כאשר לאורגניזם עומדים כמה מסלולים אבולוציוניים אפשריים, שמקנים לו אותה רמת כשירות, הבחירה ביניהם אינה בהכרח אקראית. כך עולה ממחקר חדש של חוקרי הטכניון, שבחן את הדינמיקה של האבולוציה ומצא כי אוכלוסיות נוטות להתפתח לעבר מצבים יציבים ועמידים יותר לשינויים.
המחקר, שפורסם בכתב העת המדעי PNAS, הובל על ידי חוקרי המעבדה לרשתות ביולוגיות בטכניון - ראזי פח'ר א-דין מהפקולטה למתמטיקה שימושית ופרופ' נעמה ברנר מהפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון.
גלריה
בתרשים: המאמר מתייחס למצבים שבהם אפיקי ההתפתחות מובילים לרמות כשירות דומות – האזורים הבהירים. משמאל: ניתן היה לצפות כי במקרים כאלה, האבולוציה תתקדם כמהלך אקראי בלתי מכוון. מימין: עם זאת, המחקר הנוכחי מראה כי פערים בעקמומיות יובילו את האורגניזם בתנועה דטרמיניסטית לעבר אזורים שטוחים יותר, שיעניקו לו סלחנות לשינויים ועמידות רבה יותר
(איור: דוברות הטכניון)
"נהוג לתאר את האבולוציה כתהליך של טיפוס אל פסגות של כשירות – התאמה לסביבה שמקנה לאורגניזם כושר הישרדות המותאם לנסיבות", הסבירה פרופ' ברנר. "עם זאת, לעיתים עומדים בפני האורגניזם כמה נתיבי התפתחות המקנים לו אותה רמה של כשירות אבולוציונית, ואז עולה השאלה כיצד האבולוציה בוחרת בין אותם נתיבים".
החוקרים גילו כי כאשר כמה מסלולים מובילים לאותה רמת כשירות, האוכלוסיות אינן מתקדמות ביניהם באופן אקראי. במקום זאת, הן נוטות להתפתח לעבר אזורים "שטוחים" יותר בנוף האבולוציוני, שבהם תכונות האורגניזם עמידות יותר לשינויים ולהפרעות.
במילים אחרות, בהינתן כשירות זהה - האורגניזם מתפתח בכיוון שיעניק לו עמידות וסלחנות לשינויים, שגם בהן יש כמובן יתרון הישרדותי. המשמעות היא שתכונות כמו חוסן ביולוגי ועמידות לשיבושים עשויות להתפתח באופן ספונטני בדינמיקה האבולוציונית, גם ללא לחץ ברירה ישיר המעדיף אותן.
פרופ' נעמה ברנר
(צילום: דוברות הטכניון)
ראזי פח'ר א-דין
(צילום: דוברות הטכניון)
בטכניון אמרו כי לממצאים עשויות להיות השלכות רחבות על הבנת התפתחותן של מערכות ביולוגיות מורכבות. הם עשויים לסייע בפירוש דפוסי שונות ביולוגית שנצפים בטבע, בהבנת מקורות החוסן של מערכות חיות ואף ביצירת גשרים רעיוניים בין ביולוגיה אבולוציונית לבין תחומי מחקר כגון למידה עמוקה, שם רשתות עצביות נסחפות לעבר מינימום שטוח ויציב המאפשר הכללה.
המחקר נתמך בחלקו על ידי הקרן הדו-לאומית ארצות הברית–ישראל למדע (US-Israel Binational Science Foundation – BSF).
