19.3: אבולוציה אדפטיבית
- Page ID
- 205631
מיומנויות לפיתוח
- הסבר את הדרכים השונות שבהן הברירה הטבעית יכולה לעצב אוכלוסיות
- תאר כיצד כוחות שונים אלה יכולים להוביל לתוצאות שונות מבחינת שונות האוכלוסייה
הברירה הטבעית פועלת רק על תכונות התורשתיות של האוכלוסייה: בחירת אללים מועילים ובכך מגדילה את תדירותם באוכלוסייה, תוך בחירה נגד אללים מזיקים ובכך מפחיתה את תדירותם - תהליך המכונה אבולוציה אדפטיבית. הברירה הטבעית אינה פועלת על אללים בודדים, לעומת זאת, אלא על אורגניזמים שלמים. אדם עשוי לשאת גנוטיפ מועיל מאוד עם פנוטיפ שנוצר, למשל, מגביר את יכולת ההתרבות (פוריות), אך אם אותו אדם נושא גם אלל שגורם למחלת ילדות קטלנית, פנוטיפ הפריון הזה לא יועבר לדור הבא מכיוון שהאדם לא יחיה עד להגיע לגיל הרבייה. הברירה הטבעית פועלת ברמת הפרט; היא בוחרת עבור אנשים עם תרומות גדולות יותר למאגר הגנים של הדור הבא, המכונה הכושר האבולוציוני (הדרוויני) של האורגניזם.
כושר לרוב ניתן לכימות ונמדד על ידי מדענים בתחום. עם זאת, לא הכושר המוחלט של הפרט נחשב, אלא האופן שבו הוא משתווה לאורגניזמים האחרים באוכלוסייה. מושג זה, הנקרא כושר יחסי, מאפשר לחוקרים לקבוע אילו פרטים תורמים צאצאים נוספים לדור הבא, וכך, כיצד האוכלוסייה עשויה להתפתח.
ישנן מספר דרכים שבהן בחירה יכולה להשפיע על שונות האוכלוסייה: ייצוב בחירה, בחירה כיוונית, גיוון הבחירה, בחירה תלויה בתדירות ובחירה מינית. מכיוון שהברירה הטבעית משפיעה על תדרי האלל באוכלוסייה, אנשים יכולים להיות דומים פחות או יותר מבחינה גנטית והפנוטיפים המוצגים יכולים להיות דומים יותר או שונים יותר.
ייצוב הבחירה
אם הברירה הטבעית מעדיפה פנוטיפ ממוצע, תוך בחירה מול שונות קיצונית, האוכלוסייה תעבור סלקציה מייצבת (איור\(\PageIndex{1}\)). באוכלוסיית עכברים שחיים ביער, למשל, הברירה הטבעית עשויה להעדיף אנשים המשתלבים בצורה הטובה ביותר עם קרקעית היער ופחות נוטים להבחין בהם על ידי טורפים. בהנחה שהקרקע היא גוון חום עקבי למדי, אותם עכברים שפרוותם מתאימה ביותר לצבע זה יהיו בעלי הסיכוי הגבוה ביותר לשרוד ולהתרבות, ויעבירו את הגנים שלהם למעיל החום שלהם. עכברים הנושאים אללים שהופכים אותם לקלים יותר או מעט כהים יותר יבלטו על הקרקע ויהיו בעלי סיכוי גבוה יותר ליפול קורבן לטריפה. כתוצאה מבחירה זו, השונות הגנטית של האוכלוסייה תפחת.
בחירה כיוונית
כאשר הסביבה משתנה, אוכלוסיות יעברו לעתים קרובות בחירה כיוונית (איור\(\PageIndex{1}\)), שבוחרת פנוטיפים בקצה אחד של ספקטרום השונות הקיימת. דוגמה קלאסית לסוג זה של סלקציה היא התפתחות העש המפולפל באנגליה של המאה השמונה עשרה והתשע-עשרה. לפני המהפכה התעשייתית, העשים היו בעיקר בצבע בהיר, מה שאפשר להם להשתלב עם העצים והחזזיות הבהירות בסביבתם. אך כשהפיח החל לפלוט ממפעלים, העצים החשיכו, והעשים הבהירים הפכו קלים יותר לאיתור ציפורים טורפות. עם הזמן, תדירות הצורה המלנית של העש עלתה מכיוון שהיה להם שיעור הישרדות גבוה יותר בבתי גידול שנפגעו מזיהום אוויר מכיוון שצבעם הכהה יותר השתלב עם העצים המפויחים. באופן דומה, אוכלוסיית העכברים ההיפותטית עשויה להתפתח כדי לקבל צבע שונה אם משהו יגרום לקרקעית היער שבה הם חיים לשנות צבע. התוצאה של סוג זה של סלקציה היא שינוי בשונות הגנטית של האוכלוסייה לכיוון הפנוטיפ החדש והכושר.
גיוון הבחירה
לפעמים שני פנוטיפים מובחנים או יותר יכולים כל אחד לקבל את היתרונות שלהם ולהיבחר על ידי הברירה הטבעית, בעוד שהפנוטיפים הבינוניים, בממוצע, פחות מתאימים. המכונה מבחר מגוון (איור\(\PageIndex{1}\)), זה נראה באוכלוסיות רבות של בעלי חיים בעלי צורות זכריות מרובות. זכרי אלפא גדולים ודומיננטיים משיגים בני זוג בכוח אכזרי, בעוד שזכרים קטנים יכולים להתגנב להזדווגות חשאית עם הנקבות בשטח של זכר אלפא. במקרה זה, הן זכרי האלפא והן הזכרים "המתגנבים" ייבחרו עבורם, אך זכרים בינוניים, שאינם יכולים לעקוף את זכרי האלפא וגדולים מכדי להגניב הזדווגות, נבחרים נגדם. גיוון הבחירה יכול להתרחש גם כאשר שינויים סביבתיים מעדיפים אנשים משני קצות הספקטרום הפנוטיפי. תארו לעצמכם אוכלוסיית עכברים שחיה בחוף הים שבו יש חול בהיר שזור בכתמי דשא גבוהים. בתרחיש זה, עכברים בהירים המשתלבים עם החול יהיו מועדפים, כמו גם עכברים בצבע כהה שיכולים להסתתר בעשב. עכברים בצבע בינוני, לעומת זאת, לא ישתלבו עם הדשא ולא עם החול, ולכן סביר יותר שיאכלו אותם על ידי טורפים. התוצאה של סוג זה של סלקציה היא שונות גנטית מוגברת ככל שהאוכלוסייה הופכת למגוונת יותר.
תרגיל \(\PageIndex{1}\)
בשנים האחרונות מפעלים הפכו לנקיים יותר, ופחות פיח משתחרר לסביבה. איזו השפעה לדעתך הייתה לכך על התפלגות צבע העש באוכלוסייה?
- תשובה
-
העשים עברו לצבע בהיר יותר.
בחירה תלוית תדר
סוג אחר של בחירה, הנקרא בחירה תלוית תדר, מעדיף פנוטיפים שהם נפוצים (בחירה תלוית תדר חיובית) או נדירים (בחירה תלוית תדר שלילית). דוגמה מעניינת לסוג זה של בחירה נראית בקבוצה ייחודית של לטאות בצפון מערב האוקיינוס השקט. לטאות נפוצות עם כתמי צד מגיעות בשלושה דפוסי צבע גרון: כתום, כחול וצהוב. לכל אחת מהצורות הללו יש אסטרטגיית רבייה שונה: זכרים כתומים הם החזקים ביותר ויכולים להילחם בזכרים אחרים על גישה לנקבות שלהם; זכרים כחולים הם בגודל בינוני ויוצרים קשרים זוגיים חזקים עם בני זוגם; וזכרים צהובים (איור\(\PageIndex{2}\)) הם הקטנים ביותר, ונראים קצת כמו נקבות, מה שמאפשר להם להגניב הזדווגות. כמו משחק של מספריים מנייר סלע, כתום מנצח כחול, כחול מנצח צהוב וצהוב מנצח כתום בתחרות על הנקבות. כלומר, הזכרים הכתומים הגדולים והחזקים יכולים להדוף את הזכרים הכחולים כדי להזדווג עם הנקבות הזוגיות של הכחול, הזכרים הכחולים מצליחים לשמור על בני זוגם מפני זכרי נעלי ספורט צהובות, והזכרים הצהובים יכולים להגניב הזדווגות מבני הזוג הפוטנציאליים של הזכרים הכתומים הגדולים והפוליגיניים.
בתרחיש זה, זכרים כתומים יהיו מועדפים על ידי הברירה הטבעית כאשר האוכלוסייה נשלטת על ידי זכרים כחולים, זכרים כחולים ישגשגו כאשר האוכלוסייה היא בעיקר זכרים צהובים, וזכרים צהובים ייבחרו כאשר הזכרים הכתומים הם המאוכלסים ביותר. כתוצאה מכך, אוכלוסיות של לטאות כתומות בצד מסתובבות בהתפלגות הפנוטיפים הללו - בדור אחד, כתום עשוי להיות השולט, ואז זכרים צהובים יתחילו לעלות בתדירות. ברגע שזכרים צהובים מהווים את רוב האוכלוסייה, ייבחרו זכרים כחולים. לבסוף, כאשר זכרים כחולים הופכים נפוצים, זכרים כתומים יהיו מועדפים שוב.
בחירה תלוית תדר שלילית משמשת להגדלת השונות הגנטית של האוכלוסייה על ידי בחירה בפנוטיפים נדירים, בעוד שבחירה חיובית תלוית תדר מפחיתה בדרך כלל את השונות הגנטית על ידי בחירה בפנוטיפים נפוצים.
בחירה מינית
זכרים ונקבות ממינים מסוימים לרוב שונים זה מזה בדרכים שמעבר לאיברי הרבייה. הזכרים לרוב גדולים יותר, למשל, ומציגים צבעים וקישוטים משוכללים רבים, כמו זנב הטווס, בעוד הנקבות נוטות להיות קטנות יותר ועמומות יותר בקישוט. הבדלים כאלה ידועים בשם דימורפיזם מיני (איור\(\PageIndex{3}\)), הנובעים מהעובדה שבאוכלוסיות רבות, במיוחד אוכלוסיות בעלי חיים, יש יותר שונות בהצלחת הרבייה של הזכרים מאשר אצל הנקבות. כלומר, חלק מהזכרים - לעתים קרובות הזכרים הגדולים, החזקים או המעוטרים יותר - מקבלים את הרוב המכריע של סך ההזדווגויות, בעוד שאחרים אינם מקבלים אף אחד. זה יכול להתרחש מכיוון שהזכרים טובים יותר בלחימה בזכרים אחרים, או בגלל שהנקבות יבחרו להזדווג עם הזכרים הגדולים או המעוטרים יותר. בכל מקרה, וריאציה זו בהצלחת הרבייה מייצרת לחץ בחירה חזק בקרב זכרים להשיג את ההזדווגות הללו, וכתוצאה מכך התפתחות גודל גוף גדול יותר וקישוטים משוכללים כדי למשוך את תשומת הלב של הנקבות. נקבות, לעומת זאת, נוטות לקבל קומץ הזדווגות נבחרות; לכן, סביר יותר שהם יבחרו זכרים רצויים יותר.
דימורפיזם מיני משתנה מאוד בין המינים, כמובן, ומינים מסוימים אף הפוכים בתפקיד המין. במקרים כאלה, לנקבות יש שונות גדולה יותר בהצלחת הרבייה שלהן מאשר זכרים ונבחרות בהתאם לגודל הגוף הגדול יותר ולתכונות המשוכללות האופייניות בדרך כלל לזכרים.
לחצי הבחירה על זכרים ונקבות להשיג הזדווגות ידועים בשם ברירה מינית; זה יכול לגרום להתפתחות של מאפיינים מיניים משניים שאינם מועילים לסבירות ההישרדות של הפרט אך מסייעים למקסם את הצלחת הרבייה שלו. הברירה המינית יכולה להיות כל כך חזקה שהיא בוחרת תכונות שפוגעות למעשה בהישרדותו של הפרט. תחשוב, שוב, על זנבו של הטווס. למרות שהוא יפה והזכר עם הזנב הגדול והצבעוני ביותר סביר יותר לזכות בנקבה, זה לא התוספת המעשית ביותר. בנוסף להיותם גלויים יותר לטורפים, זה הופך את הזכרים לאיטיים יותר בניסיון הבריחה שלהם. ישנן עדויות לכך שהסיכון הזה, למעשה, הוא הסיבה שנקבות אוהבות את הזנבות הגדולים מלכתחילה. ההשערה היא שזנבות גדולים נושאים סיכון, ורק הזכרים הטובים ביותר שורדים את הסיכון הזה: ככל שהזנב גדול יותר, כך הזכר מתאים יותר. רעיון זה ידוע כעקרון הנכות.
השערת הגנים הטובים קובעת שזכרים מפתחים את הקישוטים המרשימים הללו כדי להשוויץ בחילוף החומרים היעיל שלהם או ביכולתם להילחם במחלות. לאחר מכן נקבות בוחרות זכרים בעלי התכונות המרשימות ביותר מכיוון שזה מסמן את עליונותן הגנטית, אותה הם יעבירו לאחר מכן לצאצאיהם. למרות שניתן לטעון כי נקבות לא צריכות להיות בררניות מכיוון שסביר להניח שזה יפחית את מספר הצאצאים שלהן, אם זכרים טובים יותר יביאו צאצאים מתאימים יותר, זה עשוי להועיל. צאצאים פחותים ובריאים יותר עשויים להגדיל את סיכויי ההישרדות יותר מצאצאים רבים וחלשים יותר.
הן בעקרון הנכות והן בהשערת הגנים הטובים, אומרים שהתכונה היא אות כנה לאיכות הזכרים, ובכך נותנת לנקבות דרך למצוא את בני הזוג החזקים ביותר - זכרים שיעבירו את הגנים הטובים ביותר לצאצאיהם.
אין אורגניזם מושלם
הברירה הטבעית היא כוח מניע באבולוציה ויכולה לייצר אוכלוסיות המותאמות טוב יותר לשרוד ולהתרבות בהצלחה בסביבותיהן. אבל הברירה הטבעית אינה יכולה לייצר את האורגניזם המושלם. הברירה הטבעית יכולה לבחור רק על השונות הקיימת באוכלוסייה; היא לא יוצרת שום דבר מאפס. לפיכך, הוא מוגבל על ידי השונות הגנטית הקיימת של האוכלוסייה וכל אללים חדשים המתעוררים באמצעות מוטציה וזרימת גנים.
הברירה הטבעית מוגבלת גם מכיוון שהיא פועלת ברמה של פרטים, לא אללים, וחלק מהאללים מקושרים בשל קרבתם הפיזית בגנום, מה שהופך אותם לסבירות גבוהה יותר שיועברו יחד (חוסר שיווי משקל בהצמדה). כל אדם נתון עשוי לשאת כמה אללים מועילים וכמה אללים שליליים. זוהי ההשפעה נטו של אללים אלה, או כושרו של האורגניזם, שעליה יכולה הברירה הטבעית לפעול. כתוצאה מכך, אללים טובים יכולים ללכת לאיבוד אם הם נישאים על ידי אנשים שיש להם גם כמה אללים רעים באופן גורף; כמו כן, אללים רעים יכולים להישמר אם הם נישאים על ידי אנשים שיש להם מספיק אללים טובים כדי לגרום לתועלת כושר כללית.
יתר על כן, הברירה הטבעית יכולה להיות מוגבלת על ידי היחסים בין פולימורפיזמים שונים. מורף אחד עשוי להעניק כושר גבוה יותר מאחר, אך עשוי שלא לעלות בתדירות בשל העובדה כי מעבר מהתכונה הפחות מועילה לתכונה המועילה יותר ידרוש לעבור פנוטיפ פחות מועיל. תחשוב על העכברים שחיים על החוף. חלקם בצבע בהיר ומשתלבים עם החול, בעוד שאחרים כהים ומשתלבים עם כתמי הדשא. העכברים בצבע כהה עשויים להיות, בסך הכל, בכושר יותר מהעכברים הבהירים, ובמבט ראשון אפשר לצפות שהעכברים הבהירים ייבחרו לצבע כהה יותר. אך זכרו כי הפנוטיפ הבינוני, מעיל בצבע בינוני, רע מאוד לעכברים - הם אינם יכולים להתמזג עם החול או הדשא וסביר יותר שיאכלו אותם על ידי טורפים. כתוצאה מכך, העכברים הבהירים לא ייבחרו לצבע כהה מכיוון שאותם אנשים שהחלו לנוע בכיוון זה (החלו להיבחר למעיל כהה יותר) יהיו פחות מתאימים מאלו שנשארו בהירים.
לבסוף, חשוב להבין שלא כל האבולוציה היא אדפטיבית. בעוד שהברירה הטבעית בוחרת את הפרטים החזקים ביותר ולעתים קרובות מביאה לאוכלוסייה מתאימה יותר בסך הכל, כוחות אבולוציה אחרים, כולל סחף גנטי וזרימת גנים, עושים לעתים קרובות את ההפך: החדרת אללים מזיקים למאגר הגנים של האוכלוסייה. לאבולוציה אין מטרה - היא לא משנה אוכלוסייה לאידיאל מוגדר מראש. זהו פשוט סכום הכוחות השונים המתוארים בפרק זה וכיצד הם משפיעים על השונות הגנטית והפנוטיפית של אוכלוסייה.
סיכום
מכיוון שהברירה הטבעית פועלת להגברת התדירות של אללים ותכונות מועילות תוך הפחתת תדירות התכונות המזיקות, זוהי אבולוציה אדפטיבית. הברירה הטבעית פועלת ברמת הפרט, ובוחרת את אלה שיש להם כושר כללי גבוה יותר בהשוואה לשאר האוכלוסייה. אם הפנוטיפים המתאימים הם אלה הדומים, הברירה הטבעית תביא לייצוב הברירה ולירידה כוללת בשונות האוכלוסייה. בחירה כיוונית פועלת להעברת השונות של האוכלוסייה לעבר פנוטיפ חדש ומתאים, ככל שתנאי הסביבה משתנים. לעומת זאת, גיוון הבחירה מביא לשונות גנטית מוגברת על ידי בחירה בשני פנוטיפים מובחנים או יותר.
סוגים אחרים של בחירה כוללים בחירה תלוית תדר, שבה נבחרים אנשים עם בחירה משותפת (חיובית תלוית תדר) או נדירה (בחירה תלוית תדר שלילית). לבסוף, הברירה המינית נובעת מהעובדה שלמין אחד יש יותר שונות בהצלחת הרבייה מאשר לשני. כתוצאה מכך, זכרים ונקבות חווים לחצים סלקטיביים שונים, שלעתים קרובות יכולים להוביל להתפתחות הבדלים פנוטיפיים, או דימורפיזם מיני, בין השניים.
רשימת מילים
- אבולוציה אדפטיבית
- עלייה בתדירות האללים המועילים וירידה באללים מזיקים עקב בחירה
- בחירה כיוונית
- בחירה המעדיפה פנוטיפים בקצה אחד של ספקטרום השונות הקיימת
- גיוון הבחירה
- בחירה המעדיפה שני פנוטיפים מובחנים או יותר
- כושר אבולוציוני
- (גם, כושר דרוויני) יכולתו של הפרט לשרוד ולהתרבות
- בחירה תלוית תדר
- בחירה המעדיפה פנוטיפים שהם נפוצים (בחירה תלוית תדר חיובית) או נדירים (בחירה שלילית תלוית תדר)
- השערת גנים טובים
- תורת הברירה המינית הטוענת שאנשים מפתחים קישוטים מרשימים כדי להשוויץ בחילוף החומרים היעיל שלהם או ביכולתם להילחם במחלות
- עקרון הנכות
- תורת הברירה המינית הטוענת שרק האנשים החזקים ביותר יכולים להרשות לעצמם תכונות יקרות
- אות כנה
- תכונה שנותנת רושם אמיתי מכושרו של הפרט
- כושר יחסי
- יכולתו של הפרט לשרוד ולהתרבות ביחס לשאר האוכלוסייה
- דימורפיזם מיני
- הבדל פנוטיפי בין הזכרים והנקבות באוכלוסייה
- ייצוב הבחירה
- בחירה המעדיפה פנוטיפים ממוצעים