אבולוציה ביולוגית: תיאוריות, תהליך, הוכחות ודוגמאות - ביולוגיה - 2025

האבולוציה הביולוגית היא שינוי בשווי הנכסים של קבוצות של אורגניזמים במהלך הדורות. קבוצות של אורגניזמים מאותו המין ידועות בשם "אוכלוסיות ביולוגיות".

בתמצית, תיאוריית האבולוציה הניאו-דרוויניסטית המודרנית אומרת שהאבולוציה מורכבת משינוי הדרגתי של צורות חיים. זה התחיל - ככל הנראה - עם מולקולה בעלת יכולת לשכפל את עצמה לפני כ -3.5 מיליארד שנה.

מקור: chensiyuan

עם הזמן התרחש הסתעפות של שושלות ומינים חדשים ומגוונים צצו. המנגנונים לשינוי אבולוציוני זה הם הברירה הטבעית וסחף הגנים.

ביולוגיה אבולוציונית מבקשת להבין את מקורו של המגוון הביולוגי וכיצד הוא נשמר. מכיוון שמדובר במדע מרכזי בביולוגיה, הוא נחשב בדרך כלל כמחשבה מאחדת, המשלבת את הדיסציפלינות השונות של המדעים הביולוגיים.

המאפיין המאחד הזה של הביולוגיה האבולוציונית סומן במשפט המפורסם של תיאודוסיוס דובז'נסקי: "שום דבר לא הגיוני בביולוגיה, למעט לאור האבולוציה."

כיום, הביולוגיה האבולוציונית נהנתה מכל ההתקדמות במדע, ומאפשרת שחזור של פילוגניות באמצעות מספר תווים מולקולריים וניתוח סטטיסטי רב עוצמה.

מהו התהליך האבולוציוני?

האבולוציה היא מונח שמקורו בשורשים הלטיניים evolvere, המתרגם להתפתחות או לחשיפת פוטנציאל נסתר. כיום המילה אבולוציה פשוט מעוררת שינוי. זה כנראה חלק מהלקסיקון היומי שלנו להתייחס לשינויים באובייקט או באדם.

עם זאת, האבולוציה הביולוגית מתייחסת לשינויים בקבוצות אורגניזמים במהלך דורות. הגדרה כללית זו של האבולוציה משמשת Futuyma (2005). חשוב לציין כי אורגניזמים כיחידים אינם מתפתחים, בעוד שקבוצות של אורגניזמים כן.

בביולוגיה, מערך היחידים מאותו המין הקיים בזמן ובמרחב נקרא אוכלוסיות. כדי ששינוי באוכלוסייה ייחשב כאבולוציוני, יש לעבור מדור לדור באמצעות חומר גנטי.

תיאוריות מדעיות של אבולוציה

מאז ימי קדם, האדם חש סקרנות מהותית לגבי מקור החיים וקיום המגוון העצום שיש ליצורים אורגניים.

מכיוון שלטבע הטבע הבריטי צ'ארלס דארווין (1809-1882) הייתה השפעה משמעותית על התפתחות מדע זה, נבחן את התיאוריות שהוצעו לפני תרומותיו ואחרין.

לפני דרווין: בריאתנות וחוסר יכולת לשנות מינים

לפני דרווין התאפיינו אנשי טבע ומדענים אחרים בחשיבה בריאתנית לגבי מקור המינים.

טופלו עם חזיונות Essentialist, שבהם לכל מין היה תמצית בלתי ניתנת לשינוי, והשונות שצפינו בקבוצה נבעה רק בגלל פגמים של הוויה. תפיסה זו טופלה בתקופת אפלטון ואריסטו.

זמן מאוחר יותר, הנוצרים החלו לפרש את קטעי התנ"ך כפשוטם, מתוך הבנה כי יצורים אורגניים נוצרו באירוע יחיד על ידי ישות על טבעית. תפיסה זו לא אפשרה שינויים במינים לאורך זמן, מכיוון שהם נוצרו תחת שלמות אלוהית.

במאה ה -18 מטרתם של אנשי טבע הייתה לקטלג את התוכנית האלוהית שאלוהים יצר. לדוגמה, לינאוס הניח את היסודות לטקסונומיה הנוכחית על ידי ביצוע קו מחשבה זה.

מאוחר יותר אתגר השקפה זו על ידי הוגים שונים. התיאוריה הקדם-דרוויניסטית הרלוונטית ביותר באותה תקופה גובשה על ידי ז'אן בפטיסט למרק. מבחינתו, כל מין נבע באופן אינדיבידואלי דרך דור ספונטני והיה מסוגל "להתקדם" או להשתפר עם הזמן.

אחד העקרונות הרלוונטיים ביותר שקבע למרק היה הירושה של דמויות נרכשות. חוקר טבע זה האמין כי התכונות השונות שאנו רוכשים במהלך חיינו ניתנים להעביר לצאצאינו.

לדוגמא, תחת ההשקפה הלמרקית, שרירן שעובד קשה את כל קבוצות השרירים שלו, נאלץ להביא ילדים לילדים עם שרירים מפותחים. אותו עיקרון יחול גם בשימוש באיברים.

התרומות של דרווין וואלאס לביולוגיה אבולוציונית: סלקציה טבעית

שמו של צ'רלס דארווין מופיע ברוב טקסטי הביולוגיה, ללא קשר למומחיותו. דארווין חולל מהפכה בביולוגיה ובמדע בכלל, במידה מדהימה - למשל, בהשוואה לתרומות של ניוטון.

בצעירותו שמר דארווין על מחשבה נאמנה לתורת המקרא. עם זאת, מלווה במחשבה דתית, הביע דארווין עניין במדעי הטבע, וזו הסיבה שהוא הקיף את עצמו במוחות המדעיים המבריקים ביותר של הרגע.

המסע על הביגל

חייו של דארווין קיבלו תפנית כאשר בגיל צעיר החל מסע על סיפון ה- HMS Beagle, ספינה בריטית שתחקור אזורים שונים בדרום אמריקה. לאחר מסע שנמשך כמה שנים, דרווין צפה ואסף מגוון עצום של עולם החי והצומח בדרום אמריקה.

בזכות מצבו הכלכלי האופטימלי, הצליח דארווין להקדיש את חייו באופן בלעדי לעבודתו במדעים הביולוגיים. לאחר מדיטציות נרחבות - וגם הרצאות על כלכלה - דרווין יצר את התיאוריה שלו על הברירה הטבעית.

הברירה הטבעית היא רעיון פשוט ועוצמתי, בהיותו מנגנון אבולוציוני חשוב - אם כי לא היחיד, כפי שנראה בהמשך.

את הרעיון הזה לא הוסכם אך ורק על ידי דארווין. חוקר טבע צעיר בשם אלפרד וואלאס הגה באופן עצמאי רעיונות דומים מאוד. וואלאס תקשר עם דארווין, והשניים יחד הציגו את תיאוריית ההתפתחות על ידי בחירה טבעית.

מוצא המינים

בהמשך מציג דארווין את יצירת המופת שלו: "מוצא המינים", המגלה את התיאוריה שלו בפירוט ועם ראיות איתנות. לספר זה יש שש מהדורות שדרווין עבד עליהן לאורך חייו.

התיאוריה של הברירה הטבעית גורסת כי אם קיימת שונות מסוימת מועילה ומורשת באוכלוסיית פרטים, תהיה רפרודוקציה דיפרנציאלית בין בעלי המאפיין. אלה נוטים לייצר יותר צאצאים, ובכך להגדיל את תדירות התכונה באוכלוסייה.

יתר על כן, דרווין הציע גם אבות קדומים משותפים: כל המינים סטו בתקופת האבולוציה מאב קדמון משותף. כך, ניתן לייצג את כל היצורים האורגניים בעץ החיים הגדול.

אחרי דארווין: ניאו-דרוויניזם וסינתזה

מיד לאחר פרסום "המוצא" פרצה מחלוקת גדולה בין המדענים החשובים באותה תקופה. אולם ככל שחלפו השנים התיאוריה התקבלה בהדרגה.

היו ביולוגים שמעולם לא קיבלו רעיונות דרוויניסטים, ולכן הם יצרו תיאוריות אבולוציוניות משלהם, שהיום כמעט לא הוכפפו לחלוטין. דוגמאות לכך הן ניאו-למרקיזם, אורתוגנזה ומוטציוניזם, בין היתר.

בין שנות השלושים והארבעים הושלכו כל התיאוריות האנטי-דרוויניסטיות עם הופעת הסינתזה האבולוציונית. זה כלל את האיחוד בין הרעיונות הדרוויניסטים עם תרומותיהם של סדרה של גנטיקאים ופליאונטולוגים כמו פישר, האלדאן, מאיר ורייט, בין היתר.

הסינתזה הצליחה לאחד תיאוריות אבולוציוניות עם עקרונות גנטיים נכונים, מכיוון שאחד הקשיים שהיה דרווין היה צריך לחוות במהלך עבודתו היה בורות של גנים כחלקיקי תורשה.

עדות להתפתחות: רק תיאוריה?

כיום האבולוציה הביולוגית היא עובדה המגובה בראיות חזקות ושופעות. למרות שהביולוגים אינם מפקפקים באמיתות התהליך, בחיי היומיום אנו שומעים כי האבולוציה היא "רק תיאוריה" - עם קונוטציות משוכללות.

אי הבנה זו נובעת מהעובדה שלמונח "תיאוריה" יש משמעויות שונות במדע ובחיי היומיום. עבור רוב האנשים, תיאוריה היא חיזוי לא ברור של עובדה, המאופיינת בבסיס חלש. עבור מדען, תיאוריה היא גוף של רעיונות קוהרנטיים ומובנים כראוי.

בעקבות סדר רעיונות זה, אנו יכולים להסיק כי האבולוציה היא עובדה, וישנם מנגנונים להסביר אותה, כמו תיאוריית הברירה הטבעית. ההוכחות הבולטות ביותר של התהליך האבולוציוני הן הבאות.

הומולוגיה

שני תהליכים או מבנים הומולוגיים אם התכונה האמורה עוברת בירושה ישירות מאב קדמון משותף. בביולוגיה אבולוציונית, ההומולוגיה היא נקודה בסיסית, מכיוון שהם המאפיינים היחידים המאפשרים לנו לשחזר יחסי אבות-צאצאים בין קבוצות.

הומולוגיות מורפולוגיות

דוגמה מפורסמת מאוד להומולוגיה היא עצמות הגפיים של טפטראודים. בואו ניקח שלוש חיות שנבדלות זו מזו בתנועת ההבנה שלהן כדי להבין מדוע ההומולוגיה היא עדות איתנה לתהליך האבולוציוני: בני אדם, לווייתנים ועטלפים.

שלוש הקבוצות הללו חולקות תוכנית מבנית בסיסית במבואותיהן, מכיוון שירשו אותה מאב קדמון משותף. כלומר, לטראפוד של אבות היה humerus, אחריו רדיוס ואולנה, ולבסוף סדרה של פאלנקס.

אין שום סיבה פונקציונלית לכך ששלושה בעלי חיים עם אורח חיים שונה כל כך צריכים לחלוק את אותה תוכנית עצמות בגפיה.

אם החיים תוכננו, אין שום סיבה לבנות אורגניזם מימי, מעופף וארץ עם אותה תוכנית. שום מהנדס - לא משנה כמה חסר ניסיון - היה יוצר מעוף ואורגניזם בשחייה באותה צורה.

הדרך ההגיונית ביותר להסביר זאת היא על ידי אבות קדומים משותפים. שלושתם ירשו את התוכנית המבנית הזו מאב קדמון ועברו את השינויים ההסתגלותיים שאנו רואים כיום: כנפיים, סנפירים וזרועות.

הומולוגיות מולקולריות

ההומולוגיות אינן מוגבלות לתכונות אנטומיות של יצור חי. ניתן להוכיח אותם גם ברמה המולקולרית. המידע הגנטי של יצורים חיים מאוחסן ב- DNA ומתורגם בצורה של שלשות: שלושה נוקלאוטידים תואמים חומצה אמינית אחת.

הומולוגיה מולקולרית אוניברסלית היא קריאת קוד גנטי זה, מכיוון שלמעשה כל היצורים האורגניים חולקים שפה זו - אם כי ישנם יוצאים מן הכלל מאוד ספציפיים.

תיעוד המאובנים

כאשר דרווין מציע את תיאוריית הבחירה הטבעית שלו, הוא טוען כי כל צורות המעבר ההדרגתיות אינן קיימות ברשומת המאובנים משום שהיא אינה שלמה. לעומת זאת, מתנגדי הרעיונות הדרוויניסטים רואים בחוסר הרציפות של הרשומה הוכחה כנגד התיאוריה.

עלינו לזכור כי תהליך המאובנים של יצור אורגני הוא אירוע בלתי סביר, יחד עם ההסתברות שדגימה נמצאת במצב טוב. מסיבות אלה, פחות מ- 1% מכל הצורות שחיו אי פעם מיוצגות ברשומת המאובנים.

למרות זאת נמצאו מאובנים שמורים היטב המשמשים כ"חלון לעבר ". אחד המפורסמים שבהם הוא ארכאופטריקס. במאובן זה בולטים מאפייני הביניים בין זוחל לציפור. בדומה, יש לנו כמה מאובנים הומינידיים שאפשרו לנו לשחזר את ההתפתחות של בני האדם.

כמה תיאוריות אלטרנטיביות הוצעו כדי להסביר את אי-רציפות הפנקס, כמו תיאוריית שיווי המשקל הנקיים.

ביוגאוגרפיה

אף על פי שהאבולוציה נתמכת בראיות מענפי ידע רבים, ביוגאוגרפיה זו שכנעה את דרווין באמיתות התהליך האבולוציוני.

התפלגות האורגניזמים החיים על פני כדור הארץ אינה הומוגנית, וניתן להסביר היבטים רבים של דפוס זה על ידי תורת האבולוציה - ולא על פי השערת היצירה המיוחדת.

כאשר אנו בוחנים את עולם החי של איים אוקיאניים (אלמנטים מבודדים שמעולם לא היו במגע עם היבשת), אנו מגלים כי הרכב המינים מאוד מוזר. כך למשל ניתן לראות זאת באיים שנמצאים בצפון האוקיאנוס האטלנטי, המכונים איי ברמודה.

בעלי החוליות (שאינם ימיים) ילידי האזור הם מעטים מאוד, בעיקר עופות, עטלפים נודדים ולטאות, בין היתר. כמה מינים אלה מראים על קשר משמעותי עם עולם החי של צפון אמריקה. אחרים, מצדם, הם אנדמיים לאי ואינם נמצאים בשום אזור אחר.

דפוס חלוקה זה תואם לתהליכים אבולוציוניים, מכיוון שהאזור מושב באופן ספציפי לבעלי חיים המסוגלים לעוף ולפזר מרחקים גדולים.

אבולוציה בפעולה: דוגמא להתפתחות

אי הבנה נוספת בביולוגיה האבולוציונית היא שהיא קשורה לתהליך איטי במיוחד.

אמנם נכון שכדי להשיג התאמות מורכבות כמו לסתות עוצמתיות או עיניים עם ראייה מעולה, היינו צריכים להמתין כמה מיליון שנים, ישנם תהליכים אבולוציוניים מסוימים שנוכל לצפות במו עינינו בפרק זמן קצר יחסית.

בשלב הבא ננתח את המקרה של עש הביסטון בטולוריה כדוגמה להתפתחות בפעולה. בהמשך נדבר על עמידות לאנטיביוטיקה וחומרי הדברה, דוגמא נוספת להתפתחות שאנו יכולים לצפות בזמן קצר.

מלניזם תעשייתי

אחת הדוגמאות הבולטות בביולוגיה אבולוציונית היא מלניזם תעשייתי. תופעה זו תועדה במהלך המהפכה התעשייתית והצליחה ליצור קשר בין השונות בצבעוניות של עש הביסטון Betularia לבין זיהום בית הגידול שלה.

לעש שתי מורפולוגיות: אחת בהירה ואחת כהה. לפני הזיהום, הגרסא הדומיננטית הייתה העש הקלה, ככל הנראה מכיוון שהיא ניצבה על קליפתם של קליפות העצים של ליבנה ויכולה לשים לב לא על ידי טורפים פוטנציאליים - ציפורים.

עם כניסת המהפכה התעשייתית, הזיהום עלה לרמות משמעותיות. קליפת העצים החלה לקבל צבע כהה יותר ויותר וזה גרם לשינוי בתדרי הגרסאות האור והכהה של העשים.

העש הכהה היה הגרסא הדומיננטית במשך זמן מה, שכן יכול היה להסתתר טוב יותר בקליפת השחורים.

לאחר מכן, יושמו תוכניות לניקוי סביבתי שסייעו בהפחתת הזיהום הסביבתי. בזכות היעילות של תוכניות אלה, העצים החלו להחזיר את צבעם המקורי.

כפי שאפשר לנחש, תדירות העשים שוב השתנתה, כאשר הגרסא הברורה היא הדומיננטית. כך, התהליך האבולוציוני תועד בפרק זמן של 50 שנה.

מנגנוני האבולוציה

אבולוציה ביולוגית היא תהליך הכרוך בשני שלבים: יצירת הווריאציה ואז ההתרבות הדיפרנציאלית של הווריאציות, אם על ידי בחירה טבעית או על ידי סחף גנטי. מסיבה זו, אין להשתמש במונחים בחירה טבעית ואבולוציה להחלפה - מכיוון שהם אינם.

מנקודת המבט של גנטיקה של האוכלוסייה, האבולוציה היא השינוי בתדרים האלליים לאורך זמן בתוך אוכלוסייה. לפיכך, הכוחות שמשנים את תדרי האלל הם בחירה, סחף, מוטציה והגירה.

ברירה טבעית

כפי שציינו קודם, תרומתו הגדולה ביותר של דארווין לביולוגיה הייתה הצעת התיאוריה של הברירה הטבעית. זה התפרש בצורה לא נכונה ומוצג באופן שגוי על ידי התקשורת, ומשייך אותו לביטויים שגויים כמו: "הישרדותם של החזקים ביותר."

תנאים להתרחשות הברירה הטבעית

בחירה טבעית היא רעיון פשוט, עם תוצאות מפוארות. אם מערכת עומדת בתכונות הבאות, היא תתפתח - באופן בלתי נמנע - דרך בחירה טבעית:

יישומי ביולוגיה אבולוציונית

לביולוגיה אבולוציונית יש מספר יישומים, הן לרפואה, לחקלאות, לביולוגיה לשימור ולתחומים אחרים.

תרופה

תורת האבולוציה היא מדע חיוני בתחום הרפואה. לדוגמה, זה מאפשר לנו לחזות את התוצאה של השימוש חסר הבחנה באנטיביוטיקה לטיפול במחלות זיהומיות.

כאשר אנו מורחים אנטיביוטיקה שלא לצורך או שלא נסיים טיפול רפואי, אנו נבטל גרסאות לא עמידות, אך אנשים עמידים יגדילו את תדירותם באוכלוסיית החיידקים.

נכון לעכשיו, נושא העמידות לחיידקים לרוב האנטיביוטיקה הנו נושא העולמי והדאגה. העלאת המודעות לשימוש באנטיביוטיקה היא אחת הדרכים להפחתת הסיבוך הזה.

לדוגמא, החיידק Staphylococcus aureus נפוץ בחדרי ניתוח וגורם לזיהומים בחולים במהלך ניתוחים.

כיום החיידקים עמידים באופן מלא למספר אנטיביוטיקה, כמו פניצילין, אמפיצילין ותרופות נלוות. למרות שנוצרו אנטיביוטיקה חדשה כדי לסתור זאת, התרופות יעילות ופחות.

משבר ההתנגדות הוא אחת הדוגמאות הדרמטיות ביותר לאבולוציה, שאנו יכולים לצפות במו עינינו, כך שהיא משמשת גם עדות לתהליך האבולוציוני.

חקלאות ובעלי חיים

ניתן להוציא את אותו עיקרון אבולוציוני לשימוש בחומרי הדברה לחיסול מזיקים, בגידולים בעלי חשיבות כלכלית משמעותית. אם מיושם אותו סוג הדברה במשך זמן רב, אנו מעדיפים גידול של גרסאות עמידות.

באופן דומה, החקלאים מבקשים להשיג את בעלי החיים ה"טובים ביותר "שממקסמים את הייצור (של חלב, בשר וכו '). חוואים אלה בוחרים את האנשים שהם הכי מועילים מבחינה מעשית. ככל שעוברים הדורות, אנשים יותר ויותר דומים לרצוי על ידי בני האדם.

תהליך זה של בחירה מלאכותית אנושית דומה לבחירה טבעית, מבחינת הצלחה רבייה מבדלת. עם ההבדל הבולט שבטבע אין ישות בחירה.

ביולוגיה לשימור

בכל הנוגע לסוגיות השימור, הבנת תופעות כמו "צווארי בקבוק" והירידה בכושר שנגרם כתוצאה מגידול רבייה מאפשרת להימנע מהן ולהפיק תוכניות שימור המגדילות את הכושר ושומרות על האוכלוסייה "בריאה".

הפניות

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). ביולוגיה: מדע וטבע. פירסון חינוך.
2. דארווין, סי (1859). על מקורם של מינים באמצעות הברירה הטבעית. מוריי.
3. Freeman, S., and Herron, JC (2002). ניתוח אבולוציוני. אולם פרנטיס.
4. Futuyma, DJ (2005). אבולוציה. סינאואר.
5. הול, ב.ק. (עורכת). (2012). הומולוגיה: הבסיס ההיררכי של ביולוגיה השוואתית. עיתונות אקדמית.
6. היקמן, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). עקרונות משולבים של זואולוגיה. מקגרו-היל.
7. קרדונג, KV (2006). חוליות חוליות: אנטומיה השוואתית, תפקוד, אבולוציה. מקגרו-היל.
8. Kliman, RM (2016). אנציקלופדיה של ביולוגיה אבולוציונית. עיתונות אקדמית.
9. Losos, JB (2013). מדריך פרינסטון לאבולוציה. הוצאת אוניברסיטת פרינסטון.
10. Reece, JB, Urry, LA, Kain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, and Jackson, RB (2014). קמפבל ביולוגיה. פירסון.
11. רייס, ס.א. (2009). אנציקלופדיה של אבולוציה. הוצאת אינפובייס.
12. ראסל, פ., הרץ, פ., ומקמילן, ב. (2013). ביולוגיה: המדע הדינמי. נלסון חינוך.
13. Soler, M. (2002). אבולוציה: הבסיס לביולוגיה. פרויקט דרום.
14. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). ביולוגיה: מושגים ויישומים ללא פיזיולוגיה. לימוד Cengage.
15. Wake, DB, Wake, MH, & Specht, CD (2011). הומופלזיה: מגילוי דפוס לקביעת תהליך ומנגנון האבולוציה. מדע, 331 (6020), 1032-1035.