מושג הברירה הטבעית הוצע לראשונה רשמית בכנס ביולוגיה של האגודה לינן. ב- 1 ביולי 1858 הוצג מאמר משותף בנושא ופורסם לאחר מכן. זה כלל תרומות מצ'רלס דרווין ו אלפרד רוסל וואלאס.
שני הגברים כתבו על הרעיון כי הברירה הטבעית תרמה להתפתחות כדור הארץ באמצעות הישרדות של אורגניזמים המתאימים ביותר לסביבתם. מדענים בזמנו הבינו שהאבולוציה מתרחשת אך לא ידעו כיצד מינים מתפתחים.
לאחר הקדמה זו של הברירה הטבעית, דרווין פירט את הנושא עם תורת האבולוציה שלו וספרו, על מקור המינים, פורסם בשנת 1859. עבודתו עם החוחיות של דרווין ורעיונותיו בנושא הישרדותם של החזקים הסביר את מנגנון הברירה הטבעית וכיצד הוא יכול להוביל לריבוי של סוגים רבים ושונים של אורגניזמים.
הגדרת בחירה טבעית
האבולוציה היא השינוי המצטבר במאפייניו של אורגניזם או אוכלוסיה בדורות הבאים. לפעמים זה מסוכם כ מוצא עם שינויים. הברירה הטבעית היא אחד המנגנונים המניעים את האבולוציה.
כדי להיות מאפיין פעיל או תכונה הגורמת להתרחשות הברירה הטבעית, על התכונה להיות בעלת התכונות הבאות:
- תורשה. תכונה יכולה להשפיע רק על האבולוציה באמצעות הברירה הטבעית אם היא מועברת מההורים לצאצאים.
- פונקציונליות. התכונה חייבת להיות בעלת פונקציה. תכונות חייבות לעשות משהו כדי שהברירה הטבעית תתקיים.
- יתרון. כדי להיבחר להעברת צאצאים, על התכונה להעניק יתרון לאורגניזם שיש בו, או להפוך את האורגניזם לכשיר יותר להישרדות בסביבתו.
- מָקוֹר. התכונה כנראה גרמה לאורגניזמים להתפתח מכיוון שהיא הפכה את האורגניזמים שיש להם בכושר יותר להישרדות. אם האורגניזמים השתנו עקב מנגנון אחר, כגון מוטציה גנטית, זה לא נבע מברירה טבעית.
הברירה הטבעית ותורת האבולוציה של דרווין
בהתבסס על התיעוד המאובנים, ברור שמינים משתנים עם הזמן ומינים חדשים מתפתחים בעוד שאחרים מתים. לפני דרווין לא היה הסבר כיצד שינויים כאלה יכולים להתרחש.
ה תורת האבולוציה מתאר מה קורה כאשר המאפיינים של אנשים מסוימים ממין הופכים לשולטים ברירה טבעית מתאר כיצד השליטה הזו נוצרת.
דרווין למד ברירה טבעית בחוחיות. גם כאשר מנגנון אחר כמו מוטציה משנה אוכלוסיה, אם המוטציה לא מקנה יתרון טבעי, היא עלולה למות בגלל הברירה הטבעית.
איך עובדת הברירה הטבעית
בתוך מינים, אוכלוסייה טיפוסית כוללת אנשים בעלי תכונות שונות מכיוון שהם מקבלים מחציתם קוד גנטי מהאב ומחצית מהאם. עבור תכונות עם בסיס גנטי, שילוב זה של גנים מההורים מביא למגוון רחב של מאפיינים אצל הפרטים של האוכלוסייה.
שילוב התכונות אצל אנשים מסוימים מעניק להם יתרון בחיפוש מזון, רבייה או עמידה בטורפים או מחלות. אנשים אחרים מקבלים תכונות המציבות אותם בחסרון.
האנשים המועילים יחיו זמן רב יותר ויולידו יותר צאצאים. צאצאיהם יקבלו בעיקר גנים המביאים לתכונות המועילות. עם הזמן, רוב האוכלוסייה תתפתח עם התכונות המועילות, והתכונות המעניקות חסרון ייעלמו. הברירה הטבעית בחרה את אנשים עם מאפיינים חיוביים.
המסע של דארווין על הביגל
בשנת 1831 שלח הצי הבריטי את ספינת הסקר את ה- HMS ביגל למסע מיפוי ברחבי העולם. צ'רלס דרווין עלה לסיפון כחוקר הטבע שהוקצה לתצפית על בעלי חיים וצומח מקומיים. המשלחת ארכה חמש שנים ובילתה זמן רב לאורך חופי האוקיינוס האטלנטי והפסיפי של דרום אמריקה.
כשיצאה מדרום אמריקה למעבר האוקיאנוס השקט לניו זילנד, בילתה הספינה חמישה שבועות בחקר איי גלפגוס. כפי שעשה בכל מקום, דרווין רשם הערות מקיפות על מאפייני הצמחים ובעלי החיים שמצא. בסופו של דבר הערות אלו יהוו את הבסיס להתפתחותו של מושג הברירה הטבעית ותורת האבולוציה שלו.
החוחיות של דרווין הדגימו את הישרדותם של החזקים ביותר
חזרה לאנגליה בדקו דרווין ועמיתת אורניתולוג את הערותיו של דרווין על חוחיות איי גלפגוס. ככל הנראה באיים היו 13 מינים שונים של חוחיות ואילו במסת הקרקע הדרומית-אמריקאית הקרובה ביותר שנמצאת במרחק של כ -600 קילומטרים היה רק מין אחד. ההבדל העיקרי בין המינים היה גודל וצורת המקור.
ניתוח דרווין של הערותיו הביא אותו להסיק את המסקנות הבאות:
- החוחיות היו מקור שונה כי הם גרו באיים שונים ב סביבות שונות.
- הסביבה לא גרמה להבדלים במקור מכיוון שלא היה מנגנון להשפעה כזו.
- מאפייני המקור השונים ודאי היו קיימים באוכלוסיית החוחית המקורית.
- כשהחוחיות מהאוכלוסייה המקורית התיישבו על אי, החוחיות עם המקור המותאם ביותר לאספקת המזון המקומית יהיה יתרון.
- החוחיות עם המקור המתאימות ביותר למקור המזון באי שלהם היו לשרוד במספרים גדולים יותר מהחוחיות הפחות מותאמות.
- בסופו של דבר, לאורך דורות רבים, החוחיות על האי יהוו זן מובהק עם גודל וצורת מקור מובחנים מכיוון שהחוחיות עם המקור האלה יהיו המתאימות ביותר להן סביבה.
עם מסקנות אלה הסביר דרווין את התפתחותם של מקור החוחית באיי גלאפגוס בכך שהוא הציע מנגנון של הברירה הטבעית. הוא סיכם את המנגנון הזה כ- הישרדותם של החזקים, שם הוגדר כושר כ הצלחת הרבייה.
עבודתו של דרווין הסתמכה על שלוש תצפיות
למסקנותיו הסתמך דרווין על הערותיו, תצפיותיו שלו ופרשנותו על כתביו של תומאס רוברט מלתוס. מלתוס היה מלומד אנגלית, אשר פרסם בשנת 1798 את התיאוריה שלו לפיה גידול האוכלוסייה תמיד יעלה על אספקת המזון. המסקנה היא שבכל אוכלוסייה אנשים רבים ימותו בגלל תחרות על אספקת מזון מוגבלת.
שלוש התצפיות שאפשרו לדרווין לפתח את תורת האבולוציה והברירה הטבעית שלו היו:
- האנשים באוכלוסיה מציגים שונות בתכונות כגון צבע, התנהגות, גודל וצורה עקב שונות גנטית.
- חלק מהתכונות מועברות מהורים לצאצאים והן תורשתיות.
- ההורים באוכלוסייה מייצרים יתר על המידה צאצאים כדי שחלקם לא ישרדו.
בהתבסס על תצפיות אלה, הציע דרווין כי אותם אנשים בעלי תכונות שהפכו אותם לכשירים יותר הם אלה שישרדו בעוד שהכי פחות בכושר ימותו. לאורך זמן, האוכלוסייה תישלט על ידי אנשים בעלי תכונות שהפכו אותם להתאים יותר.
דוגמאות לבחירה טבעית: חיידקים
אוכלוסיות חיידקים מציגות ברירה טבעית חזקה מאוד מכיוון שהן יכולות להתרבות במהירות. בדרך כלל הם מתרבים עד שהם מגיעים לאילוץ כמו מחסור במזון, מקום או משאבים אחרים. בשלב זה, אותם חיידקים המתאימים ביותר לסביבתם ישרדו בזמן שהשאר ימותו.
אחת הדוגמאות לבחירה טבעית בחיידקים היא התפתחות עמידות לאנטיביוטיקה. כאשר חיידקים גורמים לזיהום והאדם מטופל באנטיביוטיקה, כל חיידק בעל תכונת עמידות לאנטיביוטיקה ישרוד בעוד שכל האחרים ימותו. ריבוי החיידקים העמידים לאנטיביוטיקה הוא בעיה רפואית מרכזית.
דוגמאות לבחירה טבעית: צמחים
צמחים מתפתחים ומתאימים לסביבתם באמצעות הברירה הטבעית. ישנם צמחים המפתחים צבעי פרחים כדי למשוך מאביקים מסוג מסוים ולפתח מנגנונים מיוחדים להפצת זרעיהם. עליהם להסתגל לאור שמש פחות או יותר ולהילחם במזיקים.
קקטוסים הם דוגמה לבחירה טבעית בצמחים. במדבר בו הם חיים יש הרבה אור שמש, מעט מים ומדי פעם חיה שתאהב לנגיסה עסיסית.
כתוצאה מכך פיתחו קקטוסים גופים קומפקטיים או עלים קטנים ועסיסיים עם קליפות עבות כדי להגן מפני השמש החזקה ולמזער את אובדן המים. הם יכולים גם לאגור מים ויש להם קוצים חדים כדי להרתיע בעלי חיים. הקקטוסים עם התכונות האלה היו המתאימים ביותר, והם עדיין מתפתחים.
דוגמא נוספת היא השינוי בצמח חרדל השדה שנגרם בעקבות הבצורת בדרום קליפורניה. כדי לשרוד בצורת, הצמחים חייבים לגדול, לפרוח ולהפיץ את זרעיהם במהירות. צמחי החרדל של דרום קליפורניה שפרחו מוקדם הפכו לדומיננטיים בעוד שפורחים מאוחר יותר גוועו.
מבחר טבעי בבעלי חיים
לבעלי חיים יש יותר אפשרות להשפיע על הישרדותם מכיוון שהם יכולים לעסוק בדפוסי התנהגות מורכבים. תכונות שיכולות לקבוע כושר נכנסות לשלוש קטגוריות עיקריות. היכולת למצוא מספיק אוכל באמצעות ציד או מזון אחר הוא מפתח להישרדות.
לרוב בעלי החיים יש חיות טרף, ותכונות ספציפיות מאפשרות להם להימנע מאכילה. לבסוף, היכולת למצוא ולמשוך בן זוג מאפשרת להם להעביר את התכונות החיוביות שלהם לצאצאים.
מאפיינים אופייניים המשפיעים על הברירה הטבעית כוללים:
- תְנוּעָה. היכולת לרוץ, לשחות או לעוף מהר קובעת אם בעל חיים יכול לצוד בהצלחה או לברוח מטורפים.
- לְהַסווֹת. אם בעל חיים יכול להסתתר בהצלחה, הוא יכול להתחמק מטורפים או מארב.
- חֲסִינוּת. יש בעלי חיים שיהיו עמידים יותר למחלה מאחרים ושרדו.
- כוח. התחרות לבת הזוג כוללת לעיתים קרובות מבחני כוח עם חברים אחרים מאותו המין.
- חושים. בעלי חיים שיכולים לראות, להריח או לשמוע טוב יותר עשויים להיות בעלי סיכויים טובים יותר לשרוד.
- מאפיינים מיניים. הברירה הטבעית בבעלי חיים תלויה ברבייה מוצלחת לאחר משיכת בן / בת זוג.
בעלי חיים מתפתחים באופן רציף, תחילה כדי להסתגל טוב יותר לסביבה נתונה ואז, אם הסביבה משתנה, לסביבה החדשה. הברירה הטבעית עלולה לגרום לשינויים אבולוציוניים באוכלוסיות הקיימות ויכולה להעדיף מין אחד על פני אחר אם שני מינים מתחרים על אותו מרחב ומשאבים.
דוגמאות לבחירה טבעית: בעלי חיים
הברירה הטבעית אצל בעלי חיים נראית בצורה הטובה ביותר כאשר הסביבה משתנה בצורה כלשהי, ובעלי חיים בעלי מאפיינים ספציפיים מתאימים יותר ובמהרה הופכים לדומיננטיים.
למשל, העש המפולפל בלונדון היה בהיר עם כתמים כהים. במהלך המהפכה התעשייתית החשכה הבניינים בפיח. ציפורים יכלו לראות את העשים הבהירים בקלות על רקע כהה, ועד מהרה נותרו רק עש בצבע כהה. הברירה הטבעית העדיפה את העשים עם כתמים כהים יותר ויותר.
בדוגמה אחרת, נניח שחלק מהחרקים הופכים לעמידים בפני הדברה כימית במהירות רבה. גם אם רק אנשים בודדים עמידים, השאר ימותו, והחרקים העמידים ישרדו. חרקים מייצרים בדרך כלל מספר רב של צאצאים, כך שהחרקים עם הגנים העמידים ישתלטו במהירות.
בדוגמה להעדפת רבייה, טווסים נקביים בוחרים בני זוג על פי גודל וזנבם ובהירותם. לאחר ההשפעות של ברירה טבעית, כמעט לכל זכרי הטווס כיום יש זנבות גדולים וצבעוניים.
בעוד שדרווין ידוע בעיקר בזכות פרסומיו על תורת האבולוציה, הברירה הטבעית היא שמאפשרת שינוי והתאמה במינים. מאמרו של צ'רלס דרווין משנת 1858, עם תרומות מאת אלפרד ראסל וואלאס, שמאמרו פורסם במקביל, שינה לעד את האופן שבו אנשים ראו את האבולוציה ואת השינויים הטבעיים בצמחים ובעלי חיים שהתרחשו ללא הרף סביב אוֹתָם.