אקוספרה
האבולוציה הקוסמית, הביולוגית והאנושית:
עבר, הווה, עתיד - דגמים, תהליכים, השערות, בעיות ומחשבות
מאת פרופ' אביתר נבו
אבולוציוניסט, ראש המכון לאבולוציה, אוניברסיטת חיפה
עוסק באבולוציה אורגאנית בגישה הוליסטית, מחברם
של מחקרים ומאמרים רבים בתחום
המאמר התפרסם ב"סביבות", אוקטובר 1989
ומועלה בחלקים נפרדים באתר בהיתר אדיב של פרופ' נבו
פרק שני: העבר (א)
ראה הפרק
הראשון
א.
אבולוציה קוסמית
אחדות
הכוחות בטבע, מוצא, מבנה ואבולוציית היקום
אנחנו חיים בעולם קדום וענק המשתנה
דינאמית במרחב ובזמן, וכל מרכיביו ותהליכיו מהווים מכלול אחד. רעיון זה הינו ההישג
הגדול של תורת האבולוציה הקוסמית: לא רק התרבות האנושית והחיים נוצרו בתהליך
אבולוציוני, אלא גם היקום העצום כולו.
אחת ממשאות הנפש של האדם הייתה לגלות
הכללות וחוקים אוניברסאליים פשוטים ומועטים, שיסבירו את המורכבות והגיוון בטבע,
האחראים למבנה הפיסיקאלי של הקוסמוס המוכר לנו. אנחנו חיים בפתח תקופה מדעית
דרמטית, בה הבנת אחדות הכוחות הבסיסיים, הפיסיקאליים, הפועלים בטבע הינה בטווח
הישג וזאת באמצעות הסינתזה בין המיקרו-קוסמוס למקרו-קוסמוס, בין פיסיקת החלקיקים
והקוסמולגיה.
בהתאם לתיאוריה הקובלת כיום על מרבית
האסטרו-פיסיקאים, המבנה הקוסמי הגדול בו שולט כוח הגרביטציה, הינו תוצאת
ה"מפץ הגדול". מבנה קוסמי ענק זה המתפשט למרחב של מיליארדי שנות אור,
משקף את חותם התנגשות החלקיקים ואת כוחות הגרעין התת-אטומריים, החלש והחזק והכוח
האלקטרו-מגנטי שפעלו בשברירי שניות (10-35
sec) והמרחב (10-30m) לאחר
המפץ הגדול.
קוסמוס
המבנה והאבולוציה של הקוסמוס תוארו
בין השאר על ידי Weinberg (1977), Silk (1980), Lazer (1984)
ו-Rozental (1988). התיאוריות הקוסמולוגיות המודרניות סוכמו על ידי Peebles and silk (1988). ההשערה הקוסמולוגית השלטת כיום הינה של ה"מפץ
הגדול" והיא הוצגה לראשונה על יד Lamaitre
ב-1927. היקום התהווה לפי השקפה זו, לפני כ-15 מיליארדי שנים מהתפוצצות של כדור אש
ראשוני. כתוצאה מההתפוצצות התפשט הקוסמוס למרחב ענק של לפחות 15 מיליארד שנות אור.
תופעת ההתפשטות שנחזתה על ידי Friedman ב-1922
ונצפתה אסטרונומית על ידי Hubble
ב-1929, נגזרת מתופעת היסט האור הספקטרלי מכחול לאדום (red shift) בגלל התרחקות הגאלאקסיות מאתנו. מאז המפץ, תוך חלקי שניות, נוצר
החומר מאנרגיית הקרינה והחל להתפשט ולהתקרר תוך יצירת כוכבים, מיליארדי גאלאקסיות.
בכמה מהמודלים של העתיד תמשיך ההתפשטות ללא סוף.
לפי מודלים אחרים, תואט ההתפשטות
והקוסמוס יקרוס אל תוך עצמו עקב כוח הכובד וייצור שנית את כדור האש הראשוני.
מחזוריות זו של התפוצצות וקריסה פנימה, עשויה להיות אין-סופית. גילוי קרינת הרקע
ב-1965, הנחשבת לשריד המפץ הגדול, וכן תגליות אסטרונומיות נוספות, תומכות בהשערה
שהעולם היה דחוס יותר והתפשט במהירות גדולה מבהווה. מיותר לציין שאנחנו רחוקים
מהבנה מלאה של מוצא ומבנה היקום. ויכוחים נמשכים ויימשכו בעתיד בין תורות
קוסמולוגיות שונות על סיבת המפץ, הפיסיקה שבעקבותיו, והיווצרות הגלאקסיות
והכוכבים. ואולם תהיינה המסקנות והספקולציות אשר תהיינה, הללו לא תשפענה על שאלת
מוצא ואבולוציית החיים והאדם.
כוכבי-לכת במערכת השמש שלנו
המחזוריות הינה לא רק נחלת הקוסמוס,
אלא גם זו של מרכיביו: הגלאקסיות, הכוכבים והפלנטות, שהתגבשו עקב כוח הכובד כגושי
חומר בחלל. גופים שמימיים אלה "נולדים ומתים". התקררות הקוסמוס הביאה ל-nucleogenesis, דהיינו ליצירת יסודות פשוטים המרכיבים את מרביתו, המימן וההליום,
והתפתחותם האבולוציונית ההדרגתית ליסודות כבדים כפחמן, חמצן, צורן וברזל. כאשר
הכוכבים התפתחו מכחולים לענקים אדומים, נפלט חומר שהתגבש לגושי אבק. כוכבים חדשים
נוצרו מענני גז ואבק. לפחות במערכת אחת, אך ייתכן וברבות אחרות גם כן, האבק הקר
התגבש לטבעת דקה המקיפה את הכוכב. גרגרי האבק התרכזו לגופים גדולים יותר באמצעות
כוח הכובד ויצרו את האסטרואידים והפלנטות המרכיבים את מערכת השמש. הבמה הקוסמית
הייתה מוכנה להיווצרות החיים והאדם, שהינם תוצרי הכוכבים. לפני מיליארדי שנים היה
כל אטום בגופנו במרכז של כוכב לוהט. מחקר המוצא והאבולוציה של החיים הינו נחלת
הביולוגיה האבולוציונית.
ב.
אבולוציה ביולוגית ומולקולרית
1.
היסטוריית החיים והאבולוציה האורגנית
תחילת החיים
החיים נוצרו מוקדם מאד בהיסטוריית
כדור הארץ, זמן קצר יחסית לאחר היווצרותו לפני כ-4.6 מיליארדי שנים. (Schopf, 1983; Sc. Amer.,
1978). עדות ישירה של מאובנים
(מיקרו-פוסילים) ועקיפה (אטומרית, פחמן איזוטופי ומולקולרית), מראות שהאורגניזמים
הראשונים התפתחו לפני כ-4 מיליארד שנים, לאחר התקררות שאיפשרה חיים בקטריאליים
ולאחר מכן פוטוסינתזה בקטריאלית. כ-2 מיליארד שנים כללו החיים בקטריות ולאחר מכן
גם אצות כחולות-ירוקות (יצורים פרו-קרויטיים) שפלטו חמצן לאטמוספרה הראשונית
ואפשרו התפתחות חיים מורכבים יותר. לפני כ-1.5 מיליארד שנים, הופיעו יצורים אוקריוטיים
(בעלי גרעין שהכיל את החומר התורשתי DNA),
שבצעו פוטוסינתזה ונשימה והתרבו מינית, תופעות שהגבירו את השונות - הוואריאביליות
הגנטית ואפשרו גיוון אורגאניזמי נרחב יותר ויותר. בשלושת מיליארדי השנים הראשונות
של היסטוריית החיים, שלטו יצורים חד-תאיים בעיקר באוקיינוסים. לפני כ-800 מיליון
שנים החלו להתפתח יצורים רב-תאיים. לפני כ-400-800 מיליון שנים, בעיקר בתקופה הקאמברית,
הופיעו מרבית 30 המערכות (Phyla)
העיקריות של החיים הקיימות כיום ורבות אחרות שנכחדו.
מאובנים של חסרי-חוליות ימיים
החולייתנים הופיעו לפני כ-500 מיליוני
שנים במים. העלייה ליבשה חלה לפני כ-400 מיליון שנים (צמחים, פטריות, ובעקבותיהם
חסרי חוליות וחולייתנים). הדו-חיים היו החולייתנים היבשתיים הראשונים שנצמדו
למקווי מים לרבייה.
לפני כ-300 מיליון שנים "נכלאה
השלולית" בביצה האמניוטית המוגנת בקליפה קשה, שחררה את הזוחלים צאצאי
הדו-חיים מתלותם במים, וסיימה את תהליך כיבוש היבשה. לפני כ-65 מיליון שנים, עם
הכחדת הדינוזאורים בסוף הקרטיקון, החל שלטון תקופת היונקים,
שהתפתחו מיצורים קטנים שהתפתחו לפני כ-200 מיליון שנים. אבולוציית הפרימטים חלה
לפני כ-65 מיליון שנים; הקופים לפני כ-50 מיליון שנים; קופי האדם לפני כ-30 מיליון שנים; משפחת האדם
הופיעה לפני כ-7-8 מיליון שנים; סוג האדם לפני 1.6 מיליון שנים. האדם הנבון הארכאי
לפני כ-200-300 אלף שנים; והאדם המודרני לפני כ-40,000 שנים; המהפכה החקלאית
לפני כ-10,000 שנים; התעשייתית לפני כ-200 שנים; והתקשורתית בעשרות השנים
האחרונות. לפני כ-35 שנים פיענח האדם את מבנה החומר הגנטי DNA, ולפני כ-25 שנים למד לקרוא את שפת הצופן הגנטי. שפה זו הינה
אחידה ואוניברסאלית לכל האורגניזמים החיים והיא מתעדת את כל היסטוריית החיים
בגנומים של וירוסים, בקטריות, יצורים רב-תאיים (צמחים וחיות) ואדם, עדות חותכת
למוצאם המשותף מיצור קדום אחד. היסטוריה זו מכונסת באדם ב-46 כרומוזומים המרכיבים
כל אחד מטריליוני התאים הבונים את גופנו.
מאובן של חולייתן דמוי עכבר
בעשרים השנים האחרונות למד האדם לפרק
את הספרייה הגנטית ולהנדס אותה מחדש. הבנת היסטוריית החיים הכתובה בשפת ה-DNA הפכה לכוח פוטנציאלי אדיר היכול לפקח על מערכות החיים - רפואית,
חקלאית ותעשייתית, תוך אינטראקציה של החומר הגנטי עם הסביבה. אם נכווץ את
היסטוריית החיים כולה לשנה אחת, הרי מוצאם היה ב-1 בינואר, החולייתנים הופיעו ב-16
לנובמבר; כיבוש היבשה ב-25 לנובמבר; הופעת השושלת האנושית ב-31 לדצמבר בשעה אחת
אחה"צ; והאדם הנבון הארכאי H. sapiens הופיע ב-11:55
בלילה; המהפכה החקלאית ב-11:58:41, והיסטוריית האדם כולה תתחלק לשברירי הדקה
האחרונה.
2. מבנה
החומר החי ומוצא החיים
בעיות מוצא החיים וההכרה הינן הגדולות
בבעיות האבולוציה האורגנית, ואנחנו עדיין רחוקים מאד מפתרונן המלא. כדור הארץ שלנו
החל ללא חיים ובעיית היווצרות החיים מחומר דומם הינה אולי הגדולה בשאלות
הביולוגיות. הסיכוי שהחיים הגיעו מהחלל, אפסי, והם נוצרו כנראה על כדור הארץ. שפע
השערות הוצעו להסברת המעבר מחומר דומם לחי:
Miller and Urey, 1959; Oparin, 1968; Eigen,
1971; Miller and Orgel, 1974; Sc. Amer., 1978; Cairns-Smith, 1985; de-Dauve,
1988 ראה חלק מהציטטות ב- Delbruck, 1986.
הקושי העיקרי נעוץ בחוסר עדויות
גיאולוגיות על ה"אבולוציה הפרה-ביוטית". להלן מספר עובדות מפתח, ובעיות
פתוחות: החיים מורכבים מיסודות קוסמיים שעיקרם פחמן, מימן, חנקן, חמצן וזרחן בלוויית
שורת יסודות בעלי שכיחות נמוכה יותר. יסודות אלו הינם אבק כוכבים. כאשר כוכב ממוצע
כילה את מלאי המימן וההליום שלו, תהליכים גרעיניים חדשים יוצרים בתוכו יסודות
ביולוגיים כפחמן, לפני ההתפוצצות הסופית שלו כסופר-נובה המפזרת יסודות אלה לחלל.
לאחר גלגולים שונים של חומר דומם במערכת הפלאנטרית, ובתנאים פיזיקו-כימיים
מתאימים, מהווים יסודות כימיים אלה את הרכב החומר החי. הם הבסיס למבנה האורגניזמים
החיים כולם, כולל האדם. גופנו בנוי מאבק כוכבים. החיים יכולים היו להיווצר רק כאשר
לאחר המפץ הגדול חלה התקררות ונוצרו אטומים, מולקולות, פלנטות, כוכבים וביו-כימיה
מתאימים. החיים יסתיימו כאשר כל הכוכבים ישרפו את הדלק המימני שלהם ויכבו, כ-100
מיליארדי שנים לאחר המפץ הגדול. ואם מדובר במערכת הפלאנטרית שלנו, עם מות השמש
בעוד כ-10 מיליארד שנים. אבולוציית החיים גם היא מוגבלת לפלנטה מתאימה. במערכת
השמש מוכרים היום חיים רק על כדור הארץ, עקב השילוב של חומרי יסוד חיוניים, גודל
פלנטה, מרחק מהשמש, מבנה אטמוספרה והידרוספרה מתאימים המהווים תנאים הכרחיים, אם
גם לא מספיקים, להיווצרות החיים.
השמש
כדור הארץ שלנו הינו, כאמור, כבן 4.6
מיליארדי שנים; העתיקים בסלעים הינם בני למעלה מ-4 מיליארד שנים, והחיים החלו, כנראה, לפני כ-4 מיליארד שנים, לאחר היווצרות העתיקים בסלעים
והאוקיאנוסים. למרות ההצלחה ביצירת חומרים אורגניים מאי-אורגניים במעבדה ומציאת
חומרים אורגניים בחלל, ידוע מעט ביותר על תהליך היווצרות החיים עצמם, מעבר להשערה
הביו-גיאותרמית של Oparin ו-Haldane על סינתזה ארצית של מולקולות אורגניות. ההצעה להעתיק את מרחב
היווצרות החיים מכדור הארץ לחלל, כולל התנגשויות גופים שמימיים - "ההשערה
הביו-אסטרו-גיאוכימית - אינה פותרת את בעיית מוצא החיים. הנטייה כיום במחקר מוצא
החיים היא לראות סינתזה: חיים שהתפתחו על כדור הארץ מחומר אורגאני שהגיע מהחלל.
החידושים הדרמטיים של הביולוגיה המולקולרית, ובייחוד פיתוח מערכת מולקולות דמויות RNA, המסוגלות קטליטית לשכפל עצמן ולהעביר אינפורמציה ללא עזרת
אנזימים חלבוניים, עשויים לתרום רבות להבנת מוצא החיים (ואולם ראה 1988 de Dauve,).
מוצא החיים מעוגן בהיווצרות מכניזם
סלקטיבי לאבולוציה כימית מולקולרית פרה-ביוטית. האבולוציה המולקולרית כללה מעבר מכימיה
אנאורגנית לאורגנית, ומשם למולקולות אולי-גומריות ופולימריות מורכבות
המכפילות עצמן, ועוברות סלקציה דארוינית. מולקולת חומצת הגרעין, RNA, משתתפת בהרבה פעילויות ביולוגיות הכוללות אגירת והעברת
אינפורמציה, קטליזה של ריאקציות המכילות חומצות גרעין וחלבונים, וכושר הכפלה
עצמית. ההשערה שהאורגניזמים הראשונים היו מורכבים ממולקולות דמויות DNA הפכה לפופולארית ומושכת, גם אם קדמו ל-RNA מולקולות של הסוכר ריבוז. מולקולת ה-RNA, המשלבת אגירת אינפורמציה וכושר קטליתי, התפצלה כנראה באבולוציה
למולקולה מעבירת אינפורמציה DNA ))
ולאנזימים קטליתיים (חלבונים) האחראים למטבוליזם.
טבלה 1
היסטוריית החיים
שאלה מרכזית הינה אבולוציית החיים
עצמם לאחר היווצרותם מחומר דומם. שני רעיונות יסוד משולבים קושרים את החיים והאדם
עם הטבע כולו: רעיונות האבולוציה הביולוגית והאבולוציה המולקולרית.
DNA
3. תורת
האבולוציה הביולוגית
האבולוציה הביולוגית עוסקת בהיסטוריית
החיים, בהבנת אחדותם, בשינוי מהפשוט למורכב, ובסיבות הגיוון בעולם האורגני. רעיון
האבולוציה נולד ביוון העתיקה בתקופת Anaximander ו-Heraclitus, במאות ה-5-6 לפנה"ס, התפתח על ידי שורת חוקרים במאה ה-18 (Montesquieu, Maupertuis, Diderot, Buffon, Linnaeus, Erasmus,
Darwin, Lamarck, Saint-Hilaire). והפך
לתורה מגובשת המתארת מכניזם מוגדר של הסלקציה הטבעית על ידי Charles Darwin עם פרסום ספרו "מוצא המינים" (1859). תורה זו השתלבה עם
תורת הגנטיקה של מנדל ופותחה לתורה הסינטתית של האבולוציה האורגנית על ידי
נטורליסטים: (Mayr, Simpson, Huxley, Rensch, Stebbins,
Dobzhnsky)והתיאורטיקנים
:- (Wright, Fisher, Handane) במחצית הראשונה של המאה ה-20.
תורת האבולוציה מתחלקת לראיות
(מאובנים, אורגניזמים חיים ומולקולות אורגניות), ולמנגנונים דינמיים (מוטציות,
סלקציה טבעית, סחיפה גנטית וניידות)(Dobzhansdy et al, 1977; Mayr, 1970; Simpson,
1953; Huxley, 1942; Sc. Amer, 1978)
המאובנים מתגלים בשכבות הסלעים של קרום כדור
הארץ המהווה את ההיסטוריה הביוגרפית של החיים. הם מעידים על כך שהחיים התפתחו
מתאים פשוטים ליצורים מורכבים. ראיות נסיבתיות נוספות לאבולוציית החיים המצביעות
על רציפות הדמיון סטרוקטורלי ופונקציונלי בין האורגניזמים החיים, כוללות תרומות
ממדעים מגוונים, כגון: פליאונטולוגיה, האנטומיה המשווה, האמבריולוגיה ההתנהגותית,
הפיזיולוגיה, הביו-גיאוגרפיה, הביוכימיה ועוד. מאז שפוענח הצופן הגנטי על ידי Watson ו-Crick ב-1953, מהווה הביולוגיה המולקולרית גורם מרכזי במחקר
היסטוריית החיים, היות ואבולוציה ביו-כימית זו "כתובה ומתועדת" בצופן
הגנטי (סקירה ב-1988, Nevo).
מאובן של מדוזה קדמונית
מגוון הראיות תומך בהשערה שתהליך
האבולוציה אכן התרחש בהדרגה: מהפשוט למורכב וממין מוצא ראשוני. החיים לא נבראו
פתאומית כמסופר בסיפורי הבריאה הדתית. מתנגדי תורת האבולוציה מתעלמים מהראיות
והדבר נכון גם לגבי "תורת הבריאה המדעית"
(Montagu, A. 1984, Science and Creationism, Oxford University
Press, Oxford)
אין סתירה מהותית יותר מזו
שבין תורת הבריאה המבוססת על אמונה בלתי רציונאלית באשר להתפתחות העולם, לבין תורת
האבולוציה המבוססת על מחקר מדעי רציונאלי של עולם מטריאלי וחוקי. מאידך, חשוב
לציין שידיעתנו את היסטוריית החיים רחוקה מלהיות שלמה. ויכוחים ניטשו בעבר, ניטשים
בהווה, ובמיוחד התחזקו בשנות ה-80, ויימשכו בעתיד - לגבי הדגמים, הקצב, ומנגנוני
האבולוציה: מהי חשיבותם היחסית של המוטציה, הסלקציה, והאקראיות באבולוציה? מהי
פעולתם ההירארכית והמשולבת? מהן המגבלות ההיסטוריות וההתפתחויות לפעולת הסלקציה
(ראה למשל, Gould, 1982) וזאת כאשר מדובר בשני
חלקיה של האבולוציה: בתהליך היווצרות המינים (speciation)
והתאמתם (adaptation) לסביבות החיים המשתנות ללא הרף במרחב ובזמן. ויכוחים אלה הנם
בעלי חשיבות רבה לשכלול התורה האבולוציונית ולא לדחייתה, והנם הבסיס לקידום המדע
(Mayr, 1982; Grant, 1985; Hull, 1988).
המנגנונים העיקריים האחראים לאבולוציה
בטבע האורגני כוללים את המוטציות והרה-קומבינציות הגנטיות למיניהן
(היווצרות השונות הגנטית), סלקציה טבעית, סחף גנטי אקראי וניידות (Huxley, 1942; Simpon, 1953; Mayr, 1970; Grant, 1985). כוחות אלה בנפרד ובמשולב, אחראים לשיפור ההתאמות (אדפטציות) של
האורגניזם החי לסביבות חייו המשתנות. ההתאמות הביוכימיות והמורפולוגיות,
הפיזיולוגיות וההתנהגותיות הנו לבו של תהליך האבולוציה. כל האורגניזמים החיים
מותאמים כללית וספציפית לסביבות חייהם, מהרמה המולקולרית לאורגניזמית: הדג לחיים
במים, העוף לחיים באוויר והאדם להליכה ביפדלית על פני הקרקע. סטרוקטורות
הומולוגיות, למשל כיד האדם, כנף העטלף וסנפיר הלויתן, מצביעות גם הן על מוצא משותף
והתאמות של אותו דגם בסיסי לסביבות שונות. מקורן של ההתאמות למיניהן בתהליך הברירה
הטבעית האחראית לברירת וריאנטים גנטיים בטבע בין פרטים וקבוצות והתאמתם לסביבות
חייהם.
יוהאן גריגורי מנדל
אבי הגנטיקה, 1882-1822
השונות הגנטית (variation) בין הפרטים או האינדיבידואליזציה בטבע חובקת את כל רמות הארגון
והמולקולריות והאורגניזמיות. אין פרט זהה למשנהו, להוציא תאומים זהים. התורשה
המנדלית הראתה שהגנים, באינטראקציה עם הסביבה, אחראים לתכונות השונות, וגלגוליהם
באמצעות התהליך המיני והרה-קומבינציה יוצרים אין סוף טיפוסים גנטיים. הללו מהווים
את חומר הגלם לברירה הטבעית. היות ונולדים יותר פרטים מהמסוגלים להתקיים בעולם
הריאלי, טען דארוין, רובם ייכחד ורק המותאמים ישרדו ויתרבו, כתוצאה מתהליך
הסלקציה. ההתאמות ההרמוניות בין האורגניזם לסביבת חייו שתוארו על ידי הדת כתוצר
הבריאה של הכוח העליון, מוסברות על ידי הסלקציה הטבעית כהתאמות פסיביות באמצעות
ההישרדות הדיפרנציאלית של הפרטים המותאמים יותר. הללו, ולא הנכחדים, יורישו את
הגנים שלהם לדורות הבאים. במשך תקופות ארוכות ייווצרו מינים חדשים וירבו את הגיוון
בעולם האורגני. החיים לא נבראו על גיוונם העשיר בבת אחת, ולמרות הכחדות מסיביות,
גיוונם הולך ומתרבה, אם גם לא פרוגרסיבית. קיימים ויכוחים חריפים ביחס למשמעותם
הגנטית של וריאנטים גנטיים אלה ברמת החלבון וה-DNA
וחשיבותם בתהליך האבולוציה Nevo, 1988) )
דיונים ממצים על הרעיונות, הויכוחים,
והבעיות הפתוחות עדיין בתהליכי היווצרות המינים והאדפטציות, ימצא הקורא בספרים של:
Bendall,
1983; Mayr, 1976,1982, 1988; Buss, 1988; Grant, 1985 ואחרים.
צ'ארלס דארווין, 1882-1809
לפי תורת האבולוציה הביולוגית -
ההרמוניה בטבע, וכן מוצא ומהות טבע האדם, מקורם באבולוציה מטריאליסטית ביוכימית
וחוקית, שכללה כוחות אבולוציוניים מקובלים בטבע בכלל, כגון המוטציה, הרה-קומבינציה
הגנטית, הסלקציה הטבעית, הניידות והסחיפה הגנטית. אלו עיצבו את החיים בכללם,
ומתוכם נגזר גם האדם. למרות שבספרו "מוצא המינים" רמז דארווין במשפט אחד
בלבד על השלכת תורתו לגבי האדם ומוצאו, הוא הקדיש ספר נוסף (Darwin, 1871) לנושא
הרגיש של מוצא האדם והאבולוציה שלו. מסקנתו היא:-
The main conclusion arrived at in this work, namely
that man is descended from some lowly organized from, will, I regret to think, be highly
distasteful to many... We must, however, acknowledge, as it seems to me, that
man with all his noble qualities, with sympathy which feels for the most
debased, with benevolence which extends not only to other men but to the humblest
living creature, with his godlike intellect which has penetrated into the
movements and constitution of the solar system with all these exalted powers
man still bears in his bodily frame the indelible stamp of his lowly origin
(Darwin, 1871).
תורת דארווין היוותה מהפכה
דרמטית בהיסטוריית המדע ובתפיסת האדם את הטבע. היא אכן החליפה כוח בורא עליון
האחראי להסברת ההרמוניה הטבעית, להבנת האדם ומהותו הגופנית, הנפשית והרוחנית. מכאן
ההתנגדות העצומה לתורת האבולוציה הדארווינית מצד מאמיני הדתות למיניהן, למרות
שחלקן אימץ את אלוהים והאבולוציה כאחד Berry, 1988) )
4. אבולוציה מולקולארית
הרעיון העיקרי השני המאחד את
החיים והאדם עם הטבע, מיוצג על ידי התגלית הביולוגית העיקרית במאה הנוכחית, גילוי
הצופן הגנטי בשנת 1953 על ידי Watson ו-Crick
(ראה Crick, 1981; Watson et al., 1987). ההוראות הגנטיות ליצירת האורגניזם רשומות בשפה
הכימית של חומצות הגרעין (Deoxyribonucleic acid) DNA ו-(Ribonucleic
acid) RNA. לכל אחת
מהן שדרה ארוכה ביותר המורכבת מאותן אבני בניין (סוכר ופוספט), ואולם ארבע קבוצות
כימיות הקרויות "בסיסים" קשורות לשדרה מונוטונית זו של סוכר ופוספט
במרחקים קצובים. השפה הכימית הנה בעלת ארבעה בסיסים אורגניים (או אותיות) בלבד: Thymine=T, Adenine=A, Guanine=G, Cytosine=C. בוירוס קטן, כוירוס שיתוק הילדים או וירוס ה-Aids, יש
כ-5,000- 10,000 אותיות כאלה לאורך הצופן הגנטי שלו (בגן כאלף עד כמה אלפים זוגות
בסיסים). לבקטריות צופן גנטי שאורכו כמה מיליוני אותיות. לאדם 3 מיליארדי זוגות
בסיסים המאורגנים ב-100,000 גנים. הללו מכונסים ב-46 זוגות הכרומוזומים המצויים
בכל אחד מטריליוני התאים המרכיבים את גופנו. מספר אותיות זה מקביל למספר האותיות
ב-600 כרכי אנציקלופדיה בריטניקה, כאשר כל אחד מהם מכיל כ-10 מיליון אותיות. החומר
הגרעיני - או הספרייה הגנטית - של האדם בכל אחד מתאיו, תופס נפח של 4 מיקרון
מעוקבים (מיקרון = אלפית המ"מ). מכאן שהאינפורמציה הגנטית ליצירת כל
אוכלוסיית בני האדם בעולם - כחמישה מיליארד כיום - תוכל להידחס לראש סיכה בלבד.
כרומוזום
לטבע שפה כימית אוניברסלית
שניה - שפת החלבון. זו בנויה מעשרים אותיות, או חומצות אמיניות שונות. מערכת כימית
זו בונה את האורגניזמים החיים מחד, ואחראית לביצוע התהליכים הכימיים בגופנו
באמצעות האנזימים החלבוניים מאידך. אחדות החיים כולם מתבטאת בכך, ששתי השפות הללו,
שפת חומצות הגרעין המתרגמת לשפת החלבון, הינן אוניברסליות למיקרו-אורגניזמים,
צמחים, בעלי חיים ואדם. כל האורגניזמים משתמשים באותו מילון כימי לתרגום השפה
הגנטית של חומצות הגרעין לשפת החלבון היוצר את האורגניזם החי. אחדות כימית מדהימה
זו התגלתה למעשה מאז חשיפת מבנה הצופן הגנטי (DNA). התיתכן הדגמה יותר דרמטית
של אחדות כל החיים, מהפשוטים ביותר (בקטריות) למורכבים ביותר (יונקים ואדם)?
אחדות מולקולארית אוניברסאלית
זו, הנה הבסיס למהפכה הביולוגית בשנות ה-60-70, ולהנדסה הגנטית שהינה הנגזרת
הטכנולוגית שלה. ההנדסה הגנטית המולקולרית מאפשרת לקרוא את רצפי הבסיסים המרכיבים
את הצופן הגנטי, לבודד ספריות גנטיות של כל אורגניזם חי, לחתוך את ה-DNA
ולבנותו מחדש, לבודד גנים ולהעבירם לאורגניזמים אחרים. לכך יש השלכות עיוניות
עצומות בהבנת האבולוציה מחד, ויישומיות (בתעשייה, חקלאות ורפואה) מאידך. המהפכה
בביולוגיה המולקולרית העמיקה וביססה את המהפכה המושגית הדארווינית בהבנת היסטוריית
ואבולוציית החיים. ההרמוניה האורגנית ברמה המולקולרית ניתנת להבנה ללא התערבות כוח
חיצוני עליון ונסתר המתערב באבולוציה זו. אין חומרים בטבע החשובים יותר מחומצות
הגרעין (RNA ו-DNA) והחלבונים. חומרים אלה היוו את הבסיס לתהליך
האבולוציה הביולוגית שיצר מיליארדי מינים ביולוגיים שונים ומגוונים שהתפשטו על פני
כדור הארץ כולו במשך 4 מיליארדי שנות אבולוציה אורגנית.
מולקולה של DNA
מקור הייחוד האבולוציוני של
מולקולת ה-RNA הראשונית ומולקולת ה-DNA המשנית הינו ביכולתם להעביר
מדור לדור יציבות מחד ושינוי מאידך. היציבות נשמרת בגין הכפלתה האמינה של מולקולת
ה-DNA טריליוני פעמים בגופנו - מתא הביצה המופרה ועד לגוף השלם, וכן
מדור אחד למשנהו. מאידך מולקולת ה-DNA הינה ואריאבילית בין פרטים שונים עקב יכולתה לעבור
מוטציות גנטיות וליצור אין סוף וריאציות בין הפרטים השונים המרכיבים את המין
הביולוגי. מכאן שמולקולה כימית זו מסבירה בעת ובעונה אחת את היציבות התורשתית מדור
לדור (עכברים יוצרים עכברים ופילים יוצרים פילים!) מחד, ואת השונות האינדיבידואלית
בין פרטים מאידך, המהווה חומר גלם לפעולת הברירה הטבעית והאבולוציה. הגיוון הגנטי
בין פרטים של אותו מין ביולוגי - ובין מינים שונים - הינו הבסיס המרכזי לתהליך
האבולוציה. ללא שונות זו, האחראית לאינדיווידואליזציה בטבע, לא הייתה הברירה
הטבעית יכולה לברור פרטים ולהתאימם לסביבות משתנות. הבנת מבנה ותפקוד הצופן הגנטי
הינה הבסיס לא רק להבנת האבולוציה, אלא גם לפיקוח גנטי על המערכות הביולוגיות.
5. ממולקולות לגיוון האורגני
החיים מושתתים על אחדות מוצאם
מחד, ועל גיוונם העצום מאידך. האחדות משתקפת בצבירת האינפורמציה הגנטית מדור לדור
באמצעות האוניברסליות של הצופן הגנטי (DNA, RNA); במבנה הגוף ובתפקוד האנזימטי-קטליטי
של החלבונים; בגלגולי האנרגיה באמצעות פוליפוספטים כמו ATP; ובמבנה התאי של האורגניזמים
החיים והרקמות המרכיבות את המפותחים שביניהם. ואולם מעבר לאחדות אוניברסלית כימית,
תאית ואנרגטית זו, קיים בטבע גיוון עצום של מינים ביולוגיים שונים,
מהמיקרו-אורגניזמים כגון וירוסים, בקטריות, אצות, פטריות וחד-תאיים; לאורגניזמים
רב-תאיים הכוללים את כל הצמחים ובעלי החיים העילאיים. אומדן המינים הקיימים כיום
הנו 5-50 מיליוני מינים ביולוגיים. פחות מ-2 מיליון מינים הוגדרו וקוטלגו. מרבית
המינים המוגדרים כיום, כמיליון מינים, הנם חרקים; כ-250,000 הנם צמחים; כ-20,000
דגים; כ-9,000 דו-חיים וזוחלים; כ-9,000 עופות ורק כ-4,500 יונקים - עדות למידע
הלקוי שלנו; (May, 1988). מרבית המינים אינם מוכרים למדע, והנם חרקים ואקאריות
החיים באמירי יערות-העד הטרופיים; לפי אומדן (May, 1988), כ-160 מיני חיפושיות חיים
באמיר עץ טרופי טיפוסי אחד. יתכן ומרבית המינים הללו לא יוגדרו לעולם עקב הכחדתו
הדרסטית של היער הטרופי, בייחוד באמזונס.
מאובן של שפירית
מיליארדי מינים נכחדו בעבר
הגיאולוגי של כדור הארץ ונותרו בחלקם כמאובנים. כל מין ביולוגי נולד, מתבגר ונכחד.
רוב רובם של המינים, למעלה מ-99.99%, הכוללים מיליארדי מינים נכחדו בתהליך
האבולוציה האורגנית.
טבלה
2
תקופות ההכחדה
היסטוריית החיים הייתה
אפיזודית. מאז הופעת יצורים רב-תאיים בתקופת הפרי-קמבריון המאוחר, לפני כ-600
מיליון שנים, עלה כללית גיוון החיים כפי שמשקפת העלייה במספר משפחות חסרי החוליות
הימיים, מ-0 ל-750 ויותר משפחות. ואולם כחמש תקופות הכחדה מסיביות חלו במשך 600
מיליון השנים האחרונות: בתקופת האורדוביק העליון, לפני כ-500 מיליון שנים (12%
הכחדה); הדיבון העליון, לפני כ-375 מיליון שנים (14%); בפרם העליון, לפני כ-275
מיליון שנים (52%); בטריאס העליון, לפני כ-200 מיליון שנים (12%) ובקרתיקון
העליון, לפני כ-65 מיליון שנים (11%). הכחדת המינים הימיים מתועדת כמחזורית, כל 26
מיליון שנה, ב-250 מיליון השנים האחרונות. הסיבות להכחדות המסיביות אינן ידועות,
אך גורמים דטרמיניסטיים אסטרונומיים כגון התנגשות כדור הארץ עם מטאוריטים,
אסטרואידים וכוכבי שביט; גיאופיסיים, כגון פעילות טקטונית וולקנית; ואקלימיים,
המובילים לשינוי גובה פני הים וזרמיו ולשינויים אטמוספיריים, וגורמים אקראיים -
עשויים להביא בנפרד ובמשולב להכחדות מסיביות ולהשפיע על האבולוציה הביולוגית.
הנושא כולו נידון היום בהרכבה ולהט רב, אך הוא מחייב עדיין מחקר מעמיק נוסף להבהרתו.
דגמי המחזוריות וסיבותיהם רחוקים עדיין מלהיות ברורים. יתכן וסלקציה דיפרנציאלית
בין הנכחדים עשויה להיות משמעותית. יש לציין שב-250 מיליון השנה האחרונות
ההסתברות להכחדה יורדת בהדרגה והיציבות של מערכות ביוטיות גדלה מאז תקופת הפרם
העליון. לאחר כל הכחדה מסיבית חלה אבולוציה מגוונת של מינים חדשים. הכחדה ויצירה
שזורות באבולוציה האורגנית.
האורגניזם החי עצמו מכיל בתוכו
שפע עצום של "מאובנים ביוכימיים" המרכיבים את חומצות הגרעין והחלבונים.
מקור השפע העצום של מינים ביולוגיים שונים הינו במאגר ה"אסטרונומי" של
וריאציות גנטיות ברמה המולקולרית של הצופן הגנטי. פתרונותיו של העולם האורגני
לאתגרי ולחצי הטבע, המשתנים בזמן ובמרחב, היו תמיד באמצעות אבולוציית הגיוון: לגן
צורות רבות ומגוונות וכל גן יכול לפעול בצורות שונות באמצעות מערכות בקרה מורכבות,
בנפרד ובמשולב עם גנים אחרים (Watson et al., 1987). מספר המינים העצום, גם הוא
מותאם לשפע הגומחות האקולוגיות בטבע.
הגיוון האורגני מתעצם עם הזמן ובמרחב, תוך כדי נדידת היבשות הגיאולוגיות (Plate-tectonics).
לגיוון גנטי-ביולוגי זה היסטוריה עתיקת יומין של כרבע מיליארד שנים ומרחב פעולה
אקולוגי מגוון ומשתנה דינמית. האבולוציה של שפת החיים אנאלוגית לאבולוציית השפה
הסימבולית האנושית הצעירה. שתי שפות מרכזיות אלו בטבע מחד, ובאדם מאידך, עוברות
אבולוציה הדרגתית שינוי מתמיד.
6. הגיוון הביולוגי והתרבותי כבסיס לחיים
ולתרבות האדם
הגיוון הגנטי-ביולוגי בטבע הינו הבסיס
למבנה המערכות האקולוגיות השונות בים, ביבשה ובאויר. גיוון זה הינו הבסיס ההכרחי
לגיוון המערכת האנושית-תרבותית ולקיומה בעתיד (Mayr, 1976). סחף
בגיוון הגנטי-ביולוגי (הכחדת מינים ואוכלוסיות ביולוגיים) משבש את מערכות החיים
ותהליך האבולוציה, ומשמיט את הבסיס לקיום התרבות האנושית.
7. גיוון גנטי
הטבע האורגאני מושתת על גיוון גנטי
בתוך ובין מינים ביולוגיים. גיוון זה מאפשר למין הביולוגי להשתנות לנוכח אתגרי
ושינויי הסביבה במרחב ובזמן, והיעדרו עלול להוליך להכחדת המין הביולוגי ולמנוע
היווצרות מינים ביולוגיים חדשים. ביות צמחים ובעלי חיים התבסס בעשרת אלפי השנים
האחרונות מאז המהפכה החקלאית, על ניצול הגיוון הגנטי בטבע (Zohary and Hopf, 1988). ואולם במאה השנים האחרונות, חל סחף רב בגיוון הגנטי של הצמחים
המבוייתים. הללו הפכו לרגישים יותר ויותר למחלות ומזיקים בגלל אחידותם הגנטית - (Frankel and Soule, 1981). בעת
ובעונה אחת חלו הרס וזיהום סביבות החיים באמצעות הפעילות האנושית, החקלאית,
התעשייתית והעירונית. הרס זה מאיים חריפות על צמחי המוצא של צמחי התרבות השומרים
עדיין על ספקטרום רחב של גיוון גנטי שנשמר על ידי הברירה הטבעית. סחיפה חריפה
במאגר הגנטי של הצמחים ובעלי החיים התרבותיים, עלולה להוליך להרס סביבת החיים
האנושית ולהגברת רעב בעולם שאוכלוסייתו עדיין ממשיכה לגדול גם כיום (ראה להלן).
בעלי-חיים
יאן ואן קסל, אמן פלמי, 1679-1626
מוזיאון פראדו, מדריד, ספרד
חיוני לזכור שכל פרט, אוכלוסייה ומין
ביולוגיים, מכילים פרופילים גנטיים ייחודיים. במידה והסחף הגנטי של האוכלוסייה
הביולוגית גדל, יקטנו סיכויי קיומה הביולוגי. האינדיבידואליות הנה התכונה המרכזית
בטבע, וחוצה את כל ההירארכיה הביולוגית, מהפרט דרך האוכלוסייה, המין הביולוגי, הסוגים,
המשפחות, המחלקות והטקסונים גבוהים יותר עד לאקו-סיסטמה עצמה. מרבית השונות הגנטית
נמצאת בין פרטים שונים, במסגרת המין הביולוגי ובין המינים השונים. מכאן שהגיוון
הנו המפתח לחיים והבסיס לתהליך האבולוציוני, עליו פועלת הברירה הטבעית, הבוחרת
פרטים, אוכלוסיות ומינים מותאמים יותר.
המינים הביולוגיים נמצאים בסכנה כאשר הוואריביליות
הגנטית שלהם מצטמצמת, או כאשר האקו-סיסטמה שלהם נהרסת. תהליך הכחדה מסיבי חל כיום
על ידי האדם על פני כדור הארץ, בעיקר בגין הכחדת יער העד הטרופי, באמזונס, באפריקה
ובדרום מזרח אסיה. מרבית המינים הביולוגיים כיום הנם חרקים החיים באמירי העצים
ביערות אלה. בירוא היערות יביא להכחדת מאות אלפי מינים עד שנת 2000, ולפי הערכה
מחושבת, יכחדו כמיליון מינים ביולוגיים בשלושים השנים הקרובות, בגלל האדם ולא
מסיבות אסטרונומיות, גיאולוגיות או אקלימיות. זוהי אחת ההכחדות המסיביות ביותר
באבולוציה הביולוגית והיא מהווה סכנה קיומית לגיוון הביולוגי ולגורם ההכחדה עצמו,
לאדם כמין ביולוגי: הוא הורס במו ידיו את הבסיס לקיומו, תוך כריתת הבסיס לאבולוציה
הביולוגית והאנושית כאחד.
כיצד התפתח האדם, המין המצליח וההרסני
ביותר באבולוציה הביולוגית?
הערת
המערכת:
רשימת המקורות המדעיים
המצורפת למאמר המקורי מאוד ארוכה, והיא שמורה במערכת חופש. לא
רצינו להכביד על הקורא בהבאתה כאן, כמו גם בפרקים הבאים. כל מי שמבקש לקבל אותם
מקורות מוזמן לכתוב לאתר חופש וייענה ברצון.
הפרק הבא: העבר (ב)
המוצא והאבולוציה של האדם
מאי 2006
אינדקס המאמרים
לגירסת הדפסה
