מחקר חושף את האבולוציה המהירה של נחשים, לטאות, שאפשרו את הגיוון והצלחתם האקולוגית ברחבי העולם. על ידי ניתוח נתונים גנטיים והרגלי תזונה, החוקרים מדגישים את הדרך האבולוציונית הייחודית של הנחשים ואת יכולתם להתמחות בטרף שונים, ומסמנים אותם כסיפור הצלחה אבולוציוני משמעותי למרות המסתורין סביב הקרינה המסתגלת שלהם. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
לפני יותר מ-100 מיליון שנה, אבותיהם של הנחשים הראשונים היו לטאות קטנות שחיו לצד לטאות קטנות ובלתי ברורות אחרות בצל הדינוזאורים.
ואז, בפרץ של חדשנות בצורה ותפקוד, אבותיהם של הנחשים פיתחו גופים חסרי רגליים שיכולים להחליק על פני הקרקע, מערכות זיהוי כימיות מתוחכמות ביותר כדי למצוא ולעקוב אחר טרף, וגולגולות גמישות שאפשרו להם לבלוע בעלי חיים גדולים.
השינויים הללו הציבו את הבמה לגיוון המרהיב של נחשים במהלך 66 מיליון השנים האחרונות, ומאפשרים להם לנצל במהירות הזדמנויות חדשות שהופיעו לאחר שפגיעת אסטרואיד חיסלה כשלושה רבעים מכלל הצמחים והחיות של כדור הארץ. מִין.
גורמים מאחורי גיוון נחשים
אבל מה גרם להתפוצצות האבולוציונית של מגוון נחשים – תופעה המכונה קרינה אדפטיבית – שהובילה לכמעט 4,000 מינים חיים והפכה את הנחשים לאחד מסיפורי ההצלחה הגדולים של האבולוציה?
מחקר גנטי ותזונתי גדול חדש על נחשים, מצוות בינלאומי בראשות ביולוגים של אוניברסיטת מישיגן, מצביע על כך שמהירות היא התשובה. נחשים התפתחו עד פי שלושה מהר יותר מאשר לטאות, עם שינויים מסיביים בתכונות הקשורות להאכלה, תנועה ועיבוד חושי, לפי מחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת מַדָע.
נחש עין חתול (Leptodeira semiannulata) באמזונס הפרואני. קרדיט: דן רבוסקי, אוניברסיטת מישיגן.
"ביסודו של דבר, המחקר הזה עוסק במה שהופך למנצח אבולוציוני. גילינו שנחשים מתפתחים מהר יותר מלטאות בכמה דרכים חשובות, ומהירות האבולוציה הזו אפשרה להם לנצל הזדמנויות חדשות שלטאות אחרות לא יכלו", אמר הביולוג האבולוציוני של אוניברסיטת מישיגן דניאל רבוסקי, מחבר בכיר של הספר. מַדָע עיתון.
"נחשים התפתחו מהר יותר ו – אם נאמר זאת – טוב יותר מכמה קבוצות אחרות. הם מגוונים וגמישים ומסוגלים להתמחות בטרף שקבוצות אחרות לא יכולות להשתמש בו", אמר רבוסקי, אוצר במוזיאון UM לזואולוגיה ופרופסור במחלקה לאקולוגיה וביולוגיה אבולוציונית.
מתודולוגיה וממצאי מחקר
לצורך המחקר, החוקרים יצרו את העץ האבולוציוני הגדול והמקיף ביותר של נחשים ולטאות על ידי רצף גנומים חלקיים של כמעט 1,000 מינים. בנוסף, הם ערכו מערך נתונים עצום על דיאטות לטאות ונחשים, ובחנו תיעוד של תכולת הקיבה מעשרות אלפי דגימות מוזיאוניות שהשתמרו.
הם הזינו את הר הנתונים הזה לתוך מודלים מתמטיים וסטטיסטיים מתוחכמים, מגובים בכמויות אדירות של כוח מחשב, כדי לנתח את ההיסטוריה של התפתחות הנחשים והלטאות לאורך זמן גיאולוגי ולחקור כיצד תכונות שונות, כמו חוסר גפיים, התפתחו.
גישה רב-כיוונית זו חשפה שבעוד שזוחלים אחרים פיתחו תכונות דמויות נחשים רבות – 25 קבוצות שונות של לטאות איבדו גם את גפיהן, למשל – רק נחשים חוו רמה זו של גיוון נפיץ.
קחו למשל את השממית חסרת הרגליים של אוסטרליה.
שממית זנב ידית (Nephrurus levis) ממפרץ הכריש, אוסטרליה. שממית גדולה זו ניזונה בעיקר מחרקים אך מדי פעם תאכל לטאות אחרות. קרדיט: דן רבוסקי, אוניברסיטת מישיגן
כמו נחשים, לטאה זו איבדה את רגליה ופיתחה גולגולת גמישה. עם זאת היצור בקושי התגוון במשך מיליוני שנים. שום פיצוץ אבולוציוני – רק כמה מינים שמגרדים את מחייתם בביצה האוסטרלית.
אז נראה שיש משהו מיוחד בנחשים שאיפשר להם להגיע לקופה האבולוציונית. אולי משהו בגנים שלהם שאפשר להם להיות גמישים מבחינה אבולוציונית בעוד שקבוצות אחרות של אורגניזמים מוגבלות הרבה יותר.
"היבט בולט של נחשים הוא כמה הם מגוונים מבחינה אקולוגית: נבירה
מתחת לאדמה, חי במים מתוקים, באוקיינוס וכמעט בכל בית גידול אפשרי ביבשה", אמר אלכסנדר פירון, מחבר שותף למחקר ופרופסור חבר לביולוגיה באוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון. "בעוד שכמה לטאות עושות חלק מהדברים האלה – ויש הרבה יותר לטאות מנחשים – יש הרבה יותר נחשים ברוב בתי הגידול האלה ברוב המקומות."
תעלומת האבולוציה של הנחש
הגורמים האולטימטיביים, או הטריגרים, של קרינה אדפטיבית היא אחת התעלומות הגדולות בביולוגיה. במקרה של נחשים, סביר להניח שהיו מספר גורמים תורמים, וייתכן שלעולם לא ניתן יהיה להקניט אותם.
המחברים של הקרוב מַדָע מחקרים מתייחסים לאירוע של פעם בהיסטוריה אבולוציונית כאל ייחוד מאקרו-אבולוציוני עם סיבות "לא ידועות ואולי בלתי ידועות".
ניתן לראות ביחוד מאקרו-אבולוציוני מעבר פתאומי להילוך אבולוציוני גבוה יותר, וביולוגים חושדים שההתפרצויות הללו התרחשו שוב ושוב לאורך ההיסטוריה של החיים על פני כדור הארץ. ההופעה הפתאומית והדומיננטיות של צמחים פורחים לאחר מכן היא דוגמה נוספת.
במקרה של נחשים, הייחודיות החלה ברכישה כמעט בו-זמנית (מנקודת מבט אבולוציונית) של גופים מוארכים ללא רגליים, מערכות זיהוי כימיות מתקדמות וגולגולות גמישות.
שינויים מכריעים אלה אפשרו לנחשים, כקבוצה, לרדוף אחר מגוון רחב בהרבה של סוגי טרף, ובו זמנית אפשרו למינים בודדים לפתח התמחות קיצונית בתזונה.
כיום, ישנם קוברה שפוגעים בארס קטלני, פיתונים ענקיים שמכווצים את טרפם, מחפירים בעלי חוטם צדים עקרבים מדבריים, נחשי עצים דקיקים המכונים "אוכלי גומי" הטורפים חלזונות וביצי צפרדעים גבוה מעל פני האדמה, חותרים- נחשי ים בעלי זנב שחודרים בנקקי שונית לאיתור ביצי דגים וצלופחים, ועוד רבים.
"אחת התוצאות המרכזיות שלנו היא שנחשים עברו שינוי עמוק באקולוגיית האכלה שמפרידה אותם לחלוטין מזוחלים אחרים", אמר רבוסקי. "אם יש חיה שאפשר לאכול, סביר להניח שנחש כלשהו, איפשהו, פיתח את היכולת לאכול אותו."
לצורך המחקר, החוקרים קיבלו מבט מבפנים על העדפות תזונתיות של נחשים על ידי סקירת תצפיות בשטח ותיעוד של תכולת קיבה עבור יותר מ-60,000 דגימות נחשים ולטאות, בעיקר ממוזיאונים להיסטוריה של הטבע. המוזיאונים התורמים כללו את המוזיאון לזואולוגיה של אוניברסיטת מישיגן, ביתו של אוסף המחקר הגדול בעולם של דגימות נחשים.
"דגימות מוזיאון נותנות לנו את החלון המדהים הזה לאופן שבו אורגניזמים מתפרנסים בטבע. עבור בעלי חיים חשאיים כמו נחשים, זה כמעט בלתי אפשרי לקבל מידע מסוג זה בדרך אחרת מכיוון שקשה לצפות בהרבה מההתנהגות שלהם באופן ישיר", אמר סופר מוביל המחקר פסקל טייטל מאוניברסיטת סטוני ברוק, שסיים את הדוקטורט שלו ב-UM. בשנת 2018
20 מחברי המחקר הם מאוניברסיטאות ומוזיאונים בארצות הברית, בריטניה, אוסטרליה, ברזיל ופינלנד.
"מה שאני אוהב במחקר הזה הוא איך הוא משלב נתוני שדה ומוזיאונים שהרווחתם קשה עם שיטות גנומיות ואנליטיות חדשות כדי להראות אמת ביולוגית בסיסית: נחשים הם יוצאי דופן ולמען האמת די מגניבים", אמר הסופר הראשי סונל סינגהל ממדינת קליפורניה אוניברסיטת דומינגז הילס, שהחלה לעבוד על הפרויקט כפוסט-דוקטורט של UM.
המחקר נתמך על ידי מספר סוכנויות מימון, כולל מספר מענקים מהקרן הלאומית למדע בארה"ב.
