עדות להתפתחות: מקורם של צמחים, בעלי חיים ופטריות

המאה ה -19 הייתה תקופה של תגליות מדעיות פורצות דרך אשר העלו רבות בעבר תיאוריות אודות מוצאם של כדור הארץ והאנושות. בשנת 1855, אלפרד ראסל וואלאס פרסם את הצעתו לתיאוריית האבולוציה בדרך של הברירה הטבעית, ואחריה עבודתו שפורסמה משארל דרווין משנת 1859 על מקור המינים.

שנים של עבודה אספו ראיות משכנעות שהובילו לקבלה רחבה של ה- תורת האבולוציה על ידי חוקרים ברחבי העולם.

חוקר הטבע צ'רלס דרווין בילה שנים בניתוח עדויות ההתפתחות לפני שפרסם את ממצאיו. התיאוריה שלו הושפעה מאוד על ידי חוקרים דומים באותה תקופה, במיוחד אלפרד ראסל וואלאס, ג'יימס האטון, תומאס מלתוס ו צ'רלס לייל.

על פי תורת האבולוציה, אורגניזמים משתנים ומסתגלים לסביבתם כתוצאה ממאפיינים פיזיים והתנהגותיים תורשתיים המועברים מהורה לצאצאים.

הגדרת האבולוציה של דארווין התמקדה ברעיון של שינוי איטי והדרגתי לאורך דורות חוזרים, שכינה "מוצא עם שינויים. ” הוא הציע כי מנגנון האבולוציה הוא הברירה הטבעית. תצפיותיו של דרווין הובילו אותו למסקנה כי שינויים בתכונות בקרב אוכלוסיה מעניקים לאורגניזמים חיים מסוימים יתרון תחרותי להישרדות ורבייה.

העדויות להגדרת התפתחות נובעות במידה רבה מהמחקרים הביוגיאוגרפיים של וואלאס ביערות הגשם באמזונס ומתצפיותיו של דרווין על איי גלפגוס הבתוליים. שני החוקרים הגדירו עדויות אבולוציוניות כהוכחה לקשר בין אורגניזמים חיים לאב קדמון משותף שלהם.

תגליות מרגשות באיי גלאפגוס סיפקו לדרווין בסיס איתן ללחיצה על רעיון האבולוציה והברירה הטבעית. למשל, דארווין ציין שינויים שונים במקור בקרב האוכלוסייה הטבעית של דפנות גלפגוס, ובהמשך הבין את חשיבות ממצאיו. דרווין הבחין כי המינים השונים של החוחית נובעים ממין דרום אמריקאי שנדד לגלפגוס.

מסקנותיו של דרווין אוששו במחקרים שנערכו לאחרונה על ידי פסיכולוגי האקלים פיטר ורוזמרין גרנט. המענקים נסעו לאיי גלאפגוס ותיעדו כיצד שינויי הטמפרטורה שינו את אספקת המזון. כתוצאה מכך, סוגים מסוימים של מינים נפטרו בעוד שאחרים שרדו, הודות לשינויים בתכונות מסוימות באוכלוסייה, כמו שטרות ארוכים וחודרים להגיע לחרקים.

ברירה טבעית מוביל להישרדות של החזקים ביותר, כלומר אורגניזמים המותאמים יותר מקצינים מינים פחות מותאמים. דוגמאות ללחצי בחירה כוללים:

• כמות האוכל הזמין
• מקלט
• שינוי אקלים 
• מספר הטורפים 

שינויים תורשתיים מצטברים ויכולים לגרום להופעתו של מין חדש. דרווין טען כי כל היצורים החיים מקורם באב קדמון משותף במשך מיליוני שנים.

1. עדויות מאובנים

פליואנתרופולוגים עקבו אחר ההיסטוריה של האבולוציה האנושית על ידי ניתוח עצמות מאובנות המראות כיצד גודל המוח והמראה הפיזי השתנו אט אט. על פי המוזיאון הלאומי להיסטוריה של סמיתסוניאן, הומו ספיינס (בני אדם מודרניים) הם פרימטים קשורים קשר הדוק לקופים הגדולים של אפריקה וחולקים אב קדמון משותף שהיה קיים בסביבות 6 עד 8 מיליון שנה לִפנֵי.

רישומי מאובנים יכולים לתארך אורגניזמים מתקופות זמן מסוימות ולהראות את התפתחותם של מינים שונים מאב קדמון משותף. רשומות מאובנים משווים לעיתים קרובות עובדות ידועות על הגיאולוגיה של האזור בו אותרו המאובנים.

2. גילוי המינים הקדמונים

מסעות הציד המאובנים של דרווין סיפקו עדויות רבות להתפתחות ולקיומם של מינים קדומים שנכחדו. במהלך חקר דרום אמריקה מצא דרווין שרידים מסוג סוס נכחד.

אבותיהם של הסוסים האמריקאים המודרניים היו בעלי חיים מרעה קטנים עם בהונות על רגליהם שחלקו אב קדמון משותף עם קרנף. ההסתגלות במשך מיליוני שנים כללה שיניים שטוחות ללעיסת דשא, הגדלת גודל פרסות לריצה מהטורפים במהירות.

מאובני מעבר יכול לחשוף חוליות חסרות בשרשרת האבולוציונית. למשל, גילוי הסוג Tiktaalik עשוי להראות את התפתחות הדגים לבעלי חיים יבשתיים עם ארבע גפיים. בנוסף להיותו זן מעבר עם זימים, טיקאליק הקדמון הוא גם דוגמה ל התפתחות פסיפס, כלומר חלקי גופו התפתחו בקצב שונה בעת הסתגלותם ממים ליבשה.

3. הגדלת מורכבות הצמחים

דשא, עצים ואלונים אדירים התפתחו מסוג אצות ירוקות ובריופיטים שהסתגלו ליבשה לפני כ -410 מיליון שנה. נבגי מאובנים מציעים שאצות פרימיטיביות יסתגלו לאוויר היבש על ידי פיתוח ציפוי לציפורן מגן לצמח ולנבגים.

בסופו של דבר, צמחים יבשתיים פיתחו מערכת כלי דם ופיגמנטים פלבנואידים להגנה מפני UV מפני השמש. מחזור החיים הרבייה בצמחים ופטריות רב תאיים הפך מורכב יותר.

4. דוֹמֶה תכונות אנטומיות

תורת האבולוציה מתחזקת בקיומה של מבנים הומולוגיים, שהם תכונות פיזיות משותפות בין מינים מרובים, המראים שהם צאצאים מאב קדמון משותף.

כמעט לכל בעלי החיים הגפיים יש אותו מבנה, מה שמרמז על תכונות משותפות לפני שהם מגוונים מאב קדמון משותף. באופן דומה, חרקים מתחילים כולם עם בטן, שש רגליים ואנטנות, אך מגוונים משם למספר עצום של מינים.

5. זימים בעוברים אנושיים

תוֹרַת הַעוּבָּר מציע ראיות רבות עוצמה התומכות בתורת האבולוציה. המבנה העוברי שחולקים אורגניזמים חיים זהה כמעט בין מינים שחוזרים לאב קדמון משותף.

למשל, עוברים של בעלי חוליות, כולל בני אדם, כוללים מבנים דמויי זימים בצוואר שהם הומולוגיים עם זימי דגים. מאפיינים קדומים מסוימים כמו זימים על עוף עוברי אינם מתפתחים לאיבר או תוספת של ממש.

האמבריולוגיה מציעה ראיות רבות עוצמה התומכות בתורת האבולוציה. המבנה העוברי שחולקים אורגניזמים חיים זהה כמעט בין מינים שחוזרים לאב קדמון משותף.

למשל, עוברים של בעלי חוליות, כולל בני אדם, כוללים מבנים דמויי זימים בצוואר שהם הומולוגיים עם זימי דגים. מאפיינים קדומים מסוימים כמו זימים על עוף עוברי אינם מתפתחים לאיבר או תוספת של ממש.

6. מבנים משוריים מוזרים

מבנים שיווי משקל הם שאריות אבולוציוניות ששימשו מטרה לאב קדמון משותף. לדוגמא, לעוברים אנושיים יש זנב בשלבים הראשונים של ההתפתחות. הזנב הופך לעצם זנב שאינה ניתנת להבחנה מכיוון שיש זנב שלא ישמש שום מטרה מועילה בבני אדם. זנבות בבעלי חיים אחרים עוזרים להם עם פונקציות שונות כמו איזון וזבובים מחליפים.

שרידי עצמות הרגל האחורית בכווץ הבואה הם עדות להתפתחות לטאות לנחשים. בחלק מבתי הגידול, לטאות עם הרגליים הקצרות ביותר היו ניעות יותר וקשה יותר לראות. במשך מיליוני שנים הרגליים נעשו קצרות עוד יותר וכמעט ולא היו קיימות. הביטוי הנפוץ, "השתמש בו או תאבד אותו" חל גם על שינוי אבולוציוני.

7. מחקר בביוגיאוגרפיה

ביוגרפיה הוא ענף של ביולוגיה התומך בתורת האבולוציה של דרווין. ביוגיאוגרפיה בוחנת כיצד ההתפלגות הגאוגרפית של אורגניזמים ברחבי העולם מסתגלת לסביבות שונות.

לגאוגרפיה תפקיד מרכזי בסגולציה. החוחיות של דרווין התגוונו מאבות קדושים על היבשת ובין איי גלאפגוס כדי להתאים לסביבתם הנוכחית. מינים קדומים של חוחיות היו אוכלי זרעים שקיננו על האדמה; עם זאת, החוחיות שגילה דרווין קיננו במקומות שונים וניזונו מקקטוסים, זרעים וחרקים. גודל וצורת מקור הקשורים ישירות לתפקוד.

האי קנגורו ליד אוסטרליה הוא אחד המקומות הבודדים על כדור הארץ בהם פריחת הכיסאות פורחת יחד עם יונקים שליה ומונוטרמות מטילות ביצים. כפי שהשם מרמז, חיות הכיס כמו קנגורו וקואלות משגשגות ומספר עצום של התושבים האנושיים.

לאחר שהאי נפרד מיבשת אוסטרליה, החי והצומח התפתחו לתת-מינים שלא הופרעו על ידי טורפי בעלי חיים או קולוניזציה עד שנות ה 1800. מדענים משווים וניגודים בין צמחים, בעלי חיים ופטריות של היבשת לאלה שנמצאו באי קנגורו כדי ללמוד עוד על הסתגלות, ברירה טבעית ושינוי אבולוציוני.

שינויים אקראיים בצמחים ובפטריות הפכו כמה אורגניזמים למתאימים יותר ליישוב אזור חדש ולהעביר את הקוד הגנטי שלהם, ובכך תומכים בתיאוריית הברירה הטבעית של דרווין.

8. הסתגלות אנלוגית

הסתגלות אנלוגית תומכת בתהליך הברירה הטבעית ובתורת האבולוציה. התאמות אנלוגיות הן מנגנוני הישרדות המותאמים על ידי אורגניזמים לא קשורים העומדים בפני לחצי סלקציה דומים.

השועל הארקטי הבלתי קשור והרוטבן (ציפור הקוטב) עוברים שינויים צבעוניים עונתיים. לשועל הארקטי ולרוטגן יש וריאציה גנטית שמאפשרת להם לפתח צבע בהיר יותר ב חורף להשתלב עם השלג ולהתחמק מטורפים רעבים, אבל זה לא מעיד על אב קדמון משותף.

9. קרינה מסתגלת

הוואי היא שרשרת איים שבהם ניתן למצוא ציפורים ובעלי חיים מרהיבים רבים שמאמינים שמקורם במזרח אסיה או בצפון אמריקה.

כ -56 מינים שונים של מטפסי דבש הוואי התפתחו ממין אחד או שניים בלבד, ואז התמקמו במיקרו אקלים שונה באי בתהליך שנקרא קרינה אדפטיבית. וריאציות בגדדי דבש הוואי מראות רבים מאותו סוג של עיבודים למקור כמו החוחיות של דרווין.

10. הפרש בין מינים לאחר פנגיאה

לפני מיליוני שנים, יבשות כדור הארץ היו קרובות זו לזו ויצרו יבשת-על בשם פנגיאה. אורגניזמים דומים ניתן למצוא בכל רחבי העולם. הלוחות המשתנים של קרום כדור הארץ גרמו לפנגיאה להתרחק.

הצומח והחי התפתחו אחרת. הצמחים, בעלי החיים והפטריות מהאדמה המקורית התפתחו בצורה שונה ביבשות שזה עתה נוצרו. שושלות אבות התפתחו לשושלות חדשות פוסט-פנגיאה כאורגניזמים המותאמים לשינויים גיאוגרפיים.

11. הוכחת DNA

כל האורגניזמים החיים מורכבים מתאים הגדלים, עוברים חילוף חומרים ומתרבים על פי הקוד הגנטי שלהם. התוכנית הייחודית של אורגניזם שלם כלולה בגרעין התא חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA). בחינת רצפי ה- DNA של חומצות אמינו וריאציות גנים של בעלי חיים, צמחים ופטריות נותנת רמזים לשושלת אבות קדומה ואב קדמון משותף.

ערכות DNA יכולות לחשוף מוצא ולזהות קרובי משפחה שאבדו זמן רב על סמך השוואה של חומר גנטי בדגימות שהגישו רוקיות או ספוגיות לחיים. השונות הגנטית באוכלוסייה טבעית היא תוצאה של דשדוש גנים תקין ברבייה מינית ומוטציות אקראיות במהלך חלוקת התאים. טעויות לא מתוקנות עלולות לגרום לבעיות כמו כרומוזומי יותר מדי או מעט מדי, וכתוצאה מכך הפרעות גנטיות.

לעתים קרובות יותר, מוטציות הם חסרי חשיבות ואינם משפיעים על ויסות הגן או על סינתזת החלבון. לעיתים, מוטציה עשויה להתגלות כהסתגלות יתרון.

ההיסטוריה האבולוציונית של אורגניזמים חיים, כולל מקורות אנושיים, מתוארכת למיליוני שנים. עם זאת, ניתן למצוא עדויות להתפתחות מהירה ומהירה של מינים שונים. לדוגמא, חיידקים מתרבים במהירות ומתפתחים לבעלי גנים עמידים לאנטיביוטיקה.

חרקים המסוגלים להתמודד טוב יותר עם הדברה שורדים ומתרבים בקצב גבוה יותר.

ניתן לזהות דוגמאות לבחירה טבעית בזמן אמת. לדוגמא, עכברי שדה בהירים נצפים בקלות בשדה תירס ונאכלים על ידי טורפים. עכברים אפורים חומים יכולים יותר להשתלב בסביבתם. צביעה מוסווית משפרת את ההישרדות וההתרבות.

לתיאוריה האבולוציונית יישומים שימושיים בחקלאות. עוד לפני שהתגלו גנים ומולקולות DNA, החקלאים השתמשו בגידול סלקטיבי כדי לשפר את היבול או עדר בעלי חיים. בתהליך הברירה המלאכותית נחצו ונחצו צמחים, בעלי חיים ופטריות עם איכויות עדיפות כדי לשפר את האוכלוסייה הכוללת וליצור כלאיים אידיאליים.

עם זאת, לעיתים קרובות היברידיות משתנות מעט, המאיימות על הישרדות המין אם תנאי הסביבה משתנים או מחלה.