הסדרי נגישות
עמוד הבית > מדעים > ביולוגיה
ספרית מעריב


תקציר
מדוע יש סוגים רבים כל-כך של דברים חיים? אקולוגיה היא המחקר של הרבגוניות האורגאנית. היא מתמקדת ביחסי-הגומלין של אורגאניזמים וסביבותיהם כדי לענות על השאלה.



מתכונות והטעמות בתולדות החיים : גיבור חד-תאי אלמוני
מחבר: סטיבן ג'יי גולד


ארנסט הקל, האיש שהוציא מוניטין לתורת האבולוציה בגרמניה, אהב לטבוע מלים חדשות. מרבית יצירותיו הלכו לעולמן ביחד אתו, לפני יובל שנים, אך בין השרידים מצויים "אונטוגניות", "פילוגניות" ו"אקולוגיה". זו האחרונה ניצבת היום מול גורל מנוגד - שימוש נרחב ומוגזם להפליא, עד כדי אובדן משמעות. השימוש המקובל כיום מאיים להפוך את "אקולוגיה" לתווית לכל דבר טוב המתרחש הרחק מן הערים, או לכל דבר שאינו מכיל כימיקלים סינתטיים. במובן המדעי והיותר מוגבל שלה, אקולוגיה היא המחקר של הרבגוניות האורגאנית. היא מתמקדת ביחסי-הגומלין של אורגאניזמים וסביבותיהם כדי להציג שאלה, שהיא מן הסתם היסודית ביותר בביולוגיה אבולוציונית: "מדוע יש סוגים רבים כל-כך של דברים חיים?"

במרוצת המאה הראשונה לתורת דארווין ניסו אקולוגים להשיב על השאלה הזאת ללא הצלחה יתרה. נוכח המורכבות הכבירה של החיים, הם בחרו בדרך האמפירית (ניסויית) וצברו מחסנים של נתונים על מערכות פשוטות באזורים מוגבלים. כיום, כמעט עשרים שנה לאחר חג המאה להופעת מוצא המינים של דארווין, תפסה האחות הענייה הזאת את המקום הראשון בין מדעי האבולוציה. האקולוגים, בהשראת מדענים בעלי כשרון מתמטי, הצליחו לבנות מודלים תיאורטיים של פעולות-גומלין אורגאניות ולהשתמש בהם בהצלחה כדי להסביר נתונים מהשדה. סוף-סוף אנו מתחילים להבין (ולכמת) את גורמי הרבגוניות האורגאנית.

התקדמות מדעית חשובה חורגת בדרך-כלל מחוץ לתחומיה ומספקת מפתחות לפתרון בעיות עקשניות בשטחים קרובים. אקולוגיה תיאורטית, הפועלת בממד הקטן ביותר של זמן "אקולוגי" (פעולות-גומלין אורגאניות במשך עונות, או, לכל היותר, שנים), התחילה להשפיע על הפאליאונטולוגיה, הממונה על הממד הארוך מכולם - שלושה מיליארד שנים של תולדות החיים. בפרק 16 אני מטפל בשאלה איך קרה שהתיאוריה האקולוגית, המקשרת בין מגוון אורגאני לאזורים יפים להתיישבות, פתרה, אולי, את המסתורין הגדול של הכיליון בתקופת פרם. כאן אני מבקש לטעון שתיאוריה אקולוגית אחרת, הזיקה בין המגוון והטורפנות, מספקת לנו, אולי, רמז ראשון במעלה לפתרון הבעיה השנייה בחשיבותה בין הבעיות הגדולות ביותר של הפאליאונטולוגיה: "מפץ" החיים הקאמבריוני.

לפני 600 מיליון שנה לערך, בראשית התקופה המכונה בפי הגיאולוגים בשם תקופת הקאמבריון, הופיעו, תוך פרק-זמן קצר של כמה מיליוני שנים, מרבית המערכות הגדולות של בעלי-החיים חסרי-החוליות. מה קרה במשך ארבעה מיליארדי השנים הקודמות בתולדות כדור-הארץ? מה היה אותו דבר מיוחד בעולם הקדום של הקאמבריון, שנתן השראה לפרץ כזה של פעילות אבולוציונית?

השאלות הללו הציקו לפאליאונטולוגים מאז נצחונה של ההשקפה האבולוציונית, לפני יותר ממאה שנים. שכן, אף-על-פי שהתפרצויות מהירות של אבולוציה וגלים כבירים של כיליון אינם עומדים בסתירה לתורתו של דארווין, עדיין יש דעה מושרשת במעמקי המחשבה המערבית, הגורמת לנו לחפש תחילה רצף ושינוי הדרגתי: Natura non facit saltum ("הטבע אינו עושה קפיצות"), כפי שהצהירו חוקרי הטבע בדורות הקודמים.

המפץ הקאמבריוני הציק לצ'ארלס דארווין עד כדי כך שהוא כתב במהדורה האחרונה של מוצא המינים: "מצב הדברים עתה נותר בלא ביאור; אפשר בהחלט שישמש כטיעון שריר וקיים נגד הדעות המוצגות בזה." אדרבא, המצב היה גרוע בהרבה בימיו של דארווין. לעת ההיא עוד לא נתגלה אפילו מאובן אחד ויחיד מעידן הפרקאמבריון, והיה זה המפץ הקאמבריוני של חסרי-החוליות המשוכללים בימי הקאמבריון, שסיפק את הראיות הראשונות לחיים כלשהם עלי אדמות. אם צורות חיים כה רבות נולדו בעת-ובעונה-אחת, והיו מורכבות כל-כך כבר מראשיתן, מדוע לא נטען שאלוהים בחר את הקאמבריון לרגע (או ששה ימים) הבריאה שלו?

הקושי של דארווין נפתר בחלקו. כיום יש לנו תיעוד על חיים בעידן הפרקאמבריון, המחזיר אותנו כדי שלושה מיליארד שנים ויותר לאחור. אצות כחוליות וחיידקים מאובנים נתגלו בכמה מקומות בתוך סלעים שתוארכו כבני שניים עד שלושה מיליארד שנים.

ועם זאת, הממצאים המסעירים הללו בפאליאונטולוגיה של הפרקאמבריון אינם מסלקים את הבעיה של המפץ הקאמבריוני, שכן הם מחזיקים רק את האצות הכחוליות והחיידקים הפשוטים (ראה פרק 13), ומקצת צמחים מפותחים יותר, כמו אצות ירוקיות. האבולוציה של המטאזואה (בעלי-חיים רב-תאיים) נראית פתאומית כמו תמיד. (באדיאקארה אשר באוסטראליה נתגלתה פאונה פרקאמבריונית יחידה במינה. היא כוללת כמה שארי-בשר של נוצות-הים המודרניות1, מדוזות, יצורים דמויי-תולעת, פרוקי-רגליים, ושתי צורות טמירות שאינן דומות לשום יצור חי בימינו. אולם סלעי אדיאקארה מונחים היישר מתחת לבסיס הקאמבריון, ורק בדוחק רב אפשר לסווגם כפרקאמבריוניים. כמה ממצאים מבודדים נוספים, ממקומות אחרים ברחבי העולם, מיוחסים אף הם לפרקאמבריון רק על דרך הקירוב.) אדרבא, הבעיה הולכת וגדלה מפני שמחקר ממצה של יותר ויותר סלעים מן הפרקאמבריון הורס את הטיעון הישן והחביב בזכות רב-תאיים משוכללים המצויים בסלעים הללו, ורק אנו טרם גילינו אותם.

מאה שנים של מחלוקות וויכוחים הפיקו רק שתי אסטרטגיות-יסוד להסבר מדעי של המפץ הקאמבריוני.

ראשית, נוכל לטעון כי מדובר בהתרשמות כוזבת. האבולוציה היתה- באמת אטית והדרגתית, כפי שמכתיבות הדעות המערביות המוקדמות. מה שקרוי מפץ אך מתווה את ההופעה הראשונה בתיעוד המאובנים של יצורים שחיו והתפתחו במרוצת חלק ארוך של הפרקאמבריון. אך מה מנע את התאבנותן של פאונות עשירות מעין אלה? כאן אנו נתקלים במגוון הצעות, המשתנות מאבסורד מוחלט עד המתקבל מאוד על הדעת. להלן כמה מהן:

1. הקאמבריון מייצג את השימור הראשון של סלעים שלא השתנו; משקעים מעידן הפרקאמבריון נחשפו לחום ולחצים כה גבוהים עד שכל שרידיהם המאובנים נמחו כליל. הצעה זו נכשלה במבחן האמפירי, מעבר לכל ספק.

2. החיים התפתחו בתוך אגמים יבשתיים. הקאמבריון מייצג את הנדידה של הפאונה הזאת אל הים.

3. כל הרב-תאיים הראשונים היו בעלי גוף רך. הקאמבריון מייצג את האבולוציה של חלקים קשים, המסוגלים להשתמר.

האהדה שזכתה לה האסטרטגיה הראשונה הזאת דעכה עם גילוייה של שפעת מרבצי מאובנים מעידן הפרקאמבריון, שאינם מחזיקים שום דבר משוכלל יותר מאצות. עם זאת, הטיעון המבוסס על חלקים קשים מחזיק מן הסתם גרעין של אמת, הגם שאינו יכול לספק את התשובה כולה. צדפה ללא קונכייה אינה יצור בר-קיימא; אינך יכול לעטוף אורגאניזם רך-גוף פשוט ולהפיק ממנו צדפה. ברור בעליל שהזימים העדינים ומערכת השרירים המשוכללת התפתחו בד-בבד עם כיסוי חיצוני קשה. חלקים קשים מחייבים לעתים קרובות שינוי בו-זמני ומסובך של כל אב קדמון רך-גוף שאפשר להעלות על הדעת; לפיכך יש לראות בהופעתם הפתאומית בתקופת הקאמבריון משום סימן לאבולוציה מהירה באמת של החיה המכוסה בהם.

כאסטרטגיה שנייה, נוכל לטעון שהמפץ הקאמבריוני הוא מאורע אמיתי, המייצג את האבולוציה המהירה להפליא של המורכבות. מן הסתם משהו קרה לסביבה של צורות האב הפשוטות ורכות-הגוף של הרב-תאיים הקאמבריוניים, שאם לא כן לא היתה הסביבה הזאת מולידה פרץ כה מהיר של אבולוציה. ויש רק שתי אפשרויות חופפות: שינויים בסביבה הפיסית, או הביולוגית.

בשנת 1965 התפרסם מאמר חשוב, פרי עטם של לויד ו. ברקנר ולוריסטון ק. מארשאל, שני פיסיקאים מדאלאס, שטענו כי רמות החמצן באטמוספירה של כדור-הארץ הן שחלשו במישרין על מפץ החיים הקאמבריוני. כל הגיאולוגים מסכימים שהאטמוספירה המקורית של כדור-הארץ החזיקה רק מעט חמצן חופשי או שהיתה חסרת חמצן לגמרי. החמצן הצטבר בהדרגה, כתוצאה מפעילות אורגאנית - הפוטוסינתיזה של האצות הפרקאמבריוניות. רב-תאיים זקוקים לרמות גבוהות של חמצן חופשי משני טעמים: במישרין, לנשימה; בעקיפין, כיוון שחמצן, בצורת אוזון, סופג קרינה על-סגולה מזיקה באטמוספירה העליונה ומונע את פגיעתה ביצורים החיים על-פני כדור-הארץ. ברקנר ומארשאל טוענים בפשטות שהבסיס של הקאמבריון מציין את הפעם הראשונה שבה הגיע החמצן האטמוספירי לרמה מספקת לנשימה ולהגנה מפני קרינה מזיקה.

אך הרעיון המושך הזה התמוטט בפני הראיות הגיאולוגיות. אורגאניזמים פוטוסינתטיים היו נפוצים ככל הנראה כבר לפני יותר משניים-וחצי מיליארד שנים. האם סביר להניח כי היה צורך בשני מיליארד שנים כדי לצבור חמצן בכמויות מספיקות לנשימה? יתר-על-כן, הרבה מרבצים נרחבים בני מיליארד עד שני מיליארד שנים מחזיקים נפחים גדולים של סלעים מחומצנים מאוד.

ההנחה של ברקנר ומארשאל מגלמת גישה נפוצה למדי בין לא-ביולוגים, שאינם מעריכים כיאות את המורכבות הדרושה להפוך מכונה לדגם פשוט של אורגאניזם חי. דגמים פיסיקאליים מרבים להסתמך על עצמים פשוטים ואינרטיים כמו כדורי ביליארד, המגיבים מוכנית לכוחות פיסיקאליים. אבל אינך יכול לדחוף אורגאניזם בקלות כזאת; לבטח אין האורגאניזם מתפתח מוכנית. ההנחה של ברקנר ומארשאל מסתמכת על החשיבה של כדור הביליארד, שאני קורא לה "פיסיקאליזם" - רב-תאיים נולדים מיד ובאופן מוכני, ובלבד שמסירים מחסום פיסיקאלי המונע את קיומם. אבל בנוכחות מספקת של חמצן אין עדיין משום ערובה לאבולוציה מיידית של כל דבר המסוגל לנשום אותו. חמצן הוא תנאי הכרחי אך כלל לא מספיק, למרבה הצער, לאבולוציה של רב-תאיים. לאמיתו של דבר, כמויות מספיקות של חמצן התקיימו כנראה כבר מיליארד שנים לפני המפץ הקאמבריוני. מוטב לנו אפוא שנחפש בקרות ביולוגיות.

סטיבן מ. סטנלי מאוניוורסיטת ג'ון הופקינס טען לאחרונה, כי תיאוריה אקולוגית ידועה - "עקרון הקציר" - יכולה לספק בקרה ביולוגית מן הסוג הזה (Proceeding of the Natinal Academy of Science 1973). הגיאולוג הנודע צ'ארלס ליאל טען, כי הנחה מדעית היא הדורה ומסעירה כל זמן שהיא סותרת את השכל הישר. עקרון הקציר הוא בדיוק רעיון נגד-אינטואיטיווי כזה. בתיתנו את הדעת על מחוללי הרבגוניות האורגאנית, נקל לנו לצפות לכך שהכנסה של "קוצר" (אוכל-צמחים או טורף) תקטין את מספר המינים הנוכחים בשטח נתון: ככלות-הכול, אם בעל-חיים קוצר מזון מקרקע-בתולה-לשעבר, עליו להקטין את המגוון ולעקור כליל את מקצת המינים הנדירים ביותר.

אולם מחקר תפוצה של אורגאניזמים מגלה, לאמיתו של דבר, תמונה הפוכה. בקהילות של יצרנים ראשונים (אורגאניזמים המייצרים לעצמם חומרי-מזון בתהליך הפוטוסינתיזה ואינם ניזונים מיצורים אחרים), מין אחד או מינים מעטים מאוד משתלטים על השטח ומסלקים מן ההתחרות את כל שאר המינים. קהילות מעין אלה יכולות להחזיק ביומאסה עצומה, אבל בדרך-כלל הן דלות מאוד במספר המינים. קוצר הנקלע למערכת כזאת נוטה לטרוף את המינים המצויים בשפע ובכך הוא מגביל את יכולתם להשתלט על השטח ומשחרר מרחב למינים אחרים. קוצר מפותח היטב מקצץ במיני הטרף החביבים עליו, אך אינו משמיד אותם (כדי שלא לדון את עצמו למיתת רעב בסופו של דבר). סביבה נקצרת כהלכה היא סביבה הנהנית מרבגוניות מרבית, והיא ניכרת במינים רבים ובפרטים מעטים של כל מין יחיד. לשון אחר, שילוב מפלס חדש בפירמידה האקולוגית פירושו הרחבה של המפלס שמתחתיו.

מחקרי-שדה רבים מספקים תימוכין לעקרון הקציר: הכנסת דגים טורפים לבריכה מלאכותית מחוללת עלייה במגוון של הזואופלאנקטון; סילוק של קיפודי-ים "לוחכי אצות" מקהילת אצות רבגונית מוליך להשתלטותו של מין אחד ויחיד על אותה קהילה.

נסתכל, למשל, בקהילת האצות הפרקאמבריונית, שהתמידה להתקיים במשך שניים-וחצי מיליארד שנים. הקהילה הזאת היתה מורכבת אך ורק מיצרנים ראשוניים פשוטים. לא היה בה שום "קציר", ולפיכך שררה בה מונוטוניות ביולוגית. האבולוציה שלה היתה אטית להפליא, והיא לא הגיעה מעולם למגוון גדול - כמה מינים נפוצים השתלטו ביד חזקה על כל המרחב הפיסי הזמין. סטנלי טוען כי המפתח למפץ הקאמבריוני נעוץ באבולוציה של אוכלי-צמחים "קוצרים" וחד-תאיים שאכלו תאים אחרים. ה"קוצרים" מפנים מקום למגוון גדול של יצרנים, והמגוון הגדל הזה מתיר אבולוציה של "קוצרים" מתמחים יותר. הפירמידה האקולוגית מתפרצת בשני הכיוונים, מוסיפה מינים רבים במפלסי ייצור נמוכים ומוסיפה מפלסים חדשים של טורפים בקצה העליון.

כיצד אפשר להוכיח רעיון כזה? סביר להניח כי הפרוטיסט ה"קוצר" הראשון, אולי הגיבור האלמוני של תולדות החיים, לא נשתמר בין המאובנים. מכל מקום, יש בידינו ראיה עקיפה ומעוררת מחשבות. קהילות היצרנים הנפוצות ביותר של הפרקאמבריון נשתמרו כסטרומאטוליטים (מרבדים של אצות כחוליות שלכדו וקשרו מרבצים). אלה האחרונים משגשגים כיום רק בסביבות עוינות (למשל, לאגונות מלוחות מאוד), שכמעט ואין בהן "קוצרים" רב-תאיים. פיטר גארט מצא שהמרבדים האלה מחזיקים מעמד בסביבות ימיות רגילות רק כאשר מסלקים את ה"קוצרים" באופן מלאכותי. בשפע שלהם בימי הפרקאמבריון יש אפוא כדי לשקף העדר של "קוצרים".

סטנלי לא פיתח את התיאוריה שלו בהסתמך על מחקרים אמפיריים של קהילות פרקאמבריוניות. הוא מסיק את טיעונו מעיקרון אקולוגי מבוסס, שאינו עומד בסתירה לשום עובדה של העולם הפרקאמבריוני ונראה כמתיישב במיוחד עם תצפיות אחדות. בפסקה המסכמת של מאמרו הוא מציג בגילוי-לב ארבע סיבות לקבלת התיאוריה שלו: (1) "נראה שהיא מסבירה את העובדות המצויות בידינו בקשר לחיים בימי הפרקאמבריון"; (2) "היא פשוטה, לאו דווקא מסובכת או מחוכמת"; (3) "היא מבוססת על הביולוגיה לבדה, ונמנעת מהזדקקות לגורמים חיצוניים"; (4) "בעיקרו של דבר היא פרי של היקש ישיר מעיקרון ביולוגי מבוסס."

הצדקות מעין אלה אינן מקבילות לרעיונות הפשטניים על קדמה מדעית, הנלמדים במרבית בתי-הספר הגבוהים והמופצים ברוב כלי-התקשורת ההמוניים. סטנלי אינו מבסס הוכחות על מידע חדש שהופק מניסויים מחמירים. אמת-המידה השנייה שלו היא הנחה מתודולוגית, אמת-המידה השלישית היא העדפה פילוסופית, הרביעית היא יישום של תיאוריה קודמת. רק הסיבה הראשונה של סטנלי מאזכרת עובדות פרקאמבריוניות, והיא נאחזת בנקודה חלשה - שהתיאוריה שלו יכולה "להסביר" את העובדות הידועות לנו (הרבה תיאוריות אחרות עושות אותו דבר עצמו).

אבל אלה בדיוק פניה של חשיבה יצירתית במדע - לא אוסף מכאני של עובדות ואינדוקציה של תיאוריות, אלא תהליך מורכב, הכורך יחדיו אינטואיציה, דעות קדומות, ותובנה מתחומים אחרים. המדע במיטבו מאציל את השיקול האנושי והתושייה האנושית על כל מפעלותיו. והמדע, ככלות-הכול (הגם שאנו שוכחים זאת לפעמים), הוא פועלם של בני-אדם.

1. סוג של אלמוג (המתרגמת).

קראו עוד:

מתכונות והטעמות בתולדות החיים : הפנטאגון של החיים
מתכונות והטעמות בתולדות החיים : גיבור חד-תאי אלמוני (פריט זה)
מתכונות והטעמות בתולדות החיים : האם המפץ הקאמבריוני הוא תרמית סיגמואידית?
מתכונות והטעמות בתולדות החיים : המוות הגדול

ביבליוגרפיה:
כותר: מתכונות והטעמות בתולדות החיים : גיבור חד-תאי אלמוני
שם  הספר: מאז היות דארווין
מחבר: גולד, סטיבן ג'יי
תאריך: 1995
הוצאה לאור: ספרית מעריב
הערות: 1. מאנגלית: ד"ר נעמי כרמל.
הערות לפריט זה: 1. המאמר הוא פרק14 בספר.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית