מקומה של שרשרת המזון בהתפתחות החיים

מהמוכר לנו על כדור הארץ, כלל בעלי החיים משתמשים בשלוש צורות האנרגיה ולצריכתה הם משתמשים במערכות פיסיולוגיות מתאימות (מערכת הנשימה ומערכת העיכול). אוניברסליות זו מעלה את האפשרות ששרשרת המזון כמנגנון לאספקת אנרגיה קיימת בכל מקום שהוא ביקום

אנרגיה היא המצרך הבסיסי שכל בעל חיים וכל צמח נזקקים לו, בלעדיהם הם לא ישרדו. שלוש צורות האנרגיה המוכרות הן אנרגיה גזית, אנרגיה נוזלית אנרגיה מוצקה. אנרגיה גזית היא החמצן שכלל בעלי החיים נושמים (להוציא מיקרואורגניזמים אנאירוביים). אנרגיה נוזלית היא המים שכלל בעלי החיים שותים ואנרגיה מוצקה היא מכלול הצמחים ובעלי חיים שנאכלים על ידי בעלי חיים.

החלוקה הבסיסית מבחינת השימוש באנרגיה מוצקה היא, שישנם בעלי חיים הניזונים מצמחים, בעלי חיים הניזונים מצמחים ובעלי חיים ובעלי חיים הניזונים מבעלי חיים. דפוס זה של שימוש באנרגיה המוצקה נקרא שרשרת המזון וזהו מושג “המתאר את יחסי ההזנה המתקיימים בין משתתפי הביוספירה. החוליה הראשונה בשרשרת היא הצמחים המייצרים חומר אורגני והם אפוא היצרנים של הביוספירה. החוליה השניה בשרשרת היא אוכלי הצמחים, המכונים צרכנים ראשונים, מי שניזון מאוכלי הצמחים נקרא צרכן משני (כמו עכביש הטורף נמלה) ומי שניזון מטורפים נקרא צרכן שלישוני (כמו עיט הטורף נחש)”1.

מהמוכר לנו על כדור הארץ, כלל בעלי החיים משתמשים בשלוש צורות האנרגיה ולצריכתה הם משתמשים במערכות פיסיולוגיות מתאימות (מערכת הנשימה ומערכת העיכול). אוניברסליות זו מעלה את האפשרות ששרשרת המזון כמנגנון לאספקת אנרגיה קיימת בכל מקום שהוא ביקום שבו יש חיים, אם כי חייבים להביא בחשבון שיכולות להיות כאן ואריאציות שונות כפוף לתנאים הסביבתיים בהם פועלות צורות חיים אלה. יכול להיות כוכב בו אחוז בעלי החיים הצמחוניים גדול מאוד ביחס לבעלי חיים טורפים ובמקום אחר למשל אחוז צורכי האנרגיה הנוזלית גדול ביחס לאחוז צורכי האנרגיה המוצקה. ואריאציות אלה חייבות להיות גם פועל יוצא לתהליכים האבולוציוניים הפועלים במקום.

הביוספירה כמערכת, מפעילה מנגנונים לשמירה על מאזן דינמי בין סך בעלי החיים לסוגיהם הפעילים בתוכה, כך שמספר בעלי החיים לא יגדל יותר מדי, בין שמדובר במכלול כולו ובין שמדובר במיני בעלי החיים. עודף בעלי חיים צמחוניים ליחידת שטח למשל עלול להביא לחיסול הצמחייה, מה שיפגע בבסיס שרשרת המזון ויפגע כפועל יוצא גם במדרגות גבוהות יותר. עודף בעלי חיים טורפים יחייבם כדי לשרוד לטרוף את כל בעלי החיים שנמצאים מדרגה אחת מתחתיהם ומכאן, שיישארו לאחר זמן קצר ללא מקורות מזון, ימותו גם הם ושרשרת המזון תפגע גם במדרגה גבוהה יותר. איזון זה, הוא תוצאה לאחוז בעלי חיים מתוך סך כל הפרטים של מין נתון המתים ביחידת זמן. בעלי החיים הטורפים משמשים חלק ממנגנון זה. כאשר הם טורפים, בעלי חיים במדרגה נמוכה יותר “הם טורפים רק את החלשים, החולים והקשישים – מנהג הנכפה עליהם בתוקף העובדה שבוגר בריא מסוגל בדרך כלל להימלט או להשיב מלחמה – ובכך הם מבטיחים שרק הכשירים יוסיפו להתקיים. אם הבוגרים, הבריאים והכשירים של מין לא יוכלו לברוח או להשיב מלחמה, המין כולו יהיה נידון במהירות לכליה ומין אחר יתפוש את הגומחה שלו”2. זהו אם כן איזון עדין מאוד שהשינוי הקל שיתרחש בו ישפיע על בעלי החיים לפחות בשתי המדרגות, על המדרגה שמעליהם ועל המדרגה שמתחתם.

מאז שחיים הופיעו על כדור הארץ, הביאה האבולוציה להתגוונות מספר מיני הצמחים ובעלי החיים והתוצאה היא מספר גדול של מדרגות בשרשרת המזון. לכן לצד המונחים כמו צרכנים ראשוניים וצרכנים משניים, יש להשתמש במונח מדרגות שאותו הזכרנו קודם. אם למשל יש לנו מספר טורפים הנטרפים זה על ידי זה, הרי שמספר המדרגות הוא כמספר הטורפים. אם למשל בתוך קבוצת הצרכנים המשניים יש לנו 4 טורפים טורף א', טורף ב', טורף ג' וטורף ד', טורף א' ניזון מבעל חיים הניזון מאוכל צמחים, טורף ב' ניזון מטורף א', טורף ג' ניזון מטורף ב' וטורף ד' ניזון מטורף ג'. מכאן, מתבקשת המסקנה שעל רצף של זמן, עם העמקת האבולוציה וגידול בהיקף השונות שבין בעלי החיים והצמחים, שרשרת המזון נעשית מורכבת ומשוכללת יותר. לכן בחינת המורכבות של שרשרת המזון בכוכב כל שהוא נושא חיים, יכולה לתת אינדיקציה באשר לעומקה של האבולוציה שהתחוללה בו וגם יכולת, אם כי בסיסית באשר לגיל החיים על כוכב זה.

מכיוון שהמדרגה הראשונה בשרשרת המזון היא הצמחיה, הרי שהמדרגה השניה אמורה להופיע רק עם הופעתם של בעלי החיים. מהמוכר על כדור הארץ, נראה ששרשרת המזון אמורה היתה להופיע לפחות בתקופת הקרבון (לפני 360 מליון שנה), עת הופיעו לראשונה יערות ענק של צמחים, במקביל להם או לאחר מכן הדו-חיים התחילו להתפשט, הופיעו הזוחלים הראשונים וקבוצות חרקים שונים החלו להתפשט בעולם כולו3. אבל הממצאים מראים שבעלי חיים הופיעו קודם לכן. דוגמה לכך הם החולייתנים חסרי הלסתות שהופיעו באורדוביק (לפני 505 מליון שנה)4. מכיון שחולייתנים אלה חייבים היו במקורות מזון ואם אכן לא היתה אז צמחייה, הם היו חייבים להישען מבחינה תזונתית על בעלי חיים במדרגה נמוכה מהם. מכיון שראשית החיים לרבות בעלי החיים הראשונים היתה בים, מתבקשת המסקנה ששרשרת המזון החלה בשלב מוקדם מאוד בהתפתחות החיים, עוד לפני שהיתה צמחיה והסביבה בה היא הופיעה היא אם כן הסביבה הימית. כפועל יוצא מתבקשת המסקנה ששרשרת המזון לא חייבת להתחיל בצמחיה, אלא בגורם ביולוגי אחר, שהוא מהווה את המדרגה הראשונה. יש בכך כדי לרמוז על נקודות התחלה שונות לשרשרת מזון באבולוציות ביולוגיות אחרות שמצאו את מקומן על פני כוכבים נושאי חיים.

שרשרת מזון שהמדרגה הראשונה שלה היא צמחיה, יש בה אלמנט חדש והוא שהיא פועלת בעיקר ביבשה. גם אם היא קיימת בסביבה מימית, הרי שהיא מצומצמת ביותר. היא אפשרית רק עד אותו מקום בו אור השמש לא יכול להגיע אליו. על כדור הארץ זה אפשרי רק עד לעומק של 200 מטר. עומק זה הוא פונקציה למרחק כוכב הלכת מהשמש. יכול להיות שאם כדור הארץ היה קרוב יותר לשמש (מרחק שחום השמש מאפשר עדיין נוכחות מים), שרשרת מזון מימית מבוססת צמחיה ימית, היתה יכולה להתקיים גם בעומקים גדולים יותר.

על כדור הארץ היו מספר הכחדות מסיביות של בעלי חיים. ראשונה בסוף תקופת אורדוביק, שניה בסוף תקופת דבון, שלישית בסוף תקופת פרם, רביעית בסוף תקופת טריאס וחמישית בסוף תקופת הקרטיקון5. יש לכך משמעות אחת והיא קטיעת שרשרת המזון והתפתחות מחודשת שלה, עם התחדשות החיים. על תופעה כזו ישנן עדויות גיאולוגיות לא מעטות. דוגמה לכך היא ההכחדה שהתרחשה לפני כ240- מליון שנה, במעבר שבין תקופת הפרם לתקופת הטריאס6. הסברים אפשריים להכחדה זו הם למשל פגיעת מטאוריט רבת עוצמה, שהעלתה כמויות אבק גדולות אשר התפזרו באטמוספירה או התפרצויות געשיות בהיקף גלובלי שהביאו לפליטת כמויות בקנה מידה קטקליזמי של אפר וגזים. התוצאה מכל מקום, היתה אחת – החשכת פני כדור הארץ, האטה והפסקת הפעילות הפוטוסינטטית. בעלי החיים הניזונים מצמחים, איבדו את מקור מחייתם ומתו גם הם וכך כל שרשרת המזון נפסקה בכללותה. היא התחדשה רק משעה שהאבק החל לשקוע והשמש החלה להאיר שוב את כדור הארץ. בין שאחד מהסברים אלה נכון או שניהם נכונים, הרי שתופעה זו יכולה לקרות גם על פני כוכבים אחרים נושאי חיים. מכל מקום, המשמעות היא אחת, שרשרת המזון תתחדש רק משעה שמכלול החיים יתחדש גם הוא.
במקביל לשרשרת המזון, קיימת שרשרת מזון הפוכה. זו אותה שרשרת מזון המפרקת את בעלי החיים המתים7. במדרגה הראשונה נמצאות רימות של זבובים או חרקים (חיפושיות ונמלים) הניזונות מחלקי הפגר השונים ומפרקים אותו ליחידות קטנות יותר. במדרגה השניה נמצאים בעלי חיים קטנים עוד יותר, כמו שלשולים הניזונים מהיחידות הקטנות של הגופות. משעה שחלקים אלה עוברים דרך מערכת העיכול שלהם, הם מפורקים עוד יותר, והחלקים המופרשים ממערכת העיכול מזינים את היצורים במדרגה השלישית. בין היצורים הנמצאים במדרגה זו, נמצאות הפטריות והן מפרקות חלקים אלה לתרכובות פשוטות שאלה מצידן מפורקות לחומרי מוצא האנאורגניים בידי החיידקים שנמצאים במדרגה הרביעית והאחרונה.
לאור העובדה שהחיים על כדור הארץ לוו במספר הכחדות, מתעוררת האפשרות שהכחדה זו בעצם יצרה מקורות מזון מסיביים ופתאומיים לכלל בעלי החיים הנמצאים בשרשרת המזון ההפוכה, מה שאפשר התרבות מהירה שלהם. עם התחדשות החיים והחזרה לקצב תמותה, אם אפשר לקרוא לכך “נורמלי”, הרי שסך מקורות המזון עבור בעלי החיים בשרשרת המזון ההפוכה הצטמצם ולכן גם מספרם ירד. אם הכחדות מחזוריות הינן תופעה שמתרחשת גם על כוכבים אחרים, הרי שגם בהם חלים אותם תהליכים מחזוריים בשרשרת המזון ההפוכה.
אם רוצים, אפשר לראות בפעילותן המקבילה של שתי שרשרות המזון מעין מקבילה ביולוגית לחוק שימור האנרגיה. כשם שהאנרגיה לא נעלמת, אלא רק לובשת ופושטת צורה, כך גם החיים. משעה שהם החלו להתפתח על כוכב מסוים ועד לאותה אפשרות שהם ייפסקו מסיבה כל שהיא, הרי שכלל המסה הביולוגית למרכיביה הכימיים לא נעלמת, היא רק לובשת ופושטת צורה במהלך האבולוציה הביולוגית החל בבעלי החיים הירודים ביותר וכלה בבעלי החיים המפותחים ביותר.

מקורות
1. מרקוזה הס עדי – ביולוגיה היום, פרקים בביולוגיה, ספרי תל-אביב 1995, עמ. 176.
2. דיקסון דואל – לאחר האדם, זואולוגיה של העתיד, ספרית מעריב, 1984, עמ. 21.
3. יבלונקה חנה – אבולוציה, יחידה 2 האוניברסיטה הפתוחה, 1994, עמ. 120.
4. שם שם.
5. שם שם.
6. עשת יורם – “ההכחדה הגדולה מכולן” גליליאו, 31 נובמבר 1998, עמ. 46.
7. מרקוזה הס עדי – שם. 176-177.