המקור ההפוך של הפלמינגו, מקוריהם העצומים של הטוקנים והחוד העדין אך הזיזי של זכרי הקוליברים. קשה להאמין, אבל כל המגוון העצום הזה התפתח בזכות לחצים אבולוציוניים מהלסתות העצומות בעלות השיניים החדות של הדינוזאורים

האזינו לגרסה מוקלטת של הכתבה.
הכתבה הוקלטה בידי הספריה המרכזית לעיוורים ולבעלי לקויות ראייה

לרשימת כל הכתבות הקוליות באתר

מחלקת העופות היא מחלקה עשירה ומגוונת הכוללת אלפי מינים שונים בצורתם ובגודלם, המפוזרים בכל רחבי כדור הארץ. אך למרות הגיוון והעושר, כולם מתאפיינים במבנה בסיסי אחיד למדי: גוף עטוי נוצות, גפיים קדמיות שהן כנפיים וכמובן מקור. המקור הוא התארכות של עצמות הלסת העליונה והתחתונה, והוא מכוסה בשכבה דקה וקשיחה של קרטין – אותו חלבון שממנו עשויות הציפורניים שלנו ושערות ראשנו. בין העצם לשכבת הקרטין עוברים כלי הדם והעצבים המשרתים את אזור המקור.

הציפורים הראשונות הופיעו בתור היורה לפני כ-150-165 מיליון שנה. בתהליך איטי מאוד, שארך כמאה מיליון שנה, קבוצת דינוזאורים מתת-סדרת התרופודים – הכוללת גם את הטירנוזואורוס רקס המפורסם – צברה תכונות "ציפוריות" עד שהתפצלה לבסוף לקבוצה שונה ונפרדת. שממנה התפתחו כל הציפורים שאנו מכירים כיום. קיים דמיון רב בין ציפורים בנות זמננו לבין הדינוזאורים התרופודים: לשתי הקבוצות יש גפיים אחוריות ארוכות שעליהן הן הולכות וכפות רגליים עם שלושה טפרים קדמיים חדים. אולם מבנה הפה של הדינוזאורים לא דומה כלל למקור העדין שיש לציפורים. מאין הגיע המקור הזה, ואיך לסת מאובזרת בשיניים מאיימות הפכה למקור דק ועדין?

עדויות מהשטח

אחד הממצאים המעידים על קיומו של שלב ביניים בין לסת הדינוזאור למקור של ציפור מגיע מהאיכתיאורניס – עוף ימי קדום שחי לפני כ-90 מיליון שנה. גופו הזכיר מאוד את העופות הימיים בני זמננו, אך לסתותיו נשאו שיניים והזכירו יותר דינוזאור. מדענים שבחנו את האיכתיאורניס הראשון, שהתגלה בשנת 1870, חשבו שמדובר בשרידים של שתי חיות נפרדות, שאחת מהן היא ציפור והשנייה זוחל קדום. אולם ממצאים דומים שכנעו אותם שמדובר במאובנים של בעל חיים אחד, שונה ומיוחד. בשנת 1880 כתב צ'רלס דרווין כי האיכתיאורניס הוא אחת הראיות החזקות ביותר לתוקפה של תיאוריית האבולוציה.

מאובן ואילוסטרציה של איכתיאורניס, עוף קדום מלפני כ-90 מיליוני שנה | Michael Hanson/Yale University
גוף שמזכיר עופות ימיים בני זמננו, לסתות שנשאו שיניים והזכירו יותר דינוזאור. מאובן ואילוסטרציה של איכתיאורניס, עוף קדום מלפני כ-90 מיליוני שנה | Michael Hanson/Yale University

המקור של האיכתיאורניס היה מעוקל, בדומה לזה של עופות ימיים מודרניים, ומשערים כי הקצה שלו כוסה בשכבת קרטין קשה. בנוסף, הלסת העליונה והתחתונה שלו יכלו לנוע בנפרד, בדומה לציפורים בנות זמננו. העובדה הזאת מרמזת שהמקור החל להתפתח במקביל להופעת הכנפיים: מצד אחד הזרועות והאצבעות איבדו את יכולתן לתפקד ככלי עבודה, מצד שני, הפיצוי על חוסר התפקוד הגיע מהיכולות החדשות שהביא איתו מקור דינמי שפתח לבעליו אפשרויות טכניות מגוונות. אף על פי שלנו, כבני אדם בעלי ידיים ואצבעות, נשמע בלתי אפשרי להפגין יכולות מרשימות כשאתה משתמש בפה בלבד, יש ציפורים שמצליחות בזה לא רע.

השלב הבא בהתפתחות הציפורים היה אובדן השיניים. אחת התיאוריות המקובלות היא שהיעדר שיניים העניק לציפורים יתרון אבולוציוני בכך שהוא אִפשר להן להיות קלות יותר ולכן הקל עליהן לעוף. אולם זה כנראה לא הסיפור המלא, מכיוון שלציפורים ממינים רחוקים מאוד אבולוציונית בתוך מחלקת העופות יש אותן מוטציות שאחראיות על איבוד השיניים. לפיכך, המקור החלק נטול השיניים הוא כנראה תכונה שהגיעה אל כל הציפורים מאב קדמון משותף, שהיה דינוזאור חסר שיניים.

דינוזאורים לא מעטים בעידן המזוזואיקון, לפני 66-251 מיליון שנה, הציגו סוגים שונים של מקור או פה חסר שיניים, לעתים דומה יותר ל"מקור" של צב מאשר לזה של ציפורים. מכך נולדה ההשערה הגורסת כי אובדן השיניים זירז את הבשלת העובר בביצה. כשבודקים את משך ההתפתחות העוברית של ציפורים וזוחלים, מתברר כי תקופת הצמיחה של השיניים עשויה להגיע עד כדי שלוש חמישיות מכלל משך שהותו של העובר בביצה. לפיכך, בעוד שדינוזאור בעל שיניים היה זקוק כנראה לכמה חודשים כדי להבשיל בביצה, ציפורים כיום בוקעות מהביצה אחרי תהליך גדילה שנמשך בין כמה ימים לשבועות ספורים. כל עוד העובר כלוא בתוך הביצה הוא פגיע וחסר ישע במיוחד, כך שזירוז מועד היציאה ממנה מעניק יתרון הישרדותי.

אך לאובדן השיניים יש מחיר, וכדי להתגבר עליו מערכת העיכול נדרשה לעבור התאמה אבולוציונית מרשימה שתאפשר לה לטחון את המזון ולעכל אותו. אצל ציפורים, העיכול מתחיל בריכוך המזון בזפק, שמשמש גם לאחסון מזון עבור הגוזלים. משם עובר המזון דרך שתי קיבות: ראשית נמצאת קיבת הבלוטות, שמפרישה מיצי עיכול. אחריה מגיעה קיבת השרירים, המוכרת בעולם הקולינריה בשם "קורקבנים" ומחליפה את תפקיד השיניים - פעולות הכיווץ וההרפיה שלה חזקות מספיק כדי לטחון מזון. יש עופות שאף בולעים אבנים קטנות כדי לייעל את תהליך הטחינה. האבנים הללו נקראות גסטרוליטים, ויש שרידים שלהן גם בחלק ממאובני הדינוזאורים.

אילוסטרציה של ארכיאופטריקס, ציפור מוקדמת שעדיין היו לה שיניים, וגם אצבעות | Joe Tucciarone, Science Photo Library
המקור החל להתפתח במקביל להופעת הכנפיים, והחליף את חוסר התפקוד של האצבעות. אילוסטרציה של ארכיאופטריקס, ציפור מוקדמת שעדיין היו לה שיניים, וגם אצבעות | Joe Tucciarone, Science Photo Library

בלי ידיים 

המקור משמש את הציפורים בין השאר לחיפוש מזון, עיבוד מזון וכמובן לאכילה. בהתאם לכך צורתו מותאמת לסוג המזון שהציפור אוכלת. לדוגמה, לציפורים שניזונות מזרעים יהיה מקור קצר בעל בעל בסיס רחב וקצה מחודד שמאפשר להן לפצח את הזרעים. ככל שהמקור המפצח גדול יותר הוא מפעיל יותר כוח, וכך יכול לפצח זרעים גדולים יותר. לעופות מים כמו ברווזים יהיה מקור רך יותר ועם ריכוז גבוה של עצבי חישה לאיתור מזון במים. לעומת זאת, עופות דורסים נדרשים לצוד טרף בלי שיהיו להם זרועות או שיניים. לכן התפתחו אצלם מקור מאונקל שמאפשר לקרוע בשר וטפרים חדים שעוזרים לצוד.

אולם גם בתוך החוקיות הפשוטה לכאורה הזאת התפתחו לא מעט צורות ייחודיות ומקוריות במיוחד של מקורים. נשאלת השאלה איך זה קרה? איך נוצר המגוון האדיר של צורות המקור?

הדוגמה הקלאסית לאבולוציית צורת המקור היא הפרושים של דרווין. כשהגיע צ'רלס דרווין לאיי גלפגוס, הוא אסף שם ציפורים רבות ושונות מאוד זו מזו. רק בשובו לאנגליה התברר לו שכולם היו מינים שונים של פרושים, ושהמקורים שלהם התאימו למקורות המזון שקיימים בכל אי ואי. היו פרושים עם מקור שהתאים לאכילת חרקים, אחרים התאימו לפיצוח זרעים או לאכילת פירות של קקטוס.

אחרי שנים של התבוננות בממצאים וניסיון לעמוד על הסיבה להבדלים בין המינים, הבין דרווין שבכל אי התרחשה ברירה טבעית נגד ציפורים שהמקור שלהן לא התאים לסוג המזון הנפוץ באי. כלומר, כשהאבות הקדמונים של פרושי הגלפגוס הגיעו לאיים לפני כשני מיליון שנה, הם נחשפו למגוון משאבי מזון שונים ומשונים והתמיינו תוך זמן קצר יחסית ל-14 מינים המתמחים בניצול משאבים שונים.

התמחות מהירה כזאת נקראת התפצלות סתגלנית (Adaptive radiation). היא מתאפיינת בקצב אבולוציוני מהיר שאחריו קצב השינויים מתמתן. התהליך הזה מתרחש גם בקנה מידה גדול יותר: חלק ניכר מהמגוון האדיר של צורות המקור שאנו רואים כיום התפתח כבר בתחילתה של אבולוציית הציפורים. אחרי כעשרים מיליון שנה של שינויים מהותיים, שבמהלכם נולדו צורות מקור בסיסיות חדשות, הגיעה תקופה מתונה יותר שבה צורת המקור עברה כוונון עדין. כך התקבלו צורות בסיסיות דומות מאוד, אך גם מקורים מיוחדים ומקוריים.

פרושי הגלפגוס הגיעו לאיים והתחלקו תוך זמן קצר יחסית ל-14 מינים, כל אחד עם מקור שמותאם לסוג המזון שלו | Paul D Stewart, Science Photo Library
פרושי הגלפגוס הגיעו לאיים והתחלקו תוך זמן קצר יחסית ל-14 מינים, כל אחד עם מקור שמותאם לסוג המזון שלו | Paul D Stewart, Science Photo Library

מקור ראשון
הפלמינגו והמקור ההפוך

לפלמינגו יש מראה ייחודי בעולם העופות. הוא עוף מים גדול שגובהו יכול להגיע למטר וחצי, עם מוטת כנפיים ארוכה אף יותר, רגליים דקיקות וצוואר צנום שמתעקל בעמידה לצורת האות S. את הצבע הוורדרד האופייני להם מקבלים הפלמינגואים מקרוטנואידים: צבענים אורגניים שמקורם באצות ובסרטנים שמהם הם ניזונים. הצבע החם הזה העניק לפלמינגו את שמו, שמשמעותו בפורטוגזית "צבע להבה".

גם הצורה שבה הפלמינגואים ניזונים היא מיוחדת: כעופות מים הם מתמחים בסינון אצות וסרטנים קטנים מתוך המים. לשם כך הם נעמדים במים הרדודים ומרכינים את ראשם לפנים, כך שקצה המקור שוקע בבוץ כשהוא פונה אחורה, לעבר גוף הפלמינגו.

סרטון של פלמינגו אוכל, עם ראשו הפוך במים. שימו לב לתנועת המקור:

 

שני חצאי המקור של הפלמינגו מכוסים לוחיות משוננות שתפקידן לסנן את המזון. אצל מרבית הציפורים, החלק העליון של המקור גדול יותר ודומיננטי יותר בפעולתו מהחלק התחתון. אולם הפלמינגו אוכל כשהוא רוכן למטה וראשו הפוך, כך שלסתו התחתונה מופנית כלפי מעלה והלסת העליונה נמצאת מתחתיה. לכן דווקא החלק התחתון של המקור שלו גדול ודומיננטי יותר בתהליך האכילה. בנוסף יש לפלמינגו לשון גדולה ושרירית שמשמשת לשאיבת מים פנימה וגם היא מכוסה בליטות משוננות שמסננות את המזון, בדומה למקור.

מקור הפלמינגו, עם לוחיות משוננות שתפקידן לסנן את המזון | Shutterstock, Jayaraj TP
הפלמינגו אוכל כשראשו הפוך, לכן דווקא החלק התחתון של המקור שלו גדול יותר. מקור הפלמינגו, עם לוחיות משוננות שתפקידן לסנן את המזון | Shutterstock, Jayaraj TP

מקור בכיר
מה זה על הראש שלך?

טוקן הטוקו, Ramphastos toco, הוא המין הגדול ביותר במשפחת הטוקניים. הוא חי בדרום אמריקה ויש לו גוף שחור, גרון לבן וכך גם חלקים מהזנב, ומקור ענק וכתום. אורך המקור יכול להגיע עד 20 סנטימטר, שהם כשליש מאורך גופו. הטוקן ניזון בעיקר מפירות, חרקים, זוחלים קטנים וביצי ציפורים – תזונה לגמרי לא ייחודית. זה מעלה את השאלה למה יש לו פה גדול כל כך? או בביולוגית: מה היתרון שמעניק לטוקן מקור כל כך מסיבי?

אחת ההשערות היא שמדובר באיבר ראווה שמטרתו היא ברירה מינית, כלומר איבר שמוצג לראווה כדי למשוך בנות זוג, וכך מעלה את סיכויו של הפרט להעביר את תכונותיו לדור הבא - בדומה לנוצות הזנב של הטווס. התהליך הזה, שבו העברת התכונות לדורות הבאים תלויה בכך שהנקבות יעדיפו תכונות מסוימות אצל הזכרים, נקרא ברירה מינית. הוא שונה מברירה טבעית, שבה יעילות העברת התכונות לדור הבא תלויה בהתאמה מיטבית של הפרט לסביבה.

השערה אחרת מניחה כי המקור הגדול של הטוקן משמש נשק יעיל נגד ציפורים אחרות, שמתחרות בו על טריפת ביצי ציפורים. ולפי השערה שלישית, מקור גדול מעניק יתרון ליצור שניזון בין השאר מפירות גדולים.

אולם נראה כי קיים יתרון נוסף ופחות מיידי לגודלו של המקור, והוא קשור דווקא לתהליכי חילוף חום. מאחר שכלי דם רבים עוברים בחלקו הפנימי של המקור, הוא משמש לקירור הגוף – בדומה לרדיאטור. הודות לשטח הפנים הגבוה יחסית של המקור – 50-30 אחוז משטח גופו של הטוקן – שהחום יכול להתנדף דרכו, מדובר ברדיאטור יעיל במיוחד. בזמן מנוחה, כשהטוקנים רוצים דווקא לשמור על חום גופם, הם נוהגים לתחוב את המקור שלהם מתחת לכנף.

למה לטוקן יש מקור גדול כל כך? יש כמה השערות, בינתיים ללא תשובה מוסכמת | Shutterstock, Fedor Selivanov
למה לטוקן יש מקור גדול כל כך? יש כמה השערות, בינתיים ללא תשובה מוסכמת | Shutterstock, Fedor Selivanov

גם לקלאו, בדומה לטוקן, יש מקור מסיבי. הדמיון המפתיע הזה הוא סוג של אבולוציה מתכנסת, כלומר התפתחות נפרדת ובלתי תלויה של מאפיינים דומים אצל יצורים ממוצא שונה. דוגמה לכך היא הדמיון בין סנפירי הדגים, כנפי הפינגווינים וסנפירי הדולפינים: איבר דומה מאוד שהתפתח למטרה דומה, בקבוצות שונות לחלוטין של בעלי חיים. למרות הדמיון החיצוני בין הקלאו לבין הטוקן, הם שונים מאוד: הקלאוניים הם משפחת עופות שחיה באפריקה ואסיה, בשעה שהטוקנים הם עופות של מרכז אמריקה ודרומה.

כלפי חוץ שתי הקבוצות דומות, אך קיימים גם הבדלים. על מנת להתמודד עם העומס שמביא איתו מקור גדול, מקור הטוקן חלול ברובו אך המבנה הספוגי שלו מעניק לו חוזק מבני בלי להוסיף לו מסה. גם לקלאו יש חללים במקור, אך המקור הגדול שלו נתמך על ידי איחוי של עצמות הלסת לשתי חוליות בצוואר וכן על ידי שרירי צוואר חזקים.

אצל חלק ממיני הקלאו קיים על גבי המקור העצום מבנה נוסף שמכונה "קסדה", שמגדיל אותו עוד יותר. הקסדה המרשימה ביותר היא של הקלאו הקרנפי (Buceros rhinoceros). המבנה שלה אומנם חלול, אך גם כך מדובר באיבר גדול ומכביד, כך שגם כאן נשאלת השאלה למה הקלאו צריך את זה?

קלאו קרנפי, לצד גולגולת המראה את המקור והקסדה | Shutterstock, Jamil Bin Mat Isa, Naturalis Biodiversity Center/Wikimedia Commons,
אצל חלק ממיני הקלאו קיים על גבי המקור העצום מבנה נוסף שמכונה "קסדה", שמגדיל אותו עוד יותר. קלאו קרנפי, לצד גולגולת המראה את המקור והקסדה | Shutterstock, Jamil Bin Mat Isa, Naturalis Biodiversity Center/Wikimedia Commons, 

כמה השערות מנסות להסביר את קיום הקסדה. ראשית, ייתכן שהיא משמשת להבחנה בין זכרים לנקבות, שכן הקסדה של הזכרים הרבה יותר גדולה. אפשרות אחרת היא שמדובר בנשק, כמו מה שנטען לגבי הטוקן. אולם יש גם השערה מעניינת במיוחד שלפיה הקסדה היא למעשה תיבת תהודה שתפקידה להגביר את קריאתו של הקלאו, ששטחי המחיה שלו רחבים ועליו להישמע למרחק רב בתקופת החיזור.

קריאת הקלאו הקרנפי:

מקור ביטחוני
המקור שהפך לחרב

רבים מתבלבלים בין הקוליברי, המכונה גם יונק דבש, לבין הצופית, אולם מדובר בשתי קבוצות שונות ורחוקות. הצופיות שאנו רואים בישראל שייכות לסדרת ציפורי השיר ואפשר למצוא אותן באפריקה ובחלקים של המזרח התיכון. הקוליברי, לעומתם, שייכים לסדרת הקוליבראים ותפוצתם מוגבלת ליבשת אמריקה.

הצופיות בישראל נקראות לעיתים בטעות יונקי דבש. הטעות נובעת מהשם שנתן להן בשעתו הזואולוג ישראל אהרוני, אולם בשנת 1958 שונה שמן לצופיות מאחר שהן לא ניזונות מדבש דבורים, אלא מלקקות צוף מפרחים בלשונן הארוכה. הבלבול בין הצופיות לקוליבריים נובע מהדמיון החיצוני ביניהן, בהיותן ציפורים קטנטנות וצבעוניות שניזונות מצוף פרחים, אך מכיוון שמדובר בדמיון בין יצורים ממשפחות נפרדות לחלוטין, זוהי דוגמה נוספת לאבולוציה מתכנסת.

קוליברי בפעולה - לא להתבלבל עם הצופית | Shutterstock, Ondrej Prosicky
המקור הארוך והמעוקל של הקוליברי מותאם באופן מושלם לשתיית צוף פרחים. קוליברי בפעולה - לא להתבלבל עם הצופית | Shutterstock, Ondrej Prosicky

למרות מידותיו הזעירות, הקוליברי מפורסם ביכולת התעופה המרשימה שלו. הוא קטן, זריז וניחן בכושר תמרון שמאפשר לו לרחף באוויר, כך הוא יכול לאכול ביעילות, ולגייס את האנרגיה הרבה הדרושה לביצועיו. המקור הארוך והמעוקל של הקוליברי מותאם באופן מושלם לשתיית צוף פרחים, ובתוכו נמצאת לשון ארוכה במיוחד.

גם הקוליברי לא מסתפק בשימוש שהוא עושה במקור לאכילה. בחלק ממיני הקוליברים המירו הזכרים את יעילות האכילה ביתרון אסטרטגי אחר: בעוד שהמקור של הנקבות מאורך ומעוקל, מקורם של הזכרים ישר יותר וקצותיו מכוסים זיזים חדים. המקור המשונן אומנם פחות יעיל לשתיית צוף, אבל הוא כלי מצוין לדקירות, דחיפות, שיפוד וצביטות בקרבות הסיוף שמנהלים הזכרים במהלך מאבקי הכוח ביניהם על מזון ועל נקבות.

מקור של קוליברי מהמין Androdon aequatorialis | צילום: Kristiina Hurme
מקורם של הזכרים ישר יותר וקצותיו מכוסים זיזים חדים, כנשק בקרבות הסיוף שהם מנהלים. מקור של קוליברי מהמין Androdon aequatorialis | צילום: Kristiina Hurme

ההבדל בין מקור הזכרים למקור הנקבות הוא לעיתים קיצוני עד כדי כך שהזכרים והנקבות ניזונים ממיני פרחים שונים, מאחר שכל מקור מותאם לצורת פרח אחרת. בדומה לקרני האיילים, גם פה מדובר בתהליך אבולוציוני של ברירה מינית, שבו זכרים נלחמים כדי שהנקבות יוכלו לבחור את הזכר המועדף, החזק והמוצלח מביניהם.

סרטון של הניו-יורק טיימס מראה כיצד זכרי הקוליברי נלחמים ביניהם:

 

אולי קשה לדמיין את הקשר המשפחתי בין הצופית הקטנה והצמחונית לבין טי-רקס ענק וטורף, אך כל הציפורים הן למעשה צאצאיות של דינוזאורים. כיום נותרו רק סממנים בודדים, כגון הקשקשים והטפרים ברגלי הציפורים, שעדיין מעידים על הקירבה המשפחתית. המקור אינו אחד מהם – הוא עשה דרך אבולוציונית ארוכה מאוד מהלסתות המסיביות בעלות השיניים של הדינוזאורים למבנה העדין שאנו מכירים כיום. זה מקור שמסוגל לבנות קן, לסנן מזון מקרקעית אגם אפילו בראש הפוך, ואף ליצור מנגינות מורכבות שנשמעות למרחקים. כל זה התאפשר בזכות הלחצים האבולוציוניים שעיצבו מגוון עצום של צורות ושימושים לכלי הזה, שמקורו בכלל במכונת טרף משומנת.

 

סרטון של Howard Hughes Medical Institute על האבולוציה של הציפורים: