איך מין אחד מתפצל לשני מינים, ללא מחסום פיזי שימנע הזדווגות? מחקר חדש מראה שבמקרה של ציפורים מדרום אמריקה, הגורם המכריע הוא הבחירה של הנקבות

איך נוצרים מינים חדשים של בעלי חיים?

זו שאלה שמעסיקה חוקרים רבים, מאז פירסמו וואלאס ודרווין את תאוריית האבולוציה על ידי ברירה טבעית, ואפילו לפני כן. מחקרים גנטיים הראו מעל לכל ספק שכל היצורים החיים בעולמנו הם קרובי משפחה זה של זה, ומקורם באב קדמון משותף. במהלך האבולוציה התפצלו המינים שוב ושוב, השתנו והתפצלו עוד, עד ליצירת המגוון הביולוגי העצום שאנחנו רואים כיום.

במקרים רבים, מינים חדשים נוצרים לאחר שמחסום פיזי מסוים, כמו נהר, רכס הרים, או במקרים של יצורים ימיים לשון יבשה, מפריד בין פרטים מאותו מין ומבודד אותם זה מזה, כך שכל קבוצה מתפתחת בנפרד. לעתים זה קורה בשל שינויים גיאולוגיים, כמו למשל כאשר נהר הקונגו נוצר לפני כ-1.5 מיליון שנה וחילק את הטריטוריה של קופי האדם שחיו באזור, אבותיהם של השימפנזים והבונובו של ימינו. במקרים אחרים כמה פרטים מגיעים באקראי אל מקום מבודד, כמו הפרושים של דרווין, הציפורים הקטנות שהגיעו אל איי גלפגוס. הציפורים הצליחו להגיע, אולי בעזרת רוחות חזקות, מיבשת אמריקה הדרומית אל האיים וגם לעבור מאי לאי. אך זה לא היה מסע קל, ולאחר שהציפורים הגיעו לאי מסוים הן כמעט אף פעם לא עזבו אותו, וכך יצרו אוכלוסיות מבודדות זו מזו.

לאחר כמה דורות אצל כל אחת מהאוכלוסיות המבודדות מצטברים שינויים גנטיים אחרים, אם במקרה ואם כתוצאה מהסתגלות לסביבה שונה ולאתגרים שונים. בסופו של דבר מהמין המקורי מתפתחים שני מינים שונים. כך קרה עם השימפנזים והבונובו, שהנהר הפריד ביניהם ומאז התפתחו בנפרד די זמן כדי שיופיעו אצלם תכונות פיזיות והתנהגותיות שונות. כך קרה גם עם הפרושים של דרווין, שהתפתחו למינים שונים בין אי לאי, וחלקם אף נראים שונה מאוד זה מזה ומנהלים אורח חיים אחר.

מצב כזה, בו מחסום פיזי מוביל ליצירת שני מינים ממין אחד, נקרא היווצרות מינים אלופטרית, או "נפרדת מקום" (allopatric speciation), וקל יחסית להבין כיצד הוא מתרחש – הוא נראה כמעט בלתי נמנע. אך בשנים האחרונות מתפרסמים עוד ועוד מחקרים שמראים שאלו לא המקרים היחידים בהם מינים מתפצלים. מין אחד הופך לשניים גם כאשר אין שום מחסום פיזי, ושתי האוכלוסיות חולקות את אותה טריטוריה בדרכן להפוך לשני מינים שונים. מקרה כזה מכונה היווצרות מינים סימפטרית, "חופפת מקום" (sympatric speciation).

זכר של ספורופילה כתומת בטן בטריטוריה שהוא חולק עם ציפורים מהמין ספורופילה איברה | צילום: שילה טורבק
שני מיני ציפורים בפארק הלאומי איברה התפצלו רק לאחרונה ועדיין חיים ומקננים באותו אזור. זכר של ספורופילה כתומת בטן בטריטוריה שהוא חולק עם ציפורים מהמין ספורופילה איברה | צילום: שילה טורבק

באילו תנאים תיווצר התמיינות שכזו? מה גורם למין אחד להתפצל, לכאורה ללא סיבה? על כך עדיין אין תשובה ברורה, והגורמים שאחראים לכך במקרה אחד לא בהכרח משחקים תפקיד במקרה אחר. במחקר חדש, חוקרים מארצות הברית ומארגנטינה בחנו שני מינים של ציפורים שנפרדו רק לאחרונה, ועדיין חיים ומקננים באותו אזור. הם הראו איך הבחירה של הנקבות, שמעדיפות זכרים בעלי צבעים מסוימים ששרים שיר מסוים, שומרת על הפרדה בין שני המינים. בטבע, נקבות ממין אחד כמעט ואינן מזדווגות עם זכרים מהמין השני – אפילו שההבדלים הגנטיים ביניהם קטנים מאוד, ומבחינה ביולוגית הם מסוגלים להעמיד צאצאים.

איך מין נולד

הציפורים הן פרושים מהסוג ספורופילה (Sporophila, "אוהב זרעים"). הן חיות בדרום אמריקה, ומחקרים הראו שבמיליון השנים האחרונות הן עברו התמיינות מהירה, ליצירה של עשרה מינים שונים. אחד המינים, ספורופילה איברה (S. iberaensis) התגלה רק לפני כעשרים שנה. הוא חולק את אותה טריטוריה, בפארק הלאומי איברה (Iberá) בצפון ארגנטינה, עם קרובי משפחתו מהמין ספורופילה כתומת בטן (S. hypoxantha). הנקבות של שני המינים זהות זו לזו, אך בין הזכרים יש הבדלים ניכרים: לזכרים האיברים יש בטן בצבע חול וצוואר שחור, בעוד לכתומי הבטן, כמשתמע משמם, יש בטן כתמתמה וצוואר בגוון דומה. גם השירים שהזכרים שרים כדי למשוך נקבות ולהגן על הטריטוריה שלהם מפני זכרים אחרים, שונים ממין למין. 

החוקרים קבעו את רצף ה-DNA של שני המינים, ומצאו שהוא כמעט זהה. "היות שהם דומים כל כך מבחינה גנטית, קל למצוא את האזורים שבהם הגנומים שלהם שונים זה מזה, ואילו תכונות מושפעות מהשינויים הגנטיים", אמר לאונרדו קמפנייה (Campagna), החוקר הבכיר החתום על המאמר, בהודעה שצוטטה בכתבה של החוקרת הכותבת תחת השם GrrlScientist. "השאלה בסופו של דבר היא, איך נוצר ספורופילה איברה החדש?"

החוקרים מצאו 12 גנים, בשלושה אזורים בלבד לאורך הרצף הגנטי, שהיו שונים בין שני המינים. שלושה מתוך 12 הגנים ידועים כקשורים לצבע הנוצות. "מצאנו שספורופילה איברה נוצר ככל הנראה מהכלאה בין מיני ספורופילה אחרים, ולאחר מכן ערבוב של הגנים ליצירת צירופים חדשים, שמקודדים לתבניות חדשות של צבעים בנוצות הזכר", אמרה שילה טורבק (Turbek), שהובילה את המחקר, בריאיון ל-GrrlScientist.

מיני ספורופילה | איור: Jillian Ditner, מתוך Campagna L. et al. PLOS ONE 13, e0199113 (2018)
במעבדה ספורופילה איברה יכולים להעמיד צאצאים פוריים עם מיני ספורופילה אחרים, אך זה כמעט ולא קורה בטבע. מיני ספורופילה | איור: Jillian Ditner, מתוך Campagna L. et al. PLOS ONE 13, e0199113 (2018)

צבעים וצלילים

מחקרים קודמים הראו שציפורים מהמין החדש, ספורופילה איברה, יכולים להעמיד צאצאים פוריים עם מיני ספורופילה אחרים, כאשר משכנים אותם יחד במעבדה. אך במחקר החדש התברר שבטבע, הדבר כמעט ואינו קורה: החוקרים בדקו את החומר הגנטי של עשרות זוגות של ציפורים, ובכל המקרים נמצא שהזכר והנקבה היו מאותו מין.

איך הציפורים מזהות מי שייך לאיזה מין – בעזרת צבע הנוצות, השיר, או שתי התכונות גם יחד? כדי לבדוק זאת, החוקרים יצרו דגמים של הציפורים, בצבעים של זכרי איברה ובצבעים של הזכרים כתומי הבטן, והטמינו לידם רמקולים שניגנו את השירים שהזכרים משמיעים. בחלק מהמקרים הם השמיעו את השיר של איברה לצד הדגם עם הצבעים של איברה, ואת השיר של כתומי הבטן לצד דגם של כתום-בטן, ובמקרים אחרים הדגם היה שייך למין אחד, והשיר למין השני.

כשהחוקרים הציבו את הדגמים בשטח המחייה המשותף של שני המינים, הם משכו מיד את תשומת הלב של הנקבות – וגם של הזכרים. אלו תקפו את "הזכרים הזרים" שהופיעו לפתע בטריטוריה שלהם, וניסו בכל דרך לגרום להם לעזוב. אך הזכרים לא תקפו את כל הדגמים באותה מידה: הם נטו יותר לתקוף את הדגמים שהיו בצבעים של אותו מין כמותם, או ששרו את השיר של המין שלהם. אם גם השיר וגם הצבעים תאמו את המין של הזכר שחי באותו אזור, ההתקפות היו נחרצות עוד יותר. כך, הדגם של ספורופילה איברה שלידו הושמע השיר של איברה הותקף בצורה הקשה ביותר על ידי זכרי איברה, והדגם של ספורופילה כתומת בטן שהשמיע את השיר של אותו מין היה המטרה העיקרית של זכרים כתומי בטן.

"ראינו שהזכרים בני שני המינים הגיבו בתוקפנות רבה יותר כלפי השיר וצבעי הנוצות של המין שלהם, בהשוואה לאלו של מיני ספורופילה אחרים", אמרה טורבק. "הממצאים מצביעים על כך ששתי התכונות משמשות יחדיו בזיהוי של בני אותו המין כמתחרים".

בחירת הנקבות

החוקרים משערים שהנקבות משתמשות גם הן באותן שתי תכונות כדי לבחור את הזכר איתו יזדווגו, שכן הן בבירור יודעות להבדיל בין המינים ונמשכות לבני מינן הרבה יותר מאשר לזכרים מהמין השני. למרבה הצער, את הבחירה של הנקבות קשה הרבה יותר לבחון בניסוי, שכן בנות שני המינים נראות זהות לחלוטין. 

אם ההשערה של החוקרים נכונה, ההעדפה של הנקבות נשענת על תכונה אחת שעוברת בגנים – צבע הנוצות – ועל תכונה שנייה שהיא נלמדת, השיר שהגוזלים לומדים מאביהם ואולי גם מזכרים נוספים. הנטייה של הנקבות להזדווג רק עם מי שמציג את הצבע והשיר הנכונים הובילה, ככל הנראה לבדה, ליצירת מחסום רבייתי בין השושלות השונות ובסופו של דבר ליצירת מין חדש. כך ממין אחד יצאו שניים, ללא כל מחסום פיזי שהפריד בין אוכלוסיות, או שינוי גנטי שהפך את הרבייה ביניהן לבלתי אפשרית. 

"המחקר הזה הוא אחד מהמחקרים המעטים באופן מפתיע שמתעדים בצורה משכנעת התמיינות סימפטרית בעודה מתרחשת", אמרה מרתה מונוז (Muñoz), ביולוגית אבולוציונית שלא הייתה מעורבת במחקר, בריאיון לאתר של כתב העת המדעי Science. החוקרים משערים שעם הזמן ההבדלים הגנטיים בין שני המינים יתרחבו, עד שהם לא יוכלו עוד להתרבות ביניהם אפילו במעבדה. מה שאנחנו רואים כעת הוא רק ההתחלה, זמן קצר יחסית לאחר שהמינים התפצלו. "באומדן גס, לקח לשושלת עם הצבעים החדשים כמה אלפי דורות בשביל להתפתח למין נפרד, שמתרבה רק בינו ובין עצמו", אמר קמפנייה בריאיון ל- GrirlScientist. "במונחים אבולוציוניים, זה ממש מהר!"