ידענים: דארווין | ההסטוריה של הביולוגיה | היסטוריה של המדע

מאת 2 במרץ 2016 450 תגובות

פרופ' שי המאירי מהחוג לזואולוגיה באוניברסיטת תל אביב מספר על תורת האבולוציה שהפכה את פני הביולוגיה והשפיעה רבות על המדע בכללותו 

 

לפני כחודש, ב-12 בפברואר, צוין ברחבי העולם יום הולדתו של צ'רלס דרווין, "אבי תורת האבולוציה". תיאוריה ביולוגית זו גורסת כי התהליך בו המינים השונים התפתחו במשך מיליוני שנים מאב קדמון משותף אחד, הוא באמצעות הברירה הטבעית, והאבולוציה היא זו שגרמה להתפתחות כל צורות החיים הקיימות מצורות קדומות שהיו לפנים על פני כדור הארץ, החל מראשית החיים. תורת האבולוציה הפכה את פני הביולוגיה והשפיעה רבות על המדע בכללותו.

מסביב לעולם בחמש שנים

פרופ' שי המאירי מהחוג לזואולוגיה באוניברסיטת תל אביב מספר: צ'ארלס דארווין, שהיה בעל תואר ראשון טרי מאוניברסיטת קיימברידג' ונצר למשפחה משכילה ואמידה, יצא ב-27 בדצמבר 1831 למסע מסביב לעולם על גבי אוניית חיל הים המלכותי "ביגל" כאורח הקברניט, מתוך כוונה לערוך תצפיות מדעיות (הוא התמחה בזואולוגיה, בוטניקה וגיאולוגיה) על תופעות שונות שיקרו בדרכו. במשך חמש שנות המסע ביקר דארווין באיים האזוריים, בארגנטינה, חצה את מיצרי מגלן והפליג לגלפגוס, עבר בניו זילנד ובאוסטרליה, ושב לארצו אכול געגועים וסובל ממחלת ים באוקטובר 1836. דארווין נחשף לתופעות רבות במהלך מסעו – מאובנים של יונקי ענק שנכחדו, איים המורכבים מאלמוגים, הרי געש, צבים אדירים בגלפגוס וציפורי שיר בעלות אקולוגיה מגוונת, שכן באיי הגלפגוס לכל ציפור היתה התמחות (כיום נקרא לכך "גומחה") אקולוגית משלה. הוא חזר לביתו הסמוך ללונדון, נשא לאישה את בת דודתו, שבאה ממשפחה אמידה עוד יותר משלו, ומשוחרר מדאגות כלכליות פנה לעסוק במחקר עצמאי. הוא פרסם ספר על מסעה של ה"ביגל", חקר את היווצרותם של איי האלמוגים, את המיון של סרטנים ישיבים ועוד.

תולדה עם שינוי

לאט לאט החל לכרסם בדרווין ספק – האם כל המינים שראה במסעו, וכל מיני בעלי החיים והצמחים בכלל הם ישויות קבועות ולא משתנות? אוצר אוסף העופות במוזיאון הבריטי אליו הביא דארווין פוחלצים של הציפורים המגוונות שראה בגלפגוס, אמר לו, למשל, שכולן הן מינים של פרושים דרום-אמריקאים, או של ציפורים אמריקאיות בשם חקייניות (mockingbirds). מדוע, אם כל מין נברא במקום בו הוא חי ולא השתנה מאז, חשב דארווין, אין בגלפגוס ציפורים מטיפוסים וקבוצות שונות מאוד שימלאו את כל הפונקציות האקולוגיות, כמו אלה שקורה בבריטניה למשל? מדוע כולן קרובות משפחה זו של זו? ולמה כולן קרובות של מינים אמריקאים דווקא – היבשת הקרובה לגלפגוס? התשובה, שיער דארווין, היא שהמינים אינם סטטיים. פרוש או חקיינית שהגיעו בעבר לגלפגוס (מאמריקה – היבשת הקרובה ביותר) הם אלה שצאצאיהם השתנו והחלו להיבדל אלה מאלה על מנת למלא את שלל האפשרויות שהאיים הריקים של הגלפגוס הציעו לציפורים להתפרנס מהן. הייתה אבולוציה (דארווין קרא לה "תולדה עם שינוי" – descent with modification”").

מה בין כלכלה, חקלאות ואבולוציה?

כאן הושפע דארווין מכתביו של הכלכלן מאלתוס, שהציע שאוכלוסיית האדם גדלה בטור גיאומטרי (בכפולות) בעוד כמות המזון גדלה רק בטור חשבוני (בתוספת קבועה). אם כך הוא הדבר גם בטבע, שיער דארווין, מהר מאוד יגיע מצב בו לא לכל הצאצאים של מין מסויים של בעל חיים או צמח יהיו די משאבים כדי להתקיים. משמע שעל רוב הצאצאים נגזר למות לפני שיגיעו לבגרות. כאן עשה דארווין עוד פריצת דרך: הוא הבין שבעוד צאצאים של אותו זוג הורים דומים זה לזה, בכל זאת יש ביניהם הבדלים. אולי, הוא שיער, ההבדלים הללו הם שיקבעו מי יחיה ויתרבה ומי ימות? אם התמותה אינה אקראית אלא תלויה בתכונות הפרטים, אולי אלה שצבעם דומה יותר לשל הסביבה יוכלו להסתתר טוב יותר מטורפים? אולי הפרטים הקטנים צורכים מזון מועט יותר ולכן ייטיבו לשרוד במקומות בהם המשאבים מצומצמים וכדומה? והרי כך פועלים גם חקלאים, ידע דארווין. הם בוחרים בתכונה מסויימת (נאמר יבול, או עמידות למחלות, או עונת הבשלה) וישתמשו רק בצמחים שתכונותיהם הן הטובות ביותר כדי שיעמידו את הדור הבא של הגידול החקלאי. אם כאן יש ברירה מלאכותית, הוא חשב, הרי בטבע מתרחשת "ברירה טבעית" (natural selection), וזה המנגנון שמניע את גלגלי האבולוציה.

ההסבר החסר

דארווין המשיך לחשוב על כך, לאסוף נתונים ולבצע ניסויים בביתו, לפרסם פרסומים מדעיים בנושאים אחרים, ולא גילה את פרטי התיאוריה שלו אלא לחוג מכריו המדעיים המצומצם ביותר. ואז, כמה שנים לאחר מכן, דבר מדהים קרה, אומר פרופ' מאירי, לא רבים מכירים את הסיפור הבא: אלפרד ראסל וואלאס היה אדם צעיר וחסר השכלה אוניברסיטאית שהתפרנס (מה שדארווין, ואולי רוב המדענים הוויקטוריאנים לא נאלצו לעשות מעולם) מכך שביקר בארצות אקזוטיות (בדרום אמריקה ודרום-מזרח אסיה), אסף שם בעלי חיים ומכר אותם לאספנים פרטיים ולמוזיאונים לטבע באירופה. וואלאס שאף להיות מדען, אך חסר את האמצעים לכך. יתרה מזו, הוא שאף לגלות את מוצא המינים. לדידו האבולוציה הייתה עובדה. רק ההסבר חסר. "כל מין התפתח" כך כתב במאמר משנת 1855 "סמוך בזמן ובמרחב למין קיים קרוב". אך למה? גם וואלאס קרא את מלתוס, ולבסוף ב-1858, הגיע לפתרון – בדיוק הפתרון שהגיע אליו דארווין למעלה מעשר שנים קודם לכך. איתרא מזלו של וואלאס והוא בחר לבשר על כך דווקא לדארווין. הוא כתב מאמר קצר (ומודרני להפליא, כאילו נלקח מהקדמה לספר לימוד אבולוציה בן ימינו), ושלח אותו (באותו זמן שהה וואלאס באינדונזיה דהיום) לדארווין: "היואיל המדען החשוב לקרוא את מאמרו ולחוות עליו דעה, ואם הוא נראה לו מעניין דיו, לשלוח אותו לפרסום בעיתונות המדעית?"

דארווין נחפז להכין תקציר של התיאוריה שלו, ושלח אותו, יחד עם מאמרו של וואלאס, לפרסום במקביל. שני המכתבים הוקראו על ידי ידידיו של דארווין בפגישה של החברה הלינאנית ביולי 1858. האבולוציה בדרך של ברירה טבעית באה לעולם. שנה לאחר מכן הרחיב דארווין את היריעה ופרסם את ספרו העיקרי "מוצא המינים" (וואלאס? הוא המשיך לאסוף, לחקור, ייסד את מדע הביוגיאוגרפיה, ולספר האבולוציה הגדול שפרסם כמה שנים מאוחר יותר קרא "דארוויניזם". פלא ששכחו אותו?)

מאז ועד היום – אבולוציית המחקר

תורת האבולוציה של דארווין וואלאס היא התיאוריה שלנו לגבי היווצרות והתפתחות עולם החי במאה ה-21. תגליות בגנטיקה (שדארווין וואלאס לא הכירו), ביוכימיה, אקולוגיה, ביוגיאוגרפיה ולמעשה כל תחום של מדעי החיים, ראיות ההתפתחות נגיף האיידס, זני חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה או זני חרקים עמידים לחומרי הדברה, מאוששות את תורת האבולוציה יום-יום. אין לנו תיאוריה שיכולה להסביר, באלגנטיות כה רבה ובצורה כה מוצלחת, ולו שבריר זעיר של התופעות שמסבירה תורתם של וואלאס ודארווין, וכפי שהיא מובנת לאור הידע הגנטי והביולוגי בכלל במאה ה-21. חקר האבולוציה – ברירה טבעית וברירה זוויגית (תכונות הנבחרות לא כי הן מסייעות לשרידות אלא לרבייה, או במילים אחריות מה שבני/בנות הזוויג השני מוצאים/מוצאות "סקסי" בבנות או בני זוגם), קשר בין תכונות בעלי חיים לאקלים, קשר בין צורה ופונקציה, בין קרבה אבולוציונית לבים התפתחות עוברית, מירוצי חימוש בין טפילים לפונדקאיהם – ואלה רק חלק קטן ממגוון התחומים של מחקר האבולוציה המודרני באוניברסיטת תל אביב.

450 תגובות ל “מהי תורת האבולוציה ואיך בעצם הכל התחיל?”

  1. ניסים

    ישראל
    אין כל רע בסקופ. חשבתי שאתה מחפש פתרון אחר. אתה בכל מקרה צריך לדעת מה הדיוק של הסקופ עצמו. תזין את אותו האות לשתי הכניסות ותוודא שההפרש הוא אפס.

  2. ניסים

    ישראל
    שני המקלטים שלך באותו מקום? אם כן, קל יותר למדוד הפרשי זמנים בעזרת מונה.

  3. ישראל שפירא

    ניסים

    על פי החישוב שלי, אני צריך דיוק של ננו לכל 300 ק״מ מרחק ממקור גלים אלקטרומגנטי.

    ניסוי פשוט שערכתי:

    1. אתה משדר אות ברדיו, ביפ.

    2. קולט את אותו האות בשני מקלטים ביחד.

    3. מחבר את שקע האוזניה של כל מקלט לערוץ אחד אחר אוסצילוסקופ.

    4. הסקופ מראה לך את הפרש הזמן בין הגעת האות לכל ערוץ.

    עד כאן, מצויין.

    בעיה:

    הביפ הוא בתדר שמע – רוחב פס רחב מאוד יחסית שמתפרס על כ20 מיקרו שניה. אנחנו זקוקים לפחות מננו.

    כדי לדלג על האזניה, אפשר להתחבר ישירות למעגל התהודה ברדיו, אך איני מצליח לבודד את התדר המאופנן במידה מספקת. ניסיתי עם 10 מקלטים שונים, כולל רדיו גביש, המקלט הבסיסי ביותר שקיים.

    אפשר לעשות את הטריק עם לייזר, ואני עושה את זה. עדיין, בגלל המרחק הקצר יחסית הסטיה גדולה מדי.

    לוויני GPS הם אידיאלים לניסוי, כי הם רחוקים ושולחים אותות יחודיים. השאלה היא איך אני מצליח לבודד אות יחודי שכזה ומצליח להציג אותו בסקופ משני מקלטים שונים כך שיראה את הפרשי הגעת הזמן לכל מקלט?

    (לא צריך לספר לישראל שהם אמורים להגיע בדיוק באותו הרגע).

    בלינק ששלחת הם מדברים על דיוק של 5 ננו, אך זהו זמן משוקלל של כמה לווינים ואני חייב אות ממקור ספציפי ויחודי.

    אם אצליח, אני מאמין שאוכל לעשות ניסוי סלאם דאנק.

    הניסויים אותם ערכתי תומכים ברעיון, אך לא מוכיחים אותו.

  4. ניסים

    ישראל
    אתקן את עצמי – קורה משהו בו-זמנית, שנראה לנו שקורה במקומות מרוחקים.

    אתה רוצה למדוד זמנים יחסית למה?

  5. ישראל שפירא

    ניסים

    כבר סיכמנו שכל עוד משהו עובר – דיינו.

    זה עדיין Spooky Action at a Distance.

    עזרו לי למדוד אות יחודי, כגון זמן לווין GPS אחד ממרחק של 30,000 ק"מ בדיוק של 100 ננו, ואולי נוכל לפתור את התעלומה.

  6. ניסים

    ישראל
    אתה צודק שעצם המדידה "עוברת" באפס זמן, להבנתי, אחרת יש משתנים חבויים. עדיין אין העברת מידע.

  7. ישראל שפירא

    א.פ.

    הערות.

    1. "מסקנה מהנתון: חוסר ההתאמה כסכום התלוי בכל מקטב בנפרד יגיע ל 50%".

    לא בהכרח. נ.צ. יוכל להביא לנו דוגמה אחת ויחידה שבה אחוזי אי ההתאמות יגיעו ל75% במקרה. הסתייגות ווקי.

    נכון, ההסתברות לכך היא כה נמוכה שאי אפשר לרשום אותה פה אפילו, אך היא קיימת תאורטית.

    בפועל, אחוזי אי ההתאמות צריכים להיות פחות מ50%. סטיה בשני הצדדים תרשם כהתאמה, ולכן גם נכתב במאמר: must be less than 50%.

    2. Therefore the locality assumption is false. Reality must be non-local."

    מסקנה זו לא מתחייבת מהניסוי כפי שהוא מתואר במאמר.

    מכייוון שחובב חידות עבדכם, שמאמין בתמימות שכולם אוהבים אותן כמוהו, אשאיר לפורום את אתגר החשיבה להראות מדוע הניסוי המתואר לא מוכיח את הנורא מכל: Spooky Action at a Distance. עדיין קיימת אפשרות לקבל את אחוזי אי ההתאמות המתוארים בניסוי ללא מעבר אינפורמציה בין המקטבים מהר מהאור.

    רמז: התקלה תוקנה בניסויי אספה המתקדמים.

    "אם התלות איננה תלויה בזמן, אז היא איננה תלויה במעבר מידע. היא מתקיימת באחת ובלא זמן.
    אם התלות היא בזמן, אז מתקיים מעבר מידע".

    צריך לזכור שהניסוי פוסל את האפשרות אותה העלו חיים פ וניסים, דהיינו שהקורלציה קיימת בגלל מקור משותף שמכוון את החלקיקים להיות באותו המצב (טוב, דיברתי על מטבעות, אך חיברתי אותם לחלקיקים שזורים וקראתי להם בהתאם: מטבעות שרדינגר").

    הסיבה היא שלמרות שאפשר לאמר שקריסת פונקציית הגל קורית ב0 זמן בכל המרחב, עדיין הסיבה לקריסה היא מדידת חלקיק אחד או האחר, ולא במקור.

    לכן המעבר הוא בין החלקיקים.

    על אותו המשקל ניתן לאמר שלמרות אפס הזמן בקריסה, היא התחילה ללא ספק בצד אחד או בשני, ולא בשניהם כאחד.

    משה

    שיר נחמד של קרליבך, שרנו אותו אתמול בשירה בציבור (שהוקדשה אגב לשירי הגשש והלהקות המיתולוגיות).

    חיים

    הרי זה מה שאני טוען כל הזמן בכתבה! שאין על רוסיה.

  8. א.פ

    ישראל ברשותך סיכום שלא מחייב אותך:

    סיכום להוכחת אי-לוקאליות:

    הנחה: שזירה יוצרת התאמה בקיטוב בין שני פוטונים נפרדים, בלא תלות במרחק ביניהם.
    נתון: חוסר ההתאמה במידע שעובר באמצעות הפוטונים, בשזירה יגיע ל 25%, אם הזווית בין המקטבים תהיה 30 מעלות.
    נתון: חוסר ההתאמה במידע, בשזירה, יגיע ל 75%, אם הזווית בין המקטבים תהיה 60 מעלות.

    מסקנה מהנתון: חוסר ההתאמה כסכום התלוי בכל מקטב בנפרד יגיע ל 50%.
    לכן חוסר ההתאמה המחושב כסכום של מקטב עם מקטב, קטן מהנחזה ע"פ התאוריה והנמדד בניסוי.

    כך נכתב:
    Thus, simple arithmetic and the assumption that Reality is Local leads one"
    to confidently predict that the code mismatch at 60 degrees must be less
    than 50%.
    However both theory and experiment show that the mismatch at 60 degrees is
    75%. The code mismatch is 25% greater than can be accounted for by
    independent error generation in each detector.
    Therefore the locality assumption is false. Reality must be non-local."

    מסקנה מהכל:
    ישנה תלות הדדית בין שני הפוטונים שאיננה תלויה במקום ובמרחק ביניהם.

    השאלה היא האם תלות הדדית תלויה במעבר כלשהו של מידע?
    מכאן בלבול אפשרי, כי יתכנו שתי תשובות: כן\לא.

    אם התלות איננה תלויה בזמן, אז היא איננה תלויה במעבר מידע. היא מתקיימת באחת ובלא זמן.
    אם התלות היא בזמן, אז מתקיים מעבר מידע.

    משפט בל ואימותו בניסוי אינם מבטאים קשר לזמן. גם הגרף של תלות השגיאה בזווית איננו תלוי בזמן.
    מסקנתי היתה שלא יתכן מעבר מידע.

    זאת מסקנה לוגית שעולה מכל הציטוטים שהבאתי. שלדעתי, אין להמנע ממנה.

    באשר למאמר עצמו, אתה צודק, לא מצאתי התיחסות מפורשת נוסח: "לא יתכן מעבר מידע".

    בחרת לכנות את התלות ההדדית הזאת כהשפעה באפס זמן.

    במושג "השפעה" נכללים פועל ונפעל…טוב לא אמשיך, הרי סכמנו.

  9. משה

    ישראל שפירא
    שירלי בייסי כבר אצלי בבית. את וופי גולדברג אתה זוכר?
    דרך אגב אתה יודע מה ראשי התיבות של מכבי – מי כמוך באלים ישראל. תנחש לכבוד מי צמד רעים שר את השיר " ישראל ישראל".

  10. ניסים

    ישראל
    למה בוס, ומאיפה ה"מלא רחמים"? אתה מדבר על ברוס ספרינגסטין? דווקא מתאים לו….

  11. ישראל שפירא

    אז המימד החמישי הזה – הוא מכורבל או מקופל?

    עם כל הכבוד, הפיתרון של אנו ומשה נראה לי הרבה יותר: בוס מלא רחמים.

    משה – עכשיו שאתה יודע מי הבוס, אתה זוכר גם שמשה תמיד עושה מה שהוא אומר לו?

    הוראה ראשונה: פול ל30 כפיפות.

    הוראה שניה: קח את האישה ועלה איתה להר ל30 יום להתנבא על הר סיני (לא את ציפורה, את הכושית. רוצים אקשן).

    אני רוצה שיהיה מעמד, ושכל העם יראו את הקולות!

  12. ניסים

    יריב
    יפה! עכשיו קראתי את התגובה הזו שלך, יש הרבה תגובות מאד ארוכות בדרך 🙂 אני נזכרתי בטריק מהילדות – איך מציירים על דף עיגול בתוך עיגול בלי להרים את העפרון.
    מעניין שיש לדימוי הזה (של מישור גמיש במרחב) עוד שני שימושים. אחד זה הבלון המתנפח שמדמה את התפשטות המרחב. השני זה עיוותים במישור שמדמים את הכבידה.

  13. משה

    ישראל שפירא
    אלך לקראתך בראשית ברא ישראל שפירא את אלוהים ורוח ישראל שפירא מרחפת על פני תהום. אני גם מבין שאתה כתבת את לוחות הברית במעמד הר סיני ועל זה אמרו חז"ל מה נפלאו מעשי ישראל שפירא

  14. יריב

    ניסים,

    ״קח דף וסמן עליו 2 נקודות. תסכים איתי שאין בעיה לכופף את הדף כך ששתי הנקודות יגעו זו בזו״

    זה בדיוק הפיתרון שהצעתי לו לפני כמה תגובות, גם אני חושב שזה יכול לפתור את הבעיה.

  15. ניסים

    ישראל
    קח דף וסמן עליו 2 נקודות. תסכים איתי שאין בעיה לכופף את הדף כך ששתי הנקודות סמובות.
    אני לא אומר שזה הפתרון – אני אומר שבעיית השיזור לא מחייבת העברת מידע במהירות מעל למהירות האור.

  16. ישראל שפירא

    בסדר, 3.

    ייתכן שבמימדים נוספים הנקודות לא מרוחקות.

    אבל המימדים הנוספים האילו לא אמורים להיות מכורבלים? קטנטנים? מימדונים? מימדונדונים?

    אז איך מרחק של ביליון שנות אור נהפך פתאום למרחק 0 במין מימדון – שדון שכזה?

    באוויר, מהירות העברת אינפורמציה היא מהירות הקול.

    המעניין הוא שמולקולות האוויר שנושאות את אינפורמציית הקול נעות בממוצע מהר מהקול, ורבות מהן מהר פי כמה ממהירות הקול.

  17. ישראל שפירא

    א.פ.

    כל עוד הסכמנו שקיימת השפעה באפס זמן בין שתי נקודות מרוחקות, אין זה משנה מבחינתי אם נשתמש או לא במילה הטעונה ״מידע״.

    שמפניה לכולם, לאנו, לנימי, לניסים, לנפלאות, לנ.צ. הידיד, ליריב היריב..

    משה

    לא הפכת קצת את היוצרות והיוצר?

    שירה בציבור.

  18. משה

    ישראל שפירא
    בראשית ברא אלוהים את השמים ואת ישראל שפירא

הוספת תגובה

  • (will not be published)