מאי 22 2016

איך המאובנים מוכיחים את האבולוציה

מאת בשעה 15:15 נושאים ביולוגיה אבולוציונית

[1,490 מילים]

לפני יומיים, ב-20 לחודש, היה יום השנה לפטירתו של סטיבן ג'יי גולד, אחד מגדולי הביולוגים האבולוציוניים במאה ה-20. גולד היה חוקר מאובנים מבריק ותרם פיתוחים תאורטיים ומעשיים רבים לביולוגיה האבולוציונית. הוא היה כותב פורה, שלא בחל בכתיבת מדע פופולרי, למרות הסנוביות שהיתה נפוצה בקרב מדענים באותה תקופה.

הספרות העשירה הזאת הפכה אותו, בחייו וגם אחרי מותו, לקרבן של כריית ציטוטים. מכחישי אבולוציה אוהבים להוציא את דבריו מהקשרם, כך שמי שהיה האביר הגדול של הביולוגיה האבולוציונית מוצג כתומך בהכחשת אבולוציה. האבסורד מיידי לכל מי שמכיר את חייו ופועלו.

גולד עשה הרבה בחייו כדי לקדם את הבנת האבולוציה בקרב הציבור הרחב. זה בדיוק מה שהרשומה הזאת תנסה לעשות, בקטנה. היא מוקדשת לו בהערכה רבה.

המאובנים שאמורים להיות

מחקר מדעי נערך באותו אופן כבר מאות שנים. מגבשים השערות לאור הידוע על הטבע. מתוך ההשערות האלו מייצרים ציפיות, לגבי מה שאנחנו אמורים למצוא בטבע. הולכים לטבע ובודקים אם הציפיות שלנו תואמות למציאות. אם אין התאמה, זוקפים זאת לחובת ההשערה. אם יש התאמה, סופרים זאת כראיה לטובתה.

התיאור הזה פשטני. הפרטים משנים לא מעט פעמים, אבל לא בנושאים שאזכיר היום. השורה התחתונה היא שהביולוגיה האבולוציונית היא תחום מדעי. העוסקים בו מחייבים את עצמם לאותו תהליך שתיארתי למעלה, על כל המורכבויות שלו. בין השאר, גם בכל הקשור לתיעוד המאובנים, אוסף של מאובנים שגילינו בבטן האדמה.

עיקרון מרכזי בביולוגיה אבולוציונית הוא ששינויים אבולוציוניים הם בדרך כלל קטנים. צורות ביניים רבות מקשרות בין האב קדמון למין שקיים כיום, צורות ביניים שכל אחת מהן שונה רק במקצת מקודמתה, אם בכלל. רק במבט מלמעלה על כל שרשרת הצורות, מהאב הקדמון למין המודרני, ניתן להבחין במגמת ההשתנות.

מהרעיון הזה מאד מפתה להפיק ציפיות לגבי תיעוד המאובנים. ואכן, רבים נכנעו לפיתוי. קל להסיק שאנחנו אמורים למצוא את כל, רוב או חלק משמעותי של צורות הביניים הללו, מיוצגות כמאובנים, קבורות בבטן האדמה. זאת טעות. מה שקורה בבטן האדמה מושפע לא רק על ידי האירועים הביולוגיים שהתרחשו בכדור הארץ. הוא גם התוצר של תהליכים גאולוגיים ידועים.

דרווין ידע זאת. כבר במהדורה הראשונה של "מוצא המינים", הוא הקדיש שני פרקים לתיעוד המאובנים. הוא סקר תהליכים גאולוגיים שהיו ידועים בזמנו ואת האופן בו הם ישפיעו על היווצרותם של מאובנים. כבר אז היה ברור שהדרך בין חיים קדומים למגירת המוזיאון היא דרך רצופה בתלאות.

כדי שהתאבנות תתרחש, דרושים כמה נסיבות לא נפוצות. בתור התחלה, הגופה של האורגניזם צריכה להימצא במקום בו היא תהיה מוגנת מפגעי הטבע. אוכלי נבלות, רוח, אש, מים ושאר מרעין ובישין אחרים יכולים להעלים גופה, במלוא מובן המילה. אפילו אם נוצר מאובן, הוא צריך לשרוד באדמה עד שנמצא אותו. שם הוא חשוף לפגעי הפעילות הגאולוגית של כדור הארץ, פעילות שדוחסת, מעוותת, מחממת, מפוררת ובכלליות עושה הכל כדי להשמיד מאובנים. אחרי כל זה, חוקרי מאובנים צריכים למצוא את המאובן. אני לא צריך לספר לכם שכדור הארץ גדול, ולא פשוט בכלל למצוא בו מאובן.

מאז דרווין, מדענים הקדישו הרבה זמן לחקר הגורמים השונים שמשפיעים על התאבנות. זה תחום עם שם משלו, טפונומיה. הוא משלב גורמים ביולוגיים, כמו אבולוציה, יחד עם גורמים פיזיקליים, כימיים וגאולוגיים כדי לגבש ציפיות על תיעוד המאובנים.

זה בדיוק מה שעלינו לעשות. עלינו להסתכל על מכלול הגורמים שמשפיעים על תיעוד המאובנים. כשעושים זאת, ברור שאין לנו סיבה לצפות שכל או אפילו רוב צורות הביניים שהיו קיימות בין אב קדמון לצאצאים האבולוציוניים שלו שחיים כיום. נוכל לצפות למצוא רק נציגים בודדים, אם בכלל, מתוך מאות או אלפי צורות המעבר שהיו קיימות (ראו תרשים להמחשה). ההבדל בין צורות הביניים האלו לא יהיה קטן, כמעט בלתי מורגש. למעשה, הן עשויות להיות כה שונות אחת מהשניה עד שנוכל לסווג אותן כמינים שונים.

זאת בדיוק הציפיה שהיתה לדרווין. וכמובן, הציפיה הזאת היא לא פחות ציפיה אבולוציונית משהיא ציפיה גאולוגית, כימית ופיזיקלית. אחרי הכל, בהעדר אבולוציה, אין לנו שום סיבה לצפות למצוא אפילו את זה.

אבולוציה ומאובנים - תרשים להמחשה. כל נקודה בתרשים הזה מייצגת צורת ביניים. שינוי הצבע ההדרגתי ממחיש את איטיות והדרגתיות השינוי האבולוציוני לאורך זמן. המזלגות בגרף מדגימות את תהליך הפיצול. הנקודות השחורות מייצגות את צורות הביניים שנמצאו בקרקע.

אבולוציה ומאובנים – תרשים להמחשה. כל נקודה בתרשים מייצגת צורת ביניים. שינוי הצבע ההדרגתי ממחיש את איטיות והדרגתיות השינוי האבולוציוני לאורך זמן. הצמתים בגרף ממחישות פיצול אבולוציוני, שאחריו כל שושלת מתפתחת באופן עצמאי מהשניה. הנתונים שנמצאים בידיהם של חוקרי מאובנים הם המינים החיים ששרדו עד ימינו והמאובנים שהם מצאו באדמה (ריבועים). מכל שושלת, רק מעט צורות ביניים שורדות.

המאובנים שיש

אחרי ההקדמה הזאת, אנחנו מוכנים לדבר על השאלה הכי חשובה. האם מה שנמצא בתיעוד המאובנים מתאים לציפיה שלנו? כן, המאובנים בתיעוד המאובנים מתאימים לציפיה הזאת. אפשר להביא לא מעט דוגמאות כאלו. לסקירה של כאלו דוגמאות, אני ממליץ על הספר הנפלא של דונלד פרותרו, Evolution: What the Fossils Say and Why it Matters. הוא קטלוג כתוב היטב של מאובני מעבר. מקווה שהוא יתורגם לעברית בעתיד (אני מסתכל עליכם, מו"לים).

בתור מנת פתיחה, מתאבן אם תרצו, אציג כמה ממאובני המעבר הכי אייקונים ומאוחר יותר אתן לכם טעימה מהמנה העיקרית. אתחיל מארכאופטריקס (Archaeopteryx). חוליות עמוד השדרה של המאובן הזה דומות לאלו של דינוזאורים מקבוצת התרפודים, ושונה משל עופות. הגולגולת שלו מחוברת לצוואר מאחור כמו בדינוזאורים, ולא ממלמטה כמו בעופות. כמו דינוזאורים, יש לו זנב שעשוי מעצם, אך הוא מאד קצר. יש לו שיניים בחניכיים, תכונה שאין לאף עוף שחי כיום אך נפוצה בקרב דינוזאורים. עצמות הלסת שלו אמנם מאורכות כמו מקור של עוף, אבל עדיין לא באמת מהוות מקור. יש לו נוצות והאגודל שלו הפוך, כמו בעופות. עצמות הבריח שלו מאוחות, כמו בעופות.

זאת רק רשימה חלקית של תכונות. השורה התחתונה היא שבכל צורה בה מסתכלים על זה, ארכאופטריקס הוא די מה שנצפה מצורת ביניים בין עופות ודינוזאורים. הוא פסיפס של תכונות "עופיות" ודינוזאוריות. יש לו תכונות מאד דינוזאוריות, תכונות מאד "עופיות" ותכונות שנמצאות איפשהו באמצע, בין לבין. קל למקם אותו איפשהו במרחב הלא-ברור שבין עופות מודרניים לדינוזאורים תרפודים עתיקים.

ארכיאופטריקס. תמונה באדיבות ויקימדיה.

אחד ממאובני ארכיאופטריקס (תמונה באדיבות ויקימדיה)

הדוגמא השניה היא טיקטאליק (Tiktaalik). למאובן הזה היו קשקשים הדומים לאלו של דגים. הלסת התחתונה שלו ותקרת הפה דומים לאלו שמצויים אצל דגים. פרק כף היד ופרק הרגל שלו דומה הרבה יותר למה שמצוי אצל בבעלי חוליות יבשתיים, מאשר לדגים. לצוואר שלו היה מפרק שהקנה חופש תנועה לגולגולת, כמו בבעלי חוליות יבשתיים ובשונה מדגים. מבנה האוזן שלו איפשר לו לשמוע במים וביבשה. גם טיקטאליק הוא פסיפס של תכונות. חלקן מאד דומות לתכונות של דג, אחרות מאד דומות לתכונות של בעלי חוליות יבשתיים, ואחרות נמצאות איפשהו באמצע. זה בדיוק מה שנצפה ממאובן מעבר בין דגים ובעלי חוליות יבשתיים.

תמונה באדיבות ויקימדיה (Eduard Solà, Creative Commons licence)

מאובן טיקטאליק (תמונה באדיבות ויקימדיה. קרדיט ל-Eduard Solà. רישיון: Creative Commons. לפרטים)

צורות ביניים כמו ארכיאופטריקס וטיקטאליק מאד נפוצות בתיעוד המאובנים. כשמדענים רוצים לאמוד את מידת הקרבה האבולוציונית בינם, כבר אי אפשר לעבוד עם העין ולהסיק מסקנות בעזרת הרשמים שלנו. זה נפלא להתרשם מפסיפס התכונות הזה במסגרת מדע פופולרי. אין שום דבר רע בזה וכך היו נוהגים חוקרי מאובנים בעבר. עדיין, בביולוגיה אבולוציונית כמו בכל המדעים שואפים להיות מסוגלים לכמת ולמדוד את הקרבה האבולוציונית בין מינים. רוצים להימנע מהשימוש ברשמים, רגשות ותחושות. הם מתכון לטעויות. בימינו, זאת הנורמה בתחום.

יותר מזה, לרוב אנחנו רוצים לאמוד את הקרבה האבולוציונית בין הרבה מאובנים. אנחנו מחפשים דפוס בתיעוד המאובנים, לא מאובנים בודדים. לכל אחד מהם יש מאות ואפילו אלפי תכונות אנטומיות בהן אפשר להשתמש כדי לאמוד את הקרבה האבולוציונית בין המאובנים השונים. זה עושר יוצא דופן, מסוג הדברים שמאד קשה לחשב ביד.

מכל הסיבות האלו, חוקרי מאובנים עובדים עם מודלים סטטיסטיים שרצים על מחשבים. התוצאה הסופית של מודל כזה, היא עץ אבולוציוני שמייצג את הקרבה בין המאובנים והמינים החיים השונים. חשוב מזה, השימוש במודלים סטטיסטיים מאפשר לחוקרי מאובנים לדעת עד כמה אנחנו יכולים להיות בטוחים שהתוצאה הסופית מדויקת.

התוצאה של כאלו עבודות היא מדהימה בעיני. שוב ושוב, הן מדגימות דפוס אמתי שנמצא בתיעוד המאובנים, דפוס שבבירור מתאים לציפיה שלנו. יש שפע כאלו תוצאות בספרות ורציתי לפרסם כאן אחד מהם. לצערי, בגלל בעיות זכויות יוצרים, לא אוכל לפרסם את העץ האבולוציוני עצמו. אני כן רוצה לתת לכם הזדמנות לראות אותו בעצמכם. אתם מוזמנים להיכנס למחקר ולראות בעיניכם את העץ (תרשים ראשון, עמוד רביעי). הוא מייצג את הקרבה האבולוציונית בין יותר מחמש עשרה נציגים של קבוצות שונות של דינוזאורים ועופות. הוא מבוסס על התוצאות של כמה מחקרים שונים, שבחנו מאות תכונות אנטומיות של מאובני דינוזאורים ועופות.

גם בלי להבין את הסטטיסטיקה והביולוגיה שעליה מבוססת העבודה הזאת, תוכלו להתרשם בקלות מהתוצאה הסופית. עברו על האיורים האנטומיים מלמעלה למטה. הדפוס מאד ברור. ככל שיורדים למטה, המאובנים הולכים ונהיים יותר דומים לעופות מודרניים ופחות דומים לדינוזאורים. חשוב מזה, השינוי הזה עקבי עם הקרבה האבולוציונית בין מינים. דרך קלה להתרשם מזה, היא לעקוב עם האצבע או העכבר על המסלול מהעופות, בתחתית העץ, אל כל אחד מהתרשימים האחרים בעץ. המגמה ברורה. ככל שהמסלול שתעבור האצבע שלכם יותר ארוך, כך המאובן אליו תגיעו פחות דומה לעוף.

תרשימים כאלו פשוט גורמים לי לחייך.

סיכום

כבר עשרות שנים, אף חוקר מאובנים כבר לא שואל את עצמו האם תיעוד המאובנים מתאים למה שנצפה בהינתן שאבולוציה קרתה. זה כבר הוכרע והמסקנה ברורה אפילו מהיכרות שטחית עם ספרות המחקר בתחום. כיום, תיעוד המאובנים משמש ככלי בביולוגיה אבולוציונית והשאלות עליהן הוא עונה הן ספציפיות יותר. אלו שאלות על דפוסים של שינוי אבולוציוני בעבר הרחוק של כדור הארץ ועל החשיבות של מנגנונים אבולוציוניים שונים בעיצוב ההיסטוריה האבולוציונית.

ככזה, תיעוד המאובנים מייצג הישג אדיר. אחרי שנים של חפירות, התגלו מיליוני מאובנים. עושר המידע הזה מאתגר. כל מאובן כזה צריך לנתח, ללמוד ולשים אותו בהקשר גאולוגי וביולוגי על מנת לחשוף מה שהוא אומר לנו על העבר האבולוציוני שלנו ועל המנגנונים של אבולוציה. שיפור הטכנולוגיה שזמינה למדענים האיצה את התהליך, אבל יש עוד הרבה עבודה. זאת חזית המחקר. נותר לי רק לאחל בהצלחה למי שעוסקים בתחום ולהינות מפירות הזיעה שלהם.

מקורות וקריאה להרחבה

הספר של דונלד פרותרו, Evolution: What the Fossils Say and Why it Matters, הוא אחד הספרים הטובים ביותר שאני מכיר בתחום. הוא כתוב ברמת מדע פופולרי. לצערי, הוא (עוד) לא תורגם לעברית.

המידע על דינוזאורים ומאובנים נלקח ברובו מפרותרו ומהספר Encyclopedia of Dinosaurs של קווין פאדיאן ופיליפ קורי. זה ספר אקדמי והמחיר שלו בהתאם. ממליץ להשאיל אותו מהספריה, אלא אם כן יש לכם כסף מיותר. שימו לב שהספר מניח היכרות עם מונחים מתקדמים בביולוגיה אבולוציונית. זה לא ספר מדע פופולרי.

המידע על טיקטאליק נלקח מצמד המחקרים המכוננים שפירסם ב-2006 ניל שובין, חוקר המאובנים שגילה אותו. שובין פירסם את "הדג שבתוכנו", ספר מדע פופולרי מאד מוצלח, שמתאר איך הוא גילה את טיקטאליק ומספק שלל מידע מעניין על המאובן ועל האבולוציה של בעלי חוליות יבשתיים.

במסגרת ההכנה לרשומה הזאת, גיליתי ספר די מדהים על טפונומיה. Taphonomy: A Process Approach של רונלד מרטין. קראתי מובאות מתוכו ולמדתי המון דברים שבכלל לא ידעתי שאפשר או צריך לדעת. חומר די מדהים ומעניין, לפחות אותי.

מי שמתעניין בניתוח קשרים אבולוציוניים בין מאובנים, מוזמן לעיין בספרות הרלוונטית. מבוא מעולה לתחום, ברמה אקדמית, הוא הספר Phylogenetics: Theory and Practice of Phylogenetic Systematics של אדוארד אורלנדו ווילי וברוס ליברמן. זה ספר ממנו למדתי בזמנו. הוא די טוב, אך שוב יקר ודורש ידע מוקדם. לאנשים שמתים על ביולוגיה בלבד.

7 תגובות

7 תגובות לפוסט “איך המאובנים מוכיחים את האבולוציה”

  1. אהוד אמירבתאריך 23 מאי 2016 בשעה 13:29

    יופי של טור. תודה. נראה לי שגם הקואלקנת יכול להיכנס פה:

    https://en.wikipedia.org/wiki/Coelacanth

  2. האווי לאסוףבתאריך 26 מאי 2016 בשעה 13:03

    מעניין מאוד, ועל הדרך גם גיליתי את הבלוג שלך, שעושה רושם כי יהפוך לתחנה קבועה אצלי.
    תודה רבה

  3. יעקבבתאריך 26 מאי 2016 בשעה 16:40

    מה השורה התחתונה בפוסט?

  4. אתולוגיקהבתאריך 26 מאי 2016 בשעה 18:02

    @אהוד אמיר והאווי לאסוף: תודה על השבחים!

    @יעקב: השורה התחתונה היא שתיעוד המאובנים מהווה ראיה לאבולוציה.

  5. יעקבבתאריך 26 מאי 2016 בשעה 18:27

    אוקיי ומה המשמעות ליהודי מאמין בבריאה יש מאין?

  6. אתולוגיקהבתאריך 26 מאי 2016 בשעה 20:44

    @יעקב: המשמעות היא שתיעוד המאובנים מהווה ראיה אבולוציה.

    אתה רוצה לדבר על ההשלכות של הביולוגיה האבולוציוניות על כל מיני סוגיות דתיות. תהיה לך הזדמנות להגיב על זה בפוסטים שיעסקו בזה בעתיד. הפוסט הזה לא עוסק בזה.

  7. SilentMikeבתאריך 30 מאי 2016 בשעה 07:14

    תודה רבה על המאמר על אבולוציית העופות. יתכן ויועיל בעתיד.

כתובת טרקבק |