המרוץ האבולוציוני הראשון

"כאן, לעומת זאת, עלייך לרוץ הכי מהר שאת יכולה, כדי להישאר באותו המקום". המלכה האדומה ואליס רצות | איור: ג'ון טניאל, מתוך הספר "מבעד למראה ומה אליס מצאה שם", דרך ויקימדיה

ביולוגים בכלל, וחוקרי אבולוציה בפרט, נוהגים להשתמש במרוץ המלכה האדומה כמטאפורה למרוץ חימוש בין מינים שונים של יצורים חיים. חישבו על מין טורף, למשל ברדלס (צ'יטה), ומין נטרף, למשל אנטילופה. הברדלסים במקום מסוים צדים והורגים כעשרה אחוז מהאנטילופות כל שנה. האנטילופות המהירות ביותר מצליחות  לברוח מהברדלסים, לשרוד ולהעמיד צאצאים. כך, במהלך הדורות, מתפתחות אצל האנטילופות רגליים ארוכות וחזקות יותר. הברדלסים לא יצליחו לצוד ולאכול את האנטילופות המהירות אם לא יהיו מהירים גם הם – ובמהלך האבולוציה הברדלסים המהירים ביותר שורדים ומביאים צאצאים, וגם הרגליים שלהם נהיות חזקות יותר. צבעי ההסוואה של האנטילופות הופכים עם הזמן לטובים יותר, ומביאים לכך שאצל הברדלסים מתפתחת ראייה טובה יותר. עורן של האנטילופות נהייה קשיח יותר – שיני הברדלסים מתחדדות עם הזמן.

לאחר אינספור דורות של אבולוציה, מה התוצאה? הברדלסים צדים והורגים כעשרה אחוז מהאנטילופות בכל שנה. שני המינים "רצו" הכי מהר שיכלו – הם לא עשו שום דבר במודע, כמובן, אבל הברירה הטבעית הובילה לפיתוחן המהיר של תכונות שונות – והתוצאה לא השתנתה. כולם נשארו באותו מקום. אם היו מפסיקים "לרוץ", אם לא היו מתפתחים צבעי ההסוואה אצל האנטילופות, למשל, או השיניים החדות של הברדלסים – המין השני היה משיג יתרון.

מרוצי חימוש כאלו נפוצים מאוד בטבע, לא רק בין טורף לנטרף, אלא גם בין טפיל לפונדקאי, או בין מינים שמתחרים על אותו משאב. דוגמה לכך היא עצים ביער צפוף: כל אחד מהם צריך אור שמש, ולכן הם צריכים לגבוה עוד ועוד, וכך למנוע מעצים שכנים לחסום את קרני השמש. בסופו של דבר מתקבל יער של עצי ענק, שאף אחד מהם לא מקבל יותר אור שמש ממה שהיה מקבל אם כולם היו בגובה מטר. רצים ורצים, גובהים וגובהים, ונשארים באותו מקום.

מרוצי חימוש אבולוציוניים בין טורף ונטרף נפוצים מאוד בטבע. ברדלס צופה באימפלות (אנטילופות) בשמורת הטבע מסאי מרה | צילום: Ahmed Waheed, Shutterstock

הטורפים שגרמו לפיצוץ

כפי שראינו, מרוצי חימוש יכולים להיות מניע חשוב מאוד באבולוציה – והם התחילו, ככל הנראה, ברגע שהתחילה להיות תחרות בין מינים שונים. מאמר חדש מראה סימנים למירוץ חימוש שהתרחש ממש בשחר ימי האבולוציה של בעלי החיים: לפני 517 מיליון שנים.

בתקופה זו, תור הקמבריון, הופיעו שלל מינים חדשים באוקיינוסים הקדומים. מגוון גדול כל כך של יצורים חיים התפתח בזמן קצר כל כך של כ-50 מיליון שנה, שביולוגים מכנים את התופעה "הפיצוץ הקמבריוני". מה הוביל להתפוצצות אבולוציונית שכזו? ההשערה הרווחת היא שהגורם העיקרי היה הופעת הטורפים הראשונים. לפני הקמבריון, בתור האדיקר, כמעט כל החיים היו יצורים מיקרוסקופיים שליקטו חומרים אורגניים מהמים, ולכל היותר ניזונו מחיידקים ומאצות חד תאיות. לקראת סופו של תור האדיקר התחילו להופיע יצורים עם פה של ממש, ולאחר מכן גם עם שיניים ולסתות – ואלו תקפו ואכלו את שכניהם חסרי ההגנה.

כלומר, "חסרי ההגנה" בשלב הראשון. כי בתוך זמן קצר, מבחינה אבולוציונית, התפתחו הגנות שונות נגד הטורפים, כמו יכולת ראייה ויכולת תנועה, שאיפשרה לבעלי החיים הקדומים לברוח מטורפיהם, או שלד חיצוני שיקשה על הטורפים להרוג אותם.

"אינטראקציות בין טורף לנטרף מוצגות לעתים קרובות כמניע מרכזי לפיצוץ הקמבריוני, במיוחד בכל הנוגע לגידול המהיר במספר ובמגוון של יצורים חיים שמייצרים חומרים ביומינרליים בתקופה הזו", אמר ראסל ביקנל (Bicknell), שהוביל את המחקר, לאתר מוזיאון הטבע האמריקאי. "עם זאת, היו מעט מאוד ראיות אמפיריות שהראו את המין הנטרף מגיב באופן ישיר לטריפה, או את הטורף מגיב להגנות של הנטרף". המאמר החדש מספק ראיות כאלו.

בתור הקמבריון הופיע בזמן קצר מגוון גדול של מינים חדשים. "הפיצוץ הקמבריוני" | איור: canbedone, Shutterstock

השריון והחורים

ביקנל ועמיתיו מבססים את מחקרם על יותר ממאתיים מאובנים שנמצאו בדרום אוסטרליה, של בעל חיים קדום מהמין Lapworthella fasciculata, קרוב של הרכיכות הימיות ברכיופידים (או זרוע-רגליים). המאובנים הם כולם של השלד החיצוני של בעל החיים, מעין קונכייה, וכולם קטנים מאוד: הגדולים שבהם קטנים במקצת מגרעין של תפוח. בחלקם היו חורים עגולים, שלא היו יכולים להיווצר כתוצאה משבירה או שחיקה – טורף כלשהו קדח בהם כדי להגיע אל הגוף שבתוכם ולאכול אותו. החוקרים אינם יודעים מי היה אותו טורף קדום.

המאובנים לא נמצאו כולם באותה שכבה – חלק היו עמוק יותר בקרקע, ואחרים התגלו מעליהם. כך יכלו החוקרים לדעת מי חי מוקדם יותר ומי הגיע אחריו. הם מצאו שבשכבה העמוקה ביותר, כלומר בתקופה הקדומה ביותר, השלדים החיצוניים היו דקים, והם הפכו עבים יותר עם הזמן. בקרב המאובנים מהתקופה הקדומה ביותר, קצת יותר מאחוז נמצאו כשבצידם חור עגול, שמעיד על טריפה. בשכבה שמעליה, שבה השלדים היו עבים קצת יותר, לא נמצאו כלל מאובנים עם חורים – ייתכן שהטורפים לא הצליחו להתמודד עם השלד המחוזק. אבל אז, בשכבות הבאות, שוב נראים מאובנים שנפלו קורבן לטורף המסתורי. באחת השכבות הללו כמעט ארבע אחוזים מהמאובנים שנמצאו היו מחוררים. בשכבה שמעליה, עם זאת, השלדים נהיו עבים עוד יותר – ואחוז המאובנים בעלי החורים ירד שוב.

החוקרים מפרשים את הממצאים כסימנים למרוץ החימוש בין שני המינים, Lapworthella fasciculata והטורף שלו. הטורף צד את טרפו על ידי חירור השלד החיצוני שלו, ובמהלך האבולוציה התפתח שלד עבה יותר, שהטורף התקשה לחרר. אך נראה שהאבולוציה של הטורף גם לא דרכה במקום, והתפתחה אצלו היכולת לחורר שלדים עבים יותר – אולי בעזרת איברי פה קשים וחדים יותר. בתגובה, השלד החיצוני של הנטרפים הפך עבה עוד יותר. בסופו של דבר, לא היה הבדל גדול באחוז המאובנים המחוררים בשכבה התחתונה ביותר והעליונה ביותר: כמו במרוצי חימוש רבים, כולם רצו מהר מהר ונשארו פחות או יותר באותו מקום.

השלד החיצוני של הנטרף הפך לעבה יותר, בעוד אצל הטורף השתפרה היכולת לחורר שריונות. "לוחות שריון" מחוררים של Lapworthella fasciculata | מקור: R. Bicknell, et al (2025) Current Biology

"התיעוד האבולוציוני החשוב הזה מראה, בפעם הראשונה, שטריפה שיחקה תפקיד מכריע בהתרבות המערכות האקולוגיות של בעלי החיים המוקדמים" סיכם ביקנל, "וגם מראה שהתאמות כאלו התרחשו במהירות רבה בזמן הפיצוץ הקמבריוני".

המחקר של ביקנל ועמיתיו מאפשר לנו להציץ לעולם של לפני חצי מיליארד שנים, כאשר מגוון עצום של צורות ומבנים חדשים הופיעו בעולם החי, ולהבין טוב יותר את הגורמים לאותו "פיצוץ". היום, 12 בפברואר, הוא יום הולדתו של צ'רלס דרווין; 216 שנים לאחר שנולד האיש שזכה לכינוי "אבי האבולוציה", מחקרים כאלו ממשיכים לספק תובנות חדשות לגבי המנגנונים הפועלים בה, כולל בתחומים - ובתקופות - עליהם לא היה יכול אפילו לחלום.