מאז שדרווין פרסם את התיאוריה החשובה שלו לגבי איך מינים מתפתחים, הביולוגים הוקסמו מהמנגנונים המורכבים שמאפשרים את האבולוציה.
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-Science, מראה שהיכולת של אוכלוסיות להתפתח ולהסתגל לאורך כמה דורות, הנקראת evolvability, עוזרת לנו להבין כיצד האבולוציה פועלת 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, התפתחות זו (לטווח קצר) אינה מצטברת עם הזמן. עם זאת, עד כמה אוכלוסיות ומינים שונים, בממוצע, על פני תקופות זמן ארוכות תלוי עדיין ביכולתם להתפתח בטווח הקצר".
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 זממו התפתחות כנגד התבדלות בין אוכלוסיה 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.
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 עם יכולת 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, המרוחקים גיאוגרפית זה מזה נחשפות לסביבות שהתנודות שלהן אינן מסונכרנות. כתוצאה מכך, לאוכלוסיות אלו יהיו ערכי תכונה שונים, וגודל ההבדל הזה יהיה תלוי במשרעת התנודות של התכונה, וכן לכן על יכולת ההתפתחות של 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.
"כמה מינים יוכלו לעקוב אחר האופטימיות הללו ולהסתגל אינו ברור, אבל ככל הנראה יהיו לכך השלכות על המגוון הביולוגי, אפילו בטווח זמן קצר", אמר.
