חוקרים הוכיחו כי יכולת ההסתגלות המהירה בתוך כמה דורות, המכונה התפתחות, יכולה גם להסביר את התבדלות המינים לאורך מיליוני שנים. על ידי ניתוח מערכי נתונים נרחבים ממינים ומאובנים נוכחיים, הם מצאו שתכונות בעלות יכולת התפתחות גבוהה מראות שונות יותר לאורך זמן, בהשפעת תנודות סביבתיות, אשר ממלאות תפקיד מכריע בעיצוב תוצאות אבולוציוניות.
מאז שדרווין הציג את תיאוריית האבולוציה פורצת הדרך שלו, הביולוגים היו שבויים בתהליכים המורכבים המאפשרים מִין להתפתח.
האם מנגנונים האחראים לאבולוציה של מין במשך כמה דורות, הנקראים מיקרו-אבולוציה, יכולים גם להסביר כיצד מינים מתפתחים על פני תקופות זמן הנמשכות לאלפי או מיליוני דורות, הנקראת גם מאקרו-אבולוציה?
מאמר חדש שפורסם זה עתה ב מַדָעמראה שהיכולת של אוכלוסיות להתפתח ולהסתגל לאורך כמה דורות, הנקראת evolvability, עוזרת לנו למעשה להבין איך האבולוציה עובדת בטווחי זמן ארוכים בהרבה.
על ידי חיבור וניתוח מערכי נתונים עצומים ממינים קיימים כמו גם ממאובנים, החוקרים הצליחו להראות כי יכולת ההתפתחות האחראית למיקרו-אבולוציה של תכונות רבות ושונות מנבאת את כמות השינוי שנצפה בין אוכלוסיות ומינים המופרדים עד מיליון שנים.
"דרווין הציע שמינים מתפתחים בהדרגה, אבל מה שמצאנו הוא שלמרות שאוכלוסיות מתפתחות במהירות בטווח הקצר, האבולוציה הזו (קצרת הטווח) לא מצטברת עם הזמן. עם זאת, עד כמה אוכלוסיות ומינים שונים, בממוצע, על פני תקופות זמן ארוכות תלוי עדיין ביכולתם להתפתח בטווח הקצר", אמר כריסטוף פלבון, פרופסור במחלקה לביולוגיה של NTNU ומחבר בכיר של המאמר.
מערכי נתונים גדולים של יצורים חיים ומאובנים
היכולת להגיב לברירה ולהסתגל, יכולת ההתפתחות, תלויה בכמות השונות התורשתית (גנטית). החוקרים ערכו את הניתוח שלהם על ידי הרכבת מערך נתונים עצום עם מדדים של יכולת התפתחות עבור אוכלוסיות חיות ומינים ממידע זמין לציבור. לאחר מכן הם תכננו יכולת התפתחות כנגד התבדלות בין אוכלוסיות ומינים עבור תכונות שונות כגון גודל המקור, מספר הצאצאים, גודל הפרחים ועוד.
הם גם בחנו מידע מ-150 שושלות שונות של מאובנים, שבהן חוקרים אחרים מדדו הבדלים בתכונות המורפולוגיות במאובנים לאורך תקופות זמן קצרות כמו 10 שנים ועד 7.6 מיליון שנים.
דרווין ציין כיצד חוחיות שונות מאיי גלפגוס פיתחו סוגים שונים של מקורים, על סמך המזון שהם התמחו באכילה. מחקרים מאוחרים יותר הראו כיצד תנודות מהירות בגודל הזרע לאורך זמן הובילו לתנודות מהירות בגודל המקור, בדיוק כפי שהציע המחקר החדש, שפורסם ב-Science. איור זה הוא מ-Darwin, 1845. כתב עת למחקרים על ההיסטוריה הטבעית והגיאולוגיה של המדינות בהן ביקרו במהלך מסעו של HMS Beagle מסביב לעולם, בפיקודו של קפטן Fitz Roy, מהדורה 2D של RN. קרדיט: ג'ון גולד
מה שהם ראו היה שתכונות בעלות התפתחות גבוהה יותר היו שונות יותר בין אוכלוסיות ומינים קיימים, וכי תכונות בעלות התפתחות גבוהה יותר נטו להיות שונות זו מזו בין שתי דגימות מאובנים עוקבות.
לעומת זאת, תכונות עם מעט התפתחות או שונות לא השתנו מאוד בין אוכלוסיות או בין דגימות מאובנים עוקבות
תנודתיות סביבתית היא המפתח
תכונות בעלות התפתחות גבוהה יותר משתנות במהירות מכיוון שהן מסוגלות להגיב לשינויים סביבתיים מהר יותר, אמר פלבון.
הסביבה – דברים כמו טמפרטורה, סוג המזון הזמין או כל מאפיין אחר שחשוב להישרדותו ולהתרבותו של הפרט – היא הכוח המניע של שינויים אבולוציוניים מכיוון שאוכלוסיות מנסות להסתגל לסביבתן. בדרך כלל, סביבות משתנות משנה לשנה או עשורים לעשורים, תנודות סביב אמצעים יציבים. זה יוצר תנודה בכיוון הבחירה.
תכונות הניתנות להתפתחות גבוהה יכולות להגיב במהירות לתנודות אלו בבחירה ויתנודות לאורך זמן עם משרעת גבוהה. גם תכונות עם יכולת התפתחות מועטה ישתנו אך לאט יותר ובכך עם משרעת נמוכה יותר.
"אוכלוסיות, או מינים, המרוחקות זו מזו מבחינה גיאוגרפית נחשפות לסביבות שהתנודות שלהן אינן מסונכרנות. כתוצאה מכך, לאוכלוסיות אלו יהיו ערכי תכונה שונים, וגודל ההבדל הזה יהיה תלוי במשרעת התנודות של התכונה, ולכן בהתפתחות התכונה", אמר פלבון.
השלכות על המגוון הביולוגי
תוצאות החוקרים מצביעות על כך שהברירה ולכן הסביבה היו יציבים יחסית בעבר. עם שינויי האקלים, הדברים משתנים במהירות, ובעיקר בכיוון אחד. זה עשוי להשפיע מאוד על דפוסי הבחירה ועל האופן שבו מינים יכולים להסתגל לסביבות שעדיין משתנות אך סביב אופטימיות שאינן עוד יציבות אפילו על פני פרקי זמן של כמה עשורים.
"עד כמה מינים יוכלו לעקוב אחר האופטימיות הללו ולהסתגל אינו ברור, אבל סביר להניח שיהיו לכך השלכות על המגוון הביולוגי, אפילו בטווח זמן קצר", אמר.
