ה תורת האבולוציה הוא הבסיס שעליו בנויה כל הביולוגיה המודרנית.
הרעיון המרכזי הוא שאורגניזמים, או יצורים חיים, משתנים עם הזמן כתוצאה מברירה טבעית, הפועלת על גנים באוכלוסיה. אנשים אינם מתפתחים; אוכלוסיות של אורגניזמים לעשות.
החומר שעליו פועלת האבולוציה הוא חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) המשמש כמוביל התורשתי של מידע גנטי בכל היצורים החיים על פני כדור הארץ, מחיידקים חד תאיים ועד לווייתנים רב טוניים ופילים.
אורגניזמים מתפתחים בתגובה לאתגרים סביבתיים שאחרת יאיימו על יכולתו של מינים לשרוד על ידי הגבלת יכולת הרבייה שלו.
אחד מאותם אתגרים הוא כמובן נוכחותם של אורגניזמים אחרים. לא רק מינים האינטראקציה משפיעים אחד על השני בזמן אמת בדרכים ברורות (למשל, כאשר טורף כזה כמו שאריה הורג ואוכל בעל חיים שהוא טורף אותו), אך מינים שונים יכולים גם להשפיע על התפתחותם של אחרים מִין.
זה קורה במגוון מנגנונים מעניינים ומכונה בשפה הביולוגית התפתחות משותפת.
מהי אבולוציה?
באמצע המאה העשרים, צ'רלס דרווין ו אלפרד וואלאס פיתחה באופן עצמאי גרסאות דומות מאוד של תורת האבולוציה, כאשר הברירה הטבעית הייתה המנגנון העיקרי.
כל מדען הציע כי צורות החיים המסתובבות בכדור הארץ כיום התפתחו מיצורים פשוטים בהרבה, וחזרו לאב קדמון משותף עם שחר החיים עצמם. כיום מובן כי "שחר" זה היה לפני כ -3.5 מיליארד שנה, כמיליארד שנה לאחר לידתו של כדור הארץ עצמו.
בסופו של דבר וואלאס ודרווין שיתפו פעולה, ובשנת 1858 פרסמו יחד את רעיונותיהם השנויים במחלוקת דאז.
האבולוציה מציבה זאת אוכלוסיות של אורגניזמים (ולא אינדיבידואלים) משתנים ומסתגלים לאורך זמן כתוצאה מ ירשמאפיינים פיזיים והתנהגותיים שעוברים מהורה לצאצאים, מערכת המכונה "ירידה עם שינוי".
באופן פורמלי יותר, האבולוציה היא שינוי בתדירות האללים לאורך זמן; אללים הם גרסאות של גנים, ולכן שינוי בשיעור הגנים המסוימים באוכלוסייה (נניח, גנים לכהים יותר) צבע הפרווה הופך נפוץ יותר ואלו שלפרווה בהירה יותר ויותר נדירים בהתאמה) מהווים אבולוציה.
המנגנון המניע את השינוי האבולוציוני הוא ברירה טבעית כתוצאה מכך לחץ בחירה או לחצים המופעלים על ידי הסביבה.
מהי הברירה הטבעית?
ברירה טבעית הוא אחד המונחים הרבים המוכרים אך לא מובנים בעולם המדע בכלל ובתחום האבולוציה בפרט.
זהו, במובן הבסיסי, תהליך פסיבי ועניין של מזל מטומטם; יחד עם זאת, זה לא פשוט "אקראי", כפי שנראה שאנשים רבים מאמינים, אם כי זרעים של הברירה הטבעית הם אקראיים. מבולבלים עדיין? אל תהיה.
שינויים המתרחשים בסביבה נתונה מובילים לכך שתכונות מסוימות מועילות על פני אחרות.
לדוגמא, אם הטמפרטורה מתקררת בהדרגה, בעלי חיים ממין מסוים בעלי מעילים עבים יותר בזכות גנים חיוביים נוטים יותר לשרוד ולהתרבות, ובכך להגדיל את תדירות התכונה התורשתית הזו ב אוּכְלוֹסִיָה.
שים לב שזו הצעה שונה לחלוטין מבעלי חיים בודדים באוכלוסייה זו שורדים משום שהם מסוגלים למצוא מחסה באמצעות מזל או כושר המצאה; שאינו קשור לתכונות תורשתיות הנוגעות למאפייני המעיל.
המרכיב הקריטי של הברירה הטבעית הוא שאורגניזמים בודדים אינם יכולים פשוט לקיים את התכונות הדרושות.
הם חייבים להיות נוכחים באוכלוסייה בזכות וריאציות גנטיות שקיימות מראש, שנובעות ממוטציות מקריות ב- DNA בדורות קודמים.
לדוגמא, אם הענפים הנמוכים ביותר של עצים עלים הולכים ונעשים גבוהים יותר מהאדמה כאשר קבוצת ג'ירפות מאכלסת את האזור, הג'ירפות האלה שבמקרה צווארן ארוך יותר ישרדו ביתר קלות בגלל היכולת לענות על צרכיהם התזונתיים, והן להתרבות זה עם זה כדי להעביר את הגנים האחראיים לצווארם הארוך, שיהפכו נפוצים יותר בג'ירפה המקומית אוּכְלוֹסִיָה.
הגדרת Coevolution
התנאי התפתחות משותפת משמש לתיאור מצבים בהם שני מינים או יותר משפיעים זה על התפתחותו של זה באופן הדדי.
המילה "הדדיות" עומדת כאן בראש ובראשונה; כדי שהתפתחות משותפת תהיה תיאור מדויק, לא מספיק שמין אחד ישפיע על התפתחותו של אחר או אחרים מבלי שהאבולוציה שלה מושפעת גם באופן שלא יתרחש בהיעדר ההתרחשות המשותפת מִין.
במובנים מסוימים, זה אינטואיטיבי. מאז כל האורגניזמים בפרט מערכת אקולוגית (מערך כל האורגניזמים באזור גיאוגרפי מוגדר היטב) מחובר, הגיוני שהתפתחותו של אחד מהם תשפיע על התפתחות אחרים בדרך כלשהי או בדרכים.
אולם בדרך כלל, התלמידים אינם מוזמנים לשקול את התפתחותו של מין באינטראקציה דרך, ובמקום זאת הם מתבקשים להסתכל על יחסי הגומלין בין מין יחיד לזה שלו סביבה.
אמנם המאפיינים הפיזיים למהדרין של סביבות (למשל, טמפרטורה, טופוגרפיה) בהחלט הם משתנים עם הזמן, הם מערכות שאינן חיים ולכן אינם מתפתחים במובן הביולוגי של מִלָה.
האזנה להגדרה הבסיסית של האבולוציה, אם כן, התפתחות משותפת מתרחשת כאשר האבולוציה של מין אחד או הקבוצה משפיעה על לחץ סלקטיבי, או חובה להתפתח בכדי לשרוד, של מין אחר או קְבוּצָה. לרוב זה קורה עם קבוצות שמנהלות יחסים קרובים בתוך מערכת אקולוגית.
עם זאת, זה יכול לקרות לקבוצות קשורות רחוק כתוצאה ממעין "אפקט דומינו", כפי שתלמד בקרוב.
עקרונות בסיסיים של התפתחות משותפת
דוגמאות לאינטראקציה של טורפים וטרפים יכולות לשפוך אור על דוגמאות יומיומיות להתפתחות משותפת שאתה ככל הנראה מודע אליה ברמה מסוימת, אך אולי לא שקלת באופן פעיל.
צמחים לעומת בעלי חיים: אם מיני צמחים מפתחים הגנה חדשה מפני אוכלי עשב, קוצים כאלה או הפרשות רעילות, הדבר גורם ל לחץ חדש על אוכלי העשב לבחור עבור אנשים שונים, כגון צמחים שנשארים טעימים וקלים אָכִיל.
בתורם, על הצמחים החדשים המבוקשים הללו, אם הם אמורים לשרוד, להתגבר על אותה הגנה חדשה; בנוסף, אוכלי העשב יכולים להתפתח בזכות אנשים שבמקרה יש להם תכונות שהופכות אותם עמידים בפני הגנות כאלה (למשל, חסינות לרעל המדובר).
בעלי חיים לעומת בעלי חיים: אם טרף מועדף על מיני בעלי חיים נתון מתפתח דרך חדשה להימלט מאותו טורף, הטורף חייב בתורו להתפתח דרך חדשה לתפוס את הטרף הזה או להסתכן במות אם הוא לא יכול למצוא מקור אחר של מזון.
לדוגמא, אם צ'יטה אינה יכולה לחרוג בעקביות מהגזלים במערכת האקולוגית שלה, היא תמות בסופו של דבר מרעב; יחד עם זאת, אם הגזלים לא יוכלו לעלות על הברדלסים, גם הם ימותו.
כל אחד מהתרחישים הללו (השני באופן בולט יותר) מהווה דוגמה קלאסית למירוץ חימוש אבולוציוני: כאשר מין אחד מתפתח ומתחזק בצורה מהירה יותר בדרך כלשהי, על השני לעשות זאת או להסתכן הַכחָדָה.
ברור שיש רק כל כך מהר שמין מסוים יכול להפוך, כך שבסופו של דבר משהו צריך לתת ואחד או יותר מהמינים המעורבים נודדים מהאזור אם הוא יכול, או שהוא מת.
- חָשׁוּב: האינטראקציה הכללית בין אורגניזמים בסביבה אינה מעמידה בפני עצמה נוכחות של תהליך משותף; אחרי הכל, כמעט כל האורגניזמים במקום נתון מתקשרים בצורה כלשהי. במקום זאת, כדי לקבוע דוגמה להתפתחות משותפת, חייבות להתקיים עדות מוחלטת לכך שהאבולוציה באחת עוררה את האבולוציה אצל האחר ולהיפך.
סוגי התפתחות משותפת
טרף טורף התפתחות יחסים משותפת: יחסי טורף-טרף הם אוניברסליים ברחבי העולם; שתיים כבר תוארו במונחים כלליים. לפיכך קל לאתר ולאמת כמעט כל מערכת אקולוגית באמצעות טורף וטרף.
ברדלסים וגזלים הם אולי הדוגמה המצוטטת ביותר, ואילו זאבים ודביבונים מייצגים אחר בחלק אחר, הרבה יותר קר בעולם.
התפתחות מינים תחרותית: בסוג זה של התפתחות משותפת, מספר אורגניזמים מתמודדים על אותם משאבים. ניתן לאמת סוג זה של התפתחות משותפת בהתערבויות מסוימות, כמו במקרה של סלמנדרות בהרי העשן הגדולים במזרח ארצות הברית. כשאחד פלטודון מינים מוסרים, אוכלוסיית האחר גדלה בגודלה ולהיפך.
התפתחות משותפת הדדית: חשוב לציין, שלא כל צורות ההתפתחות המשותפות בהכרח פוגעות באחד מהמינים המעורבים. ב הדדיות התפתחות משותפת, אורגניזמים הנשענים זה על זה למשהו מתפתחים "ביחד" הודות לשיתוף פעולה לא מודע - מעין משא ומתן או פשרה שלא הוגדר. הדבר ניכר בצורה של צמחים וחרקים המאביקים את אותם מיני צמחים.
התפתחות משותפת של טפילים ומארחים: כש טַפִּיל פולש למארח, הוא עושה זאת מכיוון שהוא התחמק מההגנות של המארח בנקודת הזמן ההיא. אבל אם המארח מתפתח באופן שלא ייפגע בצורה דרסטית מבלי "לפנות" את הטפיל על הסף, התפתחות משותפת היא במשחק.
דוגמאות להתפתחות משותפת
דוגמא לשלושה מינים טורפים: זרעי חרוט האורן של Lodgepole בהרי הרוקי נאכלים הן על ידי סנאים ובין כריתה צולבת (סוג של ציפור).
באזורים מסוימים שבהם צומחים אורני תאורה יש סנאים, שיכולים בקלות לאכול זרעים מתוך אצטרובלים צרים (הנוטים יש יותר זרעים), אך הצלבנים, שלא יכולים לאכול את הזרעים בקלות מתוך אצטרובלים צרים, לא מגיעים ל לאכול.
באזורים אחרים יש רק רוחבי רוחב, ולקבוצות העופות הללו נוטים להיות אחד משני סוגי המקור; לציפורים עם מקור ישר יותר קל יותר לתפוס זרעים מתוך קונוסים צרים.
ביולוגים של חיות בר שחקרו מערכת אקולוגית זו שיערו שאם עצים היו מתפתחים על בסיס הטורפים המקומיים, אזורים עם סנאים היו צריכים להניב רחב יותר קונוסים שהיו פתוחים יותר עם פחות זרעים שנמצאו בין הקשקשים, ואילו אזורים עם ציפורים היו צריכים להניב קנה מידה עבה יותר (כלומר, עמיד במקור) קונוסים.
זה הוכיח את עצמו בדיוק כך.
מינים תחרותיים: פרפרים מסוימים התפתחו לטעמם רע לטורפים כך שדורשים אלה נמנעים מהם. זה מגדיל את הסבירות ל אַחֵר פרפרים נאכלים, מוסיפים סוג של לחץ סלקטיבי; לחץ זה מוביל להתפתחות של "חיקוי", שבו פרפרים אחרים מתפתחים ונראים כמו אלה שטורפים למדו להימנע מהם.
דוגמה נוספת למין תחרותי היא האבולוציה של נחש המלך להיראות כמעט בדיוק כמו נחש האלמוגים. שניהם יכולים להיות אגרסיביים כלפי נחשים אחרים, אך נחש האלמוגים הוא ארסי מאוד ולא כזה שבני אדם רוצים להיות בסביבתו.
זה דומה למישהו שלא מכיר קראטה, אבל יש לו מוניטין של מומחה לאומנויות לחימה.
הדדיות: התפתחות עץ אנט-שיטה בדרום אמריקה היא דוגמה ארכיטיפית להתפתחות משותפת הדדית.
העצים פיתחו קוצים חלולים בבסיסם, שם מופרש צוף, שעשוי למנוע מאוכלי העשב לאכול אותו; בינתיים, נמלים באזור התפתחו כדי למקם את הקן שלהן בקוצים האלה שבהם מייצרים צוף, אך אינן פוגעות בעץ מלבד גזל בלתי מזיק יחסית.
התפתחות משותפת של טפיל מארח: טפילי ברוד הם ציפורים שהתפתחו להטלת ביציהן בקני ציפורים אחרות, ולאחריהן הציפור המחזיקה בפועל את "הקן" מטפלת בצעירים. זה מעניק לטפילי ההריון טיפול בילדים בחינם, ומשאיר אותם חופשיים להקדיש משאבים נוספים להזדווגות ומציאת אוכל.
הציפיות המארחות, לעומת זאת, מתפתחות בסופו של דבר באופן שמאפשר להם ללמוד לזהות מתי ציפור תינוקת איננה שלהן, וגם להימנע מאינטראקציה עם ציפורים טפיליות לחלוטין אם אפשר.