מחקר חדש חושף את סוד הצלחתן האבולוציונית של הנמלים: אובדן כושר התעופה איפשר את התפתחות השרירים העצומים של הפועלות

נמלים הן אחת מצורות החיים הנפוצות ביותר על כדור הארץ. הן מצויות בכל היבשות מלבד אנטארקטיקה וכמעט בכל תנאי האקלים. כיום מוכרים למדע יותר מ-10,000 מינים של נמלים (יותר מ-240 מהם בישראל), והן עשויות להיות יותר ממחצית אוכלוסיית החרקים באזורים מסוימים של העולם. מחקר חדש חושף כי יתרונן של הנמלים על פני צורות חיים אחרות נעוץ בכוחן האדיר של הנמלים הפועלות ביחס לגודלן, וכי כוח זה מתאפשר הודות לאובדן כושר התעופה שהתרחש במהלך האבולוציה.

משפחת הנמליים היא חלק מסדרת הדבוראים שכוללת בין היתר את דבורי הדבש ואת הצרעות. הנמלים התהוו כקבוצה נפרדת בתור היורה, לפני כ-100 מיליון שנים לערך. הם חרקים חברתיים, ומקיימים מושבות המונות עד מיליוני פרטים. עם זאת, קיימים שני הבדלים מהותיים בין הנמלים למינים חברתיים אחרים בסדרת הדבוראים: הראשון הוא בחלוקת העבודה. למרות שגם בקינים של דבורים וצרעות קיימת החלוקה ל"פועלים", "לוחמים" ו"מלכה", הנמלים הפועלות מסוגלות לשתף פעולה באופן מורכב ביותר, מה שמאפשר להן גישה למשאבים שנמלה בודדת לא יכולה להשיג. ההבדל השני הוא שבניגוד לשאר חברי המשפחה, אצל הנמלים מעמד הפועלות הוא חסר כנפיים. על אף החוסר בכנפיים, הנמלים הפועלות הן בעלות כוח אדיר ביחס לגודלן, וחלק מהמינים מסוגלים לשאת עצמים הכבדים מהן פי 500 (הדבר שקול לאדם הנושא על גבו קטר רכבת).

אובדן כושר התעופה נתפס מסיבות ברורות כחיסרון של הנמלים לעומת מינים אחרים בסדרת הדבוראים. עם זאת, המחקר החדש מגלה כי כי השינוי איפשר לנמלים הפועלות לפתח שרירים גדולים יותר ואלו מאפשרים להם להרים משאות כבדים פי כמה ממשקלן.

למלכות עם הכנפיים יש חזה גדול יותר, אך שרירי רגליים חלשים. מלכות ופועלות מהמין Cataglyphis bombycina ששימש במחקר | צילום: Philip Hönle
למלכות עם הכנפיים יש חזה גדול יותר, אך שרירי רגליים חלשים. מלכות ופועלות מהמין Cataglyphis bombycina ששימש במחקר | צילום: Philip Hönle

שרירי חזה מפותחים

החוקרים, ממכון אוקינאווה ביפן ומאוניברסיטת סורבון בצרפת, הישוו בין מלכות נמלים בעלות כנפיים, לנמלים פועלות חסרות כנפיים בשני מינים, באמצעות שימוש בצילומי CT ברזולוציה גבוהה. צילום רנטגן "קלאסי" יוצר "צללית" של האובייקט שאותו רוצים לצלם, כאשר האזורים הכהים מייצגים אתרים בהם הרנטגן נחסם על ידי אובייקט צפוף (לדוגמה, העצמות שלנו). מסיבה זו, אין "פוקוס" בצילומי רנטגן, ולכן קשה מאד לצלם בתלת מימד. ב-CT לעומת זאת, במקום לצלם ב"שכבות" מבצעים סדרה של צילומים שבמהלכה מסובבים מעט את האובייקט המצולם. מאיחוד התמונות בחתכים השונים אפשר להרכיב מודל תלת ממדי של האובייקט.

בדומה לשאר החרקים, גם גופן של הנמלים מחולק לשלושה חלקים – ראש, חזה ובטן. החוקרים התמקדו באזור החזה של הנמלים, המכיל את השרירים האחראיים על הרגליים והרמת הראש. החוקרים מצאו כי שרירי הכנפיים של המלכות תפסו נפח ניכר מחלל החזה שלהן. למרות שהחזה של המלכות היה גדול מחזה הפועלות, שרירי הרגליים והצוואר שלהן היו קטנים. לעומתן, שרירי הפועלות היו גדולים בהרבה ומסודרים באופן יעיל משמעותית, מה שהגדיל דרסטית את כוחן. בהמשך, החוקרים השוו את שרירי הפועלות לשרירים של צרעות חסרות כנפיים, ומצאו כי באופן יחסי שריריהן של הנמלים היו גדולים משמעותית, מה שהצביע על כך שאובדן יכולת התעופה לבדו לאו דווקא מוביל להתחזקות השרירים.

החוקרים הסיקו מכך כי השילוב הייחודי של אובדן הכנפיים עם הצורך לשאת משאות כבדים במיוחד למרחק רב הוביל להתפתחותם של שרירים גדולים יותר. שרירים אלו הם המייחדים את הנמלים משאר החרקים, ומאפשרים את כוחות העל שלהן.  

סרטון קצר של המכון למדע וטכנולוגיה באוקינאווה על המחקר (באנגלית):

7 תגובות

  • החיים בסרט

    CT

    בסי טי מסובבים את המצלמה מסביב לאובייקט ומזיזים את האובייקט על ציר מה שהילד נותן סקירה ספירלית של האובייקט שיכול להתאים למודל תלת מימדי

  • קובי דרורי

    אבולוציה של נמלים

    אני כל פעם מופתע מחדש לראות הסבר ספרותי לעובדות מדעיות במאמר שאמור להיות מדעי מאוד. הנמלים פיתחו שרירי רגלים חזקים כי.... היו צריכות לשאת משאות כבדים. באמת? איך הנמלים עשו זאת, ישבו והחליטו כי בעתיד הן חייבות לשאת משאות כבדים ולכן עליהן להתחיל לפתח שרירי רגלים חזקים. ואז הן אמרו טוב, בשביל זה אנו מוכנות לוותר על הכנפיים. אבל נשאיר כנפיים רק למלכה כדי שתוכל להזדווג. ומיד אחרי זה נסדר שגם היא תאבד את הכנפיים. האם אתם מודעים להנדסה הגנטית המורכבת הנדרשת לצורך שינויים כאלה? האם אוסף של טעויות מקריות יכול היה להוביל לכך? אני בטוח שאינכם מרשים לעצמכם אפילו להעז לחשוב על אופציה נוספת. ולכן המסקנה היחידה, שהתהליך הזה היה צריך להתרחש איך שהוא בניסוי וטעיה, ואיך שהו לשלב את זה בתיאורית האבולוציה. ולהניח שכל שינוי חיובי שקרה שם חיכה מאות אלפי שנים לטעות החיובית הבאה וכן הלאה עד לתוצאה הסופית והמבריקה. אתם גם רואים שזה לא בהכרח נחלתם של כל אלו שאיבדו כנפיים, ואתם מביאים כדוגמה את הצרעה חסרת כנפיים שלה אין שרירים חזקים ברגליים. אתם רואים יצורים מאוד משוכללים, ושלמים ומתפקדים באופן מושלם וממציאים סיפור שכל העמיתים מריעים ומוחאים כפיים והכל בסדר. ותוך כדי כך אתם מסתירים או משפילים את הילדים שיכולים לצעוק לכם "היי... המלך הזה הוא עירום". יום אחד אנחנו נגיע לפלנטות אחרות, והמדענים הגנטיים שלנו ישחקו בהנדסה גנטית וייצרו חיים יותר ויותר משוכללים. ישכללו את הטכנולוגיות שלהם ויפתחו חיים עוד יותר מורכבים. ואם ירצו לשנות משהו במורפולוגיה של יצור זה או אחר או להוסיף צבע, התנהגות חיזור וכו' הם ישתמשו בקריספר ובווירוסים כדי לעשות זאת. האם אתם לא רואים כי אנו הופכים בעצמנו לבוראי חיים במעבדות (כמו שעשה ונטר קרייג) האלטרנטיבה לתיאוריה הכושלת "אבולוציה" היא "תכנון תבוני אתאיסטי" אנשים מפלנטה אחרת שמקדימים אותנו אולי במיליוני שנה של מדע. הגיעו לכאן ויצרו את כל החיים על הארץ תוך שליטה פנטסטית במניפולציות של די אן איי והאבולוציה לכן הייתה רק בטכנולוגיה שלהם. עצרו לרגע וחישבו על התוכנה המשוכללת ביותר ביקום - הגנום שלנו. ועכשיו תסתכלו על התוכנות המשוכללות ביותר שניבנו עבור מחשבים. תוכנות המפגרות עשרות מונים מהמורכבות והתחכום של הדי אן איי שלנו. ובכל זאת אתם אומרים כי התוכנה המשוכללת ביותר ביקום נוצרה מעצמה ע"י אוסף של טעויות ואילו התוכנות המפגרות יחסית תוכננו על ידי מאות אלפי מהנדסי תוכנה. אני מאמין כי יום אחד יקום מדען עם אומץ לב מדעי ועם "בייצים גדולות" ויגיד לכם "המלך הזה הוא עירום!"

  • ספיר חבושה-לאופר

    בנוסף, גם מחשבים לומדים באופן

    בנוסף, גם מחשבים לומדים באופן "אבולוציוני", ותוכנות המחשב המורכבות ביותר שלנו (האלגוריתמים של גוגל, פייסבוק ועוד) למעשה "כתבו את עצמן" בתצורה של ברירה טבעית ו"מוטציות" אקראיות. מוזמן ללמוד עוד על כך בסרטון הבא: https://www.youtube.com/watch?v=R9OHn5ZF4Uo

  • קובי דרורי

    אבל אותם אלגוריתמים לא נוצרו

    אבל אותם אלגוריתמים לא נוצרו לבד, הם נוצרו על ידי מהנדסי תוכנה, שהטמיעו בהם את היכולת ללמוד ולהתפתח. אז איך אתה יכול להאמין שמערכות משוכללות יותר נוצרו בטבע מעצמן? אתה צריך להבין שאפילו אם תתרכז רק במספר מערכות למשל המערכת האימונולוגית בגוף האדם, רמת המורכבות והתחכום שלה היא בלתי נתפסת, ואין שום סיכוי שהיא יכולה הייתה להיווצר לבד מאוסף של טעויות. את זה שמעתי מחבר שעושה PHD באימונולוגיה בפריז וכך אמר להם הפרופסור של הקורס. אין שום סיכוי שהמערכת האימונולוגית נוצרה מעצמה בזמן הקצר שהיה לה להתפתח. זה אפילו לא מתאים לפרדיגמה הדרוויניסטית כפי שדרווין בעצמו ניסח.

  • ספיר חבושה-לאופר

    טיעונים מוכרים

    היי קובי,
    התייחסנו לטיעון שהצגת, כמו גם לטיעונים רבים אחרים, בכתבתנו הבאה:
    https://davidson.weizmann.ac.il/online/sciencepanorama/התשובה-המדעית-לטיעונים-נגד-אבולוציה (תחת "מורכבות החיים מוכיחה שאין להם מתכנן).
    בקצרה, אם זה בלתי סביר שהשעון הרכיב עצמו לבד, עוד פחות סביר שהשען ירכיב את עצמו לבד.
    דווקא מערכת החיסון אליה אתה מפנה מהווה דוגמה מופתית להתפתחות אבולוציונית. מוזמן לקרוא עליה עוד בכתבתנו כאן:
    https://davidson.weizmann.ac.il/videos/online/maagarmada/med_and_physiol/ברירת-שבטים-של-תאי-b
    ספיר.

  • ספיר חבושה-לאופר

    והנה לינק לכתבה על האבולוציה

    https://davidson.weizmann.ac.il/online/sciencepanorama/%D7%94%D7%AA%D7%A...

  • ספיר חבושה-לאופר

    היי קובי, תודה רבה על התגובה.

    היי קובי, תודה רבה על התגובה. התהליך האבולוציוני ותיאוריית האבולוציה מבוססים ביותר, מוזמן לקרוא עוד בלינק הבא:
    https://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/life_sci/אבולוציה-–-לא-סתם-תאוריה