מחקר על חרקי מקל מראה אבולוציה צפויה לטווח קצר, אך שינויים ארוכי טווח מציגים אי-חיזוי עקב אירועים אקראיים ומוטציות חדשות.
חוקרים מציגים עדויות לדפוסים אבולוציוניים שניתנים לחזרה באוכלוסיות חרקי המקל של קליפורניה, ומוכיחים כי בעוד אבולוציה קצרת טווח יכולה להיות ניתנת לחיזוי עקב לחצים סביבתיים קבועים כמו טרפה, תוצאות אבולוציוניות ארוכות טווח כרוכות באקראיות רבה יותר עקב אירועים כמו מוטציות ושינויי אקלים.
בין מדעני האבולוציה יש ויכוח ארוך שנים שמתנהל בערך כך: האם האבולוציה מתרחשת בתבנית צפויה או שהיא תלויה באירועים מקריים ובמקרה? כלומר, אם תוכל להחזיר את השעון לאחור, כפי שתיאר המדען המהולל סטיבן ג'יי גולד (1941-2002) במטאפורה המפורסמת שלו, "לשחק מחדש את הקלטת החיים", האם החיים על פני כדור הארץ היו מתפתחים, שוב, כמשהו דומה למה אנחנו יודעים עכשיו, או שזה ייראה מאוד מאוד שונה?
יער שיח עם חרק מקל Timema במקורו. קרדיט: אנרי טרושאסו
המורכבות של האבולוציה
"אם אתה ממסגר את זה כשאלה או/או, זה פשטני מדי", אומר הביולוג האבולוציוני של אוניברסיטת יוטה, זכריה גומפרט. "התשובה היא לא 'אקראי לחלוטין' או 'דטרמיניסטית וניתנת לחיזוי לחלוטין'. ובכל זאת, בבחינת טווחי זמן קצרים, אנו יכולים למצוא דפוסים אבולוציוניים הניתנים לחיזוי שניתן לחזור עליהם".
גומפרט ועמיתיו מדווחים על עדויות לאבולוציה חוזרת באוכלוסיות של חרקי מקל במהדורה המקוונת של ה-24 במאי 2024 של כתב העת של האגודה האמריקאית לקידום המדע. התקדמות המדע. המחברים המשתפים פעולה במאמר כוללים את משתף הפעולה הוותיק של גומפרט, פטריק נוסיל, וחוקרים אחרים מאוניברסיטת מונפלייה בצרפת, האוניברסיטה הפדרלית של סאו פאולו בברזיל, אוניברסיטת נבאדה, רינו ואוניברסיטת נוטרדאם. המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע ומועצת המחקר האירופית.
ירוק Timema cristinae חרק morph stick משתלב עם שיח לילך קליפורניה (Ceanothus spinosus). קרדיט: אהרון קומאו
ממצאי מחקר על חרקי מקל
הצוות בחן שלושה עשורים של נתונים על תדירות תנועות דפוס צבע סתמיות בחרק המקל מִין Timema cristinae בעשר אוכלוסיות משכפלות באופן טבעי בקליפורניה. T. cristinae הוא פולימורפי בכל הנוגע לצבע גופו ולתבניתו. חרקים מסוימים הם ירוקים, מה שמאפשר לחרק נטול כנפיים, הניזון צמחים, להשתלב עם לילך קליפורניה (Ceanothus spinosus) שיחים. לעומת זאת, מורפי פסים ירוקים נעלמים כנגד שזיין (Adenostoma fasciculatum) שיחים.
מסתתר בין הצמחים הוא אחד מהם של טי כריסטינה הגנות עיקריות כמו ציפורים רעבות, כמו ג'ינס, הם טורפים שלא יודעים שובע של חרקי המקל.
פסים Timema cristinae חרק מורף מקל משתלב עם שיח שאמיס (Adenostoma fasciculatum). קרדיט: מוריץ מושיק
דפוסים אבולוציוניים וברירה טבעית
"טרפת ציפורים היא מניע קבוע המעצב את התכונות האורגניזמיות של החרקים, כולל צבע ופסים לעומת לא פסים", אומר גומפרט, פרופסור חבר במחלקה לביולוגיה של USU ובמרכז האקולוגיה של USU. "צפינו בתנודות 'מעלה-מטה' צפויות בתדירות הפסים בכל האוכלוסיות, המייצגות דינמיקה אבולוציונית הניתנת לחזרה המבוססת על וריאציה גנטית עומדת."
לדבריו, ניסוי שדה מדגים שהתנודות הללו היו מעורבות ברירה טבעית תלוית תדרים שלילית (NFDS), שבה דפוסי צבע סתמיים מועילים יותר כשהם נדירים ולא נפוצים. סביר להניח שהסיבה לכך היא שציפורים מפתחות 'תמונת חיפוש' אחר הטרף הנפוץ ביותר.
הביולוג של אוניברסיטת יוטה, זאק גומפרט ועמיתיו, צופים בשינויים אבולוציוניים שחוזרים על עצמם, לאורך זמן בחרקי מקל; פרסם ממצאים במהדורה של 24 במאי 2024 של התקדמות המדע. קרדיט: M. Muffoletto
חיזוי ואקראיות באבולוציה
"בטווחי זמן קצרים, אבולוציה הכוללת וריאציות קיימות יכולה להיות די צפויה", אומר גומפרט, שקיבל מענק קריירה של הקרן הלאומית למדע ב-2019 כדי לתמוך במחקר שלו. "אתה יכול לסמוך על נהגים מסוימים שתמיד יהיו שם, כמו ציפורים שניזונות מהחרקים."
אבל בטווחי זמן ארוכים יותר, הדינמיקה האבולוציונית הופכת פחות צפויה.
"האוכלוסיות עלולות לחוות אירוע מקרי, כמו בצורת קשה או אירוע הצפה, שישבש את הסטטוס קוו ובכך את התוצאות הצפויות", אומר גומפרט.
אתגרים במחקרי אבולוציה
בקנה מידה ארוך, מוטציה חדשה במין יכולה להציג תכונה נדירה, הוא אומר. "זה בערך הכי קרוב לאקראי באמת שאפשר להגיע."
"דברים נדירים הולכים לאיבוד בקלות במקרה, אז יש סבירות גבוהה שמוטציה חדשה עלולה להיעלם לפני שהיא תופסת מעוז", הוא אומר. "אכן, מין אחר של Timema חרק מקל שגם ניזון משזיל או שמעולם לא היה או איבד במהירות את המוטציות שיוצרות את תכונת הפס החשוף. לפיכך, האבולוציה של הפס אינה תוצאה שחוזרת על עצמה של אבולוציה בקנה מידה ארוך זה."
גומפרט מציין מחקרים ארוכי טווח משוכפלים מאוכלוסיות טבעיות, כולל מחקר על חוחיות דארווין המפורסמות, נדירים.
"מכיוון שרוב העבודה הזו מוגבלת לאוכלוסיה אחת או מעטות, קשה להסיק מסקנות לגבי חזרתיות בקרב אוכלוסיות עצמאיות אבולוציוניות מרובות", הוא אומר. "מחקרים כאלה מאתגרים ליישום לא רק בגלל שהם דורשים מאמץ משותף, אלא גם בגלל שאי אפשר למהר בזמן."
גומפרט, שהוגדר כמלומד בדירוג גבוה על ידי ScholarGPS, פיתח, עם עמיתים ל-USU, כיתת מעבדה לביולוגיה אינטראקטיבית עתירת מחקר כדי להציג בפני סטודנטים לתואר ראשון מחקר. הוא ועמיתיו גם פיתחו מצגת אינטראקטיבית על אבולוציה לכל הגילאים, שנקראת "הפרפרים של נבוקוב", שהוצגה בתוכנית ההסברה הציבורית של המכללה למדעים של USU ב-2022.
