אבולוציה — ביולוגיה לבגרות

מהו התנאי ההכרחי הראשון לפעולת ברירה טבעית באוכלוסייה?

תשובה נכונה: קיום שונות תורשתית בין הפרטים באוכלוסייה

ברירה טבעית פועלת רק כאשר קיימת שונות תורשתית (גנטית) בין פרטי האוכלוסייה — כלומר פרטים שונים זה מזה בתכונותיהם בעקבות אללים שונים. ללא שונות קיימת מראש, אין 'חומר גלם' שעליו הברירה יכולה לפעול. השונות נוצרת ממוטציות ומרקומבינציה, ולא כתגובה לצורך.

מדוע אין זה מדויק לתאר ברירה טבעית כתהליך 'שמתכנן' פתרונות אופטימליים לבעיות סביבתיות, אלא כתהליך המניב לרוב פשרות (trade-offs)?

תשובה נכונה: כי הברירה פועלת רק על השונות התורשתית הזמינה כרגע באוכלוסייה, ולא יכולה 'לתכנן' פתרון חדש מאפס; ולעיתים קרובות תכונה יתרונית בהיבט אחד (למשל בריחה מטורפים) כרוכה בעלות בהיבט אחר (למשל צריכת אנרגיה גבוהה), כך שהתוצאה היא פשרה ולא שלמות

ברירה טבעית היא תהליך חסר-כיוון-מטרה שפועל אך ורק על שונות תורשתית קיימת — היא 'בוררת' מבין האפשרויות הזמינות, ואינה יוצרת פתרון אידיאלי חדש. בנוסף, תכונות רבות כרוכות בפשרות אבולוציוניות: למשל זנב טווס שמושך בנות זוג אך מכביד על בריחה מטורפים, או מערכת חיסון חזקה שעלולה להגביר סיכון למחלות אוטואימוניות. לכן התוצר האבולוציוני הוא לרוב פשרה מסתגלת, לא שלמות מתוכננת.

מבנה העין אצל תמנון (חסרת נקודה עיוורת) לעומת עין החולייתן (בעלת נקודה עיוורת עקב מיקום סיבי העצב הראייתי מול קולטני האור) הן שתי עיניים בעלות תפקוד דומה מאוד אך מבנה פנימי שונה במידה משמעותית. כיצד תצפית זו תומכת בכך שהעין התפתחה יותר מפעם אחת באופן עצמאי?

תשובה נכונה: פרט מבני כה משמעותי כמו כיוון הרכבת סיבי העצב ('טעות עיצוב' הגורמת לנקודה עיוורת בעין החולייתן) לא סביר שהיה מתעצב פעמיים בדיוק באותו אופן אם שני קווי האבולוציה היו חולקים מוצא משותף עדכני של אותו מבנה עין — הבדל זה תואם התפתחות עצמאית (אבולוציה מתכנסת) של פתרון דומה לאותה בעיה (ראייה)

בעין החולייתן, סיבי העצב הראייתי עוברים מלפני שכבת קולטני האור ומתכנסים לנקודה שבה אין קולטנים — הנקודה העיוורת. בעין התמנון, הסידור הפוך והיעיל יותר, ללא נקודה עיוורת. אילו שתי העיניים היו הומולוגיות (ממוצא משותף עדכני של אותו מבנה עין מורכב), היינו מצפים למבנה פנימי דומה בהרבה יותר. השוני המהותי הזה, לצד הדמיון התפקודי הכללי (עדשה, רשתית, קליטת אור), הוא ראיה חזקה לכך שמבנים אלה הם תוצר של אבולוציה מתכנסת — פתרון עצמאי דומה לאותה בעיה סביבתית, לא ירושה ממבנה עין מפורט משותף.

בשני אזורים גיאוגרפיים נבדלים ומבודדים, שתי אוכלוסיות של אותו מין קדמון עברו ברירה טבעית דומה מאוד (למשל התאמה לאותה נישה אקולוגית מקבילה) ופיתחו תכונות פנוטיפיות דומות להפליא, אף שהתפצלו זו מזו לפני זמן רב. מדוע אי-אפשר להסיק מהדמיון הפנוטיפי הגבוה הזה ששתי האוכלוסיות עדיין שייכות לאותו מין ביולוגי?

תשובה נכונה: כי דמיון פנוטיפי יכול לנבוע מברירה טבעית מקבילה (parallel/convergent evolution) הפועלת על שונות תורשתית שונה בכל אוכלוסייה בנפרד, בעוד שרמת הבידוד הרבייתי (המבחן המכריע להיות שני מינים נפרדים) נקבעת על ידי הבדלים גנטיים מצטברים שאינם בהכרח באים לידי ביטוי פנוטיפי נראה לעין

ברירה טבעית מקבילה יכולה 'לבחור' תכונות פנוטיפיות דומות מאוד בשתי אוכלוסיות שהתפתחו בנפרד, תחת לחצי סביבה דומים — למשל צורת גוף אווירודינמית דומה בדולפינים (יונקים) ובכרישים (דגים), שהתפתחה באופן עצמאי. אך פנוטיפ דומה אינו מבטיח יכולת רבייה הדדית: הבדלים גנטיים שהצטברו במקביל להתפתחות הפנוטיפ הדומה (כגון הבדלים בגנים הקובעים תאימות רבייתית, שאינם קשורים ישירות לתכונה הנראית לעין) עשויים כבר ליצור בידוד רבייתי מלא. לכן נדרש מבחן ישיר של יכולת רבייה הדדית פורייה, לא רק השוואה פנוטיפית.