התעלומה ה”נוראית״ של האבולוציה

תובנות חדשות על הדרך שבה התמלא כדור הארץ בפרחים

יש בעולמנו כ-350 אלף ״מכוסי זרע״, מיני צמחים בעלי פרחים שמהווים יותר מ 90% מכל מיני הצמחים. לעומתם, רק כ-1000 מיני חשופי-זרע שרובם מחטניים.
חשיבותם של הפרחים לאדם ולסביבה גדולה ועצומה. ללא פרחים יגרעו מירב הגידולים החקלאיים כולל צמחים להאכלת חיות משק. צמחי פרחים מהווים את אחד הגורמים החשובים לסילוק פחמן דו־חמצני מהאטמוספרה. ללא ספק הפרחים מקשטים את עולמנו ומהווים השראה ליצירות אמנות ותרבות.

אלא שהופעתם של הפרחים בעולם מהווה תעלומה גם היום. דרווין תאר את הופעת הצמחים בעלי הפרחים כ״תעלומה נוראית״ “an abominable mystery”, או כ״התופעה היותר מסובכת״ “a most perplexing phenomenon”. עשרים שנים אחרי שפרסם את ״מוצא המינים״ עדיין היו באבולוציה צדדים שהטרידו אותו. אחד הצדדים או אחת החידות העיקריות הייתה התפתחות הפרחים.

צמחים בעלי פרחים שייכים לקבוצה הגדולה והמגוונת של ״מכוסי זרע״ (angiosperms), כלומר אלה שמייצרים פרי שבתוכו חבוי הזרע. הדאגה של דרווין הייתה כי ההופעה המוקדמת ביותר של מכוסי הזרע הייתה רק בקרטיקון (Cretaceous), כלומר לפני כ-100 מיליון שנים, הפרחים הופיעו כאילו בבת אחת במגוון צורות וגדלים. כלומר הייתה התפרצות מינים מיד אחר הופעת האב הקדמון.
דרווין תאר את האבולוציה כ״תהליך הדרגתי באמצעות הברירה הטבעית״, אלא שהופעה פתאומית של מגוון מינים גדול בקבוצה חדשה אינה תואמת את הנחת הדרגתיות התהליך. אמנם על פי מחקרים חדשים התפתחו הפרחים בתהליך הדרגתי (ולא בקפיצה) אלא שעדיין נותרות מספר חידות – איך ומתי התפתחו הפרחים ומה עשה אותם כה מוצלחים?

דרווין היה מומחה באיתור וזיהוי מוצאים ומקורות. תובנותיו עזרו לבניית מסגרת לאופן בו נוצרו מינים והוא היה משוכנע ונחוש כי התהליך היה הדרגתי ואיטי. לדבריו ״הברירה הטבעית פועלת לאט ואוספת שינויים חיוביים, היא אינה יכולה לייצר התאמות פתאומיות, היא פועלת רק בצעדים קטנים ואיטיים״.
‫”As natural selection acts solely by accumulating slight, successive, favorable variations, it can produce no great or sudden modification; it can act only by very short and slow steps,” ‫(‬‬מתוך מוצא המינים).

למרות נחישותו היה דרווין מודע ליוצאים מהכלל ובכל זאת מכוסי הזרע היו עבורו מקור לתסכול. מכוסי זרע או הפרחים לא היו קיימים רוב ההיסטוריה. מי שהקדים אותם היו חשופי זרע (gymnosperms) כמו שרכים וציקסים שגדלו ביערות־עד וברבות העידנים ״הוחלפו״ רובם על־ידי המחטניים ואז הופיעו הפרחים.

חוקרים במאה ה-19 הדגישו את המגוון העצום של הפרחים שנקראו ״צמחים גבוהים״ (higher plants‫)‬ או (dicotyledons) ש״הופעתם הפתאומית״ בעידן הקרטיקון נתנה להם את הבסיס לניסיונות להביך את דרווין ולנגח את הסבריו על האבולוציה.

דרווין הציע פתרון לתעלומה באומרו כי הפרחים התפתחו לאט ובהדרגה באזורים מרוחקים (כאלה שטרם נחקרו על־ידי מדענים). באמצע הקרטיקון נוצרה ״הזדמנות״ שגרמה להם להתפשט במהירות מבית גידולם לכל העולם.
לדבריו: כך מתקבל אצל חוקרים אירופאים ואמריקאים הרושם המוטעה כאילו כל הפרחים התפתחו בו בזמן. דרווין היה מודע כי אין לו הוכחות לגבות הנחה זאת ולכן תארה כבלתי מספיקה. ברבות הימים הוכחה השערתו כנכונה בחלקה, כאשר בסין התגלו מאובני פרחים שהתקיימו עשרות מיליוני שנים לפני הקרטיקון ומאוחר יותר התגלו מאובנים כאלה גם באירופה ובצפון-אמריקה. כלומר הופעתם של הפרחים מוקדם הרבה לפני מה שהיה ידוע ממתנת את הבעיה של דרווין ומאששת את התיאוריה של התפתחות הדרגתית באבולוציה.
״הבעיה של דרווין״ אולי נפתרה, לא כך החידה שמציב המגוון האדיר והמרהיב של הפרחים. אולי פתרון חלקי לבעיה נמצא בקלדוניה החדשה, שם נתגלה צמח בשם אמבורלה (Amborella). חקר יסודי של הצמח הראה כי הוא השורד האחרון מאחד הענפים המוקדמים של מכוסי-זרע. כלומר קרבתו לפרחים קיימים דומה לקרבת הברווזון (platypus) ליונקים, כך שצמח האמברולה יכול אולי לחשוף בפנינו איך התפתחו הפרחים.

על פי חקר הגנום של האמבורלה הסתבר כי נראה שראשוני הפרחים התפתחו ממיני חשופי-הזרע שהיו נפוצים בעולם כולו, ראשון מכוסי הזרע הופיע כנראה כאשר האב הקדמון של האמברולה עבר שכפול של כל הגנום שלו לפני כ-200 מיליון שנים. (״שכפול גנום״ קורה כאשר יצור או צמח ״רוכש״ בטעות העתק נוסף של כל גן בזמן חלוקת תא ברבייה מינית. ההעתק הנוסף מעניק ליצור את האפשרות לפתח תכונות נוספות להן יתרון הישרדותי). הצמח בעל התוספת הגנטית פיתח מבנה חדש – פרח.

במאה ה-19 תמך ביולוג צרפתי (Gaston de Saporta) בדרווין בטענו כי הנחתו על ההדרגתיות של האבולוציה נכונה ככלל אבל יתכן כי יהיו יוצאים מהכלל כמו הפרחים שהתפתחו ביחד עם חרקים מאביקים מה שהביא למהירות ולגיוון העצום.

אלא שהתיאוריה נתקלה בבעיות בימינו. יש מי שטוענים כי מאחר שעל פי מאובנים, ראשוני הפרחים היו פשוטים (לא מושכים עבור מאביקים), הרי יתכן שהיו חשופי הזרע שהפריחו פרחים. מאוחר יותר הופיעו הפרחים הגדולים ו״המפתים״ שמושכים חרקים, אז כבר היו מכוסי הזרע מגוונים ורבים.
ב-2009 טענו חוקרים מאוניברסיטה בהולנד כי ״מאחר שהפרחים פוריים יותר וגדלים מהר יותר מחשופי הזרע אין פלא בכך שהם זוכים בתחרות על מזון ולכן תפוצתם רחבה יותר״. בהמשך הם מציינים כי ממצא שתומך בטענה נצפה במאובני פרחים בהם נראים יותר צינורות הובלה (עורקים), מה שנתן לפרחים אפשרות לספק יותר מים לעלים. יותר מים מאפשרים יותר הטמעה (פוטוסינתזה) מה שמאפשר גידול מהיר יותר.
יחד עם זאת אומרים החוקרים כי ״אין הסבר פשוט למגוון העצום ולשליטה האקולוגית של הפרחים״. יתכן כי גורמים רבים ושונים פעלו ביחד ובנפרד. יש להניח כי באזורי אקלים שונים פעלו גורמים שונים על תפוצת הפרחים וגיוונם.

יש מי שטוען כי את ההצלחה יש למדוד לא רק במספר המינים ובתפוצה הרחבה שכן בצפון ״שולטים״ מחטניים באזורים נרחבים שגולשים גם לאזורים ממוזגים, ייתכן שבאזורים אלה הקרקע ענייה מכדי שהפרחים יוכלו לנצל את יתרונם. נשאלת השאלה איך זה שמתוך 350 אלף מינים לא התפתחו כאלה שמסוגלים להתגבר על בעיית דלות הקרקע ולהתחרות במחטניים בצפון?
והרי שוב חוזרת התעלומה.

עכשיו, אחרי כל זאת נשארת השאלה האם הפרחים ״יכולים לספר״ איך ומדוע הם נהיו כה מגוונים?

היום יש לחוקרים ובוטנאים מידע וכלים טובים בהרבה ממה שהיה בזמנו לדרווין, ובכל זאת הם עדיין נאבקים להסביר את המגוון העצום ומדוע למרות המגוון לא הצליחו הפרחים להשתלט על אזורים קרים וצפוניים נרחבים בעולם. יתכן כי העובדה שהתעלומה מקסימה חוקרים תביא בסופו של דבר לפתרון, אולי גם בגלל יחסו של דרווין לבעיה בכתבו ״התעלומה הנוראית – abominable mystery …