ברירה מלאכותית

שמאל|ממוזער|250px|תרנגול לגהורן, זן שפותח מאביו תרנגול בנקיבה ולמרות דמיון חיצוני אליו השתנה במגוון מאפיינים המתאימים לחקלאות התעשייתית.

ברירה מלאכותית היא דרך להשפיע על המערך הגנטי של אורגניזם, כך שיכלול תכונות שנחשבות לרצויות בעיני יוצר הברירה, או יחסר תכונות בלתי רצויות. תכונות מבוקשות הן למשל עמידות לתנאי אקלים מוגדרים, מחלות, מזיקים בצמחים ובבעלי חיים, גוף גדול ושמן (בתעשיית הבשר), מהירות ריצה גבוהה (בכלבים ובסוסים) ועוד.

 תורשה ואבולוציה 
 עקרונות בסיסיים של הגנטיקה 
תורשה בכל מערכת החי מבוססת על גנים, האחראים כל אחד לתכונה מוגדרת ומסודרים בכרומוזומים בכל היצורים האיוקריוטים (בעלי גרעין).

בכל גרעין מספר הכרומוזומים קבוע לאותו המין, וכל גן נמצא בשני אללים בכל תא שאיננו גמטה. ביצירת הגמטות - תאי זרע בזכר וביצית בנקבה - נמצא אלל אחד מהשניים - כלומר גן ספציפי של הזכר יפגוש בהפריה את האלל הנושא את אותו הגן בנקבה. בניסויים שביצע גרגור מנדל, נזיר וחוקר בוטניקה אוסטרי שניסח את חוקי התורשה הבסיסיים במאה ה-19 באמצעות ניסויים באפונה. בניסויים אלה מצא מנדל כי לכל תכונה הנמצאת בגן והנקראת גנוטיפ בעוד ההשפעה החיצונית הנראית של התכונה נקראת פנוטיפ. כאשר מכליאים פרח אפון לבן בפרח אפון אדום - מקבלים בדור הראשון פרח ורוד. בדור הבא מנדל אפשר הכלאה עצמית של הפרח הוורוד, וקיבל התפלגות של פרח אחד אדום, פרח אחד לבן ושני פרחים ורודים. בהמשך התברר שיש תכונות דומיננטיות - כלומר מבוטאות בפנוטיפ גם אחרי ההכלאה, ותכונות רצסיביות שיופיעו רק אם שני האללים נושאים את המוטציה שגרמה לתכונה זו. בדור הראשון יופיעו תמיד כל הצאצאים עם ביטוי של הגן הדומיננטי.

 שלושת החוקים הבסיסיים של ההכלאות 
חוק ההתפלגות הבלתי תלויה: בתהליך יצירת הגמטות כל תכונה מתפלגת ללא קשר לתכונה אחרת (לחוק זה יש יוצאים מהכלל כאשר תכונות נמצאות בתאחיזה זו לזו)

חוק הפרדת האללים: בתהליך המיוזה-חלוקת הפחתה המתקיימת ביצירת הגמטות, מועבר אלל אחד בלבד בתא הזרע ובמקביל אלל אחד בתא הביצית. לאחר ההפריה יתפתח דור שבכל תא מתאיו יהיו שני האללים.

עקרון הדומיננטיות: בדרך כלל יש אלל אחד הנושא תכונה שלטת, כאשר האלל השני איננו מופיע בפנוטיפ - כלומר נשלט - רצסיבי.

 און כלאיים 
כאשר מכליאים שני זנים טהורים של בעל חיים או צמח, מקבלים בדור הראשון פנוטיפ של התכונות הדומיננטיות של שני הזנים:

תכונה זו נקראת הטרוזיס. (און כלאיים). לדוגמה הכלאה של תירס נמוך עם יבול גבוה, בתירס גבוה עם יבול נמוך, תיתן בדור הראשון תירס גבוה עם יבול גבוה. תופעה זו מנוצלת בפועל בהכלאות בחקלאות, בחיות משק וחיות מחמד.

 השפעת המוטציות על התכונות 
מוטציה היא שינוי במבנה הגן הנמצא על אלל בגמטה, וגורם לשינוי בגנוטיפ. שינוי זה יכול להופיע בפנוטיפ כבר בהכלאה ראשונה אם גרם ליצירת גן דומיננטי, או בהתפלגות בדור הבא, אם הוא רצסיבי. המוטציות מתרחשות כל הזמן ובדרך כלל אינן משפיעות על הגנוטיפ. אבל ישנם גורמים כמו קרינה רדיואקטיבית או חומרים מוטגניים שמגבירים את תדירות המוטציה.

אם המוטציה גורמת להופעת תכונה המשפרת את העמידות של הפרט, היא מואילה לתחרותיות שלו ולכן במהלך האבולוציה היא תהווה חלק מתכונות נדרשות. אם המוטציה גורמת לנזק, כמו מחלה תורשתית, היא תישאר במקרים בודדים ובמהלך האבולוציה תכחד.

דוגמה: מחלת התלסמיה (Thalassemia)נפוצה במיוחד באזורי הים התיכון, המזרח התיכון, דרום אסיה, ודרום-מזרח אסיה. בישראל, היא נפוצה יחסית בקרב יהודים ממוצא מזרח תיכוני וצפון אפריקאי וכן בקרב האוכלוסייה הערבית. המוטציה פוגעת במבנה ההמוגלובין שבכדוריות הדם. המוטציה היא רצסיבית, ולכן כאשר אלל אחד (הטרוזיגוט) הנושא המוטציה תופיע מחלה קלה. בעוד כאשר שני נשאים של המוטציה יכולים לגרום למצב הומוזיגוטי, כלומר שני האללים פגועים, ואז המחלה קטלנית. הסתבר שכדוריות הדם במצב ההטרוזיגוטי עמידים יותר בפני פלסמודיום קדחת המלריה, ולכן באזורים נגועים בקדחת נפוצה יותר המוטציה במצב הטרוזיגוטי. והמוטציה שורדת יותר.

 הקשר בין הגנטיקה לאבולוציה 
צ'ארלס דרוויןהבחין בתוצאות האבולוציה בבעלי החיים שפגש במסעו בספינת הביגל, אף כי לא ידע עדיין על ניסוייו של גריגורי מנדל ניסח את המושג אבולוציה ומה הן השפעותיה. המושג של ברירה מלאכותית, כלומר סלקציה עם הכוונה מצד גורם תבוני. בפועל דרווין הוכיח זאת בניסויים ביונים. מחקרו שימש אותו כמבוא להסביר מושג מורכב יותר של ברירה טבעית, בה תוצר הרבייה של אורגניזמים עם תכונות מסוימות נועד לשפר את יכולת ההישרדות או יכולת רבייה (אבולוציה דרוויניסטית).

ניצול מכוון של ברירה סלקטיבית, הפך לנפוץ מאוד בביולוגיה ניסויית, כמו גם גילוי והמצאת תרופות חדשות.

האמצעי לקביעת המבנה הגנטי הוא בחירת פרטים מאותו המין אליו משתייך האורגניזם, שהם בעלי סט התכונות המבוקשות, והכלאתם. כדי לשפר תכונה מסוימת או להכחיד אחרת במידה משמעותית, נוהגים העוסקים בשינוי גנטי לחזור על תהליך ההכלאה משך מספר דורות, עד לקבלת התוצאות שהוגדרו.

ברירה מלאכותית נהוגה עוד מימי קדם – מראשית החקלאות. דוגמה נאה לכך היא ההכלאה שביצע יעקב בכבשים ועיזים כדי לקבל צאצאים נקודים וברודים מעדרו של לבן (בראשית ל' 24-43). כיום עושה החקלאות התעשייתית שימוש באמצעים מדעיים על מנת לפתח שיטות חדשות לברירה מלאכותית. דוגמה מתחום החקלאות מתייחסת לאופן בו יצר האדם את זני התרנגולות בהתאמה לדרישת השוק: להטלת ביצים או לייצור בשר: כדי ליצור זן של תרנגולות שיטיל ביצים בתדירות גבוהה באופן משמעותי מזו הקיימת בטבע, הוכלאו תרנגולות שלהן תפוקת ביצים גבוהה יחסית, יחד עם תרנגולים זכרים, צאצאים של תרנגולות בעלת תפוקת ביצים גבוהה. הצאצאים של אלה הוכלאו עם תרנגולות נוספת, גם הן בעלות תפוקת ביצים גבוהה וכן הלאה.

ברירה מלאכותית, ברירה טבעית ואבולוציה
צ'ארלס דרווין הקדיש את הפרק הראשון בספרו מוצא המינים להסבר מקיף על ברירה מלאכותית בקרב בעלי חיים וצמחים. הוא גם כתב ספר שלם על הנושא בשם "שונות בעלי החיים וצמחים בתנאי ביות" שכלל פרקים על כלבים, חתולים, סוסים, חזירים, בקר, צאן, ארנבים, יונים, תרנגולות ועופות אחרים, צמחים שונים לרבות כרוב הבר. מדענים מודרניים כוללים גם הם הסברים על ברירה מלכותית בספרים על אבולוציה, לדוגמה ריצ'רד דוקינס בספר "ההצגה הגדולה בתבל". באופן זה קל יותר להסביר מושגי יסוד מורכבים יותר שמשמשים בהמשך להסבר על ברירה טבעית ואבולוציה, ולהזים דעות קדומות ורעיונות חסמים בפני פיתוח תאוריה אבולוציונית, וכן להדגים היבטים שונים בתאוריה על ידי בעלי חיים וצמחים המוכרים לקהל הקוראים.

בדומה לרבייה סלקטיבית מלאכותית, בה בני אדם שואפים לקדם תכונות מסוימות (למשל מראה, מנת משכל, עמידות למחלות), הברירה הטבעית מסננת תכונות שמאפרות ליצורים יתרונות בשרידה, ברבייה (כמו מציאת בני זוג במקרה של רביה מינית) או בהולדה או טיפול בצאצאים (במינים בהם דבר זה רלוונטי) שדרכה רק גרסאות מסוימות של תכונות יכולות לעבור. בשני המקרים הדבר מבוצע על ידי מנגנון דומה של סינון מאגר כלשהו של גנים, כאשר הן הטבע והן בני האדם עד למאה ה-20 לא היו מודעים לקיומם של גנים אלא רק לפנוטיפ שנוצר כתוצאה מכך.

הן בברירה מלאכותית והן בטבעית התוצאה של בידוד גנטי (עקב מחסום מלאכותי כמו מניעת הזדווגות בין כלבים מזנים שונים, או אקב מחסום טבעי כמו פרושים הגרים באי מבודד), התוצאה היא התפתחות מגוון גנטי גדול (לדוגמה פיתוח זנים רבים של כלבים שכולם נוצרו מביות של מין יחיד של זאבים, או פיתוח צמחים שונים שכולם נבאו מפיתוח כרוב הבר). בניגוד לרבייה מלאכותית, שבה יש מתכנן תבוני, ברבייה המינית אין מתכנן תבוני והלחצים המכוונים שינויים בתפוצה של גנים מסוימים וכתוצאה מזה תכונות שונות, נובעים מגורמים אחרים – כמו התאמה לסביבה הטבעית, ובכלל זה יכולת למצוא מזון או הגנה מפני טורפים או עמידות למחלות, וכן במינים בעלי רבייה מינית היכולת למצוא בני זוג מתאימים לשם הולדת צאצאים.

דוקינס משתמש בדוגמאות של מגוון גדול של זנים שנוצרו מכרוב הבר (ברוקולי, כרובית, קולורבי, כרוב ניצנים, כרוב נפוס, כרוב מסולסל ועוד) ושל מאות זני כלבים שנוצרו כולם מזאב, כדי להדגים מספר היבטים. היבט אחד הוא איך תוך זמן קצר יחסית, של כמה מאות או אלפי שנים של ביות נוצר מגוון גדול בפנוטפים של בעלי החיים והצמחים.

דבר זה משמש רקע להזמת רעיון מורכב יותר המכונה אסנציאליזם או "מהותיות", שנתבע רק בשנת 1945. אסנציאליזם נחשב בעיני הביולוג ארנסט מאייר אחד החסמים לגילוי האבולוציה בשלב מוקדם יותר. הדוקטרינה הפילוסופית של אסנציאליזם, שפתוחה על ידי אפלטון הסבירה שמשולשים המצוירים בחול הם בעצם רק "צל" של משולשים גאומטריים אידיאליים, בעלי קווים חסרי עובי. מכאן בוצעה קפיצה לוגית לפיה גם עצמים אחרים בעולם, ובכלל זה בעלי חיים הם גם "רק" ייצוג של אובייקט אידיאלי יחיד שבו יש לדון. לפי רעיון זה ארנבים לדוגמה הם בעצם סוג של ייצוג של ארנב אחד "אמיתי".

המחשבה שהתפתחה בעקבות פיתוח האבולוציה שונה בתכלית, ומכונה על ידי מארייס "חשיבה אוכלוסייתית". תפיסה זו מתארת ארנבים כאוסף של יצורים נפרדים זה מזה – כך שארנבת אחת היה שונה במידת מה הן מארנבות אחרות שחיות איתה יחד, והן מהארנבת שהמליטה אותה, והצאצאים שלה יהיו בהכרח שונים במובנים מסוימים ממנה עצמה. לדוגמה אורך האוזניים של ארנבת יהיה בגודל ממוצע מסוים, והאורך האמיתי של האוזן (הפנטופיפ) עשוי להשתנות בין ארבנות שונות באותו דור, והן בשושלת מסוימת של ארנבים. אלפרד ראסל וולאס שגילה במקביל לדרווין את האבולוציה שמתרחשת עקב ברירה טבעית, כתב את המאמר "על נטייתם של זנים להתרחק עד בלי גבול מהטיפוס המקורי". כדברי דוקינס "אין שום "ארנביות" קבועה, אין שום "מהות ארנבית התלויה על בלימה בשמיים". עם הזמן הדברים שאנו מכנים כיום "ארנבים" עשויים להתפתח למינים שיראו שונים מאוד מארנבים, עד כדי כך שיהיה קשה להאמין שהם התפתחו מהם.

 שינוי מלאכותי של תכונות 
 יצירת זנים מלאכותיים של בעלי חיים וצמחים 
שינוי מלאכותי של גנום (Genetic Modified Organisem), היא טכנולוגיה המבוססת על שיבוט, כלומר החדרת גנים שאינם שייכים לאורגניזם, כדי לקבל תכונות חדשות. השימוש בצמחים מהונדסים כ-GMO נתקל בהתנגדות מחשש של פגיעה במאזן הטבעי בגלל תפוצה של המין החדש שנוצר מעבר לתחום החקלאי.במדינות השוק המשותף אף נאסר השימוש בטכנולוגיה זו.

המדע העוסק בתהליכם אלה הוא הנדסה גנטית:

 הנדסה גנטית 

ניצול מכוון של ברירה (או רבייה) סלקטיבית הפך לנפוץ בביולוגיה ניסויית, במיוחד במיקרוביולוגיה וגנטיקה. בטכניקות מעבדה של הנדסה גנטית, גנים מוכנסים לתוך תאים, בדרך כלל חיידקים. עם מולקולת DNA קטנה ומעגלית הנקראת פלסמיד בתהליך הנקרא העברה (transduction). הגן הנבחן מלווה על ידי גן פלסמיד מדווח, או בשם אחר "סמן לבחירה", המקודד תכונה או תכונות ספציפיים. דוגמה לתכונות: עמידות לאנטיביוטיקה, או היכולת לגדול בריכוזי מלח גבוהים. ואז התאים שעברו תהליך זה, יכולים לחיות בסביבה בה תאים מאותו סוג, אשר לא עברו את התהליך, היו מתים. בבעלי חיים התהליך נקרא שיבוט. בעזרת תהליך השיבוט ניתן אפילו לשחזר גנים של מאובנים,של צמחים ובעלי חיים שכבר אינם קיימים ולשבט אותם לתאי ביצית של בעל חיים קיים.

מחקרים בפזיולוגיה אבולוציונית, גנטיקה התנהגותית, ותחומים נוספים הנוגעים לביולוגיית אורגניזמים, עשו שימושים מכוונים בברירה סלקטיבית מכוונת, וככל שהזמן העובר בין דור לדור הוא רב יותר כך יותר קשה להעביר תכונות בצורה מלאכותית.

 חסרונות וביקורת על השיטה 
ברירה מלאכותית שנועדה לחזק תכונה מסוימת יוצרת לעיתים קרובות דילול של המגוון הגנטי בקרב מין מסוים. המגדלים מייצרים "מאגר וירטואלי" של גנים של פרטים מסוימים ומאפשרים רק להם להתרבות, בלי לאפשר התרבות עם זנים אחרים. דבר זה עלול לגרום למגוון גנטי נמוך בתוך הזן וכתוצאה מכך עמידות נמוכה יותר למחלות או רגישות גבוה יותר לתנאי סביבה משתנים. דוגמה לכך היא פגיעות למחלות גבוה יותר בקרב זני כלבים "טהורים" שעוברו ברירה מלאכותית קפדנית לאורך דורות.בעיה דומה קיימת בזני חיטה מודרנית – כדי להשיג זנים בעלי פריון חקלאי גבוה יותר, נשמרו זנים בעלי תכונות פריון גבוהות יותר (זרע גדול יותר, מחזור גדילה מהיר יותר וכו') והדבר הוביל לכך שחיטה מודרנית היא פחות עמידה למחלות לעומת חיטת הבר. במאה ה-20 החל מאמץ לשמר זרעים שונים בבנק זרעים של מגוון זנים כדי לשמור על המגוון הגנטי בניסיון להפחית בעיה זו למקרים של מחלות חיטה או בעיות עקב שינוי אקלים.

ברירה מלאכותית עלולה לגרור עיוותים מורפולוגיים וקשיים שונים בגוף של בעלי חיים. לדוגמה הזואולוג האמריקאי ריימונד קופינג'ר ציין כי כל גורי הכלבים מזנים שונים, דומים זה לזה הרבה יותר מאשר הכלבים הבוגרים. הסיבה לכך היא שזרבובית ארוכה או קצרה מידי בקרב כלבים עשויה לגורם להם קשיי יניקה. דוגמה לעיוותים הגורמים לבעיות קיימות בזן בולדוג. ההבעה ה"זועפת" לכאורה של הבולדוג נובעת מגדילה איטית של עצמות האף, ולדבר זה יש השלכות על העצמות והרקמות השכנות. תוצאת לוואי אחת היא משיכת החך כלפי מעלה בזווית לא נוחה כך ששיניו מזדקרות החוצה והוא נוטה להזיל ריר. בולדוגים ופקינזים סובלים גם מקשיי נשימה עקב מבנה גופם. כלבי הבולדוג גם מתקשים להיוולד בשל ראש גדול יחסית, וכיום כלבי בודלוג רבים נולדים בניתוח קיסרי.

ארגונים שונים הפועלים למען זכויות בעלי חיים מוחים כנגד פרקטיקות של שינוי גנטי אצל בעלי חיים, בבואם לטעון כי שינוי התכונות עלול לגרום סבל לבעל החיים מושא השינוי. דוגמה לכך היא תרנגול הפטם, גזע מעשה ידי האדם, המאופיין בחזה גדול ביותר ביחס לגודל החזה הטבעי אצל תרנגולים. במצב זה, הרקמה שנוספה לבעל החיים יוצרת עומס על מערכות הלב והריאות ולוחצת על השלד.

 ראו גם 
 הנדסה גנטית
 הכלאה לאחור
 ברירה טבעית
 גנטיקה
 מגוון גנטי

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

קטגוריה:ביוטכנולוגיה
קטגוריה:זכויות בעלי חיים
קטגוריה:אבולוציה