توانند از طریق درِ جانبی مگس‌ها را خارج کنند.
من روزهای زیادی را صرف جابه‌جا کردن دستی مگس‌ها و پیگیری هویت فردی‌شان کردم، در حالی که به پادکست‌ها و کتاب‌های صوتی بی‌شمار گوش می‌دادم. با این حال، این روش برنامه‌ی اصلی من برای انجام آزمایش نبود. در ابتدا هیجان‌زده بودم که از MAPLE، ربات آزمایشگاه‌مان، استفاده کنم تا مراحل نخست و پایانی کار را خودکار کند.
MAPLE طوری طراحی شده بود که مگس‌ها را بگیرد، با اطمینان به درون هزارتوهای کوچک منتقل کند و پس از پایان آزمایش دوباره خارج نماید.
ماه‌ها صرف اصلاح کد MAPLE کرده بودم و سرانجام موفق شدم آن را بی‌نقص اجرا کنم – اما در روز اول آزمایش ۵۰۰ روزه‌ام، MAPLE از کار افتاد!
پس از کمی وحشت و چند نفس عمیق، تصمیم گرفتم بدون کمک ربات ادامه دهم. این خرابی نخستین مانع از موانع بی‌شمار بود که در طول یک‌سال‌ونیم بعدی در مسیر تحقیق با آن مواجه شدم. اما در این مدت، چیزهای بسیاری درباره‌ی بنیادهای شکل‌گیری شخصیت و نیز درباره‌ی چالش‌های پژوهش علمی و راه‌های عبور از آنها آموختم.
حیوانات هم شخصیت دارند
به عنوان یک زیست‌شناس تکاملی که رفتار جانوران را مطالعه می‌کند، برایم شگفت‌انگیز است که هیچ دو موجود زنده‌ای دقیقاً شبیه هم نیستند. اگر به حیوانات خانگی خود فکر کنید – گربه‌ها و سگ‌ها شخصیت‌ها و عادات خاص خود را دارند: غذایی که دوست ندارند، یا شیوه‌ی خاصی برای چرت زدن.
تمام حیوانات – از کوچک‌ترین کرم تا بزرگ‌ترین نهنگ – دارای شخصیت هستند: یعنی ترجیحات رفتاری فردی که در طول زندگی‌شان کم‌وبیش پایدار می‌ماند.
در مگس میوه‌ی معمولی (Drosophila melanogaster)، این فردیت در رفتارهای ساده‌ی دودویی دیده می‌شود:
برخی مگس‌ها ترجیح می‌دهند به چپ یا راست بپیچند، برخی محیط گرم یا سرد را انتخاب می‌کنند، بعضی نور را ترجیح می‌دهند و بعضی سایه را.
هم ژن‌ها (سرشت) و هم محیط (پرورش) بر شخصیت جانوران اثر دارند. محیط رشد در برخی موارد نقش مهمی ایفا می‌کند؛ در موارد دیگر، ژن‌های به‌ارث‌رسیده از والدین رفتار را شکل می‌دهند. مثلاً در جمعیت‌هایی از مگس میوه، والدینی که دمای گرم را دوست دارند، احتمالاً نوزادانی خواهند داشت که آنها هم دمای گرم را ترجیح می‌دهند.
همچنین ژن‌ها می‌توانند میزان تفاوت میان افراد را تعیین کنند. مثلاً ترکیب‌های خاصی از ژن‌ها ممکن است باعث شود برخی مگس‌ها دمای سردتر و برخی دیگر دمای گرم‌تر را ترجیح دهند. این ژن‌ها دامنه‌ی تفاوت در ترجیحات را تعیین می‌کنند.
دانشمندان ژن‌هایی را یافته‌اند که در بسیاری از گیاهان و جانوران موجب تفاوت‌های درون‌جمعیتی می‌شوند. پس تکامل ظاهراً دلیلی داشته که آنها را حفظ کرده است. اما سود چنین ژن‌هایی چیست؟ چرا ژنی که باعث تفاوت میان اعضای یک گروه می‌شود، مفید است؟
مزایای تفاوت
نظریه‌ای در زیست‌شناسی تکاملی به نام شرط‌بندی ایمن (Bet-Hedging) می‌گوید در محیط‌های غیرقابل پیش‌بینی، داشتن گزینه‌های متنوع ریسک کمتری دارد. اگر شرایط دائماً تغییر کند، هیچ رفتاری به تنهایی همیشه بهترین نیست؛ بنابراین، ژن‌هایی که باعث تفاوت میان افراد می‌شوند می‌توانند مفید باشند.
فرض کنید ارگانیسمی دو نوع ژن دارد:
یکی ژن کم‌تغییر (low-var) و دیگری ژن پر‌تغییر (high-var).
افراد دارای ژن low-var ترجیحات مشابهی دارند و در محیطی با دمای متوسط و پایدار به‌خوبی زنده می‌مانند. اما افراد high-var ترجیحات بسیار گوناگونی دارند: برخی گرما را دوست دارند، برخی سرما را.
اگر دما ثابت و میانگین باشد، بعضی از مگس‌های high-var سازگار خواهند بود، اما بسیاری دیگر نه.
اما اگر دما به‌شدت نوسان کند، همه‌ی مگس‌های low-var از بین می‌روند، چون همگی ترجیحی مشابه و نامناسب دارند؛ در حالی‌که در گروه high-var، همیشه چند فرد با ترجیح مناسب برای دمای جدید زنده می‌مانند و ژن خود را منتقل می‌کنند.
به این ترتیب، در محیط‌های متغیر، ژن‌هایی که تفاوت درون‌گروهی ایجاد می‌کنند شانس بقای بیشتری دارند.
چگونه این تفاوت‌ها شکل می‌گیرند؟
برای بررسی این موضوع، از روشی استفاده کردم به نام گزینش مصنوعی (Artificial Selection) – همان روشی که انسان‌ها هزاران سال است برای اهلی‌سازی گیاهان و جانوران به کار می‌برند.
در این روش، پژوهشگر افرادی را با ویژگی موردنظر انتخاب می‌کند و فقط به آنها اجازه‌ی تولیدمثل می‌دهد. به جای طبیعت، پژوهشگر انتخاب می‌کند چه کسی زنده بماند.
برای تکامل رفتار متنوع‌تر، یک رفتار ساده را انتخاب کردم: گرایش به چپ یا راست (turn bias).
وقتی مگسی در یک هزارتوی Yشکل قرار می‌گیرد، برخی تقریباً همیشه به چپ می‌پیچند، برخی همیشه به راست، و برخی گاهی چپ و گاهی راست. این ترجیحات در طول زندگی ثابت می‌مانند و ژنتیک نیز در آن نقش دارد.
نکته جالب این است که «گرایش خاص» به ارث نمی‌رسد – یعنی مگس‌هایی که هر دو چپ‌گرد هستند الزاماً فرزندانی چپ‌گرد ندارند. اما میزان تفاوت در این رفتار می‌تواند ارثی باشد. به بیان دیگر، برخی دودمان‌ها ژن‌هایی دارند که باعث انعطاف‌پذیری بیشتر یا کمتر رفتاری می‌شوند. این همان چیزی است که می‌توان آن را «شخصیت» دانست.
من در طی ۲۱ نسل، با کمک ویدیو و هوش مصنوعی (بینایی ماشین)، هزاران مگس را دنبال کردم. خانواده‌هایی را که فرزندان‌شان تفاوت زیادی در چپ یا راست‌گردی داشتند، برای نسل بعد انتخاب کردم.
در پایان آزمایش، جمعیت‌هایی داشتم که در گرایش به چپ یا راست تنوع بسیار بالایی نشان می‌دادند.
نتیجه: تفاوت‌های رفتاری و فردیت می‌توانند در پاسخ به انتخاب (چه طبیعی، چه مصنوعی) تکامل یابند – هم در آزمایشگاه و هم احتمالاً در طبیعت.
اکنون در حال بررسی‌ام که در طول این روند چه تغییری در ژن‌ها، بدن و مغز مگس‌ها رخ داده است.
خلق جهانی که در آن شرط‌بندی ایمن غالب است
پس از دیدن اینکه فردیت رفتاری می‌تواند تکامل یابد، پرسیدم:
آیا می‌توانم در آزمایشگاه شرایطی ایجاد کنم که این اتفاق به طور طبیعی بیفتد؟
مگس‌های میوه خونسرد (اکتودرمی) هستند و برای گرم شدن به منبع بیرونی نیاز دارند. ترجیح دمایی آنها تعیین می‌کند در کجا زندگی کنند و تخم بگذارند. در دنیایی با دماهای غیرقابل پیش‌بینی، راهبرد «شرط‌بندی ایمن» می‌تواند مفید باشد.
بر اساس این نظریه، فرض کردم اگر مگس‌ها در محیطی با تغییرات دمایی تصادفی پرورش یابند، در نسل‌های بعدی تنوع بیشتری در ترجیحات دمایی پیدا می‌کنند.
برای آزمودن این فرضیه، من و یکی از همکارانم شروع کردیم به ساخت محفظه‌هایی که می‌توانستیم در آن دمای بخش‌های مختلف را کنترل و در طول زمان تغییر دهیم. اما محدودیت‌های زمانی و لجستیکی باعث شد این پروژه ناتمام بماند و اکنون در انبار است.
امیدوارم روزی آن را ادامه دهم.
این آزمایش‌ها درباره‌ی مگس‌های میوه به من آموختند که چگونه رفتار جانوران تکامل می‌یابد – و نیز درباره‌ی خود فرایند پژوهش:
دو چیز همواره ثابت است:
۱. گاهی کارها طبق برنامه پیش نمی‌رود، و این اشکالی ندارد.
۲. با وجود همه‌ی دشواری‌ها – از ربات‌های خراب گرفته تا ساعت‌های طولانی و پروژه‌های متوقف‌شده – من همچنان می‌خواهم بفهمم تکامل چگونه می‌تواند شخصیت را شکل دهد، وقتی حیوانات در برابر جهانی متغیر سازگار می‌شوند.
