ברירה טבעית

ערך זה עוסק במנגנון ביולוגי העוסק בשינויים גנטיים. אם התכוונתם ללהקה הישראלית, ראו הברירה הטבעית (להקה).

ברירה טבעית (באנגלית: Natural Selection) היא מנגנון מרכזי בתהליך השינוי הגנטי באוכלוסייה של אורגניזמים לאורך הדורות, מה שמכונה אבולוציה. שונות גנטית בקרב האוכלוסייה, מביאה ליצירת פרטים שונים זה מזה גם בתכונותיהם הגנטיות. פרטים בעלי גנים המאפשרים שרידות והעמדת צאצאים טובה יותר, יעבירו את הגנים שלהם לצאצאים רבים יותר מפרטים אחרים. כיוון שכך, תלך ותגדל השכיחות באוכלוסייה של האללים של אותם הפרטים המתאימים לשרידות, בעוד ששכיחות האללים של הפרטים המותאמים פחות לסביבה, תלך ותקטן. לאורך דורות רבים, תהפוך האוכלוסייה מותאמת יותר ויותר לסביבת החיים גנוטיפית ופנוטיפית. תהליך זה מכונה הברירה הטבעית.

את תיאוריית הברירה הטבעית הגו צ'ארלס דרווין ועמיתו אלפרד ראסל וואלאס ב-1859, והבנתו הייתה שלב חשוב בהתפתחות תאוריות הביולוגיה המודרנית. חשוב להדגיש כי תיאוריית "מוצא המינים" הטוענת ליצירת עולם החי במשך זמן רב בצורה טבעית ואקראית וללא יד מכוונת, היא תיאוריה רחבה ומקיפה המכילה בתוכה מנגנונים משוערים שונים, אשר מנגנון הברירה הטבעית הוא אחד מהם. אולם בעוד שמנגנון הברירה הטבעית הוכח ונצפה גם בטווחי זמן קצרים ובתוך מספר דורות מועט, תיאוריית האבולוציה של עולם החי מכילה מנגנונים נוספים מתחומים אחרים אשר הכרחיים לצורך קיומה של התיאוריה כולה, ואין בהוכחת קיומו של מנגנון הברירה הטבעית אישוש לנכונותה של תאורית התפתחות המינים של דרווין.

רקע

בכל אוכלוסיית יצורים יש מגוון טבעי של תכונות. ישנם פרטים בעלי תכונות מותאמות יותר לסביבתם, המסייעות להם לשרוד ולהעמיד צאצאים. חלק מהתכונות האלה הן תורשתיות, ולמי שמעמיד הרבה צאצאים יש סיכוי גדול יותר להוריש להם תכונות אלה. באופן דומה, פרטים בעלי תכונות שמזיקות להם בסביבתם מתקשים להעמיד צאצאים ומתקשים להוריש את תכונותיהם התורשתיות. לכן, באוכלוסיות גדולות שטרם הגיעו לשיווי משקל אבולוציוני בנישה מסוימת, יש סיכוי טוב שבכל דור האוכלוסייה תהיה מותאמת יותר בתכונותיה בסביבה זו.

בשל הברירה הטבעית, לאורך דורות רבים, מינים דומים ואוכלוסיות נפרדות של אותו המין יכולים להפוך לבעלי תכונות שונות זה מזה, בייחוד אם הם מתפצלים לנישות אקולוגיות שונות.

רעיון הברירה הטבעית הוצע לפני שהתפתחה תורת התורשה המודרנית, המסבירה כיצד מעבירים ההורים תכונות לצאצאיהם וכיצד נוצר מגוון בתכונות אלה. התפתחות הגנטיקה הקלאסית והמולקולרית במאה ה-20 השלימו את החוסר הזה.

הנחות הברירה הטבעית

ארבע ההנחות (פוסטולטים) של הברירה הטבעית הם:

פרטים שונים בתוך אותו מין שונים זה מזה
חלק מהשונות הזאת מועברת בתורשה לצאצאיהם
בכל דור נוצרים (או נולדים) יותר פרטים מאלה המסוגלים לשרוד
ההישרדות והרבייה של פרטים אינה אקראית. הפרטים שמצליחים לשרוד ולהתרבות, או אלה שמצליחים להתרבות הכי הרבה, הם הפרטים שלהם התכונות המתאימות ביותר.

כך משתנים מאפייני האוכלוסייה מדור לדור. רק חלק מהפרטים זוכים לשרוד ולהתרבות (הנחה 3); הפרטים שזכו לשרוד ולהתרבות הם בעלי תכונות מסוימות, שעזרו להם לשרוד (הנחה 4); הם מורישים את התכונות האלה לצאצאיהם (הנחה 2). לכן בדור הבא תכונות מועילות אלה יהיו נפוצות יותר. לכן שכיחות תכונות שונות משתנה באופן הדרגתי ומתמשך באוכלוסייה. האבולוציה של האוכלוסייה מתרחשת כתוצאה מהשפעת הברירה הטבעית על פרטים באותה אוכלוסייה.

הנחות אלה נחשבות לתאוריה מדעית תקפה מכיוון שהן קיבלו אישושים רבים על ידי ניסויים ותצפיות רבות. ומחקרים שנערכו ב-150 השנה שחלפו מאז ניסח דרווין את ההנחות האלו מחזקים את נכונות התאוריה. התאוריה היא בעלת כוח חיזוי בהקשרים רבים (כמו התמיינות עץ החיים, מציאת מינים חדשים, דרך השתנות של אוכלוסייות שהגיעו למקומות חדשים ועוד). במקביל, ניסיונות שונים לקעקע את התאוריה או להציע לה חלופות לא הצליחו להתבסס. עם הזמן התקיימו גם מספר סינתזות בין התאוריה הזו לבין תחומים נוספים (כמו פיזיקה, כימיה, גנטיקה, אמבריולוגיה, אקולוגיה) שמאוששים אותה.

ברירה של פנוטיפ וגנוטיפ

התאוריה הגנטית מבחינה בין גנוטיפ, שהוא הפוטנציאל הגנטי של הייצור, והפנוטיפ, שהוא התכונות המתבטאות בו בפועל. לדוגמה, 'עיניים כחולות' הוא תיאור של פנוטיפ. הגנוטיפ, בהקשר צבע העיניים, הוא אוסף הגנים המשתתפים בקביעת צבע העיניים. הפנוטיפ נקבע על ידי הגנוטיפ, אבל מושפע גם מגורמים סביבתיים שונים. הברירה הטבעית פועלת במשולב על הפנוטיפ והגנוטיפ. הפנוטיפ הוא שמשפיע על יכולת השרידה וההתרבות, ולכן הוא שנברר לעבור לדור הבא; אבל מה שעובר בפועל לדור הבא הוא הגנוטיפ, שהוא הרכיב התורשתי.

פיתוח תיאוריית הברירה הטבעית

צ'ארלס דרווין נחשב להוגה הרעיון כי הברירה הטבעית היא התהליך העיקרי שהוביל את התפתחות המינים על פני כדור הארץ על ידי ברירת המוטציות והגנים המשובחים שנוצרו בצורה אקראית במינים הקיימים.

דרווין החל לפתח רעיונות אלו אחרי שחזר ממסעו על ה"ביגל" ב-1836, ואף על פי שברשימותיו רעיון הברירה הטבעית מופיע כבר בספטמבר 1838, הרי שיעברו עוד שנים רבות עד שיעז לפרסם אותו. ב-1842 העלה לראשונה את מחשבותיו על הנייר, אך מלבד כמה חברים קרובים, איש לא קרא את החיבור הזה. במשך שנים שקד דרווין על ספר עב כרס שיפרט וידגים את רעיונותיו באשר להתפתחות המינים בצורה מקיפה, אך מעולם לא סיים אותו. בסופו של דבר, בשנת 1858, אחרי שנודע לדרווין כי חוקר צעיר בשם אלפרד וואלס כתב מסה משלו אודות ההתפתחות הגנטית על ידי ברירה טבעית, נאות דרווין לפרסם את רעיונותיו, ראשית במאמר קצר שהתפרסם בחברה הליניאית בלונדון יחד עם מאמרו של וואלס, ושנה לאחר מכן בספרו "מוצא המינים", שדרווין ראה בו תקציר של הספר שתכנן אך לא סיים.

רעיון הברירה הטבעית התקבל במהירות בקרב הקהילה המדעית באותה התקופה, אך הסברה שהתפתחות מינים מתרחשת בעיקר על ידי מוטציות אקראיות וברירה טבעית הייתה קשה יותר לקבלה, בשל חוסר במנגנון ביולוגי שמייצר את אותם השינויים בקרב המינים או בשל קצב ההשתנות האיטי מאוד של המינים הנדרש. בנוסף, רבים בקהילה המדעית ומחוץ לה התנגדו לתיאוריה שהתפתחות עושר המינים הקיים על הארץ היא אקראית, ובפרט בנוגע להתפתחות האדם. דרווין ככל הנראה חזה את הבעיה הזו או אולי אף הזדהה איתה בעצמו, והשמיט לגמרי כל דיון במוצאו של האדם מספרו.

רק לאחר התפתחותה של הגנטיקה בתחילת המאה ה-20 התברר כי אכן יש מנגנון תורשתי לתכונות של אורגניזמים שגם מאפשר שינויים בין פרט לפרט על ידי מוטציות. רעיונות אלו, שזכו לתיאור מתמטי מבוסס, החזירו את רעיון הברירה הטבעית למוטציות אקראיות של דרווין, למרכז הבמה של הביולוגיה האבולוציונית. עם זאת, עדין קיימים קשיים רבים על תאוריית דרווין ועל התאוריה הנאו-דרווניסטית כגון אי המצאותם של חוליות ביניים באף שכבה גאולוגית והעלמות פתאומית של מינים שונים. יש לשים לב לעובדה כי מנגנון הברירה הטבעית אינו "יוצר" גן משובח, אלא רק גורם לכך שהגן המשובח יתרבה יותר מהגן הנחות. ישנו הבדל מהותי בין מושג הברירה הטבעית, שהיא עובדה שניתן לראותה לרוב ולהוכיחה (כמו במקרה האבולוציה של העש המפולפל), לבין כלל תיאוריית מוצא המינים האבולוציונית שהיא יומרנית, חסרה חוליות רבות ושנויה במחלוקת.

ברירה מלאכותית

ערך מורחב – ברירה מלאכותית

את ספרו מוצא המינים פותח דרווין בתיאור התהליכים שבהם בני אדם השביחו במהלך ההיסטוריה האנושית זנים שונים של צמחים ובעלי חיים והתאימו אותם לצרכיהם. חקלאים ומגדלים בחרו במודע להרבות פרטים בעלי תכונות מועילות, ולא הרבו, או השמידו ממש, פרטים מתאימים פחות.

את תוצאות התהליך אנחנו יכולים לראות בכל המינים המבויתים, כמו חיטה, אפונה, כלבים, תרנגולים ובקר. דרווין קרא לתהליך זה "ברירה מלאכותית", והסביר באמצעותו את התהליך הדומה שמתרחש באופן טבעי, "ברירה טבעית". תהליך הברירה המלאכותית מהיר הרבה יותר מרוב תהליכי הברירה הטבעית, מפני שסיכויי השרידה של פרטים לא מתאימים נמוכים ביותר.

ברירה של מין אחד באמצעות מין אחר, או יצור אחד באמצעות יצור אחר אינה מוגבלת רק לאדם. בספר ההצגה הגדולה בתבל, מדגים ריצארד דוקניס מקרים של בברירה של בעלי חיים וצמחים בידי בעלי חיים אחרים – ברירה של פרחים בידי חרקים, ברירה של פסיונים בידי בני זוג, ברירה של נטרפים על ידי טורפים ושל טורפים בידי נטרפים. בניגוד לברירה מלאכותית אין כאן תהליך מכוון, אולם הדבר מסייע להבין כיצד תכונות או פעולות של יצור אחד יכולות להשפיע על סיכוי ההשרדות או ההתרבות של יצור אחר.

ברירה טבעית בהשפעה עקיפה של האדם

ערך מורחב – אירוע ההכחדה בהולוקן

במגוון נסיבות משפיע האדם על התפתחותם והתאמתם של מינים, ללא כוונה ישירה, על ידי יצירת תנאי מחיה קיצוניים אשר משפיעים, לעיתים באופן דרמטי, על בעלי החיים המתקיימים בסביבה.

דוגמה לכך ניתן למצוא בערים הגדולות, אשר מכילות שילוב קיצוני של סיכון והזדמנות למינים רבים החיים בשטחן, דוגמת חרקים או עופות. במטא-אנליזה של יותר מ-1,600 תיאורי מקרים, שפורסמה בשנת 2017 בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences USA, קבוצת חוקרים בראשות מרטינה אלברטי מאוניברסיטת וושינגטון מצאה סימן ברור לכך שעיור אכן מאיץ את האבולוציה^[1].

דוגמה נרחבת הרבה יותר קיימת בהקשר של הכחדות המוניות עקב פעילות האדם. עוד לפני אלפי שנים, נדידת האדם אל מחוץ לאפריקה מקומות כמו אסיה, אוסטרליה ודרום אמריקה הובילה להכחדה נרחבת של מינים רבים שחיו בהם - בעיקר בעקבות ציד של מיני בעלי חיים גדולים. כיום מתקיים אירוע הכחדה המוני נוסף - אירוע ההכחדה בהולוקן שבו שינויים שנגרמים על ידי האדם - ביניהם ברוא יערות לשם השגת שטחי חקלאות, ציד, דיג, זיהום, ושינויים בזרמים ביוגאוכימיים גורמים להרס או לשינוי של מערכות אקולוגיות קיימות, באופן שמחסל נישות אקולוגיות שבהן התקיימו מינים רבים. האיגוד הבינלאומי לשימור טבע תיעד את הכחדתם של 784 מינים מאז שנת 1500 לספירה, ועד 2012. עם זאת היות שרוב ההכחדות הן כנראה בלתי מתועדות, מדענים מעריכים כי במשך המאה ה-20 נכחדו בין 20,000 ל-2 מיליון מינים, אבל לא ניתן לקבוע את המספר באופן מדויק יותר ברמת הידע הנוכחית.