- תיעוד המאובנים והפליאונטולוגיה
- מהו מאובן?
- מדוע מאובנים מאובנים להתפתחות?
- הומולוגיה: עדות למקור שכיח
- מהי הומולוגיה?
- האם כל קווי הדמיון הם הומולוגיות?
- מדוע ההומולוגיות הן הוכחה להתפתחות?
- מהן הומולוגיות מולקולריות?
- מה מלמדים אותנו הומולוגיות מולקולריות?
- בחירה מלאכותית
- סלקציה טבעית באוכלוסיות טבעיות
- עמידות לאנטיביוטיקה
- העש והמהפכה התעשייתית
- הפניות
הראיות לאבולוציה מורכבות מסדרה של בדיקות כדי לאשר את תהליך השינוי במהלך חלוף הזמן באוכלוסיות ביולוגיות. עדות זו באה מדיסציפלינות שונות, מביולוגיה מולקולרית לגיאולוגיה.
לאורך כל תולדות הביולוגיה תוכננה סדרה של תיאוריות שניסו להסביר את מקור המינים. הראשון שבהם הוא התיאוריה הפיקסיסטית, שהומצאה על ידי מספר הוגים, מימי אריסטו. על פי גוף רעיונות זה, מינים נוצרו באופן עצמאי ולא השתנו מאז תחילת היווצרותם.
מקור: pixabay.com
בהמשך פותחה התיאוריה הטרנספורמיסטית, שכפי ששמה מרמז על שינוי מינים לאורך זמן. לפי הטרנספורמיסטים, למרות שמינים נוצרו באירועים נפרדים, הם השתנו עם הזמן.
לבסוף, יש לנו את התיאוריה האבולוציונית, שבנוסף להציע שהמינים השתנו לאורך זמן, מחשיבה כמקור שכיח.
שתי המוצבים הללו אורגנו על ידי הטבע הטבעי הבריטי צ'ארלס דארווין, והגיעו למסקנה כי יצורים חיים שמקורם באבות אבות שונים מאוד מהם וקשורים זה לזה על ידי אבות משותפים.
לפני זמנו של דרווין נעשה שימוש בעיקר בתיאוריה הפיקסיסטית. בהקשר זה, עיבודים של בעלי חיים נתפסו כיצירות של מוח אלוהי למטרה מסוימת. לפיכך, לציפורים היו כנפיים לעוף ולשומות היו רגליים לחפור.
עם בואו של דארווין, כל הרעיונות הללו מושלכים והאבולוציה מתחילה להיות הגיונית מהביולוגיה. בשלב הבא נסביר את הראיות העיקריות התומכות באבולוציה ועוזרות לשלול תקינות וטרנספורמיזם.
תיעוד המאובנים והפליאונטולוגיה
מהו מאובן?
המונח מאובנים מקורו במאובנים הלטיניים שמשמעותם "מבור" או "מהאדמה". קטעים יקרי ערך אלה מייצגים עבור הקהילה המדעית "מבט אל העבר", תרתי משמע.
מאובנים יכולים להיות שרידי בעלי חיים או צמחים (או אורגניזם חי אחר) או עקבות או סימון כלשהו שהאדם נותר על פני השטח. הדוגמה האופיינית למאובנים היא החלקים הקשים של בעל חיים, כמו הקליפה או העצמות שהפכו לסלע על ידי תהליכים גיאולוגיים.
כמו כן ניתן למצוא "עקבות" של אורגניזמים ברישום, כמו מחילות או מסילות.
בימי קדם, נחשבו המאובנים כסוג ייחודי מאוד של סלע שעוצב על ידי כוחות סביבתיים, בין אם זה מים או רוח, ודומים באופן ספונטני לישות חיה.
עם הגילוי המהיר של מספר עצום של מאובנים, התברר כי לא מדובר בסלעים בלבד, והמאובנים נחשבים לשרידי אורגניזמים שחיו לפני מיליוני שנים.
המאובנים הראשונים מייצגים את "עולם החי של אדיאקרה". מאובנים אלה מתוארכים לפני כ- 600 מיליון שנה.
עם זאת, מרבית המאובנים מתוארכים לתקופה הקמבריאית, לפני כ -550 מיליון שנה. למעשה, האורגניזמים של תקופה זו מאופיינים בעיקר בחידוש מורפולוגי עצום (לדוגמא, המספר העצום של המאובנים שנמצאים בשכונת הבורגס).
מדוע מאובנים מאובנים להתפתחות?
אין זה סביר כי תיעוד המאובנים - קרוואן עצום של צורות מגוונות שאנו כבר לא צופים בהם כיום וכי חלקם דומים באופן קיצוני למינים מודרניים - מאמין בתאוריה הפיקסיסטית.
למרות שנכון שהרשומה אינה שלמה, ישנם כמה מקרים מאוד ספציפיים שבהם אנו מוצאים צורות מעבר (או שלבי ביניים) בין צורה אחת לאחרת.
דוגמה לצורות שמורות להפליא ברשומה היא התפתחותם של קטואים. יש סדרה של מאובנים המראים את השינוי ההדרגתי שעבר שושלת זו לאורך זמן, החל מחיית אדמה בעלת ארבע רגליים ומסתיים במינים הענקיים המאכלסים את האוקיינוסים.
במצרים ובפקיסטן נמצאו מאובנים המראים את הטרנספורמציה המדהימה של לוויתנים.
דוגמה נוספת המייצגת את התפתחותו של טקסון מודרני היא התיעוד המאובני של הקבוצות שמקורן בסוסים של ימינו, מאורגניזם בגודל של חופה ובעזרת שיניים לגלישה.
באופן דומה, יש לנו מאובנים מאוד ספציפיים של נציגים שהיו אולי אבותיהם של טטראפודים, כמו איצ'יוסטגה - אחד הדו-חיים הקדומים ביותר הידועים.
הומולוגיה: עדות למקור שכיח
מהי הומולוגיה?
הומולוגיה היא מושג מפתח באבולוציה ובמדעי הביולוגיה. את המונח טבע טבע הזואולוג ריצ'רד אוון, והוא הגדיר אותו כך: "אותו איבר בבעלי חיים שונים, בכל צורה ותפקוד אשר יהיו."
עבור אוון, הדמיון בין המבנים או המורפולוגיות של האורגניזמים נבע אך ורק מהעובדה שהם תואמים את אותה תוכנית או "ארוטיפ".
עם זאת, הגדרה זו הייתה לפני התקופה הדרוויניסטית, מסיבה זו המונח משמש בצורה תיאורית גרידא. בהמשך, עם שילוב רעיונות דרוויניסטן, המונח הומולוגיה מקבל ניואנס הסבר חדש, והגורם לתופעה זו הוא המשכיות של מידע.
לא קל לאבחן הומולוגיות. עם זאת, ישנן ראיות מסוימות המודיעות לחוקר כי הוא עומד בפני מקרה של הומולוגיה. הראשון הוא להכיר אם יש התכתבויות ביחס למיקום המרחבי של המבנים.
לדוגמא, בגפיים העליונות של טטרפודים יחסי העצמות זהים בין יחסי הקבוצה. אנו מוצאים humerus, ואחריו רדיוס ואולנה. למרות שניתן לשנות את המבנה, הסדר זהה.
האם כל קווי הדמיון הם הומולוגיות?
בטבע, לא כל קווי הדמיון בין שני מבנים או תהליכים יכולים להיחשב הומולוגיים. ישנן תופעות נוספות המובילות לשני אורגניזמים שאינם קשורים זה לזה מבחינת המורפולוגיה שלהם. אלה התכנסות אבולוציונית, הקבלה והיפוך.
הדוגמה הקלאסית להתכנסות אבולוציונית היא עין של חוליות ובעין של עצמות הרחם. למרות ששני המבנים ממלאים את אותה פונקציה, אין להם מקור משותף (לאב הקדמון המשותף לשתי הקבוצות הללו לא היה מבנה הדומה לעין).
לפיכך, ההבחנה בין דמויות הומולוגיות ואנלוגיות הינה חיונית על מנת ליצור קשרים בין קבוצות של אורגניזמים, מכיוון שרק מאפיינים הומולוגיים ניתנים לשימוש כדי לבצע הסקנות פילוגנטיות.
מדוע ההומולוגיות הן הוכחה להתפתחות?
הומולוגיות הן הוכחות למקור השכיח של מינים. חוזר לדוגמא של הקווירידיום (חבר שנוצר על ידי עצם אחת בזרוע, שניים בזרוע ובפלנגות) בטטראפודים, אין שום סיבה שמחבט ולוויתן יחלקו את התבנית.
טיעון זה שימש דרווין עצמו בספר "מוצא המינים" (1859), כדי להפריך את הרעיון שמינים תוכננו. אף מעצב - לא משנה כמה חסר ניסיון - ישתמש באותה דפוס על אורגניזם מעופף ובאזור מימי.
מסיבה זו אנו יכולים להסיק כי ההומולוגיות הן עדויות של אבות קדומים משותפים, וההסבר היחיד המתקבל על הדעת שיש לפרש קווירידיום באורגניזם ימי ובאחד אחר מעופף, הוא ששניהם התפתחו מאורגניזם שכבר היה לו מבנה זה.
מהן הומולוגיות מולקולריות?
עד כה הזכרנו רק הומולוגיות מורפולוגיות. עם זאת, הומולוגיות ברמה המולקולרית משמשות גם עדות להתפתחות.
ההומולוגיה המולקולרית הברורה ביותר היא קיומו של קוד גנטי. כל המידע הדרוש לבניית אורגניזם נמצא ב- DNA. זה הופך למולקולת RNA של שליח, שמתורגמת סוף סוף לחלבונים.
המידע הוא בקוד בן שלוש אותיות, או קודונים, הנקרא הקוד הגנטי. הקוד הוא אוניברסלי עבור יצורים חיים, למרות שיש תופעה שנקראת הטיה לשימוש בקודון, כאשר מינים מסוימים משתמשים בקודונים מסוימים בתדירות גבוהה יותר.
כיצד ניתן לאמת שהקוד הגנטי הוא אוניברסאלי? אם אנו מבודדים RNA מיטוכונדריאלי המסנתז את חלבון ההומוגלובין מארנבון ומכניס אותו לחיידק, מכונות הפרוקריוט מסוגלות לפענח את המסר, אם כי הוא אינו מייצר באופן טבעי המוגלובין.
הומולוגיות מולקולריות אחרות מיוצגות על ידי המספר העצום של מסלולי חילוף חומרים הקיימים במשותף בשושלות שונות, המופרדות באופן נרחב בזמן. לדוגמא, פירוק הגלוקוז (גליקוליזה) קיים כמעט בכל האורגניזמים.
מה מלמדים אותנו הומולוגיות מולקולריות?
ההסבר ההגיוני ביותר לכך שהקוד הוא אוניברסאלי הוא תאונה היסטורית. כמו שפה באוכלוסיות אנושיות, הקוד הגנטי הוא שרירותי.
אין סיבה להשתמש במונח "טבלה" כדי לייעד את האובייקט הפיזי של השולחן. הדבר תקף לכל מונח (בית, כסא, מחשב וכו ').
מסיבה זו, כאשר אנו רואים שאדם משתמש במילה מסוימת כדי לייעד חפץ, זה מכיוון שלמד אותה מאדם אחר - אביו או אמו. ואלו, בתורם, למדו זאת מאנשים אחרים. כלומר, זה מרמז על אב קדמון משותף.
באופן דומה, אין שום סיבה שקודן וואלין מקודד על ידי סדרת הקודונים המקשרים לחומצה אמינית זו.
ברגע שהוקמה השפה לעשרים חומצות האמינו, היא נתקעה. אולי מסיבות אנרגטיות, מכיוון שלסטייה מהקוד עלולות להיות השלכות מזיקות.
בחירה מלאכותית
בחירה מלאכותית היא מבחן לביצועי תהליך הבחירה הטבעית. למעשה, השונות בסטטוס הביתי הייתה מכריעה בתורתו של דרווין, והפרק הראשון על מקור המינים מוקדש לתופעה זו.
המקרים הידועים ביותר של בחירה מלאכותית הם היונה הביתית וכלבים. תהליך פונקציונלי זה באמצעות פעולה אנושית שבוחר באופן סלקטיבי וריאנטים מסוימים מהאוכלוסייה. לפיכך, חברות אנושיות מייצרות את זני בעלי החיים והצמחים שאנו רואים כיום.
לדוגמא, מאפיינים כמו גודל הפרה ניתנים לשינוי מהיר כדי להגדיל את ייצור הבשר, את מספר הביצים שהטילו התרנגולות, ואת ייצור החלב, בין היתר.
מכיוון שתהליך זה מתרחש במהירות, אנו יכולים לראות את השפעת הבחירה בפרק זמן קצר.
סלקציה טבעית באוכלוסיות טבעיות
למרות שאבולוציה נחשבת לתהליך שלוקח אלפים או במקרים מסוימים אפילו מיליוני שנים, בחלק מהמינים אנו יכולים לצפות בתהליך האבולוציוני בפעולה.
עמידות לאנטיביוטיקה
מקרה בעל חשיבות רפואית הוא התפתחות העמידות לאנטיביוטיקה. השימוש המוגזם והבלתי אחראי באנטיביוטיקה הביא לעלייה בגרסאות העמידות.
לדוגמה, בשנות הארבעים של המאה העשרים ניתן היה לחסל את כל הגרסאות של סטפילוקוקים באמצעות יישום הפניצילין האנטיביוטי, המעכב את סינתזת דופן התא.
כיום כמעט 95% זני Staphylococcus aureus עמידים לאנטיביוטיקה זו ואחרים שהמבנה שלהם דומה.
אותו מושג חל על התפתחות ההתנגדות של מזיקים לפעולה של חומרי הדברה.
העש והמהפכה התעשייתית
דוגמא נוספת פופולרית מאוד בביולוגיה אבולוציונית היא עש ביסטון בטולריה או פרפר ליבנה. עש זה פולימורפי מבחינת צבעו. ההשפעה האנושית של המהפכה התעשייתית גרמה לשינוי מהיר בתדרי האלל של האוכלוסייה.
בעבר הצבע השולט בעשים היה בהיר. עם כניסת המהפכה, הזיהום הגיע לרמות גבוהות במיוחד, והכהה את קליפת עצי ליבנה.
עם שינוי זה, עשים עם צבעים כהים יותר החלו להגדיל את תדירותם באוכלוסייה, מכיוון שמסיבות הסוואה הם היו פחות ראוותנים לעופות - טורפים עיקריים שלהם.
פעילויות אנושיות השפיעו באופן משמעותי על הבחירה במינים רבים אחרים.
הפניות
- Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). ביולוגיה: מדע וטבע. פירסון חינוך.
- דארווין, סי (1859). על מקורם של מינים באמצעות הברירה הטבעית. מוריי.
- Freeman, S., and Herron, JC (2002). ניתוח אבולוציוני. אולם פרנטיס.
- Futuyma, DJ (2005). אבולוציה. סינאואר.
- Soler, M. (2002). אבולוציה: הבסיס לביולוגיה. פרויקט דרום.