COEVOLUTION: תיאוריה, סוגים ודוגמאות - ביולוגיה - 2025

הקו -בולוציה היא שינוי אבולוציוני הדדי הכרוך בשני מינים או יותר. התופעה נובעת מהאינטראקציה ביניהם. האינטראקציות השונות המתרחשות בין אורגניזמים - תחרות, ניצול והדדיות - גורמות לתוצאות חשובות בהתפתחות ובגיוון של השושלות המדוברות.

כמה דוגמאות למערכות אבולוציוניות הן הקשר שבין טפילים למארחיהם, הצמחים והעשבונים הניזונים מהם, או האינטראקציות האנטגוניסטיות המתרחשות בין טורפים לטרף שלהם.

המקור: Brocken Inaglory

אבולוציה משותפת נחשבת לאחת התופעות האחראיות למגוון הגדול שאנו מעריצים כיום, המיוצרים על ידי אינטראקציות בין מינים.

בפועל, ההוכחה כי אינטראקציה היא אירוע של התפתחות משותפת אינה משימה קלה. למרות שהאינטראקציה בין שני מינים ככל הנראה מושלמת, היא לא מהווה עדות אמינה לתהליך המשותף.

גישה אחת היא להשתמש במחקרים פילוגנטיים כדי לבדוק אם קיים דפוס גיוון דומה. במקרים רבים, כאשר הפילוגניות של שני מינים עומדים בקנה אחד, ההנחה היא כי קיימת התפתחות כפולה בין שני השושלות.

סוגי אינטראקציות

לפני שמתעמקים בסוגיות הקשורות לפיתוח משותף, יש להזכיר את סוגי האינטראקציות המתרחשים בין מינים, מכיוון שיש לכך השלכות אבולוציוניות חשובות מאוד.

תַחֲרוּת

מינים יכולים להתחרות, ואינטראקציה זו מביאה להשפעות שליליות על צמיחתם או הרבייה של האנשים המעורבים. תחרות יכולה להיות בין-ספציפית, אם היא מתרחשת בין בני אותו המין, או בין-ספציפיים, כאשר יחידים שייכים למינים שונים.

באקולוגיה משתמשים ב"עקרון ההדרה התחרותית ". מושג זה מציע כי המינים המתחרים על אותם משאבים לא יוכלו להתמודד בצורה יציבה אם יתר הגורמים האקולוגיים יישארו קבועים. במילים אחרות, שני מינים אינם תופסים את אותה נישה.

בסוג זה של אינטראקציה, מין אחד תמיד מסיים את האחר. או שהם מחולקים לממד כלשהו של הגומחה. לדוגמה, אם שני מינים של ציפורים ניזונים מאותו הדבר ויש להם אותם אזורי מנוחה, כדי להמשיך להתקיים יחד הם עשויים להיות בעלי פסגות הפעילות שלהם בזמנים שונים של היום.

ניצול

סוג שני של אינטראקציה בין מינים הוא ניצול. כאן מין X ממריץ את התפתחותו של מין Y, אך Y זה מעכב את התפתחותו של X. דוגמאות אופייניות כוללות אינטראקציות בין טורף וטרף, טפילים עם מארחים, וצמחים עם עשבוני עשב.

במקרה של אוכלי עשב, קיימת התפתחות מתמדת של מנגנוני ניקוי רעלים אל מול מטבוליטים משניים שהצמח מייצר. באופן דומה, הצמח מתפתח לרעלים בצורה יעילה יותר בכדי להבריח אותם.

הדבר נכון גם באינטראקציה עם טורף, כאשר הטרף משפר כל הזמן את יכולתם להימלט וטורפים מגבירים את יכולות ההתקפה שלהם.

הדדיות

סוג הקשר האחרון כולל תועלת, או קשר חיובי לשני המינים המשתתפים באינטראקציה. לאחר מכן מדברים על "ניצול הדדי" בין המין.

לדוגמה, ההדדיות בין חרקים למאביקים שלהם מתורגמת ליתרונות עבור שניהם: חרקים (או כל האבקה אחרת) נהנים מחומרים מזינים מהצומח, בעוד שצמחים זוכים לפיזור של הגמטים שלהם. קשרים סימביוטיים הם דוגמא ידועה נוספת להדדיות.

הגדרת שיתוף פעולה

התפתחות משותפת מתרחשת כאשר שני מינים או יותר משפיעים על התפתחות האחר. באופן קפדני, התפתחות משותפת מתייחסת להשפעה הדדית בין מינים. יש צורך להבדיל אותו מאירוע אחר הנקרא אבולוציה רציפה, מכיוון שיש בדרך כלל בלבול בין שתי התופעות.

אבולוציה רציפה מתרחשת כאשר למין אחד השפעה על התפתחותו של האחר, אך הדבר אינו קורה להפך - אין הדדיות.

המונח שימש לראשונה בשנת 1964 על ידי החוקרים ארליך ורייבן.

עבודתו של ארליך ורייבן בנושא האינטראקציה בין לפידופטרה וצמחים עוררה השראה לחקירות רצופות של "התפתחות שיתוף פעולה". עם זאת, המונח התעוות ואיבד משמעות לאורך זמן.

עם זאת, האדם הראשון שביצע מחקר שקשור להתפתחות הדו-קוטית בין שני מינים היה צ'ארלס דארווין, כאשר במוצא המינים (1859) הוא הזכיר את הקשר בין פרחים לדבורים, אם כי לא השתמש במילה " שיתוף פעולה "כדי לתאר את התופעה.

הגדרה של Janzen

כך, בשנות ה -60 וה -70 לא הייתה הגדרה ספציפית, עד שג'אנזן בשנת 1980 פרסם פתק שהצליח לתקן את המצב.

חוקר זה הגדיר את המונח התפתחות שיתופית כ: "מאפיין של תושבי אוכלוסיה המשתנה בתגובה למאפיין אחר של תושבי אוכלוסייה שנייה, ואחריו תגובה אבולוציונית באוכלוסייה השנייה לשינוי שנוצר בראשון".

הגדרה זו אמנם מדויקת מאוד ונועדה להבהיר את העמימות האפשרית של התופעה המשותפת, אך היא אינה מעשית עבור הביולוגים, כפי שקשה להוכיח.

באותה צורה, הסתגלות פשוטה אינה מרמזת על תהליך שיתוף פעולה. במילים אחרות, התבוננות באינטראקציה בין שני המינים איננה עדות איתנה להבטיח כי אנו עומדים בפני אירוע של התפתחות.

תנאים להתרחשות שיתוף פעולה

ישנן שתי דרישות לתופעה של התפתחות שיתוף פעולה. אחת מהן היא ספציפיות, שכן ההתפתחות של כל מאפיין או תכונה במין אחד נובעת מהלחצים הסלקטיביים המופעלים על ידי מאפייני המינים האחרים המעורבים במערכת.

התנאי השני הוא הדדיות - על הדמויות להתפתח יחד (כדי למנוע בלבול עם התפתחות רציפה).

תיאוריות והשערות

ישנן שתי תיאוריות שקשורות לתופעות של התפתחות משותפת. ביניהם ההשערות של הפסיפס הגיאוגרפי ושל המלכה האדומה.

השערת פסיפס גיאוגרפי

השערה זו הוצעה בשנת 1994 על ידי תומפסון, והיא שוקלת את התופעות הדינמיות של התפתחות שיתופית שיכולה להתרחש באוכלוסיות שונות. במילים אחרות, כל אזור או אזור גיאוגרפי מציגים את ההתאמות המקומיות שלו.

תהליך הנדידה של אנשים ממלא תפקיד מהותי, מכיוון שהכניסה והיציאה של הווריאציות נוטות לבצע הומוגניזציה של הפנוטיפים המקומיים של האוכלוסיות.

שתי התופעות הללו - עיבודים והגירות מקומיות - הן הכוחות האחראיים לפסיפס הגיאוגרפי. התוצאה של האירוע היא האפשרות למצוא אוכלוסיות שונות במדינות משותפות שונות, מכיוון שכל אחת מהן הולכת במסלול משלה לאורך זמן.

הודות לקיומו של הפסיפס הגאוגרפי, הנטייה של מחקרי התפתחות שיתופית שנערכה באזורים שונים אך עם אותם מינים לא עולה בקנה אחד עם זה או במקרים מסוימים, ניתן להסביר סתירות.

השערת המלכה האדומה

את ההשערה של המלכה האדומה הוצע על ידי ליי ואן ולן בשנת 1973. החוקרת קיבלה השראה מספרו של לואיס קרול "אליס מבעד למראה הזכוכית". בקטע בסיפור, המחבר מספר כיצד הדמויות רצות הכי מהר שהם יכולים ועדיין נשארות באותו מקום.

ואן ולן פיתח את התיאוריה שלו על סמך ההסתברות המתמדת להכחדה שחוו שושלות של אורגניזמים. כלומר, הם אינם מסוגלים "להשתפר" לאורך זמן וההסתברות להכחדה היא תמיד זהה.

לדוגמה, טורפים וטרף חווים מרוץ חימוש מתמיד. אם הטורף משפר את יכולתו לתקוף בכל דרך שהיא, הטרף צריך להשתפר במידה דומה - אם זה לא קורה, הם עלולים להיכחד.

אותו דבר מתרחש במערכת היחסים של טפילים עם מארחיהם או אצל אוכלי עשב וצמחים. שיפור מתמיד זה של שני המינים המעורבים ידוע כהשערת המלכה האדומה.

סוגים

שיתוף פעולה ספציפי

המונח "שיתוף פעולה" כולל שלושה סוגים בסיסיים. הצורה הפשוטה ביותר נקראת "שיתוף פעולה ספציפי", שם שני מינים מתפתחים בתגובה לאחר ולהיפך. למשל טרף בודד וטורף בודד.

אינטראקציה מסוג זה מולידה מירוץ חימוש אבולוציוני, אשר מביא להתבדלות בתכונות מסוימות או יכול גם לייצר התכנסות במינים הדדיאליסטים.

מודל ספציפי זה, בו מעט מינים מעורבים, הוא המתאים ביותר להמחשת קיום האבולוציה. אם הלחצים הסלקטיביים היו מספיק חזקים, עלינו לצפות להופעת התאמות והתאמות נגדיות במין.

התפתחות משותפת מפוזרת

הסוג השני נקרא "התפתחות משותפת מפוזרת", והוא מתרחש כאשר ישנם כמה מינים המעורבים באינטראקציה וההשפעות של כל מין אינן עצמאיות. לדוגמה, יכול להיות קשור בין שונות גנטית להתנגדות של מארח בפני שני מינים שונים של טפילים.

מקרה זה הרבה יותר תכוף באופיו. עם זאת, קשה הרבה יותר ללמוד מאשר התפתחות משותפת ספציפית, שכן קיומם של מינים מרובים המעורבים מקשה מאוד על תכנונים ניסויים.

בריחה וקרינה

לבסוף יש לנו את המקרה של "בריחה וקרינה", שם מין מתפתח סוג של הגנה מפני אויב, אם הוא מצליח הוא יכול להתפשט וניתן לגוון את השושלת, מכיוון שהלחץ של מין האויב אינו כל כך חזק.

לדוגמא, כאשר מין צמחי מתפתח תרכובת כימית מסוימת שמתגלה כמוצלחת מאוד, הוא יכול להשתחרר מצריכת עשבוני עשב שונים. לכן ניתן לגוון את שושלת הצמח.

דוגמאות

תהליכים משותפים-אבולוציוניים נחשבים למקור המגוון הביולוגי של כדור הארץ. תופעה מאוד מסוימת זו הייתה קיימת באירועים החשובים ביותר בהתפתחות האורגניזמים.

כעת נתאר דוגמאות כלליות מאוד לאירועי התפתחות משותפת בין שושלות שונות ואז נדבר על מקרים ספציפיים יותר ברמת המינים.

מקור האברונים באיקריוטות

אחד האירועים החשובים ביותר בהתפתחות החיים היה חדשנות התא האוקריוטי. אלה מאופיינים בכך שיש גרעין אמיתי שתוחם על ידי קרום פלזמה והצגת תאים תת או תאים או אורגנלים.

ישנן עדויות חזקות מאוד התומכות במקורם של תאים אלה באמצעות התפתחות מקבילה עם אורגניזמים סימביוטיים אשר פינו את מקומן למיטוכונדריה הנוכחית. רעיון זה מכונה תיאוריה אנדוסימביוטית.

כך גם לגבי מקורם של צמחים. על פי התיאוריה האנדוסימביוטית, כלורופלסטים מקורם בזכות אירוע סימביוזה בין חיידק לאורגניזם אחר גדול יותר שבסופו של דבר חרטה את הקטנה יותר.

לשני האברונים - המיטוכונדריה והכלורופלסטים - יש מאפיינים מסוימים המזכירים חיידקים, כמו סוג החומר הגנטי, ה- DNA המעגלי, וגודלם.

מקור מערכת העיכול

מערכת העיכול של בעלי חיים רבים היא מערכת אקולוגית שלמה המאוכלסת בפלורה מיקרוביאלית מגוונת ביותר.

במקרים רבים, מיקרואורגניזמים אלו ממלאים תפקיד מכריע בעיכול המזון, ומסייעים בעיכול חומרים מזינים ובמקרים מסוימים הם יכולים לסנתז חומרים מזינים עבור המארח.

מערכות יחסים קו-אבולוציוניות בין הציפור לתינוק

אצל ציפורים יש תופעה מאוד מסוימת, הקשורה להטלת ביצים בקנים של אנשים אחרים. מערכת התפתחות זו מורכבת מהקריאלו (Clamator glandarius) ומינים המארחים שלה, החרטום (Pica pica).

הנחת הביצה אינה נעשית באופן אקראי. לעומתן, העגלים בוחרים את זוגות הגופיות שמשקיעות הכי הרבה בטיפול הורי. כך, האדם החדש יקבל טיפול טוב יותר מהוריו המאמצים.

איך אתה עושה את זה? שימוש באותות הקשורים לבחירה המינית של המארח, כמו למשל קן גדול יותר.

בתגובה להתנהגות זו, יריבות הנפש הפחיתו את גודל הקן שלהן בכמעט 33% באזורים בהם קיים הצעיר. באופן דומה, יש להם גם הגנה אקטיבית על טיפול בקן.

הגזע יכול גם להרוס את ביצי החורבן, להעדיף את גידול אפרוחיו. בתגובה, גופיות הגדילו את מספר הביצים בקן כדי להגביר את יעילותן.

ההסתגלות החשובה ביותר היא היכולת לזהות את הביצה הטפילית כדי לגרש אותה מהקן. אף על פי שציפורים טפיליות פיתחו ביצים הדומות מאוד לזו של חטופים.

הפניות

1. דארווין, סי (1859). על מקורם של מינים באמצעות הברירה הטבעית. מוריי.
2. Freeman, S., and Herron, JC (2002). ניתוח אבולוציוני. אולם פרנטיס.
3. Futuyma, DJ (2005). אבולוציה. סינאואר.
4. Janzen, DH (1980). מתי זה קו-רזולוציה. אבולוציה, 34 (3), 611-612.
5. Langmore, NE, Hunt, S., & Kilner, RM (2003). הסלמה של מרוץ חימוש משותף באמצעות דחיית מארח של צעירים טפיליים. טבע, 422 (6928), 157.
6. Soler, M. (2002). אבולוציה: הבסיס לביולוגיה. פרויקט דרום.