אבולוציה מתכנסת: ממה היא מורכבת ודוגמאות - ביולוגיה - 2025

האבולוציה מתכנס היא הופעתה של דמיון פנוטיפי בשתיים או יותר שושלות עצמאיות. באופן כללי, דפוס זה נצפה כאשר הקבוצות המעורבות נתונות לסביבות דומות, מיקרו-סביבות או דרכי חיים המתורגמות ללחצים סלקטיביים שווים.

לפיכך, התכונות הפיזיולוגיות או המורפולוגיות המדוברות מגבירות את הכושר הביולוגי (הכושר) ואת היכולת התחרותית בתנאים כאלה. כאשר התכנסות מתרחשת בסביבה מסוימת, ניתן יהיה להבין כי תכונה זו היא מהסוג ההסתגלותי. עם זאת, נדרשים מחקרים נוספים כדי לאמת את הפונקציונליות של התכונה, תוך שימוש בראיות שתומכות בכך שהיא אכן מגבירה את הכושר של האוכלוסייה.

דוגמאות למאפיינים המשותפים לדולפינים וגם לאיכתיוזאורים. למרות שהשניים דומים מאוד, מבחינה פילוגנטית הם רחוקים מאוד, והתכונות שהוזכרו שם נרכשו באופן עצמאי.
מקור: מבט סקפטי, מתוך ויקימדיה

בין הדוגמאות הבולטות ביותר להתפתחות מתכנסת אנו יכולים להזכיר את הטיסה בחוליות, העין בחוליות וחוליות חסרות, צורות הציר בקרב דגים ויונקים ימיים, בין היתר.

מהי אבולוציה מתכנסת?

בואו נדמיין שאנחנו פוגשים שני אנשים שהם די דומים זה לזה. לשניהם גובה זהה, צבע העיניים וצבע השיער. גם התכונות שלהם דומות. כנראה שנניח ששני האנשים הם אחים, בני דודים, או אולי קרובי משפחה רחוקים.

למרות זאת, לא תהיה זו הפתעה ללמוד כי אין כל קשר משפחתי קרוב בין האנשים בדוגמא שלנו. הדבר נכון, בהיקף גדול, באבולוציה: לפעמים צורות דומות אינן חולקות אב קדמון משותף יותר.

כלומר, לאורך האבולוציה ניתן לרכוש באופן עצמאי תכונות הדומות בשתי קבוצות או יותר.

הגדרות כלליות

ביולוגים משתמשים בשתי הגדרות כלליות להתכנסות או התכנסות אבולוציונית. שתי ההגדרות דורשות ששני שושלות או יותר יתפתחו תווים הדומים זה לזה. ההגדרה משלבת בדרך כלל את המונח "עצמאות אבולוציונית", אם כי היא משתמעת.

עם זאת, ההגדרות שונות בתהליך או במנגנון האבולוציוני הספציפי הנדרש בכדי להשיג את התבנית.

כמה הגדרות של התכנסות שחסרות מנגנון הן: "התפתחות עצמאית של מאפיינים דומים מתכונת אבות", או "התפתחות של מאפיינים דומים בשושלות אבולוציוניות עצמאיות".

מנגנונים מוצעים

לעומת זאת, מחברים אחרים מעדיפים לשלב מנגנון במושג ההתפתחות, בכדי להסביר את התבנית.

לדוגמה, "התפתחות עצמאית של תכונות דומות באורגניזמים קשורים למרחקים עקב הופעתם של הסתגלות לסביבות או צורות חיים דומות."

שתי ההגדרות נמצאות בשימוש נרחב במאמרים מדעיים ובספרות. הרעיון המכריע מאחורי ההתכנסות האבולוציונית הוא להבין כי האב הקדמון המשותף לשושלות המעורבות היה בעל מצב ראשוני שונה.

השלכות אבולוציוניות

בעקבות הגדרת ההתכנסות הכוללת מנגנון (המוזכר בסעיף הקודם), זה מסביר את הדמיון של הפנוטיפים בזכות הדמיון של הלחצים הסלקטיביים שהמיסות חווים.

לאור האבולוציה הדבר מתפרש במונחים של עיבודים. כלומר, התכונות שמתקבלות בזכות ההתכנסות הן התאמות לסביבה האמורה, מכיוון שהיא תגדיל, באופן כלשהו, ​​את כושרם.

עם זאת, ישנם מקרים בהם מתרחשת התכנסות אבולוציונית והתכונה אינה מסתגלת. כלומר, השושלות המעורבות אינן תחת אותם לחצים סלקטיביים.

התכנסות אבולוציונית לעומת מקבילות

בספרות נהוג למצוא הבחנה בין התכנסות לבין מקבילות. חלק מהכותבים משתמשים במרחק האבולוציוני בין הקבוצות שיש להשוות בכדי להפריד בין שני המושגים.

ההתפתחות החוזרת ונשנית של תכונה בשתי קבוצות או יותר של אורגניזמים נחשבת כמקבילה אם פנוטיפים דומים מתפתחים בשושלות קשורות, ואילו ההתכנסות כוללת התפתחות של תכונות דומות בשושלות נפרדות או רחוקות יחסית.

הגדרה נוספת להתכנסות ולהקבלה מבקשת להפריד ביניהם מבחינת מסלולי ההתפתחות המעורבים במבנה. בהקשר זה, אבולוציה מתכנסת מייצרת מאפיינים דומים דרך נתיבי התפתחות שונים, ואילו אבולוציה מקבילה עושה זאת באמצעות דרכים דומות.

עם זאת, ההבחנה בין אבולוציה מקבילה להתכנסות יכולה להיות שנויה במחלוקת והופכת למורכבת עוד יותר כשאנחנו יורדים לזיהוי הבסיס המולקולרי של התכונה המדוברת. למרות הקשיים הללו, ההשלכות האבולוציוניות הקשורות לשני המושגים הינן מהותיות.

התכנסות לעומת סטייה

למרות שהבחירה מעדיפה פנוטיפים דומים בסביבות דומות, אין זו תופעה שניתן ליישם בכל המקרים.

קווי דמיון, מנקודת מבט של צורה ומורפולוגיה, יכולים להביא אורגניזמים להתחרות זה בזה. כתוצאה מכך, הברירה מעדיפה התבדלות בין מינים הדו-קיומיים באופן מקומי, ויוצרת מתח בין דרגות ההתכנסות והסטייה הצפויה לבית גידול מסוים.

אנשים הקרובים ובעלי חפיפה נישה משמעותית הם המתחרים החזקים ביותר - על סמך הדמיון הפנוטיפי שלהם, מה שמביא אותם לניצול משאבים בצורה דומה.

במקרים אלה, בחירה שונה יכולה להוביל לתופעה המכונה קרינה אדפטיבית, בה שושלת מולידה מינים שונים עם מגוון רב של תפקידים אקולוגיים בזמן קצר. התנאים המקדמים קרינה אדפטיבית כוללים הטרוגניות סביבתית, היעדר טורפים, בין היתר.

קרינות הסתגלות והתפתחות מתכנסות נחשבות לשני צדדים של אותו "מטבע אבולוציוני".

באיזו רמה מתכנסת התכנסות?

בהבנת ההבדל בין התכנסות אבולוציונית למקבילות, עולה שאלה מעניינת מאוד: כאשר הברירה הטבעית מעדיפה התפתחות של תכונות דומות, האם היא מתרחשת תחת אותם גנים, או האם היא יכולה לערב גנים ומוטציות שונות המביאים לפנוטיפים דומים?

בהתבסס על הראיות שהופקו עד כה, נראה שהתשובה לשתי השאלות היא כן. ישנם מחקרים התומכים בשני הטיעונים.

למרות שעד כה אין תשובה קונקרטית מדוע גנים מסוימים "משתמשים שוב" באבולוציה אבולוציונית, קיימות עדויות אמפיריות המבקשות להבהיר את העניין.

שינויים המערבים את אותם גנים

לדוגמה, התברר שההתפתחות החוזרת ונשנית של זמני הפריחה בצמחים, עמידות בפני קוטלי חרקים בחרקים ופיגמנטציה בחוליות וחוליות חסרי חוליות מתרחשת באמצעות שינויים בהם מעורבים אותם גנים.

עם זאת, עבור תכונות מסוימות, רק מספר קטן של גנים יכול לשנות את התכונה. קח את המקרה של הראייה: שינויים בראיית הצבעים חייבים להתרחש בהכרח בשינויים הקשורים לגנים אופסין.

לעומת זאת, במאפיינים אחרים הגנים השולטים בהם הם רבים יותר. בערך 80 גנים מעורבים בתקופת הפריחה של צמחים, אך הוכחו שינויים לאורך האבולוציה אצל מעטים בלבד.

דוגמאות

בשנת 1997 תהו מור ווילמר עד כמה נפוצה תופעת ההתכנסות.

עבור מחברים אלה, שאלה זו נותרה ללא מענה. לטענתם, על סמך הדוגמאות שתוארו עד כה, ישנן רמות התכנסות גבוהות יחסית. עם זאת, הם טוענים שעדיין קיימת הערכת הערכה משמעותית של ההתכנסות האבולוציונית ביצורים אורגניים.

בספרי אבולוציה אנו מוצאים תריסר דוגמאות קלאסיות להתכנסות. אם הקורא רוצה להרחיב את הידע שלו בנושא, הוא יכול להתייעץ בספרו של מקגי (2011), שם הוא ימצא דוגמאות רבות בקבוצות שונות של עץ החיים.

טיסה בחוליות

אצל יצורים אורגניים, אחת הדוגמאות המדהימות ביותר להתכנסות אבולוציונית היא הופעת המעוף בשלוש שושלות חוליות: ציפורים, עטלפים, והפטרודקטילים שנכחדו כעת.

למען האמת, ההתכנסות בקבוצות החוליות המעופפות של ימינו עוברת מעבר לשינוי מקדימה למבנים המאפשרים טיסה.

סדרה של התאמות פיזיולוגיות ואנטומיות משותפות בין שתי הקבוצות, כמו המאפיין שיש מעיים קצרים יותר, כך יש להניח, מפחיתים את מסתו של האדם במהלך הטיסה, מה שהופך אותו ליקר פחות ופוגעני יותר.

עוד יותר מפתיע, חוקרים שונים מצאו התכנסויות אבולוציוניות בקבוצות עטלפים וציפורים ברמה המשפחתית.

לדוגמה, עטלפים במשפחה Molossidae דומים לבני משפחת Hirundinidae (סנוניות ובעלות ברית) אצל ציפורים. שתי הקבוצות מאופיינות בטיסה מהירה, בגבהים גדולים, המציגה כנפיים דומות.

באופן דומה, בני משפחת Nycteridae מתכנסים במובנים שונים עם ציפורי עובר אורח (Passeriformes). שניהם טסים במהירות נמוכה, ויש להם יכולת תמרון דרך צמחיה.

איי-איי-איי ומכרסמים

דוגמה מובהקת להתכנסות אבולוציונית נמצאת בניתוח שתי קבוצות של יונקים: איי-אתמול והסנאים.

כיום הסווג איי-איי-איי (Daubentonia madagascariensis) מסווג כאנדימה ראשונית למורמדית למדגסקר. התזונה הלא שגרתית שלהם מורכבת למעשה מחרקים.

לפיכך, לאיי-איי יש התאמות שקשורות להרגלים הטרופיים שלו, כמו שמיעה חריפה, הארכת האצבע האמצעית והשיניים בעזרת חותכים הולכים וגדלים.

מבחינת התותבת, זה דומה לזה של מכרסם בכמה אופנים. לא רק במראה החותכים, הם חולקים גם נוסחת שיניים דומה במיוחד.

המראה בין שתי המיסות כה בולט, עד כי הטקסונומים הראשונים סיווגו את איי-איי-איי, יחד עם שאר הסנאים, בסוג Sciurus.

הפניות

1. Doolittle, RF (1994). אבולוציה מתכנסת: הצורך להיות מפורש. מגמות במדעים ביוכימיים, 19 (1), 15-18.
2. גרינברג, ג 'והאראווי, מ.מ. (1998). פסיכולוגיה השוואתית: ספר יד. נתיב.
3. Kliman, RM (2016). אנציקלופדיה של ביולוגיה אבולוציונית. עיתונות אקדמית.
4. Losos, JB (2013). מדריך פרינסטון לאבולוציה. הוצאת אוניברסיטת פרינסטון.
5. מקגי, GR (2011). אבולוציה מתכנסת: צורות מוגבלות הכי יפות. MIT Press.
6. מוריס, פ., קוב, ש, וקוקס, PG (2018). אבולוציה מתכנסת ב- Euarchontoglires. מכתבי ביולוגיה, 14 (8), 20180366.
7. רייס, ס.א. (2009). אנציקלופדיה של אבולוציה. הוצאת אינפובייס.
8. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). ביולוגיה: מושגים ויישומים ללא פיזיולוגיה. לימוד Cengage.
9. Stayton CT (2015). מה המשמעות של אבולוציה מתכנסת? פרשנות ההתכנסות והשלכותיה בחיפוש אחר גבולות להתפתחות. מיקוד ממשק, 5 (6), 20150039.
10. Wake, DB, Wake, MH, & Specht, CD (2011). הומופלזיה: מגילוי דפוס לקביעת תהליך ומנגנון האבולוציה. מדע, 331 (6020), 1032-1035.