ראיות למוצא משותף

ראיות למוצא משותף של יצורים חיים על פני כדור הארץ התגלו על ידי מדענים ממגוון תחומים לאורך שנים רבות. ראיות כאלו מאששות ומחזקות את תורת האבולוציה, ואת הטענה שכל היצורים החיים התפתחו מאב קדמון כולל, ומספקות מידע לגבי התהליכים הגורמים להשתנותם של יצורים חיים לאורך זמן. ראיות אלו תומכות בסינתזה האבולוציונית המודרנית, התאוריה המדעית הנוכחית שמסבירה כיצד החיים משתנים לאורך זמן.

מהשוואה בין רצפים גנטיים של יצורים עולה, כי ליצורים קרובים יותר מבחינה פילוגנטית יש דמיון רב יותר ברצפים הגנטיים. ראיה נוספת מגיעה משאריות גנטיות כגון פסאודו גנים – מקטעים גנטיים המהווים גן באורגניזם קרוב, אבל חדלו מפעילות והתנוונו.

מאובנים הם ממצאים חשובים להערכת זמן הפיצול של שושלות. מכיוון שהתאבנות היא אירוע נדיר, הדורש בדרך כלל שהאורגניזם יכיל חלקי גוף קשים וימות באזור שבו יורדים משקעים, רשומות המאובנים מספקות רק מידע דליל לסירוגין על האבולוציה של החיים. ראיות על אורגניזמים שחיו לפני התפתחותם של חלקי גוף קשיח כגון קונכיות, עצמות ושיניים הן נדירות במיוחד, אך קיימות בצורת מיקרו-מאובנים עתיקים, כמו גם הופעות של אורגניזמים רכי גוף שונים.

ראיה נוספת מגיעה מתחום הביוגאוגרפיה, מכיוון שעיקרון האבולוציה ממוצא משותף הוא ההסבר הישיר והטוב ביותר למגוון עובדות הנוגעות לתפוצתם של בעלי חיים וצמחים. הדבר בולט במיוחד בתחום הביוגאוגרפיה של איים. בשילוב עם תאוריית טקטוניקת הלוחות, תאוריית המוצא המשותף נותנת הסבר אמין ועקבי לתפוצתם הגאוגרפית של מינים.

ההתפתחות וההתפשטות של חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה וחרקים עמידים להדברה מספקות הוכחה לכך שהאבולוציה היא תהליך שקורה בטבע. לצד זאת, נצפו מקרים של התפצלות מין אחד לשני מינים (ספציאציה). התפצלות נצפתה באופן ישיר ועקיף במעבדה ובטבע. להלן סקירה של הראיות לאבולוציה מאב קדמון כולל.

ראיות מפיזיולוגיה השוואתית וביוכימיה

גנטיקה

הרעיון של אב קדמון משותף אחרון אוניברסלי של כל היצורים החיים (LUCA) הוא רעיון מרכזי בחקר ההתפתחות המוקדמת ומקור החיים. החוקרים מיפו כל האשכולות והעצים הפילוגנטיים עבור 6.1 מיליון גנים המקודדים חלבון מגנומים פרוקריוטים רצופים, על מנת לשחזר את סביבת החיים הקדמונית של LUCA. מבין מאות אלפי אשכולות חלבון, זיהו החוקרים 355 משפחות חלבון שיש בהן עקבות לאב קדמון משותף, על פי קריטריונים פילוגנטיים, מה שמספק תמיכה להשערת המוצא המשותף לכלל היצורים החיים. מכיוון שחלבונים אלה אינם נפוצים באופן אוניברסלי, הם יכולים לשפוך אור על הפיזיולוגיה של אותו אב קדמון משותף. תפקידיהם, תכונותיהם והמנגנונים של אותם חלבונים מתארים את אותו אב קדמון משותף כאנאירובי (אל-אווירני), וכמקבע פחמן דו-חמצני. האב הקדמון המשותף התגורר בסביבה פעילה גיאוכימית עשירה בפחמן דו-חמצני מימן, וברזל. הנתונים תומכים בתאוריה של מקור חיים אוטוטרופי בסביבה הידרותרמית.

רצפי DNA

אחת הראיות החזקות והמשכנעות לאבולוציה מגיעות ממחקר של רצפי גנום. אם כל היצורים התפתחו מאותו אב קדמון, היינו מצפים לראות דמיון בגנום שלהם. בנוסף, היינו מצפים לראות דמיון גנטי רב יותר בין יצורים קרובים יותר פילוגנטית.

הראיות הפשוטות והמשמעותיות ביותר מסופקות על ידי שחזור פילוגנטי. שחזורים כאלה, במיוחד כאלה שנעשים באמצעות רצפי חלבונים המשתנים לאט, הם לעיתים קרובות אמינים למדי וניתן להשתמש בהם כדי לשחזר במידה רבה את ההיסטוריה האבולוציונית של אורגניזמים מודרניים (ואף במקרים מסוימים באמצעות רצפי גנים של ממותות, הניאנדרטלים או טי רקס, את ההיסטוריה האבולוציונית של יצורים שנכחדו). עצים פילוגנטיים אלה תואמים את העצים שנבנו באמצעות מחקרים מורפולוגיים וביוכימיים. שחזורים מפורטים ביותר בוצעו על בסיס של הגנום המיטוכונדרי המשותף לכל האורגניזמים האיקריוטיים, שהוא קצר וקל לריצוף; שחזורים בוצעו גם באמצעות רצפים של מעט חלבונים עתיקים מאוד או באמצעות רצף RNA ריבוזומלי.

יחסים פילוגנטיים משוחזרים גם ממגוון רחב של אלמנטים בלתי מתפקדים ברצף ה-DNA, כולל חזרות ופסאודו גנים. בעוד מיעוט של רכיבים אלה עשויים בהמשך לתפקד מחדש, במצטבר הם מדגימים זהות שמוכיחה התפתחות ממוצא משותף ולא תפקוד משותף.

דוגמאות מסוימות

כרומוזום 2 באדם

ראיה לאבולוציה של האדם מאב קדמון משותף לקופים התגלתה בהשוואת מספר הכרומוזומים של בני האדם לאלה של הקופים. לכל קופי האדם יש 24 זוגות כרומוזומים, ולבני האדם יש 23 זוגות. כרומוזום 2 בבני האדם הוא תוצאה של איחוי של שני כרומוזומים קופיים.

איור של האיחוי שיצר את כרומוזום 2

הראיות לכך כוללות:

• השוואת הגנום של האדם לזה של השימפנזה, המין החי הקרוב ביותר לבני אדם. בגנום של השימפנזה יש רצפים זהים לאלו שבכרומוזום 2 של בני אדם, אבל הם נמצאים על שני כרומוזומים נפרדים.
• צנטרומר שרידי בכרומוזום 2. בכל כרומוזום יש צנטרומר אחד, אבל בכרומוזום 2 יש שרידים של עוד צנטרומר.
• הימצאות של שרידי טלומר. בכרומוזום רגיל יש טלומרים בשני הקצוות, אבל בכרומוזום 2 יש שרידי טלומרים באמצע.

בכך כרומוזום 2 מהווה ראיה חזקה למוצא המשותף שלנו ושל קופי האדם.

ראיות מאנטומיה משווה

אטביזם

ערך מורחב – אטביזם

אטביזם הוא תופעה שבה אורגניזם משחזר תכונה של אב קדמון שלו. אטביזם מתרחש משום שגנים של תכונות פנוטיפיות שהיו קיימות בעבר נשמרים לעיתים קרובות ב-DNA, גם אם אינם באים לידי ביטוי בחלק או ברוב האורגניזמים שנושאים אותם. כדוגמאות ניתן לציין צמיחה של רגליים אחוריות בנחשים, שיניים של תרנגולות ובני אדם עם זנב.

התפתחות אבולוציונית והתפתחות עוברית

כל עוּבָּר במהלך התפתחותו מתווה בקווים כלליים את המסלול האבולוציוני של בעל החיים. הסיבה לכך היא שפשוט יותר אבולוציונית להמיר מבנים קיימים לאחרים מאשר לבנות מבנים חדשים. לדוגמה, עוברי אדם מפתחים זנב בגיל 4–5 שבועות.

שרידי איברים

ראיה ישירה למוצא משותף מגיעה משרידי איברים. שרידי איברים הם איברים קטנים ופשוטים יותר מאיברים מקבילים במינים קרובים. בדרך כלל הם מנוונים ובלתי מפותחים. קיומם של שרידי איברים ניתן להסברה על ידי האבולוציה. על פי האבולוציה, מדובר באיברים שהיו שימושיים אצל האב הקדמון של היצור, אך עם שינוי סביבת המחיה ודרך החיים נהיו מיותרים. כתוצאה מכך, הם התנוונו או הוסבו לשימוש אחר מהמקור. כדוגמה לכך ניתן לציין את הכנפיים של עופות בלי כושר תעופה, כמו יען, שערות על גוף האדם, עצמות רגליים אצל נחשים ולווייתנים. לפעמים האיברים קיבלו תפקוד אחר. לדוגמה, כנפי היען משמשות לחיזור.

מבנים הומולוגיים

אם מינים שונים התפתחו ממוצא משותף, נצפה לראות מינים שונים המשתמשים באותם מבנים בסיסיים. מידת הדמיון בין שני אורגניזמים צריכה להעיד על מידת הקרבה ביניהם: מבנים משותפים רבים מעידים על אב קדמון משותף מאוחר יחסית, בעוד שמבנים משותפים מעטים מעידים על אב קדמון משותף מוקדם. לעיתים למבנים דומים יהיו תפקודים שונים במינים שונים.

דוגמאות ספציפיות

מבנה העצמות בגפיים קדמיות של יונקים

איור של הגפיים הקדמיות בכמה בעלי ארבע רגליים

צורתו הבסיסית של מבנה הגפיים נמצא בכל בעלי ארבע הרגליים. המבנה כולל: פרק המחובר לכתף-זרוע, מפרק צירי-מרפק, פרק בעל שתי עצמות מקבילות-אמה, מפרק בעל עצמות רבות וקטנות-שורש כף היד, וחמש אצבעות. המבנה הבסיסי זהה, מה שמעיד על הורשה מאב קדמון, אבל כמה מהפרטים השתנו על ידי האבולוציה כדי לשרת תפקודים אחרים. לדוגמה:

• אצל הקופים הגפה הקדמית התארכה ליצירת יד אוחזת לצורך טיפוס על עצים.
• אצל החזיר האצבע הראשונה אבדה, והאצבעות השנייה והחמישית הצטמקו. שתי האצבעות הנותרות גדלו והתחזקו, וגידלו פרסה לתמיכה בגוף.
• אצל הסוס, הגפה הקדמית הותאמה לתמיכה וריצה על ידי גידול של האצבע השלישית וגידול פרסה.
• החפרפרת פיתחה זוג גפיים קדמיות קצרות ודמויות מעדר.
• דוב הנמלים משתמש באצבע שלישית מוגדלת להריסת קיני נמלים.
• אצל הלווייתנאים הגפיים הקדמיות נהפכו לסנפירים לצורך היגוי ושמירה על שיווי משקל בזמן שחייה.
• אצל העטלף הגפיים הקדמיות נהפכו לכנפיים על ידי הארכה של ארבע אצבעות, בעוד האצבע הראשונה דמוית הוו נותרה חופשית לצורך היתלות על עצים.

ראיות מפלאונטולוגיה

תיעוד המאובנים

ערך מורחב – מאובן

אפשר לגלות איך קבוצה מסוימת של אורגניזמים התפתחו על ידי סידור רשומות המאובנים שלה ברצף כרונולוגי. רצף כזה יכול להיקבע כי מאובנים נמצאים בעיקר בסלעי משקע. סלעי משקע נוצרים על ידי שכבות של סחף או בוץ שנערמו זו על גבי זו, ולכן הסלע שנוצר מכיל סדרה של שכבות. כל שכבה מכילה מאובנים האופייניים לתקופת זמן מסוימת שבה הם התאבנו. השכבות הנמוכות מכילות סלעים ומאובנים עתיקים יותר, בעוד השכבות הגבוהות מכילות סלעים ומאובנים חדשים יותר. ניתן לראות מתגליות המאובנים את הרצף ההתפתחותי של בעלי חיים וצמחים. על ידי חקירת המספר והמורכבות של מאובנים שונים בשכבות שונות, הוכח כי סלעים העתיקים מכילים סוגים מעטים של אורגניזמים מאובנים, ולכולם יש מבנה פשוט יותר, ואילו הסלעים הצעירים מכילים מגוון גדול יותר של מאובנים, לעיתים קרובות עם מבנים מורכבים יותר ויותר. במשך שנים רבות, גאולוגים יכלו רק להעריך בערך את גיל המאובנים שנמצאו בשכבות השונות. הם עשו זאת, למשל, על ידי אמידת הזמן שלוקח לשכבה של סלעי משקע להיווצר. מאז המצאת התיארוך הרדיומטרי, ניתן להעריך את הגילאים של המאובנים, על ידי מדידת הפרופורציות של יסודות רדיואקטיביים ויציבים בסלע נתון. במהלך רשומות המאובנים, מינים רבים שמופיעים ברמה סטרטיגרפית מוקדמת נעלמים ברמה המשתייכת לזמן מאוחר יותר. ממצא זה מתפרש במונחים אבולוציוניים כמציין את הזמנים שבהם המינים נכחדו.

חיזוי

מעבר למאובנים הרבים שנמצאו ושימשו כבסיס לתורת האבולוציה, לאחר התגבשות התורה ביצעו מספר פעמים חוקרים חיזויים שונים על בסיסה.

דוגמה לכך התרחשה בשנת 1999, כאשר צוות חוקרים אמריקאי ביצע חיזוי שכזה, על פי מפות גאולוגיות לצד עקרונות האבולוציה, במטרה לאתר מאובני מעבר בין המאובנים של בעלי הסנפירים הבשרניים שנמצאו עד אז ותוארכו ללפני כ-380–390 מיליון שנים, לבין המאובן העתיק ביותר שנמצא עד אז של יצור בעל ארבע רגליים שתוארך ללפני 363 מיליון שנה.

על פי החיזוי, מאובן המעבר אמור היה להימצא באזור הארכיפלג הארקטי הקנדי, ולאחר 5 שנים של מחקר באזור, אכן הצליחו החוקרים למצוא את מאובן המעבר שחיפשו, הוא הטיקטאליק.

ראו גם

• אבולוציה
• גנטיקה אבולוציונית אנושית
• אבולוציה של האדם

לקריאה נוספת

• דוקינס, ר', ההצגה הגדולה בתבל, אור יהודה: כנרת, זמורה ביתן, דביר, 2010
• שובין, נ', הדג שבתוכנו: מסע אל ההיסטוריה בת 3.5 מיליארד השנה של גוף האדם, תל אביב: עליית גג, 2010.

קישורים חיצוניים

• Douglas Theobald, Ph.D., 29+ Evidences for Macroevolution, talk origins, ‏19 ביוני 2007 (באנגלית).
• The physiology and habitat of the last universal common ancestor