סיקור מקיף

כיצד קיבלו החרקים את כנפיהם?

התעופה הומצאה בטבע לפחות שלוש פעמים – בידי העופות, העטלפים והחרקים. בהעדר מאובנים, דווקא האבולוציה התעופתית הותיקה יותר – זו של החרקים כמעט ולא נחקרה * מחקר חדש מנסה לתקן את המעוות

תעופה בחקירה
תעופה בחקירה
בשנים האחרונות נחשפים עוד ועוד מאובנים השופכים אור על אחד השינויים המרתקים ביותר באבולוציה – כיבוש האויר ע"י קבוצה מסוימת של דינוזאורים, שהתכסו בנוצות והפכו במהלך השנים לציפורים. אך הדינוזאורים המנוצים לא היו חלוצי התעופה – הקדים אותם הפטרוזאור (או פטרודקטיל), לטאה מעופפת חסרת נוצות, ויותר מ-100 מיליוני שנה לפני כן, האויר כבר המה מזמזומם של החרקים המעופפים. למעשה, חוקרים רבים סבורים שהימצאותו של טרף זמין שכזה באויר היתה אחד המניעים העיקריים לכך שהציפורים – ובעקבותיהם גם הקבוצה הנוספת של יצורים מעופפים, העטלפים – החלו לעוף בעצמם…

אך כיצד פיתחו החרקים את יכולת התעופה שלהם? שאלה זו עדיין שנויה במחלוקת. החרקים הקטנים וחסרי העצמות מתאבנים רק לעתים רחוקות, ולמרבה הצער ישנו פער של 65 מיליוני שנים, בדיוק בשלב הקריטי של התפתחות הכנפיים, בתיעוד המאובנים. לפני כ-390 מיליוני שנים, המאובנים מראים על הימצאותו של חרק יבשתי, חסר-כנפיים, המזכיר מאוד במראהו את החרקים המודרניים זנבזיפים (bristletail), ודגיגי הכסף (silverfish). החוקרים מעריכים כי חרק זה היה אביהם של כל החרקים המודרניים. לפני 325 מיליוני שנים, כבר עופפו באויר חרקים בעלי כנפיים. אך מה קרה בין שתי נקודות זמן אלו? ישנן שתי תיאוריות מתחרות לגבי מוצא כנפי החרקים: האחת מניחה שזיפי החרקים היבשתיים מלפני 390 מיליוני שנים התפתחו והפכו לכנפיים באופן ישיר. השנייה מכניסה לסיפור שלב ביניים – לפיה, מוצא החרקים המעופפים הוא בחרקים שעברו לחיות במים, ופיתחו זימים כהתאמה למשכנם החדש. זימים אלו, או מכסי הזימים, הפכו מאוחר יותר לכנפיים.

בהיעדר מאובנים, החליטה קבוצת חוקרים מארצות הברית ופנמה לאמץ גישה ניסויית יותר לפתרון החידה. כאמור, הזנבזיפים המודרניים מזכירים מאוד את החרקים הקדומים, לפני שאלו החלו לעופף. לזנבזיפים, כפי שמרמז שמם, ישנם זיפים ארוכים, המהווים מעין זנב אך בעצם יוצאים מחזהו של החרק. בנוסף יש להם מחושים ארוכים, וזיפים קצרים יותר לאורך בטנם. התיאוריות המובילות בקשר להתפתחות התעופה אצל ציפורים ועטלפים גורסות כי לפני התפתחותן של כנפי-תעופה מודרניות התפתחו אצל בעלי-החיים מבנים של קדם-כנפיים ששמשו לדאייה מצמרות העצים, כשלב בדרך לתעופה מלאה. האם הזיפים של הזנבזיפים הינם הגרסה החרקית לקדם-כנפיים, המאפשרות דאייה? אם התשובה לכך חיובית, דבר זה יחזק את התיאוריה הרואה בזיפים את המבנים מהם התפתחו בסופו של דבר כנפי החרקים.

איזה יתרון יכולה לתת דאייה באויר לחרקים הפרה-היסטוריים? ככל הנראה, אותו יתרון שהיא נותנת להם כיום – היא מאפשרת להם לברוח במהירות מטורפים על צמרות העצים, ולנחות בשלום על עץ אחר או על הקרקע. לפני 390 מיליוני שנים אמנם לא היו ציפורים ויונקים אוכלי חרקים, אבל עכבישים היו, ומאוחר יותר גם חרקים טורפים. החוקרים החליטו לבדוק את כושר הדאייה של הזנבזיפים – ועד כמה תורמים לו הזיפים – כדרך להבנת חשיבות הדאייה בחרקים הקדומים.

החוקרים לקחו זנבזיפים והפילו אותם מענפים בגובה 15 מטרים ביערות פנמה. בתחילה הם נפלו נפילה חופשית, אך מהר מאוד התיישרו ונפילתם הפכה לדאייה מדורגת ומכוונת, אשר הובילה אל גזע העץ הקרוב ביותר. אחוזי ההצלחה של הנחיתה היו כ-90%.

בשלב השני, החוקרים הסירו חלק מהזיפים של החרקים, או את המחושים שלהם. התברר שהדבר היחיד שפגע באופן משמעותי ביכולת הדאייה שלהם היה הסרה של הזיפים המרכזיים ב"זנב", היוצאים כאמור מהחזה – אותו אזור ממנו יוצאות הכנפיים בחרקים המודרניים. רבים מהחרקים חסרי הזיפים נפלו ישירות אל קרקע היער, ללא יכולת לכוון את עצמם. אם כך, לפחות אחד התפקידים של זנבות הזנבזיפים הוא אכן לעזור בדאייה מצמרות העצים.

מה הדבר אומר בעצם? אין בכך הוכחה לכך שזיפי החרקים הקדומים הם אכן המבנים מהם התפתחו הכנפיים, באופן ישיר – רק מאובנים מהתקופה החסרה יוכלו ליישב את העניין באופן סופי, והמחלוקת עדיין נמשכת. המחקר בא להראות כיצד הדברים יכלו להתרחש – להציע דרך בה כנפי החרקים יכלו להתפתח ללא צורך בשלב של חיים במים, ובעיקר, להפריך את הטענה כאילו "אין שום טעם בחצי כנף". הזיפים של הזנבזיפים אינם אפילו רבע כנף, אך הם נותנים להם יתרון בדאייה – וכל שינוי שיהפוך את הזיפים האלו לדומים יותר לכנף, אפילו במידה מועטה, ייתן להם יתרון נוסף.

המאמר התפרסם בגיליון מרץ של המגזין Biology letters.

עוד על המחקר ניתן לקרוא בבלוג האבולוציה של מגזין Sience

31 תגובות

  1. לג'ימי. ספר הזוהר נכתב לפני מאות שנים בודדות. תגובותיך אינן מדעיות ואינן ראויות להופיע כאן.
    אז, או שתגיב ענינית או שתחפש פורום אחר לשטויות שלך.

  2. גימי,

    האם אתה מוכן להביא את הציטוט מדוייק של הזוהר הקדוש לגבי כדוריות ההעולם?

    אם לא תעשה כך, ודאי תסלח לנו אם נתייחס בחשדנות לסיפור שלך.

  3. אני מבקש להפטר מ"גימי". הוא טרול בריאתני שמציף את האתר, כל כתבה שהוא יכול, בשטויות. כל מטרתו לא ללמוד או ללמד אלא לשטוף את מוחם של הקוראים. ואם לא יצליח בזאת אז להרוס את ההנאה מהאתר ע"י הצפתו בתגובות טפשיות בכל הכתבות.

  4. לכל הנשמות והכותבים הנכבדים,התשובה בנושא זה וכן כמעט כל התשובות לכל הנושאים הקשורים לנו ולסובב אותנו ,הידוע והלא ידוע, נמצאים במורשת ישראל ותורת ישראל רק לשבת וללמוד לכל המעונין בתשובות.
    לדוגמא: בזהר הקדוש נאמר כבר לפני אלפי שנים שהעולם הוא עגול כמו כדור פחוס ושבצידו התחתון ישנם אנשים שהם שונים מאיתנו חלקם בצבע העור חלקם בקומתם,מראה הפנים וכדומה .ולמרות שהם נמצאים בצד התחתון הם דורכים על הארץ כמונו ומרגישים כמונו.
    זאת בשעה שכל העולם למעט עם ישראל האמין שהעולם שטוח וכל המפליג לקצה הים נופל ממנו.כך גם נאמר שכל יצור ויצור ( כשמו כן הוא ) נוצר בדמותו וצורתו לצורך שעליו לעשות בעולמנו המופלא המתוכנן והמורכב.

  5. לכל הנשמות והכותבים הנכבדים,התשובה בנושא זה וכן כמעט כל התשובות לכל הנושאים הקשורים לנו ולסובב אותנו ,הידוע והלא ידוע, נמצאים במורשת ישראל ותורת ישראל רק לשבת וללמוד לכל המעונין בתשובות.
    לדוגמא: בזהר הקדוש נאמר כבר לפני אלפי שנים שהעולם הוא עגול כמו כדור פחוס ושבצידו התחתון ישנם אנשים שהם שונים מאיתנו חלקם בצבע העור חלקם בקומתם,מראה הפנים וכדומה .ולמרות שהם נמצאים בצד התחתון הם דורכים על הארץ כמונו ומרגישים כמונו.
    זאת בשעה שכל העולם למעט עם ישראל האמין שהעולם שטוח וכלהמפליג לקצה הים נופל ממנו.כך גם נאמר שכל יצור ויצור ( כשמו כן הוא ) נוצר בדמותו וצורתו לצורך שעליו לעשות בעולמנו המופלא המתוכנן והמורכב.

  6. לאנונימי:
    כבר כשכתבתי את התשובה שאלתי את עצמי אם מישהו יהיה עד כדי כך קטנוני שיאמר את מה שאמרת.
    הרי ציינתי את העובדה שבים כולם נעים באופן תלת ממדי וברור שכללתי בכך את הדגים.
    אז אתה רוצה לקרוא לסנפירים בשם "כנפיים"? שיהיה! זה לא משנה שום דבר במה שאמרתי.
    מכיוון שבים כולם נעים באופן תלת ממדי (וזה לא בגלל ה"כנפיים" אלא בגלל המשקל הסגולי של המים – גופים חיים הם בערך באותו משקל סגולי כמו המים וכבדים בהרבה מן האוויר ולכן הם מסוגלים "לרחף" במים אבל אינם מסוגלים לכך באוויר) אין ביכולתן של כנפיים להעניק יתרון משמעותי כל כך כמו זה שהן נותנות על היבשה.
    על היבשה – מספיק שתהיה מסוגל לעוף (ולו גם במהירות מאד נמוכה) כדי שתוכל לחמוק מכל חיה יבשתית אם תבחין בה מספיק מהר. במים לא יעזור לך כלום: אם טורף ראה אותך והוא גדול ממך – סביר שיאכל אותך.
    אז נכון שיש יתרון בשליטה בכוון התנועה וכפי שציינת קודם (אם אתה אותו אנונימי) הזואופלנקטון ניחן ביכולת זו, לפחות במידה מסוימת.
    אבל יודע מה? יש דרך אחרת לענות על השאלה:
    אפשר – כמו יהודי טוב – לענות על השאלה בשאלה.
    מדוע לא פתחו כל חיות היבשה כנפיים?
    ויודע מה? יש עוד דרך: אפשר לטעון שהם כן פתחו "כנפיים" אבל אז כבר קראו להם "דגים" – ממש כפי שעכברים שפתחו כנפיים נקראים "עטלפים". כידוע – היווצרות העטלפים לא גרמה להיכחדות העכברים.

  7. למיכאל מתגובה 7:
    דגים דווקא כן פיתחו כנפיים. כל מי שהוא לא פלנקטוני ומסוגל להתנגד לזרם וליצור תנועה על פי רצונו שלו (דהיינו "נקטוני") פיתח כנפיים או שווה ערך לכנפיים. כמו במים כך גם באוויר, מי שכבד שוקע ומי שקל יצוף. מי שיודע גם לאזן את עצמו בגוף המים (לא מספיק כדי לקבל את התואר "מעופף ימי השולט בתנועתו") וגם יכול לשלוט בכיוון התנועה שלו על פי רצונו – הרי שהצליח ליצור מקבילה לכנפיים ולנוע במדיום.

    ייתכן שהכנסת ביטויים כמו מספרי ריינולדס איננה במקומה כאן ואינה עוזרת לקדם את הדיון. לדבר משמעות נוספת בגופים הקטנים משישים מיקרון וכל הסיפור רק הולך ומסתבך.

    אינני ביקורתי באופן נוקשה באשר לתאוריה הזו, רק מציע לקחת בחשבון שיש אולי קצת יותר מדי דוגמאות שבהן ניתן לשאול מדוע לא התפתחו כנפיים או דמויי כנפיים לצרכי דאיה במערכות מקבילות.

  8. אלא אם אתה מתכוון לבלבול בתגובה שלי (כרגע שמתי לב). בכל מקרה אתה סתם מחפש טעויות איפה שאין ולא מוכן להודות בזה

  9. מישהו,
    טענתי אחרת? איפה ראית שאמרתי שפטרוזאור הוא לא פטרודיקטיל – ואכן, הוא לא היה דינזואור, אלא לטאה – אבל בכל מקרה היא כן ציינה אותם.

    אני לא מבין למה אתה מתעקש על כך שהיא לא ציינה אותם כאשר היא כן.

    "שנים האחרונות נחשפים עוד ועוד מאובנים השופכים אור על אחד השינויים המרתקים ביותר באבולוציה – כיבוש האויר ע"י קבוצה מסוימת של דינוזאורים, שהתכסו בנוצות והפכו במהלך השנים לציפורים. אך הדינוזאורים המנוצים לא היו חלוצי התעופה – הקדים אותם הפטרוזאור (או פטרודקטיל), לטאה מעופפת חסרת נוצות, ויותר מ-100 מיליוני שנה לפני כן, האויר כבר המה מזמזומם של החרקים המעופפים."

    אני לא מבין איפה הויכוח שלך? מה הבעיה?
    אולי אתה לא ברור ואכן יש בעיה?

    והיא לא טענה שהציפורים באו הפרודקטייל.

  10. לאורן (6) הגאון. מה שמכונה ב"הידען" "פטרוזאור"
    מכונה במקומות אחרים "פטרודיקטיל" Pterodactyl.

    הדינוזאורים (למרות שמם, קרי: "לטאות גדולות")
    ובוודאי הרפטורים מהם יצאו העופות, אינם נמנים עם
    הזוחלים (מהם יצאו ה"פטרוזאורים") אלא אל בעלי הדם החם.
    הפטרודיקטיל או ה"פטרוזאור" אכן היה סוג של לטאה מעופפת
    – ולא דינוזאור.

    רוצה לומר שיונת אשחר בכל זאת שכחה סוג חשוב של מעופפים.

  11. הוגין:
    פעם חרק – תמיד חרק.
    בעלי חיים לעולם אינם מחליפים קבוצה.
    בדיוק כמו אוהדי כדורגל

  12. הוגין,
    לא יודע… לאיזה קבוצה את משתייכת בשלב הגולם העכשווי הוגין? 🙂
    (מצטער, לא יכולתי להתאפק על ההערה העוקצנית)

    לשאלתך – למה את מתכוונת קבוצה? חרקים ברור, זה לא משתנה עם שלבי גלגולו. את רוצה לדעת לאיזה סוג חרק? איזו משפחה של חרקים?

  13. בנוסף לכל הרחבתכם המרנינה,אבל לאיזה קבוצה משתייך הוא בשלב הגולם שלו?

  14. הניסוי מזכיר לי את המסקנה של חוקר שבדק קפיצות פרעושים: הוא הוריד לפרעוש רגל אחר רגל(הסליחה עם חברי האגודות הרלוונטיות), והורה לו לקפוץ.
    מסקנתו היתה, שלאחר תלישת חמש רגליים הפרעוש מאבד את שמיעתו.

  15. מיכאל,

    אני מתפלא עליך, לפרפר יש משמעות מרחיקת לכת אצל הניו איג'ים וההוגנים:
    "פעם חלם צ'ואנג-טסה שהוא פרפר המתעופף ברפרוף כנפיים, שמח בעצמו ועושה מה שליבו חפץ. הוא לא ידע שהוא צ'ואנג-טסה. לפתע הקיץ משנתו ומצא את עצמו צ'ואנג-טסה שאין לטעות בו. שוב לא ידע אם הוא פרפר בחלומו של צ'ואנג-טסה, או צ'ואנג-טסה בחלומו של פרפר"
    אתה הבנת את זה?

  16. הוגין:
    אינני יודע אם שאלת ברצינות כיוון שברור שהפרפר הוא חרק.
    בכל מקרה – יש פרפרים גם בקבוצת הכדורסל של מכבי תל אביב.

  17. סתם מצחיק:
    המשל של חור תולעת קוסמולוגי היא למעשה משל על משל כיוון שביטוי זה אינו אלא משל על קיצור הדרך שיוצרים חורי תולעת יבשתיים ביריעה הדו ממדית של פני הקרקע.

  18. הכותרת מטעה- יש מספר הסברים קיימים להתפתחות כנפיים ותעופה אצל חרקים. כולם קצת יותר רציניים מהמאמר המדובר:
    1. התפתחות מדורגת כתוצאה מהתפתחות התנועה על המים: http://www.bio.psu.edu/People/Faculty/Marden/project2.html
    2. במאמר מ1973 (!!) מתוארת האבולוציה של כנפיים כתוצאה מהתפתחות של פרוטואברונים ששימשו לויסות טמפרטורה: http://www.nature.com/nature/journal/v246/n5429/abs/246127a0.html
    3. תיאוריה נוספת (הוזכרה) מדברת על זימים כמקדימים לכנפיים.

    תיאורית הזימים, למרות שהיא די מקובלת, לוקה בחסר משום מנגנון הנשימה הנוכחי אצל חרקים. המעבר מזימים למערכת נשימה כפי שהיא כיום לא ברור ולא מוסבר היטב. כשאני למדתי ביולוגיה, דובר על אברוני ויסות טמפרטורה שהתפתחו לכנפיים (ראו את סטיבן ג'יי גולד בנושא). עובדה, כנפיים משמשות אצל חרקים לויסות טמפרטורה גם כיום.

  19. אופס 🙂

    כנראה שהזיכרון שלי מקורס "זרימת תנע, מסה וחום" כבר לא מה שהיה 🙂

    זה מה שקורה כשהחומר הנלמד לא בשימוש כבר… גם בלימודים וגם עבודה אני לא מתעסק בתחום הזה עוד. לא שזה תרוץ לכך שאני כותב שטויות. אני צריך לקחת אחריות על מה שאני כותב ולבדוק את זה. אם לא בשבילי, אז כדי לא להטעות את הקוראים.
    תודה על התיקון מיכאל!

  20. למשתמש האנונימי.
    אני דווקא חושב ששאלתך נכונה ושהתשובה לה היא "מאותה סיבה שדגים לא פתחו כנפיים לתעופה במים".
    הסיבה לכל זה היא שבמים כולם נעים בשלשה ממדים ואין צורך בכנפיים לשם כך בשעה שעל היבשה מקנות הכנפיים יתרון אדיר של ממד תנועה נוסף.
    גם בדאייה יש יתרון של שליטה מסוימת בכיוון המאפשרת קיצורי דרך – משהו עם אותו רעיון של "חור תולעת" בקוסמולוגיה. היא התפתחה כדי להשיג יתרון זה ולא רק כדי לרכך את הנפילה.

    אורן: המשתמש האנונימי כתב "להגדיל את מספר ריינולדס" ולא "להקטין".

  21. מישהו,
    הם כתבו לפחות שלוש פעמים. והיא כן ציינה את הדינוזאורים המעופפים בינהם הפרוזאור.

  22. אם כבר, התעופה הומצאה בטבע לפחות ארבע פעמים. יונת אשחר
    שכחה את הלטאות – מהן בא גם המעופף הגדול מכולם – הפטרוזאור.

  23. תודה על המאמר המעניין, וניסוי ההטלה ממש מרשים (בהנחה שנמדד כמותית ולא מימש משאלות לב…). להשערת היתרון בדאייה נראה לי שההסבר לא מוצה – חרק קטן יחסית לא אמור להינזק קשות מנפילה, ונפילה מגובה מהווה חמיקה לא רעה בפני עצמה. אך יתכן שדאייה לעץ שכן היא יתרון השרדותי משמעותי כאשר פני השטח קטלניים, למשל מיים עם ציידים זריזים לחרקים שנופלים אליהם.
    באשר למשתמש אנונימי – איני ביולוג אך שאלתך אינה רלוונטית להקשים ולהשערות שבמאמר. אולי התפתחו בזואופלנקטון דברים ואולי לא – זה לא אומר דבר על התפתחות במין אחר/סביבה אחרת/ מקריות אחרת. האם אתה טרול אבולוציה?

  24. אני אישית חושב שנקודות זה איכס 🙂

    משתמש אנונימי,
    המאמר תומך בדיעה שלך שמקור החרקים בעלי הכנפיים הוא לא דווקא מחרקים שחיים בסביבה מימית (שהיתה התאוריה השניה המוצעת). הוא לא פוסל את האפשרות, רק מראה שהתפתחות חרקים בעלי כנף תיתכן ללא שלב של החזרה למים.

    איני יודע אם אכן נועד הזיפים של חרקי המים להקטין את מספר ריינולדס ע"י הקניית צורה גיאומטרית שתקנה גרר נמוך יותר, אבל לא כל מוטציה שהתרחשה ביצור אחד תתרחש בשני. מאותו סיבה אתה יכולן לשאול למה לנו אין חוש שמיעה וריח כמו כלב?

    למה לא לכל הציפורים יש ראיה חדה כמו לנשר? הברירה הטבעית בחלקה היא תהליך אקראי של ניסוי והטעיה ורק מחזקת את העובדה שאין תכנון עילאי. אחרת היה קיים רק יצור אחד בעולם עם סט של תכונות שהיו הופכות אותו למושלם.

  25. הזיפים קיימים בחרקי מיים המכונים זואופלנקטון ומטרתם היא להגדיל את מספר ריינולדס אשר מקטין את קצב השקיעה שלהם ומאפשר בריחה מטורפים או תנועה מכוונת בתוך המדיום. מדוע לא פיתחו רבים מיצורי הזואופלנקטון כנפיי מים שכאלה אשר יאפשרו להם תנועה לא פלנקטונית כנגד הזרמים?

    המאמר מעניין אך הכותרת מעט מטעה.
    "כיצד קיבלו החרקים את כנפייהם? אין לאיש מושג" כך צריך היה לכתוב במקור.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן