Skip to main content
Global

5.2: מקור המגוון הביולוגי

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    207832

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    איזה תהליך ביולוגי אחראי למגוון הביולוגי?

    כל המינים - מהחיידקים על עורנו ועד הציפורים בחוץ - התפתחו בשלב מסוים ממין אחר. למרות שנראה כי יצורים חיים כיום נשארים זהים מדור לדור, זה לא המקרה מכיוון שהאבולוציה נמשכת. אבולוציה היא התהליך שבאמצעותו המאפיינים של מין משתנים עם הזמן, מה שעלול בסופו של דבר לגרום להיווצרות מינים חדשים.

    Figure_11_00_01_new.jpg
    איור\(\PageIndex{1}\). מגוון החיים על פני כדור הארץ הוא תוצאה של אבולוציה, תהליך מתמשך שעדיין מתרחש. (אשראי "זאב": שינוי עבודה על ידי גארי קרמר, USFWS; אשראי "אלמוגים": שינוי עבודה על ידי ויליאם הריגן, NOAA; אשראי "נהר": שינוי של עבודה על ידי Vojtěch Dostál; אשראי "פרוטוזואה": שינוי של עבודה על ידי שרון פרנקלין, סטיבן Ausmus, USDA ARS; אשראי "דגים" שינוי עבודה על ידי כריסטיאן Mehlführer; אשראי "פטריות" "דבורה": שינוי עבודה על ידי קורי זנקר; אשראי "עץ": שינוי של עבודה על ידי יוסף Kranak)

    תורת האבולוציה היא התיאוריה המאחדת של הביולוגיה, כלומר היא המסגרת שבתוכה שואלים ביולוגים שאלות על עולם החי. כוחו הוא בכך שהוא מספק כיוון לתחזיות לגבי יצורים חיים המתבססים בניסוי אחר ניסוי. הגנטיקאי האמריקאי יליד אוקראינה תאודוסיוס דובז'נסקי כתב כי "שום דבר לא הגיוני בביולוגיה אלא לאור האבולוציה". הוא התכוון שהעיקרון שכל החיים התפתחו והתגוונו מאב קדמון משותף הוא הבסיס שממנו אנו מבינים את כל השאלות האחרות בביולוגיה.

    לגלות כיצד אוכלוסיות משתנות

    תורת האבולוציה על ידי הברירה הטבעית מתארת מנגנון לאופן שבו מינים יכולים להשתנות לאורך זמן. שינוי המינים הוצע ונדון הרבה לפני דרווין. ההשקפה לפיה מינים אינם משתנים התבססה בכתביו של אפלטון, אך היו גם יוונים קדומים שהביעו רעיונות אבולוציוניים.

    במאה השמונה עשרה הוצגו מחדש רעיונות על התפתחות בעלי החיים על ידי חוקרי הטבע השונים. במקביל, ג'יימס האטון, חוקר הטבע הסקוטי, הציע ששינוי גיאולוגי יתרחש בהדרגה על ידי הצטברות שינויים קטנים מתהליכים (לאורך פרקי זמן ארוכים) בדיוק כמו אלה המתרחשים כיום. זאת בניגוד לדעה השלטת לפיה הגיאולוגיה של כדור הארץ הייתה תוצאה של אירועים קטסטרופליים שהתרחשו בעבר קצר יחסית. השקפתו של האטון זכתה לפופולריות מאוחר יותר על ידי הגיאולוג צ'ארלס לייל במאה התשע עשרה. לייל הפך לחבר של דרווין ורעיונותיו השפיעו מאוד על חשיבתו של דרווין. לייל טען שגילו הגדול יותר של כדור הארץ נתן יותר זמן לשינוי הדרגתי במינים, והתהליך סיפק אנלוגיה לשינוי הדרגתי במינים.

    צ'ארלס דרווין והברירה הטבעית

    הברירה הטבעית כמנגנון לאבולוציה נתפסה ותוארה באופן עצמאי על ידי שני חוקרי טבע, צ'ארלס דרווין ואלפרד ראסל וואלאס, באמצע המאה התשע עשרה. חשוב לציין שכל אחד מהם בילה שנים בחקר עולם הטבע במסעות לאזור הטרופי. בשנים 1831 עד 1836 טייל דרווין ברחבי העולם ב - HMS Beagle וביקר בדרום אמריקה, אוסטרליה ובקצה הדרומי של אפריקה. וואלאס נסע לברזיל כדי לאסוף חרקים ביערות הגשם באמזונס בשנים 1848-1852 ולארכיפלג המלאי בשנים 1854 עד 1862. מסעו של דרווין, כמו מסעותיו המאוחרים יותר של וואלאס בארכיפלג המלאי, כלל עצירות בכמה שרשראות איים, האחרונה הייתה איי גלאפגוס (ממערב לאקוודור). באיים אלה, דרווין צפה במינים של אורגניזמים באיים שונים שהיו דומים בבירור, אך היו להם הבדלים ברורים. לדוגמה, חוחיות הקרקע המאכלסות את איי גלפגוס כללו כמה מינים שלכל אחד מהם צורת מקור ייחודית (איור). \(\PageIndex{2}\) הוא הבחין הן כי החוחיות הללו דומות מאוד למין חוחית אחר ביבשת דרום אמריקה וכי קבוצת המינים בגלפגוס יצרה סדרה מדורגת של גדלים וצורות מקור, עם הבדלים קטנים מאוד בין הדומים ביותר. דרווין דמיין שמיני האי עשויים להיות כל המינים ששונו ממין יבשת מקורי אחד. בשנת 1860, הוא כתב, "כשרואים את הדרגתיות והמגוון הזה של המבנה בקבוצת ציפורים קטנה וקשורה קשר הדוק, אפשר באמת לחשוב שממיעוט ציפורים מקורי בארכיפלג זה, מין אחד נלקח ושונה למטרות שונות."

    Figure_11_01_01.jpg
    איור\(\PageIndex{2}\). דרווין הבחין שצורת המקור משתנה בין מיני החוחית. הוא הניח כי מקורו של מין אבות הסתגל לאורך זמן לצייד את החוחיות לרכישת מקורות מזון שונים. איור זה מציג את צורות המקור לארבעה מינים של חוחית טחונה: 1. גיאוספיזה מגנירוסטריס (החוחית הקרקעית הגדולה), 2. ג 'פורטיס (החוחית הקרקעית הבינונית), 3. G. parvula (חוחית העץ הקטנה), ו -4. Certhidea אוליבצאה (החוחית הירוקה).

    וואלאס ודרווין צפו שניהם בדפוסים דומים באורגניזמים אחרים והגו באופן עצמאי מנגנון שיסביר כיצד ומדוע שינויים כאלה יכולים להתרחש. דרווין כינה את המנגנון הזה ברירה טבעית. הברירה הטבעית, טען דרווין, הייתה תוצאה בלתי נמנעת של שלושה עקרונות שפעלו בטבע. ראשית, קיימת שונות בתכונות בין פרטים בתוך אוכלוסייה, ותכונות אלו עוברות בתורשה, או מועברות מהורה לצאצאים. שנית, נוצרים יותר צאצאים ממה שמסוגלים לשרוד; במילים אחרות, משאבים להישרדות ורבייה מוגבלים. ולבסוף, יש תחרות על המשאבים הללו בכל דור. מתוך שלושת העקרונות הללו, דרווין וואלאס הניחו כי צאצאים בעלי מאפיינים תורשתיים המאפשרים להם להתחרות בצורה הטובה ביותר על משאבים מוגבלים ישרדו ויהיו להם יותר צאצאים מאשר אותם אנשים עם וריאציות שפחות מסוגלים להתחרות. מכיוון שמאפיינים עוברים בתורשה, תכונות אלה יוצגו טוב יותר בדור הבא. זה יוביל לשינוי באוכלוסיות לאורך דורות בתהליך שדרווין כינה "ירידה עם שינוי". לסיכום, אנו יכולים להגדיר את הברירה הטבעית כתהליך הגורם לתכונות מועילות להיות נפוצות יותר באוכלוסייה לאורך זמן, מה שגורם לאוכלוסייה להתפתח.

    Figure_11_01_02ab.jpg
    איור\(\PageIndex{3}\). (א) צ'ארלס דרווין ו (ב) אלפרד וואלאס כתבו מאמרים מדעיים על הברירה הטבעית שהוצגו יחד בפני החברה הלינאית בשנת 1858.

    מאמרים מאת דרווין וואלאס (איור\(\PageIndex{3}\)) המציגים את רעיון הברירה הטבעית נקראו יחד בשנת 1858 לפני החברה הלינאית בלונדון. בשנה שלאחר מכן פורסם ספרו של דרווין, על מוצא המינים, אשר תיאר בפירוט רב את טיעוניו לאבולוציה על ידי הברירה הטבעית.

    הברירה הטבעית יכולה להתרחש רק אם יש שונות, או הבדלים, בין פרטים באוכלוסייה. חשוב לציין, להבדלים אלה חייב להיות בסיס גנטי כלשהו, אחרת הברירה הטבעית לא תוביל לשינוי בדור הבא מכיוון שלא תהיה דרך להעביר את התכונות הללו מדור לדור.

    המגוון הגנטי באוכלוסייה מגיע משני מקורות עיקריים: מוטציה ורבייה מינית. מוטציה, שינוי קבוע ברצף ה- DNA הוא המקור האולטימטיבי לשונות גנטית חדשה בכל אוכלוסייה. לאדם שיש לו גן מוטציה עשויה להיות תכונה שונה מזו של אנשים אחרים באוכלוסייה. ללא שונות בתכונות, הטבע לא יוכל לבחור את התכונות המותאמות בצורה הטובה ביותר לסביבת האורגניזמים באותו זמן מסוים.

    שינוי אבולוציוני בפעולה

    התפתחות חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה היא דוגמה לאבולוציה באמצעות ברירה טבעית והיא נצפתה ישירות על ידי מדענים. איך זה קורה? תארו לעצמכם אדם שיש לו זיהום חיידקי: הגוף שלהם מותקף על ידי מיליארדי חיידקים. מכיוון שיש שונות גנטית באוכלוסיות, חלק מהחיידקים הבודדים עשויים כבר להחזיק בתכונות המאפשרות להם לסבול תרופות אנטיביוטיות. כאשר האדם הנגוע רושם אנטיביוטיקה, התרופה תוקפת והורגת את כל האוכלוסייה, למעט אותם חיידקים שיכולים להתנגד לתרופה. חיידקים אלה שורדים מכיוון שהייתה להם תכונה מועילה ולכן הטבע נבחר עבורה. האוכלוסייה ששרדה תהיה עמידה בפני התרופה ותמשיך להתרבות, להתרבות ולהעביר את התכונה המועילה הזו לכל הצאצאים. האוכלוסייה התפתחה כעת מכיוון שלכל הפרטים יש את התכונה העמידה לאנטיביוטיקה, בעוד שלפני כן היא הייתה נדירה. חשוב להבין שהאבולוציה מתרחשת ברמת האוכלוסייה והיא נשענת על שונות גנטית שכבר הייתה קיימת. ללא וריאציה זו, אין שום דבר לטבע לבחור בו. עלייתם והתפשטותם של חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה היא סוגיה סביבתית מתעוררת והיא תידון בפרק מאוחר יותר.

    ייחוס

    "לגלות כיצד אוכלוסיות משתנות" מאת Open Stax מורשה תחת CC BY 4.0. שונה מהמקור על ידי מתיו ר פישר.