דומים אך שונים: אבולוציה מתכנסת

בראשית העת החדשה החלו מדינות אירופיות אחדות להרחיב את השפעתן מעבר לעולם שהיה מוכר להן עד אז. מטרתן העיקרית הייתה כלכלית, בעיקר פיתוח מסחר ויבוא סחורות חדשות, ולצורך כך  השתלטו על דרכי המסחר לאזורים מרוחקים וכבשו שטחים חדשים. מעצמות כספרד ופורטוגל, ובעקבותיהן גם הולנד, אנגליה וצרפת, שלחו ספינות לרחבי האוקיינוסים וגילו יבשות שלא היו מוכרות להן, כאמריקה ואוסטרליה. על מנת ללמוד על הפוטנציאל של השטחים החדשים צורפו לחלק מהמשלחות מדענים, שאספו ממצאים ונתונים. זרם של ממצאים, ביניהם צמחים ובעלי חיים חדשים, הגיע לאירופה.

דוגמה לקצב הגילויים של בעלי חיים וצמחים ״חדשים״ הוא החוקר האנגלי ג׳וזף בנקס (Joseph Banks), שהצטרף למסעות מחקר, שהארוך בהם היה מסעו של קפטן קוק (James Cook) לאוקיינוס השקט ולאוסטרליה. ממסע זה לבדו הביא בנקס למוזיאון הבריטי כ-30,000 צמחים. מממצאים אלה למדו מדענים באירופה שעולם החי והצומח המוכר להם הוא רק חלק קטן ממגוון עצום של יצורים שלא היו ידועים להם. דוגמה ליצור כזה היה הברווזן האוסטרלי (Ornithorhynchus anatinus), שהתגלה לראשונה בשנת 1798. כשהובא לראשונה לבריטניה חשבו המדענים שבחנו אותו שזו מתיחה שיצרו מפחלצים, שחיברו מקור של ברווז לגופת יצור הדומה לבונה (beaver).

כדי להבין את הקשרים בין היצורים החדשים שהתגלו לאלה שהיו מוכרים באירופה, היה צורך בקטלוג, מיון וסיווג היצורים החדשים. שיטת המיון שפותחה במאה ה-18 על ידי המדען השוודי השבדי קרל פון לינה (לינאוס), ושבה משתמשים המדענים עד היום, מבוססת על תכונותיהם המורפולוגיות של היצורים החיים. באמצעות שיטת מיון זו, ועל בסיס תיאוריו של המדען הצרפתי ז׳ורז לואי דה בופון את הממצאים החדשים וכן תיאוריהם של מדענים רבים נוספים, התברר שבמקרים רבים יש דמיון רב בין חלק ממיני בעלי החיים שהיו מוכרים למדענים האירופים ובין מינים שהתגלו ביבשות ה"חדשות". לדוגמה, מבנה הראש, ובעיקר מבנה המקור והלשון, של בני משפחת הצופיתיים מהעולם הישן (משפחת Nectariniidae, סדרת ציפורי שיר, Passeriformes), דומים מאוד לאלה של בני משפחת הקוליבריים באמריקה (משפחת Trochilidae, סדרת הסיסאים, Apodiformes). בני שתי המשפחות הללו הרחוקות למדי זו מזו מבחינה אבולוציונית וגיאוגרפית, ניזונים מצוף פרחים, והתפתחו בהם, באופן בלתי תלוי, התאמות התנהגותיות ואנטומיות דומות להפליא להשגת מזון זה ולעיכולו.

התפתחות בלתי תלויה של תכונות דומות אצל מינים שאינם קרובים גנטית זה לזה נקראת אבולוציה מתכנסת (convergent evolution), והיא מתרחשת כהתאמה לתנאי סביבה מסוימים, כמו חיים מתחת לפני הקרקע, לצורת תנועה מסוימת, כמו שחייה או תעופה, או לאכילת מזון מסוים, כמו צוף או נמלים וטרמיטים. לדוגמה, לרוב מיני היונקים הניזונים מנמלים וטרמיטים יש טפרים חזקים לפריצת הקינים או התילים שבהם חי טרפם ולשון ארוכה ודביקה ללכידתו ;בעטלפים, עופות ופטרוזאורים התפתחו כנפיים היוצרות את כוח העילוי הנדרש להתגברות על כוח המשיכה ולתעופה; ובקיפודים, קיפודגים וקיפודני נמלים אוסטרליים התפתחו במעטה הגוף קוצים חדים, המשמשים להגנה.

תופעה זו לא הייתה מוגבלת לקבוצה סיסטמטית מסוימת והיא קיימת גם אצל עופות ויונקים אחרים ואף אצל צמחים. בספרו מוצא המינים עסק צ'ארלס דרווין בתופעה זו והשווה אותה לרעיון שהגו שני אנשים באופן בלתי תלוי זה בזה, כמו רעיון הברירה הטבעית, שהגו הוא עצמו ואלפרד וואלאס במקביל ובאופן בלתי תלוי באמצע המאה ה-19. דוגמה נוספת לרעיון שהתפתח באופן בלתי תלוי אצל שני אנשים ובאותה תקופה הוא המצאת החשבון הדיפרנציאלי והאינטגרלי על ידי אייזק ניוטון באנגליה וגוטפריד לייבניץ בגרמניה באמצע המאה ה-17. אבולוציה מתכנסת נפוצה גם בהתפתחות רעיונות אחרים. כך, למשל, ציד המוני של פרסתנים במלכודות (המוכרות במזרח התיכון כ״עפיפונים״) התפתח באופן בלתי תלוי באירואסיה ובצפון אמריקה וכלי אבן דומים המיועדים לתפקידים שונים פותחו על ידי קבוצות אוכלוסייה שונות ביבשות שונות.

תהליכים של אבולוציה מתכנסת מתרחשים גם בממלכת הצמחים, הן ברמת המינים והן ברמת החברות. ברמת המינים מוכרת בארץ התופעה המכונה ״פרחי צלחת אדומים״, שבה למינים שונים של צמחים חד-שנתיים, הפורחים באזור הים-תיכוני בחורף ובאביב, פרחים עגולים וסימטריים, דמויי צלחת לא עמוקה, שקוטרם 6-4 ס״מ ועלי הכותרת שלהם אדומים. כולם חסרי צוף, אך הם נושאים כמויות גדולות של אבקת פרחים, הנאכלת על ידי חיפושיות, שגם מאביקות את הצמחים. עם קבוצה זו נמנים מינים נפוצים מאוד, המכסים שטחים גדולים במרבדים צבעוניים, ככלנית מצויה, נורית אסיה, פרג אגסני, מיני דמומית ופרגה אדומה, המסווגים לשלוש משפחות שונות (נוריתיים, פרגיים ושושניים). המינים השונים אינם פורחים כולם יחד, אלא מחליפים זה את זה בזמני הפריחה שלהם, עם חפיפה של כמה שבועות בין המינים, כך נוצר גל פריחה אדום, שנמשך חודשים אחדים. פרופ' אבי שמידע משער שצורת הפרחים, צבעם וגודלם נועדו למשוך מאביקים, בעיקר חיפושיות, ומיני הצמחים השונים מתחרים זה בזה על המאביקים. תופעה זו, של "פרחי הצלחת האדומים", היא דוגמה לאבולוציה מתכנסת במיני צמחים שונים. דוגמה נוספת בצמחים, אך ברמת החברה, היא חברות הצמחים הים-תיכוניות הקיימות באזורים ממוזגים שונים בעולם: סביב הים התיכון, באזור הכף באפריקה הדרומית, בקליפורניה, בחופה המערבי של צ׳ילי ובדרום-מערב אוסטרליה. למרות התפתחותן בחמש יבשות שונות ומרוחקות מאוד זו מזו, יש להן תכונות רבות דומות ומשותפות.

אבולוציה מתכנסת היא תופעה נפוצה למדי בעולם החי והצומח. לדוגמה, טריפת חרקים ובעלי חיים קטנים אחרים על ידי צמחים התפתחה בנפרד  12 פעמים במהלך האבולוציה וצמחים טפילים התפתחו 7 פעמים בענפים פילוגנטיים שונים. אם כך, עולה השאלה: מדוע אבולוציה מתכנסת היא תופעה נפוצה כל כך? הרי, תיאורטית, אפשר לשער שהיו יכולים להתפתח אינספור פתרונות נוספים לטריפה יעילה של נמלים וטרמיטים, לאכילת צוף ולכל בעיה אבולוציונית אחרת. אבל, האם באמת מספר הפתרונות האפשריים הוא אינסופי? לדעת חוקרים רבים המספר סופי ומוגבל. הגורמים המגבילים העיקריים משתייכים לשתי קבוצות: 1) גורמים הקשורים לסביבה, כמו התכונות הפיזיות והכימיות של החומרים ושל כדור הארץ (כמו צמיגות האוויר והמים וכוח המשיכה); 2) גורמים התפתחותיים, הקשורים להרכב הגנטי של היצורים החיים, כלומר לאבני הבניין שלהם. החוקרים משערים שכל היצורים החיים נוצרו מיצור קדמון אחד ולכן ההרכב הגנטי שלהם דומה. יצור זה היה כנראה יצור חד-תאי שחי לפני כ-4.2 מיליארד שנים, והכיל את אוסף הגנים המשותפים ליצורים החיים כיום והגלומים בדנ"א המשותף. מכאן ש״אבני הבניין״ שעמדו לרשות היצורים שחיו בעבר זהות לאלה של היצורים החיים כיום. לכן, קיים מספר פתרונות מוגבל, שהיעילים ביותר ביניהם התפתחו למצבם הנוכחי בקבוצות שונות. עם זאת, תמיד קיימת האפשרות התיאורטית שמישהו ימציא פתרון חדש או שבתהליך האבולוציה ייווצר פתרון כזה. נראה שלשאלה האם מספר הפתרונות האפשריים מוגבל אין תשובה החלטית וחד-משמעית.