הברירה הטבעית היא מנגנון טבעי שבורר את הפרטים המותאמים ביותר לסביבתם (לאו דווקא החזקים ביותר). הברירה הטבעית היא מנוע שמניע תהליכים אבולוציוניים ומאפשר לאוכלוסיות לעבור תהליכים של שינוי. תהליך הברירה הטבעית אמנם מתחולל על פרטים, אך ההשלכות שלו נוגעות לאוכלוסייה כולה, ומשפיע גם אוכלוסיות שכנות.

ביישומון שלפנינו נלמד מהי הברירה הטבעית, ממה היא מושפעת ומהן השלכותיה. לצפייה ביישומון לחצו על התמונה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).


היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.

לפני שאתם מתחילים לשחק ביישומון, אני ממליץ לכם להיכנס לנושא חודש מרץ 2010 אבולוציה. צפו בסרטונים, קראו את הכתבות ואת הדיון המרתק שהתפתח בתגובות בין הגולשים, וכך תוכלו להתעמק בתורת האבולוציה ובמקום המרכזי שיש בה לברירה הטבעית, ולהבין את התמונה הכוללת.

היישומון הזה פשוט להפעלה אך מכיל אפשרויות רבות שמוסיפות לו מורכבות. נתחיל בסקירה של האפשרויות שלו ושל משמעויותיהן.

בתחילת הסימולציה מסתובב ארנב על המסך. ארנב לבד אינו יכול להתרבות, ועל כן הוא ייעלם תוך זמן מה אם לא תוסיפו לו ארנב נוסף, היות שאין לו יכולת להתרבות.

האפשרויות שתראו יתחלקו לשתיים: שינויים שחלים בארנב (משמאל), ושינויים שחלים בסביבה (מימין). השינויים שחלים בארנב כוללים מוטציות שגורמות לדור הבא לפתח תכונה מסוימת שעשויה לעזור לו או להזיק לו תלוי מה התכונה ועד כמה היא מתאימה לסביבה. בכל דור מותר לעשות מוטציה אחת בלבד, היות שבמציאות מוטציות שגורמות לשינוי תכונה מופיעות רק לעתים נדירות מאוד, ועל אחת כמה וכמה תכונה שיש לה השפעה מיידית על התאמת היצור לסביבתו.

ביישומון הזה יש שלושה סוגים של תכונות שיכולות לעבור מוטציה: צבע הפרווה, אורך הזנב ואורך השיניים. לכל אחת מהתכונות יש השלכה אחרת על ההתאמה של הארנב לסביבתו. כדי לשלוט טוב יותר בתכונות, כל מאפיין של תכונה הוגדר כדומיננטי (בעל השפעה מיידית) או רצסיבי (גן שהתכונה שלו באה לידי ביטוי רק אם אין מולו גן דומיננטי), דבר שמשפיע על התפלגות התכונה באוכלוסייה. השינויים שחלים בסביבה כוללים קיום של אוכל (שיחים) או טורפים (זאבים) ותנאי הסביבה יכולים להיות קו משווה או קוטב.

כעת בואו נתחיל לשחק! נתחיל בהוספת ארנב נוסף בלי לשנות את תכונותיו או את סביבתו. שימו לב מה קורה לאוכלוסית הארנבים כעבור דורות מעטים פיצוץ אוכלוסין! מצב כזה מאוד לא רצוי, משום שאם הארנבים מתרבים ללא הפרעה הם דוחקים מינים אחרים של בעלי חיים וצמחים ויכולים לגרום להכחדתם.

כעת נוסיף למשוואה את הזאבים. שימו לב מה קורה כעבור כמה דורות הכחדה מוחלטת כלל לא נותרו ארנבים! גם זה מצב לא רצוי, כמובן.

אם כן, עלינו למצוא מצב ביניים שבו אוכלוסיית הארנבים תוכל לשגשג, אך גם תהיה נתונה לבקרה מסוימת שתמנע פיצוץ אוכלוסין. לכן בואו נעביר את הארנבים שלנו לקוטב הצפוני, שם פרוותם הלבנה לא תקשה עליהם להסתתר, ונוסיף את הזאבים. תתבוננו כעת בגרף התרבות הארנבים. האם אתם רואים מחזוריות? ממה היא נובעת? מה המגמה הכללית של התרבות הארנבים?

כעת בואו נחזור על הניסוי, אבל במקום זאבים נשים אוכל. שימו לב שכעת קל יותר לארנבים להתרבות, אך עדיין יש משהו שהורג בכל דור אחוז מסוים מהם. יש לכם השערה מה זה יכול להיות? מה קורה כשעוברים לקוטב הצפוני? נסו לתת לארנבים להתרבות כמה דורות ואז תוסיפו את הזאבים או את האוכל בקו המשווה או בקוטב הצפוני. האם הצלחתם להגיע לשיווי משקל או שהגעתם להכחדה או פיצוץ אוכלוסין?

כנראה לא מספיק לשנות את הסביבה כך שתתאים לארנב, אלא עלינו להתאים גם את הארנב לסביבה. לשם כך בואו נתערב לו בגנים. תחילה נבחן את שלוש התכונות ונראה איך הן משפיעות על שרידותם של הארנבים.

נתחיל בתכונה הכי פשוטה צבע הפרווה. קחו זוג ארנבים, הוסיפו להם את מוטציית שינוי הפרווה והמתינו שניים-שלושה דורות כדי ליצור אוכלוסייה גדולה מספיק שלא תיכחד אחרי סיבוב אחד. כעת שחררו את הזאבים. חזרו על הניסוי בקוטב הצפוני. האם אתם רואים הבדל בהתפלגות תכונות הצבע של הפרווה באוכלוסיית קו המשווה לעומת אוכלוסיית הקוטב? (שימו לב לגרף למטה). מה מסקנתכם לגבי צבע הפרווה האם היא מעניקה יתרון או חסרון, ובאילו תנאים?

חזרו על אותו ניסוי עם השיניים בהינתן אוכל, בשני תנאי האקלים. האם אתם רואים הבדל? מדוע זה קורה לדעתכם? לבסוף בדקו את מוטציית הזנב כמו בסעיפים הקודמים, גם בנוכחות מזון וגם בנוכחות הזאבים בשני תנאי האקלים. האם הזנב נותן יתרון או חסרון? באילו תנאים?

כעת, אחרי שניתחתם את שלוש התכונות וראיתם איך הן משפיעות על הארנב, נסו לתכנן ארנב שיתאים לסביבה על פי בחירתכם וראו אם צדקתם. נסו לבנות אוכלוסייה שבתנאים מסוימים ועם תכונות מסוימות תישאר קבועה ותשרוד לאורך זמן בלי להגיע לפיצוץ אוכלוסין. שימו לב שכדאי לתת לארנבים להתרבות בלי הפרעה במשך כמה דורות לפני שמפעילים את מנגנוני הברירה הטבעית.

תרגיל נוסף שכדאי לעשות הוא לתת את שלוש התכונות יחד, להמתין כמה דורות ואז לשחרר את הזאבים או לספק את האוכל ולראות אילו תכונות נשארות ואילו נעלמות. לסיום נסו לשחק עם הרצסיביות והדומיננטיות של התכונות השונות וראו איך זה משפיע על התפלגותן באוכלוסייה.

בעזרת היישומון ראינו איך הברירה הטבעית פועלת, ראינו איך בעלי החיים מסתגלים לסביבה המשתנה ואיך רק המותאמים ביותר שורדים. לחצי הברירה הטבעית גם הראו לנו שהם אמנם בוררים את המותאמים ביותר, אבל גם ללא מותאמים יש סיכוי מסוים לשרוד וגם לאלה שמותאמים יש סיכוי להיטרף. ובכל זאת, אם מסתכלים על אוכלוסייה שלמה בטווח של כמה דורות, רואים שיש תכונות שסיכויי ההישרדות שלהן טובים יותר ותכונות אחרות שפשוט נעלמות. הברירה הטבעית, אם כן, היא המנגנון שבאמצעותו האבולוציה בוחרת את התכונות שיישארו באוכלוסייה.

שאלה לדיון מדעי: נסו לדמיין תכונות נוספות שיתנו לארנב יתרון מול הזאבים, ותכונות אחרות שיגרמו לו נחיתות בתנאים מסוימים, ושיתהפכו בהינתן תנאים סביבתיים אחרים.

ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

3 תגובות

  • דב הניס

    על הברירה הטבעית ועל התמיינות

    הגדרתכם של הברירה הטבעית פשוט אינה נכונה.
    Earth Life חיי כדור הארץ
    December 2, 2012
    חיי כדור-הארץ

    - חיי כדור הארץ, תצורת מסה המשחזרת את עצמה, הם אחת מתצורות הברירה הטבעית של מסה. שוב: חיים הם פשוט אחת מתצורת המסה ביקום.

    - בעל החיים הראשוני הבסיסי של החיים הוא הגן, הנוקלאוטיד של חומצה ריבונוקלאית.

    - כל בעלי החיים הם תולדה של אבולוציה של הגנים.

    - גם הגנום הוא בעל-חיים, מיוצר ע’י הגנים שלו כתבנית ייצור-תיפקוד ומעודכן ברציפות ע’י הגנים של בעל-החיים שלו.

    - הגנטיקה, כל הכרוך בעידכון הגנום ובניצולו ע'י הגנים, היא תולדה של התרבות, כשתרבות היא התגובה למסיבות (כולל תגובת תצורות מסה שאינן חיים).

    - מטרת האבולוציה של כל חומר היא להשיג אנרגיה כי מאז המפץ הגדול כל החומר ביקום חוזר, בקצב קבוע, לתצורת אנרגיה והשגת אנרגיה דוחה-מעכבת זאת.

    Earth Life
    - Earth life, self-replicating mass format, is just another naturally selected RNA mass format.
    - The primal base organisms of Earth life are the genes, i.e. the RNA nucleotides.
    - All Earth life formats are progenies of genes evolution.
    - Genome is a base organism evolved, and continuously modified, by the genes of its higher organism as its functional template.
    - Genetics is a progeny of culture, which is reaction to circumstances.
    - The drive and goal of evolution of ALL mass formats, of their natural selection, is to enhance their energy constraint, to postpone their reconversion to energy, which goes on at constant rate since the Big Bang.
    Dov Henis (comments from 22nd century)

    =======================================

    More On Brain-Mind Origin-Evolution
    And
    On Speciation And Natural Selection
    Underneath the academEnglish verbiage

    Again, the neural system, starting with the brain, was evolved by unicells communities (cultures) to react to, to exploit, the environments for survival-natural selection. Like all genetics, all biological capabilities, it is a progeny of culture, of response to circumstances.

    IMO plants’ “brains-mind” are not as developed as in mobile organisms simply because stationary organisms face much fewer survival-natural-selection challenges than mobile organisms.

    It takes survival-natural-selection challenges to modify expressions of RNA nucleotide genes, the Earth life primal ORGANISMS. See Pavlov.

    Speciation is a genetic response-progeny to a cultural-circumstantial survival-natural-selection challenge. See Darwin and Pavlov. Examine-compare survival challenges of species, their relative intelligence (learning from experience), and the extents of their progenies and of their speciation.

    This is further to
    “Seed of Human-Chimp Genomes Diversity”
    http://universe-life.com/2011/07/10/seed-of-human-chimp-genomes-diversity/

    Dov Henis (comments from 22nd century)
    http://universe-life.com/

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    מחקתי את שתי התגובות האחרות

    אם אתה רוצה שאתייחס ברצינות לתגובות שלך, אני מבקש שתדבר לעניין ובלי ציטוטים ארוכים באנגלית מהבלוג שלך.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    ואיפה ההגדרה שלך?

    שלום דב
    הצגת כאן הגדרה מעניינת לחיים, אבל איפה כאן הברירה הטבעית? תוכל בבקשה לפרט יותר, אם אפשר בלי ציטוטים מאנגלית מהבלוג שלך.
    תודה
    ארז