מעט חינוך אבולוציוני: המיתוס של האקראיות האבולוציונית (חלק י')

תוכן העניינים של סדרה זאת נמצא במאמר המבוא שלה.

חבר הפנה אותי לדיון בטוויטר על אבולוציה. טוויטר הוא לא מקום טוב לדיונים כאלו. הוא מכריח את המשתמשים בו לקצר, ולרוב קוצר היריעה יוצר קצר בהבנה. למשל, אני לא מבין למה חתר מכחיש האבולוציה התורן, כשכתב בדיון הטוויטר הזה:

ברירה טבעית אינה אבולוציה. נקודה. זהו מנגנון ברירה, כשמו. גם על פי תיאוריית האבולוציה, האבולוציה עצמה היא תהליך אקראי שמביא להתפתחות גנטית. והברירה הטבעית היא רק המבחן שקובע מי שורד. כלומר, המקסימום שאפשר לומר עליה זה שהיא קובעת את ה pool הגנטי הקיים בכל רגע נתון. להביא דוגמה של ברירה טבעית זה להביא דוגמה של… נכון, ברירה טבעית. לא של הליך התפתחות אבולוציונית, שהיא הליך נפרד. ברירה טבעית מתקיימת גם בלי אבולוציה.

ובכן, אני מכיר כמה מהמילים האלו. ברירה טבעית, אבולוציה, התפתחות גנטית, בריכת גנים ("pool גנטי") – כולם מושגים די מקובלים בביולוגיה אבולוציונית. אם אני מניח את המשמעויות המוכרות לי שלהם, אין לי מושג מה קראתי. מבחינתי זה כמו לנסות למצוא משמעות במשפט "רעיונות ירוקים וחסרי צבע חולמים בזעם".

לא בא לי להיות הברוך אסולין של הטוויטר ואין לי כוח לכתוב פירוש רש"י על נגיסוני התובנות של מיקרו-בלוגרים. במקום, אעשה קצת פריסטייל. אפשר לזהות בדיון הזה בטוויטר את צילם של כמה טענות שפופולריות מאד בקרב מכחישי אבולוציה:

  1. אבולוציה היא תהליך אקראי.
  2. שינויים אבולוציוניים קטנים, מיקרואבולוציה, אכן קורים ולא נמצאים במחלוקת. המחלוקת היא על טיב הראיות למקרואבולוציה, לשינויים אבולוציוניים גדולים. הן גרועות.
  3. הביולוגיה האבולוציונית נופלת מתחת לרף הגבוה של תיאוריות מתחום הפיזיקה, הכימיה והמדעים המדויקים. בפרט, בניגוד לתיאוריות אלו, לאבולוציה אין רקע מתמטי חזק והאישושים המעבדתיים שלה נופלים באיכותם.

בשבילי, זאת סיבה למסיבה. אנצל את ההזדמנות ואעבור על כל אחד מהטענות האלו בפני עצמן. ברשומה הזאת אעסוק בטענה הראשונה ואשמור את שתי האחרות לרשומות הבאות.

האקראיות בפי מכחישי האבולוציה

בדרך כלל, מכחישי אבולוציה לא סתם מתארים את האבולוציה כתהליך אקראי, כאילו מדובר בתיאור יבש של המציאות. הם מאשימים אותה באקראיות, זוקפים אותה לחובתה. בדרך כלל, הם מסיקים מה"אקראיות" של האבולוציה שהיא תהליך שלא באמת יכול ליצור את עולם החי המוכר לנו. איך תהליך אקראי יכול ליצור את המורכבות של התא החי, את ההרמוניה הדינמית שבין מרכיביו השונים? איך מתוך אקראיות יכולים להתקבל יחסי הגומלין הסבוכים שבין צמחים, חיות ומיקרואורגניזמים החיים בשטח משותף, את הבלאגן הקטלני, אך יפהפה, שביחסים שבין האוכל והנאכל? איך יתכן שאקראיות יצרה את ההתאמות המרהיבות של אורגניזמים לסביבתם?

המשותף לכל השאלות האלו הוא שהן לא טיעונים. הן נחות על ההנחה שהאבולוציה היא תהליך ש"אקראי" באיזה מובן מעורפל ולא ברור של "אקראיות". כשנקודת ההתחלה כה מעורפלת, קשה לבנות טיעון ברור שמראה שאכן תהליך האבולוציה לא יכול היה ליצור את עולם החי המוכר לנו. אפשר, ואפילו הרבה יותר קל, לשאול שאלות טעונות. לחילופין, אפשר לתאר את נפלאות עולם החי ולטעון, ללא ביסוס אמיתי, שהאבולוציה לא היתה יכולה ליצור אותם. בשני המקרים הקורא לא צריך באמת להבין באיזה מובן אבולוציה היא "אקראית", אם בכלל, כדי לקבל את הרושם שהיא לא מסוגלת ליצור את ה"הרמוניה הדינמית", "הבלאגן הקטלני, אך יפהפה" או ה"התאמות המרהיבות" הללו. הוא רק צריך שתהיה לו אסוציאציה מעורפלת בין המילים "תהליך אקראי" ובין הרעיון שתהליך כזה לא יכול ליצור תופעות טבע שמתוארות באופן מרשים.

במקום להסתמך על רגשות מעורפלים, אעשה את העבודה הקשה עצמה ואנסה לענות על השאלות החשובות. באיזה מובן אבולוציה אקראית, אם בכלל? מהן ההשלכות של טבעה ה"אקראי" של האבולוציה? האם אחת מהן היא שהתהליך לא יכול ליצור את עולם החי? זאת לא תהיה עבודה קלה, אך אפשר לומר את השורה התחתונה שלה באופן הבוטה הבא: אבולוציה היא תהליך אקראי באותו מובן שהתחת שלי הוא אקראי – אף מובן ברור. באמת. זה מצחיק שאמרתי תחת, כי זה גס. ועדיין, בכלליות, זאת טענה נכונה.

מה האבולוציה הזאת לכם?

כדי לתהות לגבי אקראיותה של האבולוציה, צריך לקבל קודם מושג כלשהו לגבי האבולוציה עצמה. במבט ממעוף ציפור אפשר לומר שאבולוציה היא תהליך רב-דורי של שינוי בתדירותם של גרסאות שונות של רצפים גנטיים בקרב אוכלוסיות. לכל אורגניזם יש גנום, רצף ארוך של "אותיות". בפחות או יותר כל תא בגוף שלי יש עותק של הגנום שלי. מקטעים מסוימים בגנום שלי הם רצפי "אותיות" ש"מקודדים" הוראות ליצירתם של חלבונים ו-RNA לסוגיהם. אותו דבר נכון לגבי הגנום שלכם ושלכן, קוראים וקוראות. הגנום שלי, שלכם ושלכן הוא ברובו זהה, אך גם שונה במקטעים מסוימים.

כדוגמא לשוני הזה, לי ולשאר התימנים יש מקטע בגנום של שמכיל רצף תקין של החלבון סְחוּגָאז, החלבון שמאפשר להינות מטעמו המשכר של סחוג. בכל שאר האוכלוסיה היהודית בישראל המקטע הזה מכיל בגדול את אותו רצף "אותיות", אך עם שינוי קטן שמנטרל את פעילות החלבון. כתוצאה מזה, הם לא מסוגלים להינות מטעמו המדהים של הסחוג בשקשוקה בלי לסבול מתסמונת האשכנזי הצרוב כל פעם שהם אפילו מריחים שקשוקה.

טוב, נו. לא באמת. סחוגאז הוא חלבון פיקטיבי לחלוטין שבדיתי מלבי. לא יכולתי להתאפק לחזור על הבדיחה הזאת. עדיין, דמיינו לרגע שתיארתי את המציאות בפסקה הקודמת, רק בשביל שאוכל להשתמש בה כדי להדגים מה זאת אבולוציה. כאמור, אבולוציה היא תהליך רב-דורי. נניח שעקבנו אחרי אוכלוסיית התימנים בתימן לאורך השנים, מאבותיי הקדמונים שהגיעו לתימן וייסדו שם קהילה יהודית לתפארת עד כמאתיים שנה קדימה. רק לעשרים אחוז באוכלוסיה המייסדת של הקהילה היה חלבון סחוגאז תקין. לאורך שנות קיומה של האוכלוסיה, אחוז התימנים בעלי סחוגאז תקין (בכחול) עלה וכמובן שבמקביל ירד אחוז התימנים בעלי סחוגאז פגום (בצהוב). בסופו של דבר, אחרי כ-2,500 חודשים, בשורת הסחוג הגיעה לכלל התימנים. לכולם היה סחוגאז תקין.

זאת דוגמא היפותטית לחלוטין שנועדה להמחיש מה זאת אבולוציה. יש לנו אוכלוסיה, אוכלוסיית היהודים בתימן. לאורך הדורות תפוצת רצף הסחוגאז הפעיל השתנתה באוכלוסיה – בקרב הגנומים של התימנים באוכלוסיה, עלתה תדירות הגנומים שבהם יש רצף סחוגאז פעיל, וכמובן שבמקביל ירדה תדירות הגנומים שבהם יש רצף סחוגאז לקוי. למעשה, בגרף למעלה רואים שתפוצת הרצף הפעיל של הסחוגאז אחרי כמאתיים שנה הגיעה למאה אחוז. לכל התימנים באוכלוסיה יש סחוגאז. אמשיך לכתוב אחרי הפסקת ג'חנון.

הגורמים לאבולוציה

עד עכשיו הסברתי מהי אבולוציה, אבל לא נגעתי בגורמים לה. מה גורם לאבולוציה, לשינויים לאורך הדורות בתדירות של גרסאות שונות של רצפים גנטיים בקרב אוכלוסיות? התכונה הכי בסיסית של כל מנגנון אבולוציוני היא שבכל נקודת זמן התדירות של רצפים גנטיים באוכלוסיה היא מעין "עריכה" של תדירותם זמן קצר לפני כן. זה מומחש ויזואלית בדוגמת הסחוגאז. שינוי קטן בזמן (הציר האופקי) מתורגם לשינוי קטן בתדירות הרצף הפעיל של חלבון הסחוגאז באוכלוסיית התימנים (הציר האנכי).

על התכונה הזאת יש להוסיף שתי תכונות חשובות. הראשונה הוא ששונות גנטית נוצרת כל הזמן. כשאבותיי התימנים הקדמונים הביאו ילדים לעולם, הגנום של ילדיהם לא היה שיקוף מדויק של הגנום של הוריהם. בנקודות מסוימות בגנום שלהם, הצאצאים היו שונים מהוריהם. יש שפע מנגנונים ביולוגיים וכימיים ידועים היוצרים את ההבדלים הללו. בהכללה גסה, אתייחס לכולם כ"מוטציות". מוטציות חשובות מאד באבולוציה. בלעדיהן, כל מה שהיה יכול לקרות באבולוציה הוא ירידה ועליה בתדירות של רצפים גנטיים שכבר קיימים. מוטציות אחראיות להיווצרותם של רצפים גנטיים שלא היו קיימים לפני כן באוכלוסיה נתונה או אפילו כאלו שלא קיימים באף אוכלוסיה שהיא בעולם. בזכותן, רצפים גנטיים שתדירותם באוכלוסיה היתה לפני כן אפס מוחלט, נוצרים בפרט אחד לפחות באוכלוסיה.

התכונה השניה היא שלרצפים גנטיים יש לפעמים "כוח סיבתי" והוא יכול להשפיע על תדירותם באוכלוסיה לאורך הדורות. דמיינו שלחלק מאבותיי התימנים הקדמונים היו רצפים גנטיים שאפשרו להם, למשל, לעכל בקלות בצק רווי שומן. בזכותם הם יכלו לצרוך את הג'חנון והקובנה שאכלה האוכלוסיה הלא-יהודית בתימן, ולא הצטרכו לבנות מאפס בארץ חדשה את אורח החיים אליו הם הורגלו בארצם הקודמת. זמינות המזון הובילה לחיים ארוכים יותר שתורגמו לילודה ממוצעת גבוהה יותר בהשוואה לתימנים שלא יכלו לעכל בצק. לאורך הדורות, נולדו יותר ילדים עם רצפים גנטיים בגנום המאפשרים להם לעכל ג'חנון מילדים שאין להם אותם. תדירות הרצפים הגנטיים המאפשרים לעכל ג'חנון הלכה ועלתה עד שהגיעה לקרוב למאה אחוז מהאוכלוסיה. זאת כמובן דוגמא בדויה לחלוטין שנועדה להמחיש את עיקרון הברירה הטבעית: השינוי בתדירות של רצפים גנטיים באוכלוסיה מושפע מכוחם הסיבתי בכך שרצפים שכוחם הסיבתי גורם להגדלת הילודה ייטו להפוך לתדירים יותר באוכלוסיה לאורך הדורות.

אבולוציה, אקראיות והתחת שלי

עכשיו, חמושים בהבנה טובה יותר של אבולוציה, נפנה לשאלה ממנה התחלתי. האם אבולוציה היא תהליך "אקראי"? כאמור, המילה "אקראי" מעורפלת ועלי לעבור על כמה מובנים רלוונטיים שלה ולבדוק האם אבולוציה אכן "אקראית" לפיהם.

בתור התחלה, אסתכל על המובן הבא של אקראיות:

אקראיות אבולוציונית בתוצאות. אבולוציה היא אקראית במובן שכל תוצאה אפשרית של התהליך היא בעלת הסתברות זהה להיווצר במהלכו.

כדי להבין את המובן הזה, עלינו להבין מהן התוצאות האפשריות של תהליך האבולוציה שתיארתי. אבולוציה משנה את התדירויות של רצפים גנטיים באוכלוסיה. למשל, בכל התימנים באוכלוסיה שתיארתי למעלה המקטע בגנום שבו נמצא חלבון הסחוגאז מכיל עותק תקין של החלבון. היפותטית, באותו מקטע בגנום, באותו מיקום, היה יכול להיות כל רצף אחר של ארבע אותיות האל"ף-בי"ת הגנטי. בפועל, תדירותם של גנומים באוכלוסיה הזאת שבהם הרצפים הגנטיים במיקום הזה שונים מהרצף של חלבון הסחוגאז היא אפס מוחלט. ועדיין, לאורך זמן, האם לכולם יש סיכוי זהה להיווצר במהלך האבולוציה של אוכלוסיה?

לא ולא. זכרו שתדירויות הרצפים באוכלוסיה בנקודת זמן מסוימת תלויה בתדירותם זמן קצר קודם לכן, וגם שמוטציות משנות במקצת רצפים גנטיים קיימים. זה אומר שהרבה יותר סביר שרצפים שיחסית דומים לרצף הסחוגאז המקורי יעלו בתדירותם מאשר שרצפים ששונים לחלוטין מרצף הסחוגאז המקורי יעלו בתדירותם מאפס. אפילו אם נניח שמוטציות לא נוצרות באוכלוסיה בכלל, תסריט מגוחך ביולוגית, הגורמים לשינוי בתדירות הרצפים הגנטיים הם לא "הוגנים". אחד החשובים שבהם, הברירה הטבעית, ממש לא אדיש לטבעם של הרצפים הגנטיים שעל תדירותם הוא משפיע. לאורך זמן הוא מגדיל את תדירותם באוכלוסיה של רצפים גנטיים שמשפרים את הילודה בהשוואה לאחרים. בכך הוא מבטיח שלאורך זמן תדירות הרצפים הללו תגדל. במובן האקראיות בתוצאות, אבולוציה היא תהליך אקראי כמו שהתחת שלי אקראי. לא בכלל.

אולי האבולוציה היא אקראית במובן אחר:

אקראיות אבולוציונית בכיוונים. אבולוציה היא אקראית במובן שכל כיוון אפשרי בו תדירות הרצפים הגנטיים באוכלוסיה יכולה להשתנות הוא סביר באותה מידה.

קשה להסביר במילים למה בדיוק הכוונה ב"כיוון" לתהליך הזה, אז אלך על הסבר ממש שטחי. אינטואיטיבית, ה"כיוון" שתהליך האבולוציה "הלך" בו בנקודת זמן מסוימת הוא ההבדל בין תדירות הרצפים הגנטיים באוכלוסיה בנקודת הזמן הזאת ובנקודות הזמן הקרובות לה. למשל, עקבו אחרי הגרף של דוגמת הסחוגאז למעלה. בכל נקודת זמן, תוכלו לראות שהתהליך הלך בכיוון מסוים בהשוואה לנקודת זמן סמוכה: תדירות רצף הסחוגאז הפעיל (בכחול) עלתה או ירדה. ברוב נקודות הזמן, התהליך "הלך" לכיוון עליה בתדירות רצף הסחוגאז הפעיל. אם התמונה האינטואיטיבית הזאת עוזרת לכם להבין למה הכוונה בכיוון, אנחנו מוכנים לתמוה: האם כל כיוון אפשרי באבולוציה סביר באותה מידה?

שוב, לא ולא. יש אינספור נקודות בהן זה בא לידי ביטוי. בתור התחלה, הברירה הטבעית היא מנגנון אבולוציוני שפשוט לא עובד כך. רצפים גנטיים שמשפרים את הילודה "ייטו" לצעוד לכיוון עליה בתדירותם יותר מאשר ירידה. אפילו בהעדר הברירה הטבעית, זה עדיין לא נכון שאבולוציה אקראית במובן הזה. סחף גנטי הוא מנגנון אבולוציוני שלא מושפע כלל מכוחם הסיבתי של הרצפים. הוא כמעט תמיד לא "מצעיד" אוכלוסיה בהסתברות זהה לכיוון ירידה או עליה בתדירות של רצף גנטי מסוים. הוא "נוטה" לכיוון אחד על פני האחר. להסביר למה ידרוש ממני להסביר בפירוט את המנגנון הזה ואני שומר את זה לרשומה עתידית. בינתיים, מספיק לציין שאפילו מוטציות לא "צועדות" לכל כיוון באותה הסתברות. יש איזורים בגנום שמועדים יותר מאחרים להיווצרות מוטציה, והסיבות לכך ידועות ומובנות היטב. השורה התחתונה היא שאבולוציה אקראית בכיוונים כמו שהתחת שלי אקראי במובן הזה. פשוט לא.

אני לא מצליח לחשוב על מובן אחד של "אקראיות" בו אבולוציה אכן אקראית ומכחישי אבולוציה יכולים לזקוף לחובתה. מי שחושב אחרת, מוזמן לפרט זאת בתגובות. למעשה, כשחושבים על המנגנונים של האבולוציה די ברור שהיא תהליך עם כמה כיוונים די ברורים ומאד לא "אקראיים" באף מובן סביר של המילה. למשל, לאורך זמן, התהליך צפוי להגדיל את ההתאמה בין אוכלוסיות לסביבתן. בנוסף, הוא משנה את הקיים, ולא ממציא רצפים גנטיים מחדש מאפס. המגמות הללו ברורות כבר מהאופן בו תיארתי את הגורמים לאבולוציה. העובדה שאבולוציה מתנהגת כך ברורה לחלוטין לחוקרים, אלו שאוספים נתונים אמפיריים ונעזרים במודלים מתמטיים וממוחשבים כדי לחקור את התהליך. הן בדיוק התכונות שהפכו את האבולוציה להסבר המוצלח שהוא למגוון צורות החיים הקיימות בטבע. מכחישי אבולוציה מתעקשים לתאר אותה במסגרת טיעוניהם כ"אקראית" באיזשהו מובן מעורפל, התנהגות שמסתירה את ההצלחות האלו של הביולוגיה האבולוציונית. הערפל המושגי עובד במקרה הזה כמכונת עשן שעושה כמיטב יכולתה למסך את המציאות, אך אפילו הצצה חטופה מעבר לעננה הזאת חושף את המציאות העירומה.

2 תגובות לרשומה “מעט חינוך אבולוציוני: המיתוס של האקראיות האבולוציונית (חלק י')”

  1. אני יכול לחשוב על סוג מסויים של אקראיות במועד הופעת גנים דה-נובו או הופעת גן ספציפי בכלל.
    אפרט:
    נניח שבאוכלוסיית היהודים בתימן אין את גן הסחוגאז, אנחנו לא יכולים לנבא בהצלחה מתי יופיע הגן הזה באוכלוסיה או אם בכלל יופיע. גם אם יופיע גן כזה – הוא קרוב לוודאי יהיה דמוי סחוגאז המקורי (ולא זהה לו חלוטין).
    אם נעשה ניסוי (לא אתי) באוכלוסיית התימנים וניצור שתי קבוצות נפרדות לחלוטין החיות בסביבה זהה ובהן לכל הפרטים אין גן סחוגאז:
    יתכן שבקבוצה א' ייווצר גן "זחוקאז" (לא סחוגאז המקורי) כעבור X דורות.
    ואילו בקבוצה ב' יווצר גן "ביסבס" כעבור 5X דורות.
    אם ניקח גם קבוצה שלישית, ייתכן כי אוכלוסייה זו תיכחד לפני שפיתחה גן להתמודדות עם סחוג.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *