הברירה הטבעית היא מנגנון טבעי שבורר את הפרטים המותאמים ביותר לסביבתם (לאו דווקא החזקים ביותר). הברירה הטבעית היא מנוע שמניע תהליכים אבולוציוניים ומאפשר לאוכלוסיות לעבור תהליכים של שינוי. תהליך הברירה הטבעית אמנם מתחולל על פרטים, אך ההשלכות שלו נוגעות לאוכלוסייה כולה, ומשפיע גם אוכלוסיות שכנות.

ביישומון שלפנינו נלמד מהי הברירה הטבעית, ממה היא מושפעת ומהן השלכותיה. לצפייה ביישומון לחצו על התמונה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).


היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.

לפני שאתם מתחילים לשחק ביישומון, אני ממליץ לכם להיכנס לנושא חודש מרץ 2010 אבולוציה. צפו בסרטונים, קראו את הכתבות ואת הדיון המרתק שהתפתח בתגובות בין הגולשים, וכך תוכלו להתעמק בתורת האבולוציה ובמקום המרכזי שיש בה לברירה הטבעית, ולהבין את התמונה הכוללת.

היישומון הזה פשוט להפעלה אך מכיל אפשרויות רבות שמוסיפות לו מורכבות. נתחיל בסקירה של האפשרויות שלו ושל משמעויותיהן.

בתחילת הסימולציה מסתובב ארנב על המסך. ארנב לבד אינו יכול להתרבות, ועל כן הוא ייעלם תוך זמן מה אם לא תוסיפו לו ארנב נוסף, היות שאין לו יכולת להתרבות.

האפשרויות שתראו יתחלקו לשתיים: שינויים שחלים בארנב (משמאל), ושינויים שחלים בסביבה (מימין). השינויים שחלים בארנב כוללים מוטציות שגורמות לדור הבא לפתח תכונה מסוימת שעשויה לעזור לו או להזיק לו תלוי מה התכונה ועד כמה היא מתאימה לסביבה. בכל דור מותר לעשות מוטציה אחת בלבד, היות שבמציאות מוטציות שגורמות לשינוי תכונה מופיעות רק לעתים נדירות מאוד, ועל אחת כמה וכמה תכונה שיש לה השפעה מיידית על התאמת היצור לסביבתו.

ביישומון הזה יש שלושה סוגים של תכונות שיכולות לעבור מוטציה: צבע הפרווה, אורך הזנב ואורך השיניים. לכל אחת מהתכונות יש השלכה אחרת על ההתאמה של הארנב לסביבתו. כדי לשלוט טוב יותר בתכונות, כל מאפיין של תכונה הוגדר כדומיננטי (בעל השפעה מיידית) או רצסיבי (גן שהתכונה שלו באה לידי ביטוי רק אם אין מולו גן דומיננטי), דבר שמשפיע על התפלגות התכונה באוכלוסייה. השינויים שחלים בסביבה כוללים קיום של אוכל (שיחים) או טורפים (זאבים) ותנאי הסביבה יכולים להיות קו משווה או קוטב.

כעת בואו נתחיל לשחק! נתחיל בהוספת ארנב נוסף בלי לשנות את תכונותיו או את סביבתו. שימו לב מה קורה לאוכלוסית הארנבים כעבור דורות מעטים פיצוץ אוכלוסין! מצב כזה מאוד לא רצוי, משום שאם הארנבים מתרבים ללא הפרעה הם דוחקים מינים אחרים של בעלי חיים וצמחים ויכולים לגרום להכחדתם.

כעת נוסיף למשוואה את הזאבים. שימו לב מה קורה כעבור כמה דורות הכחדה מוחלטת כלל לא נותרו ארנבים! גם זה מצב לא רצוי, כמובן.

אם כן, עלינו למצוא מצב ביניים שבו אוכלוסיית הארנבים תוכל לשגשג, אך גם תהיה נתונה לבקרה מסוימת שתמנע פיצוץ אוכלוסין. לכן בואו נעביר את הארנבים שלנו לקוטב הצפוני, שם פרוותם הלבנה לא תקשה עליהם להסתתר, ונוסיף את הזאבים. תתבוננו כעת בגרף התרבות הארנבים. האם אתם רואים מחזוריות? ממה היא נובעת? מה המגמה הכללית של התרבות הארנבים?

כעת בואו נחזור על הניסוי, אבל במקום זאבים נשים אוכל. שימו לב שכעת קל יותר לארנבים להתרבות, אך עדיין יש משהו שהורג בכל דור אחוז מסוים מהם. יש לכם השערה מה זה יכול להיות? מה קורה כשעוברים לקוטב הצפוני? נסו לתת לארנבים להתרבות כמה דורות ואז תוסיפו את הזאבים או את האוכל בקו המשווה או בקוטב הצפוני. האם הצלחתם להגיע לשיווי משקל או שהגעתם להכחדה או פיצוץ אוכלוסין?

כנראה לא מספיק לשנות את הסביבה כך שתתאים לארנב, אלא עלינו להתאים גם את הארנב לסביבה. לשם כך בואו נתערב לו בגנים. תחילה נבחן את שלוש התכונות ונראה איך הן משפיעות על שרידותם של הארנבים.

נתחיל בתכונה הכי פשוטה צבע הפרווה. קחו זוג ארנבים, הוסיפו להם את מוטציית שינוי הפרווה והמתינו שניים-שלושה דורות כדי ליצור אוכלוסייה גדולה מספיק שלא תיכחד אחרי סיבוב אחד. כעת שחררו את הזאבים. חזרו על הניסוי בקוטב הצפוני. האם אתם רואים הבדל בהתפלגות תכונות הצבע של הפרווה באוכלוסיית קו המשווה לעומת אוכלוסיית הקוטב? (שימו לב לגרף למטה). מה מסקנתכם לגבי צבע הפרווה האם היא מעניקה יתרון או חסרון, ובאילו תנאים?

חזרו על אותו ניסוי עם השיניים בהינתן אוכל, בשני תנאי האקלים. האם אתם רואים הבדל? מדוע זה קורה לדעתכם? לבסוף בדקו את מוטציית הזנב כמו בסעיפים הקודמים, גם בנוכחות מזון וגם בנוכחות הזאבים בשני תנאי האקלים. האם הזנב נותן יתרון או חסרון? באילו תנאים?

כעת, אחרי שניתחתם את שלוש התכונות וראיתם איך הן משפיעות על הארנב, נסו לתכנן ארנב שיתאים לסביבה על פי בחירתכם וראו אם צדקתם. נסו לבנות אוכלוסייה שבתנאים מסוימים ועם תכונות מסוימות תישאר קבועה ותשרוד לאורך זמן בלי להגיע לפיצוץ אוכלוסין. שימו לב שכדאי לתת לארנבים להתרבות בלי הפרעה במשך כמה דורות לפני שמפעילים את מנגנוני הברירה הטבעית.

תרגיל נוסף שכדאי לעשות הוא לתת את שלוש התכונות יחד, להמתין כמה דורות ואז לשחרר את הזאבים או לספק את האוכל ולראות אילו תכונות נשארות ואילו נעלמות. לסיום נסו לשחק עם הרצסיביות והדומיננטיות של התכונות השונות וראו איך זה משפיע על התפלגותן באוכלוסייה.

בעזרת היישומון ראינו איך הברירה הטבעית פועלת, ראינו איך בעלי החיים מסתגלים לסביבה המשתנה ואיך רק המותאמים ביותר שורדים. לחצי הברירה הטבעית גם הראו לנו שהם אמנם בוררים את המותאמים ביותר, אבל גם ללא מותאמים יש סיכוי מסוים לשרוד וגם לאלה שמותאמים יש סיכוי להיטרף. ובכל זאת, אם מסתכלים על אוכלוסייה שלמה בטווח של כמה דורות, רואים שיש תכונות שסיכויי ההישרדות שלהן טובים יותר ותכונות אחרות שפשוט נעלמות. הברירה הטבעית, אם כן, היא המנגנון שבאמצעותו האבולוציה בוחרת את התכונות שיישארו באוכלוסייה.

שאלה לדיון מדעי: נסו לדמיין תכונות נוספות שיתנו לארנב יתרון מול הזאבים, ותכונות אחרות שיגרמו לו נחיתות בתנאים מסוימים, ושיתהפכו בהינתן תנאים סביבתיים אחרים.

ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.