tomron87/hebrew-wikipedia-sentences-corpus huggingface dataset:
עם משמעויות כה רבות למילים "עובדה" ו"תאוריה", משמעויות שונות זו מזו באופן כה ניכר, אנשים יכולים לעיתים קרובות לא להבין זה את זה, להחמיץ זה את המשמעות שאליה מתכוון זה, ומשמעויות הופכות לנושא של ניתוח לשוני-לינגוויסטי ולמקור לאי-הבנה ואי-הסכמה בפני עצמו.
עדויות לאבולוציה ממשיכות להצטבר ולעבור בחינה בתצפיות ובניסויים.
הספרות המדעית כוללת הצהרות של ביולוגים אבולוציוניים ופילוסופים של המדע המדגימים כמה מהפרספקטיבות השונות של האבולוציה כעובדה וכתאוריה.
האבולוציה תוארה כ"עובדה ותאוריה"; כ"עובדה, לא תאוריה"; כ"רק תאוריה, לא עובדה"; כ"ריבוי תאוריות, לא עובדה"; וכ"לא עובדה ולא תאוריה".
עם זאת, חילוקי הדעות בין ההצהרות הללו קשורים יותר למשמעות של מילים, לסמנטיקה ולפילולוגיה, מאשר לסוגיות המהותיות שבבסיס האבולוציה.
הביולוג ג'רי קוין מסכם את האבולוציה הביולוגית בתמציתיות:
החיים על פני כדור הארץ התפתחו בהדרגה, החל ממין פרימיטיבי אחד – אולי מולקולה המשכפלת את עצמה – שחי לפני יותר מ-3.5 מיליארד שנים; זו הסתעפה עם הזמן, וממנה נבעו מינים חדשים ומגוונים רבים; והמנגנון של רוב השינויים האבולוציוניים (אך לא כולם) הוא הברירה הטבעית.
ציטוט זה מראה את רוחבו והיקפו של הנושא, המשלב את התחומים המדעיים זואולוגיה, בוטניקה, גנטיקה, גאולוגיה ופלאונטולוגיה, בין מדעים רבים אחרים.
הליבה של האבולוציה מוגדרת בדרך כלל כשינויים בתכונה או בשכיחות אללים באוכלוסיית אורגניזמים מדור לדור.
הגדרה זו כונתה "ההגדרה הגנטית הסטנדרטית של אבולוציה".
הברירה הטבעית היא רק אחת מכמה מנגנונים בתאוריית השינוי האבולוציוני שמסבירים כיצד אורגניזמים מסתגלים לסביבות משתנות.
עקרונות התורשה התגלו מחדש בשנת 1900, לאחר מותו של דרווין, במחקרו של גרגור מנדל על ההורשה של וריאציות של תכונות פשוטות באפונה.
דבר זה פתח את הדרך לסינתזה האבולוציונית המודרנית שאיחדה בין אבולוציה לגנטיקה.
מחקרים נוספים ומאוחר בנושא גנטיקה, מוטציה, פלאונטולוגיה וביולוגיה התפתחותית הרחיב את הישימות וההיקף של התאוריה המקורית של דרווין.
לפי דגלס פוטוימה (Douglas J.
אבולוציה ביולוגית עשויה להיות קלה או משמעותית; היא חובקת הכול, משינויים קלים בשכיחות של אללים שונים בתוך אוכלוסייה (כמו אלו הקובעים את סוג הדם) ועד השינויים הרצופים שהובילו מהפרוטו-אורגניזם הקדום ביותר לחלזונות, דבורים, ג'ירפות וצמחים ממשפחת המורכבים.
במובן הרחב, המילה "אבולוציה" (התפתחות, השתנות) מתייחסת לתהליכי שינוי, מאבולוציה של כוכבים ועד שינויים בשפה.
בביולוגיה, המשמעות היא יותר ספציפית: שינויים תורשתיים המצטברים לאורך דורות של אוכלוסייה.
אורגניזמים בודדים אינם עוברים אבולוציה במהלך חייהם, אך וריאציות בגנים שהם יורשים יכולות להפוך לנפוצות יותר או פחות באוכלוסיית האורגניזמים.
שינויים במהלך חייהם של אורגניזמים שאינם עוברים בתורשה לצאצאיהם אינם חלק מהאבולוציה הביולוגית.
זאת להוציא שינויים אפיגנטיים שעשויים לעבור בתורשה לצאצאים – תחום מחקר שנמצא בראשיתו.
בעיני קית' סטיוארט תומסון, למילה אבולוציה יש לפחות שלוש משמעויות נבדלות:
המובן הכללי של "שינוי לאורך זמן".
כל צורות החיים נגזרו תוך שינויים מאבות אבותיהן, בתהליך של נביעה ממוצא משותף.
הגורם או המנגנונים של תהליך ההשתנות הזה, שנבדקים ומוסברים על ידי תאוריות אבולוציוניות.
תומסון מעיר: "שינוי לאורך זמן הוא עובדה, ומוצא מאבות קדמונים משותפים מבוסס על היגיון כל כך בלתי מעורער עד שאנו מתנהגים כאילו הוא עובדה.
הברירה הטבעית מספקת את המתווה לתאוריה בעלת תוקף הסברי."
ביולוגים רואים כעובדה מדעית את הקביעה שהאבולוציה התרחשה ועדיין מתרחשת, ומעגנים קביעה זאת בכך שאורגניזמים מודרניים שונים מצורות העבר, ובכך שהאבולוציה עדיין מתרחשת מכיוון שניכרים הבדלים ניכרים בין אורגניזמים וצאצאיהם.
ישנה תמיכה מחקרית כמותית כל כך חזקה בעובדה זו, עד שמדענים מתייחסים למוצא משותף כעובדה כמו להבנה שבמערכת השמש כדור הארץ מקיף את השמש, אף על פי שבחינת היסודות של תהליכים אלה עדיין בעיצומה.
ישנן מספר תאוריות לגבי מנגנוני האבולוציה, ועדיין יש ויכוחים פעילים לגבי מנגנונים ספציפיים בה.
ישנה משמעות רביעית למילה "אבולוציה" שאינה בשימוש על ידי ביולוגים כיום.
בשנת 1857, הפילוסוף הרברט ספנסר הגדיר זאת כ"שינוי מהומוגני להטרוגני".
הוא טען (לפני דרווין) שהדבר "נקבע מעבר לכל מחלוקת" עבור אבולוציה אורגנית ויישם אותה על האבולוציה של מערכות כוכבים, גאולוגיה והחברה האנושית.
ב-1865 הודה ספנסר שהגדרתו אינה מושלמת, אך היא נשארה פופולרית לאורך המאה התשע-עשרה עד שדעכה כתוצאה מהביקורת של ויליאם ג'יימס ואחרים.
מדענים משתמשים לעיתים קרובות במילה "עובדה" כדי להתייחס לנתונים ניסיוניים או אמפיריים או תצפיות אובייקטיביות הניתנות לאימות.
המילה "עובדה" משמשת גם במובן רחב יותר, במשמעות של "כל תאוריה שיש לה הוכחות מוחצות".
עובדה היא השערה שנתמכת בצורה כה חזקה בראיות עד שאנו מניחים שהיא נכונה, ומתנהגים כאילו היא נכונה.
במובן זה שהאבולוציה מקבלת תוקף מוחץ מהראיות, האבולוציה היא עובדה.
לעיתים קרובות אומרים שהיא עובדה באותו האופן שבו סיבוב כדור הארץ סביב השמש הוא עובדה.
הציטוט הבא ממאמרו של הרמן מולר, "מאה שנים ללא דרוויניזם הן די והותר", מסביר את הנקודה:
אין קו חד בין ספקולציה, השערה, תאוריה, עיקרון, ועובדה, אלא רק הבדל לאורך סולם גולש, במידת ההסתברות של הרעיון.
כאשר אנו אומרים שדבר הוא עובדה, אם כן, אנו מתכוונים רק לכך שההסתברות שלו היא גבוהה ביותר: כל כך גבוהה עד שאיננו מוטרדים מהספק לגביו ומוכנים לפעול בהתאם.
כעת, בשימוש "הזה" במונח "עובדה", שהוא היחיד הראוי, האבולוציה היא עובדה.
האקדמיה הלאומית למדעים בארצות הברית מעלה נקודה דומה:
מדענים משתמשים לרוב במילה "עובדה" כדי לתאר תצפית.
אבל מדענים יכולים להשתמש במילה עובדה גם לגבי משהו שנבדק או נצפה כל כך הרבה פעמים עד שאין עוד סיבה משכנעת להמשיך לבדוק או לחפש דוגמאות.
התרחשות האבולוציה במובן זה היא עובדה.
מדענים כבר לא מטילים ספק אם התרחשה תורשה עם שינוי מכיוון שהראיות התומכות ברעיון הן כל כך חזקות.
סטיבן ג'יי גולד מציין גם ש"דרווין הדגיש ללא הרף את ההבדל בין שני הישגיו הגדולים והנפרדים: ביסוס עובדת האבולוציה, והצעת תאוריה – ברירה טבעית – שתסביר את מנגנון האבולוציה".
הציבור הרחב מבלבל לעיתים קרובות בין שני היבטים אלה.
מדענים ממשיכים להתווכח על הסברים או מנגנונים מסוימים שפועלים במקרים ספציפיים של אבולוציה – אבל העובדה שהאבולוציה התרחשה, ועדיין מתרחשת, אינה שנויה במחלוקת.
קיימת תפיסה שגויה נפוצה שלא ניתן לצפות באבולוציה בצורה מהימנה מכיוון שהכול התרחש לפני מיליוני שנים.
עם זאת, גם דרווין וגם אלפרד ראסל וולאס, מייסדי התאוריה, וכל הביולוגים שבאו אחריהם, מסתמכים בעיקר על תצפיות באורגניזמים חיים; דרווין התרכז בעיקר בגידול בעלי חיים מבויתים, ואילו וולאס התחיל מהתפוצה הביוגאוגרפית של מינים באמזונאס ובארכיפלג המלאי.
בתחילת המאה העשרים, גנטיקה של אוכלוסיות מילאה תפקיד מרכזי בחקר ובהוכחת האבולוציה, ולאחרונה המוקד העיקרי של תצפית וניסויים הוא ה-DNA.
פילוסופים של המדע טוענים שאיננו יודעים אמיתות אמפיריות בלתי-תלויות-בתודעה (mind-independent) בוודאות מוחלטת: אפילו תצפיות ישירות עלולות להיות "עמוסות תאוריות" ותלויות בהנחות לגבי החושים שלנו ולגבי מכשירי המדידה שבהם אנו משתמשים.
במובן זה כל העובדות הן זמניות.
ההגדרה המדעית של המילה "תאוריה", שונה מההגדרה המילולית היום-יומית של המילה.
בשפת העם, המילה "תאוריה" יכולה להתייחס לניחוש, להשערה פשוטה, לדעה, או לספקולציה שאינה חייבת להתבסס על עובדות, ואינה צריכה להיות מנוסחת באופן שיאפשר להפיק ממנה חיזויים שניתנים לבדיקה.
במדע, לעומת זאת, משמעות המילה תאוריה היא קפדנית בהרבה.
תאוריה מדעית היא "הסבר מבוסס היטב של היבט כלשהו של עולם הטבע שמשלב עובדות, חוקים, מסקנות, והשערות שנבדקו." תאוריות נוצרות מהשערות שעברו שוב ושוב מבחני ראיות שנערכו בניסיון להפריכן.
במקרה של אבולוציה באמצעות ברירה טבעית, דרווין הגה את ההשערה על אבולוציה בסביבות 1839, והכין טיוטה ראשונה של הרעיון כעבור שלוש שנים, ב-1842. הוא דן בכך רבות עם רבים מחבריו האינטלקטואלים, וערך מחקרים נוספים כהכנה לכתביו ולעבודותיו האחרים.
לאחר שנים של פיתוח, הוא בסופו של דבר פרסם את העדויות והתאוריה שלו בספרו "מוצא המינים" בשנת 1859.
"תורת האבולוציה" היא למעשה רשת של תאוריות שיצרה את תוכנית המחקר של הביולוגיה.
דרווין, למשל, הציע חמש תאוריות נפרדות בניסוח המקורי שלו, שכללו הסברים מכניסטיים ל:
מאז דרווין, האבולוציה הפכה לגוף נתמך היטב של קביעות קשורות זו בזו שמסביר תצפיות אמפיריות רבות בעולם הטבע.
תאוריות אבולוציוניות ממשיכות לייצר תחזיות והסברים שניתנים לבדיקה, לגבי אורגניזמים חיים, אורגניזמים מאובנים ומאובנים שמהווים ראיות למעבר בין מינים שנכחדו לבין מינים אחרים על פני הרצף הפלאונטולוגי ועל פני שכבות המאובנים.
תאוריה פילוגנטית היא דוגמה לתאוריה אבולוציונית.
היא מבוססת על הנחת היסוד האבולוציונית שקיימת שושלת יוחסין של גנים, אוכלוסיות או מינים.
פרטים שמתפתחים מקושרים זה לזה בקשרים היסטוריים וגנאלוגיים.
עצים אבולוציוניים הם השערות שנובעות מהתאוריה הפילוגנטית.
הם מתארים יחסים בין פרטים שיכולים להתפצל למינים נפרדים ולהתרחק זה מזה.
התהליך האבולוציוני של ספציאציה (התמיינות מינים זה מזה) יוצר קבוצות המקושרות על ידי אב קדמון משותף וכל צאצאיו.
המינים יורשים תכונות שמועברות לצאצאים.
ביולוגים אבולוציוניים משתמשים בשיטות של תורת המיון ובוחנים תאוריה פילוגנטית כדי לצפות בשינויים לאורך זמן בתוך כל מין ובין מינים שונים ולהסבירם.
שיטות אלו כוללות איסוף, מדידה, תצפית ומיפוי של תכונות לעצים אבולוציוניים.
התאוריה הפילוגנטית משמשת לבדיקת ההתפלגויות הבלתי תלויות של תכונות ומגוון צורותיהן כדי לספק הסברים לדפוסים הנצפים ביחס להיסטוריה ולביולוגיה האבולוציונית שלהם.
התאוריה הנייטרלית של אבולוציה מולקולרית משמשת עבור חקר האבולוציה כמודל אפס שבהשוואה אליו ניתן ליצור מבדקים לנוכחותה ולעוצמתה של ברירה טבעית.
ביולוגים אבולוציוניים ופילוסופים של המדע מדגימים פרספקטיבות שונות של האבולוציה כעובדה ותאוריה.
הזואולוג והפלאונטולוג האמריקאי ג'ורג' גיילורד סימפסון קבע כי "דרווין...
סוף סוף ובהחלט קבע את האבולוציה כעובדה".
הרמן ג'וזף מולר כתב: "כל כך עצומות, מסתעפות ועקביות הפכו הראיות לאבולוציה, שאם מישהו יכול עכשיו להפריך אותה, עלי לזעזע את התפיסה שלי לגבי סדר היקום עד כדי כך שתוביל אותי לפקפק אפילו בקיום שלי.
אם תרצה, אסכים שבמובן מוחלט האבולוציה אינה עובדה, או ליתר דיוק, שהיא אינה עובדה יותר מאשר העובדה שאתה שומע או קורא את המילים הללו."
קן מילר כתב: "אבולוציה היא עובדה באותה מידה כמו כל דבר אחר שידוע לנו במדע."
ארנסט מאייר ציין: "התאוריה הבסיסית של האבולוציה אושרה בצורה כה מלאה עד שרוב הביולוגים המודרניים רואים באבולוציה פשוט עובדה.
איך נוכל, מלבד במילה "אבולוציה", לציין את סדר ההופעה של החי והצומח בשכבות גאולוגיות מתוארכות באופן מדויק?
ושינוי אבולוציוני הוא גם פשוט עובדה בגלל השינויים בתכולת מאגרי הגנים מדור לדור".
המילה "עובדה" משמשת בדרך כלל כדי להתייחס לשינויים הניתנים לצפייה בתכונות האורגניזמים לאורך דורות בעוד שהמילה "תאוריה" שמורה למנגנונים הגורמים לשינויים אלה:
הביולוג ג'וליאן האקסלי פרסם ב-1930 את הספר השלישי בסדרה רחבת ההיקף "מדע החיים", שעסק בתיעוד המאובנים ובעדויות למבנים של צמחים ובעלי חיים, ונתן לו את הכותרת "אבולוציה – העובדה הבלתי מעורערת".
הוא כתב: "ברירה טבעית ...
היא לא תאוריה, אלא עובדה.
מספיק כדי להסביר את כל המחזה של האבולוציה?
שם אנחנו מגיעים לעניין ספקולטיבי, לתאוריות".
אבל הוא מסיים את דבריו באמירה ש"העמדות הרחבות של הדרוויניזם מופיעות מחדש, לאחר בדיקה קפדנית מהסוג המדויק ביותר, ללא שינוי מהותי".
ב-1932, חלק מהספר פורסם מחדש תחת הכותרת "אבולוציה, עובדה ותאוריה".
סטיבן ג'יי גולד כתב: "אבולוציה היא תאוריה.
ועובדות ותאוריות הן דברים שונים, לא שלבים בהיררכיה של ודאות גוברת.
עובדות הן הנתונים של העולם.
תאוריות הן מבנים של רעיונות שמסבירים ומפרשים עובדות.
עובדות אינן נעלמות כאשר מדענים מתווכחים על תאוריות יריבות כדי להסביר אותן.
תורת הכבידה של איינשטיין החליפה את זו של ניוטון, אבל תפוחים לא החלו לעמוד באוויר בהמתנה לתוצאת הדיון בדבר התאוריה הנכונה.
ובני האדם התפתחו מאבות קדמונים דמויי קוף, בין אם הם עשו זאת על ידי המנגנון שהציע דרווין או על ידי מנגנון אחר, שטרם התגלה."
באופן דומה, הביולוג ריצ'רד לנסקי (ממבצעי ניסוי האבולוציה של אי קולי) אמר: "הבנה מדעית דורשת הן עובדות והן תאוריות שיכולות להסביר את העובדות הללו בצורה קוהרנטית.
האבולוציה, בהקשר הזה, היא עובדה ותאוריה כאחת.
זוהי עובדה שאין עליה עוררין שאורגניזמים השתנו, או התפתחו, במהלך ההיסטוריה של החיים על פני כדור הארץ.
וביולוגים זיהו וחקרו מנגנונים שיכולים להסביר את דפוסי השינוי העיקריים."
הביולוג ט' ריאן גרגורי ציין: "ביולוגים ממעטים להתייחס ל'תאוריית האבולוציה', ומתייחסים פשוט ל'אבולוציה' (כלומר, לעובדה שקיימת תורשה בשינויים) או ל'תאוריה האבולוציונית' (כלומר, למכלול ההסברים שניתנו לעובדת קיומה של האבולוציה, הסברים שנעשים מתוחכמים יותר ויותר).
זה שהאבולוציה היא תאוריה במובן המדעי, פירושו שיש גם עובדה של אבולוציה שצריך להסביר אותה, וגם מסגרת מכניסטית נתמכת היטב שמסבירה אותה."
פרשנים אחרים – המתמקדים בשינויים במינים לאורך דורות ובמקרים מסוימים במוצא משותף – הדגישו, כדי להדגיש את משקלן של הראיות התומכות, שהאבולוציה היא עובדה, בטענה שהשימוש במונח "תאוריה" אינו שימושי.
ריצ'רד לוונטין כתב: "הגיע הזמן שתלמידי התהליך האבולוציוני, במיוחד אלה שהבריאתנים ציטטו את דבריהם באופן שגוי והשתמשו בהם, יגידו בבירור שהאבולוציה היא 'עובדה', לא תאוריה."
דאגלס פוטויאמה כתב ב-Evolutionary Biology (1998), "הקביעה שאורגניזמים צמחו עם שינויים מאבות קדמונים משותפים – המציאות ההיסטורית של אבולוציה – אינה תאוריה.
זוהי עובדה במלוא מובן המילה, ממש כמו עובדת סיבובו של כדור הארץ סביב השמש."
ריצ'רד דוקינס אמר: "דבר אחד שכל המדענים האמיתיים מסכימים עליו הוא עובדת האבולוציה עצמה.
זוהי עובדה שאנחנו בני דודים של גורילות, קנגורו, כוכבי ים וחיידקים.
האבולוציה היא עובדה בדיוק כמו חום השמש.
זו לא תאוריה, ואנא, הבה נפסיק לבלבל את הנאיבים מבחינה פילוסופית בכך שנקרא לה תאוריה.
ניל קמפבל כתב בספר הלימוד לביולוגיה שחיבר בשנת 1990, "כיום, כמעט כל הביולוגים מכירים בכך שהאבולוציה היא עובדה.
המונח תאוריה כבר אינו מתאים, פרט למקרה שמתייחסים למודלים השונים שמנסים להסביר כיצד חיים מתפתחים ...
חשוב להבין שהשאלות הנוכחיות לגבי איך החיים מתפתחים לא מרמזות בשום אופן על אי הסכמה כלשהי על עובדת האבולוציה."
אבולוציה כאוסף של תאוריות, לא כעובדה
האוצֵר במוזיאון להיסטוריה של הטבע של מחוז לוס אנג'לס, קירק ג' פיציו (Fitzhugh), כתב שמדענים חייבים להקפיד לתאר "בזהירות ובצורה נכונה" את אופי החקירה המדעית בתקופה שבה הביולוגיה האבולוציונית מותקפת מצד בריאתנים ותומכים של תכנון תבוני.
פיציו כותב שבעוד שעובדות הן מצבי הוויה בטבע, תאוריות מייצגות מאמצים לחבר את מצבי ההוויה הללו על ידי קשרים סיבתיים:
פיציו מכיר בכך שהוויכוח "תאוריה" מול "עובדה" הוא ויכוח על משמעותן של מילים.
למרות זאת הוא טוען שהתייחסות לאבולוציה כ"עובדה" אינה נכונה מבחינה טכנית ומסיחה את הדעת מ"המטרה העיקרית של המדע, שהיא לרכוש ללא הרף הבנה סיבתית באמצעות הערכה ביקורתית של התאוריות וההשערות שלנו".
פיציו מסכם ש"הוודאות" של האבולוציה "אינה מספקת שום בסיס להעלאת תאוריה או השערה אבולוציונית כלשהי לרמה של עובדה".
ויליאם ק' רוברטסון כתב עבור איגוד המורים הלאומי למדעים, "שמעתי יותר מדי מדענים טוענים שהאבולוציה היא עובדה, לעיתים קרובות כתשובה לטענה שהיא רק תאוריה.
במקום לטעון כך, אני חושב שמוטב שהמדענים יסכימו שאבולוציה היא תאוריה ואז ימשיכו ויסבירו מהי תאוריה – הסבר קוהרנטי שעובר בדיקות בלתי פוסקות ולעיתים קרובות עדכון על פני תקופה של זמן."
ל"הוכחה" לתאוריה יש משמעויות שונות במדע.
הוכחה קיימת במדעים פורמליים, כמו הוכחה מתמטית שבה ביטויים סמליים יכולים לייצג טיעונים מדויקים, וחוקים מדעיים בעלי הגדרות מדויקות של המונחים והתוצאות.
למילה הוכחה באנגלית (proof) יש גם משמעויות אחרות, מכיוון שהיא נגזרת מהשורש הלטיני "probare", שיש לו גם משמעות של "לבדוק".
במובן זה הוכחה היא היסק שמוביל להסבר הטוב ביותר או החסכוני ביותר, באמצעות הדגמה שניתנת לאימות פומבי (מבחן) של הראיות העובדתיות (כלומר, הנצפות) והסיבתיות, שהתקבלו בניסויים מבוקרים בקפידה.
סטיבן ג'יי גולד טען שמחקרו של דרווין, למשל, הצביע על שילוב והתאמה הדדית של עדויות רבות כל כך, ששום תצורה אחרת מלבד התאוריה שלו לא יכולה להציע הסבר סיבתי מתקבל על הדעת של העובדות.
בדרך זו הוכחו ברירה טבעית ומוצא משותף.
"ההוכחה הקלאסית היא השבחת יבולים ובעלי חיים באמצעות ברירה מלאכותית." הברירה הטבעית ותאוריות אבולוציוניות אחרות מיוצגות גם הן בהוכחות מתמטיות שונות, כמו משוואת פרייס , על שם ג'ורג' רוברט פרייס.
אולם, כדי להישאר עקביים עם הפילוסופיה של המדע, התקדמות התאוריה מושגת רק באמצעות הפרכת השערות.
"מודלים" הם חלק מ"ערכת הכלים" המדעית או ההסקתית שנבנית מתוך תאוריה קודמת.
מדע מבוסס מודלים משתמש במבנים אידיאליים או בביטויים מתמטיים כדי ליצור באופן אסטרטגי ייצוגים פשוטים יותר של מערכות מורכבות שקיימות במציאות.
מודלים נועדו להידמות להיבטים הרלוונטיים של יחסים היפותטיים במערכות היעד הנחקרות.
"אימות הוא הדגמה של העובדה שיש למודל, בתחום הישימות שלו, טווח-דיוק מְספק התואם את היישום המיועד של המודל." מודלים משמשים במחקרי סימולציה.
לדוגמה, פילוגנטיקאים אבולוציוניים מריצים סימולציות כדי למדל את תהליך ההסתעפות דמוי העץ של שושלות לאורך זמן.
סימולציה זו, בתורה, משמשת להבנת התאוריה של הפילוגנטיקה ולהבנת השיטות המשמשות לבדיקת יחסים בין גנים, מינים או יחידות אבולוציוניות אחרות.
אַבּוּטִילוֹן (שם מדעי: .Abutilon Mill) הוא סוג גדול של צמחים עשבוניים, שיחים ועצים קטנים ממשפחת החלמיתיים.
הסוג כולל 178 מינים, ותפוצתו רחבה בכל האזורים הטרופיים ולעיתים הסובטרופיים של אמריקה, אפריקה, אסיה ואוסטרליה, ובאופן כללי מיניו מעדיפים מקומות חמים.
בישראל גדלים חמישה מיני בר של אבוטילון, הנפוץ שבהם הוא אבוטילון תאופרסטוס שהוא צמח עשבוני חד-שנתי, גר בישראל ממוצא טרופי, השאר הם שיחים נדירים שמאכלסים מדרונות, מצוקים ואדיות ונאות מדבר באזורים החמים ומעדיפים בתי גידול לחים יחסית.
הם נצפים בעיקר באזור בקעת ים המלח.
מיני סוג זה מאופיינים בשעירותם, בגביעון החסר ובפרי מסוג מפרדת המורכבת מפרודות הערוכות מסביב לעמוד מרכזי, כל פרודה בעלת 2 קשוות ומכילה זרע אחד או שלושה.
העלים משוננים ודמויי לב בבסיסם.
הפרח צהוב או בעל גוון דומה.
בעבר שויכו לסוג Abutilon שני מינים נוספים: אבוטילון דו-גוני (Abutilon megapotamicum), שיח מטפס, ואבוטילון מצויר (Abutilon pictum), שיח או עץ קטן.
שני מינים אלו הועברו בשנת 2012 לסוג קליאנת'ה (Callianthe), הכולל כ-50 מינים שמקורם באזורים הטרופיים של מקסיקו ודרום אמריקה.
ראו הרחבה בפרק מאפיינים מבדילים של קליאנת'ה מאבוטילון ובייקרידסיה.
מקור שם הצמח בשם הערבי "אבו טילון" (ابو طيلون), אשר ניתן לצמח זה (או לצמח דומה לו) על ידי אבן סינא ומשם התגלגל ללטינית.
השם "אבוטילון" ניתן לראשונה לסוג במילון "צמחי ארץ ישראל – שמות המשפחות והסוגים" משנת 1946 בעמ' 8, סעיף 2.
צמחים בסוג אבוטילון כוללים עשבים חד-שנתיים או רב-שנתיים לרוב, בני שיח, שיחים ולעיתים רחוקות עצים קטנים.
חלקי הצמח מכוסים שערות כוכביות (שערה רב-תאית המסתעפת לצדדים מבסיסה), הדוקות ומפושקות.
הגבעולים (הענפים) על פי רוב זקופים, לעיתים משתרע ומזדקף גדל לרוחב על הקרקע וכלפי מעלה.
העלים פשוטים, מסורגים (עלה אחד בכל מפרק) על פי רוב הם סדורים באופן לולייני (ספירלי) לאורך הגבעול.
העלים בדרך כלל בעלי פטוטרת, ובעלי עורקים מאוצבעים (כעין כף יד) היוצאים מבסיס העלה.
שפת העלה משוננת או חרוקה.
הפרחים צהובים (בישראל), דו-מיניים, נכונים, וצומחים לרוב יחידים, בזוגות או בקבוצות מחיקי העלים או לעיתים רחוקות בתפרחות כמעט בראשי ענפים (אמיריים).
הגביעון שמתחת הגביע חסר (מאפיין ייחודי למיני אבוטילון).
הגביע בעל צינור דמויי פעמון או גביע ו-5 אונות מופרדים, ונושקים האחד לשני.
הגביע משתייר, אך לרוב אינו מתפרה, מתנפח או עוטף את הפרי.
הכותרת דמויי פעמון או גביע בעלת 5 עלים מאוחים בתחתיתם, חופפים האחד את השני, מעורים בבסיסם עם צינור האבקנים.
הצופנים (שערות בלוטיות של צוף) מצויים בצידם הפנימי ובסמוך לבסיס של עלי הגביע ועלי הכותרת.
האבקנים מרובים, זיריהם מאוחים בחלקם התחתון לצינור (המכונה צינור האבקנים) ומתפצלים בחלקם העליון, בלוע הפרח.
המאבקים דמוי כליה ובעלי לשכה אחת הנפתחת בראשה.
השחלה עילית, בעלת 5 או הרבה עלי שחלה מאוחים והיא מרובת מגורות.
בכל מגורה 3 ביציות לעיתים רחוקות 6. השיליה חיקית.
עמוד השחלה (עשוי מעמודי שחלה מאוחים) מזדקף מתוך צינור האבקנים והוא מחולק בקצהו לצלקות מרובות שמספרן כמספר עלי השחלה.
הפרי הוא מפרדת מעוגלת או חצי כדורית עם עד 20 פרודות, כל אחד מכיל מספר זרעים.
הפרי הוא מפרדת שרוחבה לפחות 10 מ"מ.
הפרודות ערוכות בדור ונפרדות מציר המצעית ונפתחות לאורכן בשני קשוות.
ראש הפרודה מעוגל או קטום (למשל, אבוטילון לביד) או חד או מחודד או בעלת מקור ארוך.
בכל פרודה 1 עד 3 זרעים.
הזרעים דמוי כליה, מעוטי אֶנְדּוֹסְפֵּרְם ועל פי רוב שעירים מעט או לעיתים רחוקות קירחים.
בישראל גדלים בר 5 מינים.
אַבּוּטִילוֹן הַשִּׂיחַ (Abutilon fruticosum) - שיח קטן ונדיר שתפוצתו סודאנית, המאפיין את ואדיות המדבר המזרחיים של ארץ ישראל כדוגמת מדבר יהודה, הערבה ומצוקי ים המלח כולל עין גדי.
פרחיו צהובים ופריחתו באביב מסוף דצמבר ועד תחילת יוני.
אַבּוּטִילוֹן לָבִיד (Abutilon pannosum) - שיח בן קיימא ונדיר, שגדל בירדן ולא בישראל, רק מצידו השני של ים המלח, במקומות לחים ומושקים במדבריות.
תפוצתו הכללית טרופית והוא גדל גם בדרום עיראק, בדרום איראן, באפגניסטן ובהודו.
השיח גבוה מעל 2 מ', מכוסה בשערות בלוטיות צמריות וקצרות.
הטרף לפעמים בעל אונות, קודקודו מאורך ועם רשת עורקים בולטת.
הפרי היא מפרדת עם שוליים מעוגלים ובעל פרודות רבות שנפרדות וניתקות בנקל.
ראש הפרודה קטום או מעוגל (בשונה ממינים אחרים שראשם חד או מחודד או בעל מקור או מלען).
מין זה דומה לאבוטילון קהה.
אַבּוּטִילוֹן קֵהֶה (Abutilon hirtum) - שיח קטן נדיר ובסכנה, מצוי בנאת עין גדי, נדיר באזור יריחו-פצאל, קומראן ומצדה.
בית גידולו בשולי מעיינות, שדות ומטעים מושקים, צידי דרכים, ותעלות, במקומות חמים ולחים ברום נמוך.
פרחיו צהובים ופריחתו כל השנה.
הצמח שעיר כולו, זקוף למדי, גובהו 50 עד 150 ס"מ.
העלים, ביציים-רחבים, מעוגלים (אינם מפורצים) דמויי לב רחב, קודקודו מחודד במקצת או בעלי פיטם, אורכם 1.6 ס"מ או יותר וקוטרם 5 עד 10 ס"מ; מכוסים בשערות בלוטיות לא מסועפות ולא נעימות למגע יד.
הפרח צהוב, נפתח רק אחר הצהריים ואז הוא נראה כגלגל או שבשבת, קוטרו 2 עד 3 ס"מ.
הפרי הוא מפרדת עם שוליים זוויתיים בעלת פרודות רבות דקות וצפופות.
אַבּוּטִילוֹן הָדִּי (Abutilon indicum) - אבוטילון הודי הוא צמח עשבוני חד-שנתי או בן שיח נדיר ובסכנה שגדל במקומות לחים ומושקים במדבריות.
עלי הכותרת מפורצים, אורכם 1.2 ס"מ או פחות מזה.
העלים ביציים ומחודדים, ארוכות בקודקודם
אבוטילון תֵּאוֹפְרַסְטוּס (.Abutilon theophrasti Medik) - צמח עשבוני חד-שנתי, מין גר בארץ, שמוצאו ממרכז אסיה ועד סין ובאזורים הסובטרופיים.
הוא נאסף בארץ רק מ-1942, מאז התפשט מאוד במקומות מושקים בקיץ, והפך שכיח עד שולט במקומות מסוימים.
הוא נפוץ בשדות מעובדים ונחשב לעשב רע.
חלק ממיני אבוטילון משמשים כצמחי גינה.
אבוטילונים יכולים להתרבות מזרעים או באמצעות ייחורים.
לפי שיטת המיון העדכנית, נפוצים בישראל שני מיני תרבות בלבד: אבוטילון גדול-עלים (Abutilon grandifolium) ואבוטילון כלאיים (Abutilon × hybridum Voss).
השם המדעי של האחרון מסווג כ*"שם לא משויך" (Unplaced name), כלומר, לא ניתן לשייך אותו באופן ברור לסיווג טקסונומי תקף.
אבוטילון גדול-עלים הוא שיח גבוה, 90 עד 180 ס"מ שתחום התפוצה הטבעי שלו משתרע מאזור פרו ועד ברזיל וצפון ארגנטינה.
זהו שיח הגדל בעיקר בבתי גידול סובטרופיים.
הענפים זיגזגיים פחות או יותר.
ומכוסים שערות שאורכן כ-2 מ"מ.
העלים פשוטים, מעוגלים, שעירים, קטיפתיים ומשוננים, בסיסם דמוי לב.
צבע הפרחים צהוב או כתום.
בעבר שויכו לסוג Abutilon שני מינים נוספים: אבוטילון דו-גוני (Abutilon megapotamicum), שיח מטפס-נשען, ואבוטילון מצויר (Abutilon pictum), שיח או עץ קטן.
השם עצמו (Callianthe) מציין את יופיו של הפרח (מיוונית: kallos – יפה, anthos – פרח).
אין ספק כי יש לעדכן את המגדירים הבוטניים בהתאם לשיטת המיון החדשה, אשר הכירה בסוג קליאנת'ה כקבוצה טקסונומית נפרדת והעבירה אליו מינים מסוימים שהיו שייכים בעבר לסוג אבוטילון ולסוג בייקרידסיה (Bakeridesia).
מאפיינים מבדילים של קליאנת'ה מאבוטילון ובייקרידסיה
קליאנת'ה שונה מאבוטילון ובייקרידסיה (Bakeridesia) לפי ההגדרה הצרה במאפיינים הבאים:
המספר הבסיסי של כרומוזומים בקליאנת'ה הוא 8, בניגוד למספרים הבסיסיים של 7 באבוטילון ו-15 בבייקריסדיה.
הוא גם מובחן מורפולוגית מקרובו הפילוגנטי הקרוב ביותר, גאיה (Gaya), שלו מספר כרומוזומים בסיסי של 6.
ארבע ביציות או יותר בכל עלי שחלה.
פרחים גדולים יחסית, כאשר עלי הכותרת בדרך כלל אינם קצרים מ-1.5 ס"מ.
עלי כותרת עם עורקים שקועים וניכרים.
דופן פנימית של חלקי הפרי (mericarp) מכוסה טריכומות כוכביות.
לרוב עלים משוננים ו/או מפורצים.
מחיקה של 25 זוגות בסיסים ברצף ITS2 של rDNA (Donnell ואח', 2012).
ישנם כ-177 מינים בסוג אבוטילון.
Abutilon abutiloides (ז'אקווין) – אבטוליון שיחי הודי
Abutilon auritum – חלמית הודו-אסיאתית
אבוטילון השיח (Abutilon fruticosum)– מצוי בישראל בבקעת הירדן ומדבר יהודה
אבוטילון קהה (Abutilon hirtum)– נדיר מאוד בישראל, נצפה בבקעת ים המלח
אבוטילון הודי (Abutilon indicum)– בסכנת הכחדה בישראל, מספר פרטים נצפו בבקעת הירדן ובנגב הדרומי
אבוטילון לביד (Abutilon pannosum)– נדיר מאוד בישראל, נצפה בבקעת ים המלח
אבולוציה מקבילה היא התפתחות דומה של תכונה במינים שונים שאינם קשורים זה לזה, אך חולקים תכונה מקורית דומה בתגובה ללחץ אבולוציוני דומה.
אבולוציה מקבילה מול אבולוציה מתכנסת
בהינתן תכונה המופיעה בכל אחת משתי שושלות שמקורן באב קדמון מוגדר, ניתן בתיאוריה להגדיר מגמות אבולוציוניות מקבילות ומתכנסות, ולהבדיל אותן זו מזו.
אולם הקריטריונים להגדרת אבולוציה מתכנסת לעומת אבולוציה מקבילה אינם ברורים בפועל, כך שהבחנה שרירותית היא שכיחה.
כאשר שני מינים חולקים את אותה התכונה, האבולוציה מוגדרת כמקבילה, באם ידוע כי האבות הקדמונים שלהם גם הם חלקו את הדמיון הזה.
אם האבות הקדמוניים לא חלקו את אותה התכונה, הרי זו אבולוציה שמוגדרת כמתכנסת.
עם זאת, התנאים האמורים הם עניין של מידה כי כל האורגניזמים חולקים אבות קדמונים משותפים.
מדענים חלוקים בשאלה האם ההבחנה בין אבולוציה מקבילה לאבולוציה מתכנסת מועילה למדע.
אבולוציה מקבילה בין חיות כיס ובעלי שלייה
דוגמאות לאבולוציה מקבילה מספקים שני הענפים העיקריים של היונקים, בעלי שליה וחיות הכיס, אשר עברו שינויים במסלולים אבולוציוניים עצמאיים בעקבות הפרדות יבשות כמו גונדוונה לפני כ-100 מיליון שנה.
באזור הנאוטרופי בדרום אמריקה, חיות כיס וחיות שלייה חלקו את אותה מערכת אקולוגית (לפני ההחלפה האמריקנית הגדולה); שבו מינים רבים של בעלי-חיים יבשתיים היגרו מאמריקה הצפונית דרך מרכז אמריקה לאמריקה הדרומית, ובכיוון ההפוך.
באוסטרליה התקיימו חיות הכיס; ובעולם הישן ובאזור הנארקטי בצפון אמריקה חיו בעלי השליה.
עם זאת, בכל האזורים האלה היונקים היו קטנים ומילאו רק מקומות מוגבלים במערכת האקולוגית עד לתקופת ההכחדה ההמונית של הדינוזאורים בתקופת הקרטיקון-פלאוגן, לפני 65 מיליון שנה.
לאחר מכן, יונקים בכל שלוש היבשות החלו לקבל מגוון רחב יותר של צורות ותפקידים.
כמה צורות היו ייחודיות לכל סביבה, אך בעלי-חיים דומים הופיעו לעיתים קרובות בשתיים או שלוש מהיבשות המופרדות.
דוגמאות לכך הן החתולים בעלי השיניים ובעלי השליה השנחרבים ואת בעלי ניבי-החרב הדרום אמריקאית -תיילקוסמילוס , הזאב הטסמני והזאב המצוי האירופי; כמו גם חפרפרת כיס בעלת שלייה, הסנאי המעופף וככל הנראה אנטכינוס - קיפוד הנמלים.
אבולוציה מקבילה של תכונות יונקי-דבש וצופיתיים
אצל יונקי דבש וצופיתיים, שתי שושלות יונקי צוף בעולם החדש והישן, התפתחו במקביל תכונות התנהגותיות ואנטומיות ספציפיות.
תכונות אלו של צורת מקור, אנזימי עיכול ואופן תעופה, מאפשרות למינים אלה להיות מותאמים בצורה מיטבית לגילדה האקולוגית של יניקת צוף או אכילת צוף מפרחים והאבקה, גומחות שמינים אלה תופסים.
גומחות אלה מעוצבות על ידי תכונות זהות של הציפורים, שהתפתחו באבולוציה מקבילה.
תסמונת התנהגותית שהתפתחה במקביל אצל הציפורים יוצרת גילדה של ציפורים וצמחים שכל אחד מנצל את מעורבותו של השני בהאבקת הפרחים הן בעולם הישן והן בעולם החדש.האבקה
המקור של יונקי צוף, ארוך ודמוי מחט, מאפשר להם לנוע במורד האבקן של הפרח ולהגיע אל הצוף שבתוכו.
יונקי צוף ופרחים אורניתופיליים (המתקיימים בסימביוזה עם ציפורים) מקיימים לעיתים קרובות יחסי גילדה הדדיים, יחסים שמתאפשרים ומסתייעם על ידי צורת הציפור, מקור המזון ויכולת העיכול של הציפור.
תכונות אלה פועלות בהתאמה עם צורת הצינור, העמוד, האבקן, המכתש והעלי של הפרח והסתגלותן של הציפורים להאבקה ברחיפה או בישיבה.
הציפורים אוכלות צוף באמצעות מקוריהן הארוכים והדקים, וכך אוספות אבקה על מקוריהן; אבקה זו מועברת לפרח הבא שהן ניזונות ממנו.
הדדיות זו התפתחה במקביל בין עופות העולם הישן והעולם החדש והפרחים שלהם.
נראה שבצופיתיים אנזימי העיכול התואמים את הרכב הצוף בפרחים שלהם.
פעילות אנזימי העיכול התפתחה במקביל בין צמחים ומאביקים על פני יבשות, שכן שושלות יונקי הצוף פיתחו באופן עצמאי את היכולת לעכל את הצוף הספציפי לפרחים שלהם, וכתוצאה מכך נוצרו גילדות מובחנות.
היכולת של יונקי צוף לעכל סוכרוז גדולה בהרבה מזו של טקסונים אחרים של עופות.
הבדל זה נובע מריכוז גבוה מקביל של האנזים סוכראז-איזומלטאז, שעושה הידרוליזה לסוכרוז.
נראה שפעילות הסוכרז ליחידת שטח פנים מעיים גבוהה יותר אצל יונקי צוף מאשר אצל ציפורים אחרות.
יונקי צוף אלה יכולים לעכל יותר סוכרוז במהירות רבה יותר בהשוואה לטקסונים אחרים.
השערת המודולציה האדפטיבית המקבילה אינה חלה על יונקי צוף ואנזימים מעכלי סוכר.
אין בהכרח בשתי שושלות של יונקי צוף ריכוזי סוכרז-איזומלטאז (sucrase-isomaltase) גבוהים, אף על פי שבני שני הטקסונים אוכלים צוף.
השגה מקבילה של יכולת עיכול סוכרוז אנלוגית היא מסקנה סבירה מכיוון שאין סיבה נראית לעין אחרת לכך ששתי השושלות יחלקו את ריכוז האנזים הגבוה הזה.
& Perr) הוא בן-שיח או שיח קטן מדברי (אוהב חום) נדיר ממשפחת החלמיתיים.
מין זה מסועף, נופו זקוף למדי, גובהו 40 עד 90 ס"מ ומכוסה שערות הדוקות.
כל הצמח מכחיל-מכסיף (ירוק-אפור) ונעים למגע ופרחיו צהובים-כתומים בעלי 5 עלי כותרת ואבקנים מרובים במרכזם.
הפרח בדרך כלל סגור, נפתח רק אחר הצהריים ופתוח עד למחרת בבוקר.
הפריחה מסוף דצמבר עד יוני ועיקרה במרץ ובאפריל.
אבוטילון השיח הוא מין טרופי יובשני עונתי (סודני-מדברי), מדרום אפריקה ועד צפון מערב הודו, ומאריזונה ועד ארקנסו ומקסיקו.
בישראל הוא מצוי לאורך מצוקי ים המלח כולל אזור עין גדי, נדיר וכתמי בערבה ובנגב המזרחי הנמוך ופזור בהרי אילת הנמוכים.
הוא שולט באזור אילת, בערבה, ובמדבר יהודה במדרונות סלעיים הפונים מזרחה ודרומה.
בית גידולו של אבוטילון השיח בכיסי סלעים, במדרונות סלעיים ומצוקים במדבר החם באזורים עם ממוצע משקעים נמוך מ-90 מ"מ.
אַבּוּטִילוֹן הַשִּׂיחַ הוא בן-שיח או שיח קטן מדברי (אוהב חום) מסועף וירוק עד בעל שערות הדקות ומפושקים.
העלים מסורגים, פשוטים, גדולים, דמויי לב בבסיסם, מחודדים מעט בקודקודם, קוטרם 3.5 עד 4.5 ס"מ, שפתם משוננת.
הפרחים דו-מיניים, נכונים (בעלי סימטריה רדיאלית), בעלי עטיף כפול ומפורדי עלי-כותרת, צורתם כגלגל או שבשבת וקוטרם 2 עד 3 ס"מ.
הפרחים בדרך כלל סגורים, נפתחים רק אחר הצהריים פתוחים עד למחרת בבוקר.
הפרחים נפתחים בשעות הבוקר המוקדמות, והכותרת נושרת עוד באותו יום, בשעות החמות.
עוקץ הפרח שווה או גדול באורכו מפטוטרת העלה החופה.
אין גביעון מתחת לגביע (לעומת מרבית מיני החלמיתיים).
הגביע בעל 5 עלים מאוחים, פחות או יותר, ונושקים האחד לשני.
הכותרת בעלת 5 עלים מעוקלים ומעורים בבסיסם עם צינור האבקנים.
האבקנים מרובים, יותר מפי שניים מעלי הכותרת.
זירי האבקנים מאוחים לצינור ארוך העוטף את עמוד השחלה.
השחלה עילית מרובת מגורות, מורכבת מעלי שחלה מרובים ומאוחים (לפחות על ידי עמוד שחלה משותף).
עוקץ הפרי ישר, ארוך פי אחד עד שניים מקוטר הפרי.
הפרי מפרדת עבה המורכבת 8 עד 11 פרודות צפופות שערוכות בדור סביב לעמוד מרכזי (נראית כעוגה המורכבת מפלחים).
הפרודות מעוגלות בראשן ושוליהן מפורדות והן נפרדות מציר המצעית ונפתחות לאורכן בשני קשוות.
בכל פרודה 2 או 3 זרעים.
ארס הנחש הוא תמיסה ביולוגית המורכבת מרעלנים ומאנזימים בה משתמש הנחש לצורך צייד או התגוננות.
נחשים התפתחו לפני כ-140 מיליון שנים מאב קדמון המשותף להם ולמשפחות הכוללות היום את האיגואנות ואת לטאות הכח.
בעולם קיימים כ-2,500 סוגי נחשים, מתוכם כ-15% נחשבים ארסיים.
בישראל מצויים 41 סוגי נחשים, כאשר תשעה מתוכם הם נחשים ארסיים, המשתייכים לשלוש משפחות: צפעיים, פתניים, ושרפיים.
לכל "הנחשים המתקדמים" השייכים לאל-משפחת דמויי-זעמן יש בלסת העליונה בלוטה אחת או זוג בלוטות המפרישות את הארס.
מהבלוטות יוצאים צינורות, דרכם מוזרם הארס אל זוג ניבים חלולים או אל שיניים מחורצות, aבאמצעותם מוחדר הארס לגוף הטרף בעת ההכשה או הלעיסה.
מערכת ארס זו, הכוללת את בלוטות הארס, את מערכות השיניים השונות, את השרירים האחראיים להכשה ולהזרמת הארס או התזתו, והארס עצמו התפתחו על מנת לתת מענה לצורכי הצייד וההגנה של הנחשים.
נחשים מסוימים כגון הקוברה היורקת, הקוברה הטבעתית וסוגים מסוימים של צפעיים, שמתאפיינים ביכולתם להרים את ראשם מעל פני האדמה, פיתחו בנוסף ליכולת ההכשה, את היכולת להתיז את הארס לתוך עיניי הטרף או התוקף ובכך לשתקו או להניסו.
ארס הנחשים מכיל תערובת של רעלנים, ביניהם המוטוקסינים (רעלן דמי) הגורמים להרס דפנות כלי הדם, או להפרעה במנגנון הקרישה וכתוצאה מכך לדימום, ציטוטוקסינים הגורמים להרס רקמות, נוירוטוקסינים (רעלן עצבי) הגורמים לפגיעה במערכת העצבים והשרירים על ידי שיבוש העברת המסרים בין הנוירונים.
כתלות בסוג הרעלן הנמצא בארס, הכשת נחש עשויה לגרום לפגיעה מוטורית או עצבית, לדימום ואף לעצירת פעילות הלב.
הארס המותז אל עיני התוקף או הטרף עלול לגרום לעיוורון.
בנוסף לכך, הארס של נחשים מסוימים מכיל אנזימים המפרקים ומעכלים את רקמות הטרף באת הלעיסה ובכך מסייעים בתהליך העיכול.
לנחשים הקדמוניים הייתה בלוטה יחידה שהפרישה תערובת של רוק ורעלנים, אותה ירשו מהאב הקדמות האחרון.
ההתפשטות המהירה של הנחשים המתקדמים מעל-משפחת דמויי-זעמן באה בעקבות חלוקת הבלוטה הקדמונית לשתי בלוטות נפרדות, אחת המיועדת ליצירת ולהפרשת ארס והשנייה ליצירת ולהפרשת רוק.
מאחר שמרבית שושלות דמויי הזעמן הן בעלות שתי בלוטות נפרדות, מניחים שהחלוקה התרחשה אצל האב הקדמון המשותף של על-משפחה זאת.
הרעלנים שבארס הנחש התפתחו מאנזימים של מערכת העיכול והרוק, כלומר מחומרים בעלי יכולת פרוק של רקמות, וממולקולות המשמשות לתקשורת במערכת העצבים.
הנחש לא נדרש לייצר חומר חדש אלא רק לנצל את יכולתם של חלבונים קיימים להקשר לאתרים ספציפיים במערכות השונות בגוף הטרף.
כך למשל, מוטציה באנזים אצטילכולין אסטראז, החיוני להעברת מסרים בין תא עצב אחד לחברו, יצרה מרכיב ארס שתוקף את אותה מערכת.
מוטציה של לֶקטינים, חלבונים הצמודים לקרום התא ומזהים עבורו את סביבתו הכימית, יצרה רעלן שמשבש את מנגנון קרישת הדם.
חקר האבולוציה של ארס הנחשים מתבסס על בניית עצים פילוגנטיים המייצגים את היחסים ההיסטוריים-אבולוציוניים המשוערים בין מינים ביולוגים שונים על סמך דמיון גנטי או מורפולוגי.
הנחה שעומדת בבסיס בניית העצים הפילוגנטיים, היא כי לטקסונים בעץ יש אב קדמון משותף.
ההצעה הראשונה למקור יחיד מוקדם של ארס הזוחלים הוגשה בשנת 2006 על סמך ניתוח פילוגנטי שמצא מספר משפחות של רעלניים משותפות ללטאות לא ארסיות ולנחשים מתקדמים.
לפיכך הוצע לכלול את תת-הסדרות נחשים, דמויי קמטן ואיגואנה בענף חדש שכונה טוקסיקופרה.
השערת הטוקסיקופרה, או השערת המקור היחיד, מציעה קיום זוחל בעל קשקשים קדום שהיה בעל בלוטות מפרישות ארס בשתי הלסתות.
מערכות הארס אצל נחשים ולטאות הן נגזרות הומולוגיות אך שונות מבחינה מורפולוגית של מערכת פרימיטיבית זאת, כאשר אצל הנחשים השתמרו הבלוטות בלסת העליונה ואצל הלטאות הארסיות הבלוטות בלסת התחתונה.
על פי השערה זאת, הארס התפתח בשלב אחד לפני כ-170 מיליון שנים.
לדעת החוקרים, ארס זה המשיך להתגוון ולהתפתח בעופן עצמאי במשפחות השונות, במקביל לפיתוח האמצעים להחדרתו לתוך הטרף.
השערת המקור היחיד מציעה גם שמערכות ארס התנוונו לאחר מכן, או אבדו לחלוטין, באופן עצמאי במספר שושלות כתלות בשימוש בהן.
מחקר שנערך באוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה ובמכון המדע והטכנולוגיה באוקינאווה, יפן בשנת 2021 מצא שארס הנחשים וארס היונקים התפתחו ממקור משותף.
באמצעות שיטות מחקר גנומיות, החוקרים הצליחו לזהות ולהשוות את כל הגנים האחראים להיווצרות קַלִיקְרֶין (Kallikrein) אצל זוחלים, דו-חיים, דגים ויונקים ולבנות עץ פילוגנטי, בעזרתו הראו שהרעלן קַלִיקְרֶין-סרין פרוטאז, הנמצא בארס של נחשים, וקַלִיקְרֶין לא רעיל הנמצא ברוק של יונקים, כולל עכברים ובני אדם, התפתחו מאותו גן קדמון.
המחקר תומך בהשערה שקבוצת גנים בעלי פוטנציאל רעיל, משותפת לאבות הקדמונים של הנחשים והיונקים אחראית התפתחות ארס הנחשים.
אבולוציית ארס בשני שלבים (A two step mode of evolution) מניחה שבשלב הראשון מושג הגיוון התפקודי של רעלנים תחת ברירה מפריעה , בתהליך של אבולוציה מואצת, כאשר משפחות הגנים האחראיות ליצירת רעלנים מתאימים המשיכו להתפתח עד להשגת היעילות המרבית.
השלב השני, כאשר הארס הגיע לחוזק האופטימלי, מתבטא בתקופה ארוכה של אבולוציה איטית, בה משפחות הגנים המועדפות עוברות תהליך של שימור.
תהליך דו שלבי זה מתגלה כאשר משווים בין הארס של נחשים שהפכו ארסיים לפני עשרות מיליוני שנים לבין אלה שהפכו ארסיים לפני מאות מיליוני שנים.
משפחות הגנים האחראים ליצירת ארס נחשים מתאפיינות על ידי אבולוציה מואצת ונאו-פונקציונליזציה מהירה.
סבורים שתכונות אלה הן תוצאה של ברירה טבעית ליכולת להרוג ולעכל סוגי טרף שונים, או חלק ממרוץ חימוש טורף-נטרף.
נמצא משפחות רעלנים משותפות לכל הנחשים המתקדמים, ביניהן 3FTx, אצטילכולין אסטראז, פפטידים נטריאורטיים מסוג C (CNP), אנזימי קליקריין, היאלורונידאז, קוניץ, לקטינים ומטלופרוטאז של ארס הנחש (SVMP).
המנגנון האחראי ליצירת הרכבים שונים של ארס מורכב ממספר שלבים: שכפול גנים המקודדים לרקמות אחרות, הביטוי שלהם בבלוטות הארס והתפתחות רעלנים שונים באמצעות ברירה טבעית.
תהליך זה, המכונה מודל הלידה והמוות, אחראי לכמה מאירועי גיוס החלבון בארס נחשים.
דוגמאות בולטות כוללות את 3FTx, נוירוטרנסמיטור קדום שנמצא במוח, שהפך לרעלן עצבי הקושר וחוסם קולטנים לאצטילכולין.
דוגמה נוספת היא פוספוליפז A2 (PLA2), אנזים שהיה מעורב בתהליכים דלקתיים, שהתפתח לרעלן המסוגל לעורר פעילות ליפאז והרס רקמות.
השינוי בתפקוד של PLA2, במיוחד, תועד היטב; ישנן עדויות למספר אירועי שכפול גנים נפרדים, הקשורים לעיתים קרובות למקורם של מיני נחשים חדשים.
רקומבינציה הומולוגית לא אללית הוצעה כמנגנון שכפול של גנים PLA2 בנחשים, כהסבר לאבולוציה המהירה שלו.
חלבוני ארס אלה גויסו מדי פעם בחזרה לגנים של רקמות.
שכפול גנים אינו הדרך היחידה לגיוון הרכב הארס.
היו מקרים של חלבוני ארס חדשים שנוצרו על ידי שחבור חלופי.
אצל נחש קרייט מפוספס, למשל, יש גן שחובר לחלופין כדי להניב גם רכיב ארס וגם חלבון פיזיולוגי.
גיוון נוסף עשוי להתרחש על ידי אובדן גנים של מרכיבי ארס ספציפיים.
לדוגמה, מאמינים כי לאב הקדמון של הנחש היו גנים PLA2 עבור רעלן עצבי הטרודימרי המצוי כעת בעכסן מוהאבי, אך גנים אלה נעדרים במינים המודרניים של נחש זה.
הגנים PLA2 עבור Lys49-myotoxin, שייתכן כי היו קיימים באב הקדמון המשותף של הנחשים, אבדו גם הם מספר פעמים בשושלות האחרונות של מינים קיימים.
חקירה של ההיסטוריה האבולוציונית של גנים לרעלן SVMP של צפעיים גילתה מקרים חוזרים של אובדן מתחמים בקיפול החלבון, יחד עם ברירה חיובית משמעותית ברוב הענפים הפילוגנטיים שבהם חשבו שהתרחש אובדן מתחם.
רעלני ארס התפתחו גם באמצעות "חטיפת גנים" או "שיתוף פעולה" (co-option), או שינוי בתפקוד של גנים לא קשורים.
מחקר משנת 2021 הציע כי שיתוף פעולה יכול להסביר את האבולוציה של רוב סוגי הרעלנים, אך לא את זו של הרעלנים שנמצאים בשפע בארס הנחשים.
אירועי גיוס חלבונים התרחשו בנקודות שונות בהיסטוריה האבולוציונית של נחשים.
לדוגמה, משפחת החלבונים 3FTX נעדרת בשושלת הצפעים, מה שמרמז על כך שהיא גויסה לארס נחשים לאחר שנחשי הצפע הסתעפו ממשפחת דמויי-זעמן.
נהוג לחשוב ש-PLA2 גויס לפחות בשתי פעמים נפרדות לארס נחשים, פעם אחת בפתניים ופעם בצפעיים, ומציג התפתחות מתכנסת של חלבון זה לרעלן.
מחקר משנת 2019 העלה כי שכפול גנים יכול היה לאפשר לרעלנים שונים להתפתח באופן עצמאי, ולאפשר לנחשים להגיע להרכבי הארס המיטביים.
זה הוצע כאחת הדרכים שבהן גיוונו נחשים את הרכב הארס שלהם במשך מיליוני שנים של אבולוציה.
כתוצאה מאירועי הגיוס השונים, ארס עכסנים התפתח לתערובת מורכבת הכוללת כ-40 חלבונים ממשפחות חלבונים שונות, וארסי נחשים אחרים נמצאו מכילים יותר מ-100 חלבונים שונים.
הוכח שהרכבה של תערובת זו משתנה מבחינה גאוגרפית, ובהקשר למיני הטרף הזמינים באזור מסוים.
ארס הנחשים התפתח מהר יותר מאשר שאר המערכות הקשורות.
השערת "הריגת יתר" (overkill), שהייתה מקובלת במשך תקופה ארוכה, גרסה שרוב הנחשים מחדירים לטרף כמות ארס גדולה מזאת הנדרשת כדי לגרום למותו, לכן הרכב הארס לא יהיה נתון לברירה טבעית.
מחקרים עדכניים שעקבו אחר ההתפתחות המולקולרית של הארס סתרו השערה זאת.
המחקרים מצאו עדויות לאבולוציה הסתגלותית מהירה בשושלות רבות ושונות, כולל אפעה, עכסן קטן, וגומצן מלאי, וכן באופן כללי בגיוון של חלבוני PLA2. ישנן עדויות פילוגנטיות לברירה חיובית ולשיעורים מהירים של הוספה ואובדן גנים האחראים על התפתחות ארס הנחשים ממשפחת עכסן קטן הניזונים מסוגי טרף שונים.
נכון לשנת 2019, קיימות עדויות הן ל"הריגת יתר" המתרחשת בשושלות מסוימות, והן לאבולוציה הסתגלותית מהירה, ולמרוץ חימוש אבולוציוני נגד הפיזיולוגיה של הטרף, בשושלות רבות אחרות.
לגנים המקודדים לחלבוני ארס בכמה סוגים של נחשים יש שיעור החלפה נרדפת נמוך ממה שניתן היה לצפות, לו הארס היה מתפתח באמצעות תהליכים אבולוציוניים נייטרליים.
עם זאת, שיעור המוטציות הלא נרדפות נמצא גבוה יותר במקרים רבים, מה שמצביע על בחירה חיובית.
בנוסף, ייצור הארס גובה מחיר מטבולי יקר מהנחש, מה שמדענים הציעו כראיה נוספת לכך שמופעל לחץ אבולוציוני על ארס נחשים (במקרה זה, כדי למזער את נפח הארס הנדרש).
יש גורסים כי השימוש במודלים של אורגניזמים, ולא בטרף הטבעי של נחשים, במחקרי הרעילות גרם להדגשת יתר של השערת "הריגת יתר".
בניגוד למצופה, נמצא שאצל נחשים המסוג מוקסין הרכב הארס קשור למיקומם של המינים בתוך העץ הפילוגני, דבר המרמז על כך שאותם נחשים התפתחו בעיקר באמצעות תהליכים נייטרליים (מוטציה וסחף גנטי), ושתיתכן שונות משמעותית בלחץ האבולוציוני המופעל על ארסי נחשים שונים.
מספר מחקרים מצאו עדויות לכך שארס ועמידות לארס אצל מינים שונים של טרף התפתחו במסגרת מרוץ חימוש קו-אבולוציוני.
לדוגמה, לחולדות עץ מהסוג חולדה סוחרת יש רמה גבוהה של עמידות לארס של נחשים, מה שמצביע על כך שהחולדות התפתחו בתגובה לארס הנחשים, ובכך חידשו את הלחץ האבולוציוני המופעל על הנחשים.
התנגדות לארס של מיני נחשים טורפים סימפטריים נמצאה בצלופחים, סנאים קרקעיים, סנאי סלעים, וסנאים אפורים מזרחיים.
לדעת החוקרים מרוץ חימוש בין טורף לנטרף עשוי להפעיל לחץ אבולוציוני נוסף על ארס הנחשים ולהוביל לגיוון תפקודי של חלבוני הארס וליצירת רעלנים חדשים או להגברת כוחם של הרעלנים הקיימים אצל מיני נחשים מסוימים.
קיימות עדויות לכך שארס נחשים התפתח בתגובה לפיזיולוגיה של הטורפים ושל הנטרפים כאחד.
מחקר משנת 2019 מצא שמסת גוף גדולה יותר ובתי גידול אקולוגיים קטנים יותר היו בקורלציה עם תפוקת ארס מוגברת.
מחקר אחר מצא שלמזג האוויר ולטמפרטורה יש מתאמים חזקים יותר עם ארס נחשים מאשר לתזונה או לסוגי הטרף.
למרות שנחשים ארסיים משתמשים בארס שלהם להגנה, לא ידוע עד כמה היבט זה השפיע על התפתחות הארס.
הארס של פתן אלמוגי טקסס, ומינים אחרים של פתן אלמוגי נמצאו מכילים רעלנים בעלי פעילות ספציפית גוררת כאב, דבר המצביע על פונקציה הגנתית.
עם זאת, סקר שהועבר בין אנשים שהוכשו על ידי מגוון רחב של מינים ארסיים הראה כי הכאב לאחר רוב ההכשות מתפתח לאט, דבר המעמיד בספק את תאוריית ההגנה.
יריקת הארס על ידי כמה מינים של קוברה יורקת היא אך ורק הסתגלות הגנתית.
מחקר משנת 2021 הראה שהארס של כל שלוש השושלות של הקוברה היורקת גורמים לכאב חריף יותר מאשר הארס של קוברה לא יורקת, דבר המצביע על הבחירה בפונקציה הגנתית.
לא נמצא קשר בין תפוקת הארס, או כמות הארס המיוצרת על ידי נחש בודד, לבין מסת הגוף של החיות הנטרפות, אך נמצא שהתפוקה עולה עם מסת גוף הנחש.
דבר זה מחזק את הסברה שנחשים משקיעים חלק קבוע מהתפוקה המטבולית בייצור ארס.
נחשים משתמשים בארס שלהם כדי להרוג או להכניע טרף, כמו גם לתפקודים אחרים הקשורים לתזונה, כמו עיכול.
התיאוריה המדעית העדכנית מציעה כי ארס נחשים אינו משמש להגנה או לתחרות בין בני אותו המין, שלא כמו במשפחות אחרות.
לפיכך, האבולוציה של ארס הנחשים הביאה למספר התאמות ביחס לתפקודים הקשורים לתזונה.
הדבר בא לידי ביטוי גם בשונות בהרכב הארס בתוך מין; ידוע כי הארס משתנה מבחינה גאוגרפית, לפי גיל וגודל, וככל הנראה משקף שונות בטרף הנצרך על ידי קבוצות שונות באותו מין.
שונות גאוגרפית קיימת גם ברמת המין.
נחשים החיים על איים מבודדים נוטים להיות בעלי ארס פחות מורכב מאלה החיים בבתי גידול בעלי גיוון רב, דבר המרמז על דפוס ביוגאוגרפי.
רוב הנחשים הם בעלי ארס שלא מותאם ספציפית לטרף מועדף.
עם זאת, במספר נחשים נמצא ארס רעיל רק לטקסון מסוים, או רעיל מאוד רק לטקסון מסוים, מה שמצביע על כך שסוגי הארס הללו התפתחו באמצעות ברירה טבעית כדי להכניע מיני טרף מועדפים.
דוגמאות לתופעה זו נמצאו בנחש בויגה המנגרובים, בעל ארס רעיל במיוחד לציפורים, וכן בסוגים אפעה ועכסן קטן, ובנחשי ים.
הארס של נחשים מהסוג Spilotes sulphureus הוא בעל שני מרכיבים, אחד מהם רעיל ללטאות אך אינו רעיל ליונקים, ואילו השני רעיל ליונקים ואינו רעיל ללטאות.
התזונה הטבעית של צפעיים מגוונת מאוד, וכוללת פרוקי רגליים, כגון עקרבים, כמו גם בעלי חוליות.
מיני עכסן שונים צורכים כמויות שונות של פרוקי רגליים בתזונה שלהם.
מחקר משנת 2009 הזריק לעקרבים ארס של מיני עכסן שונים, ומצא מתאם גבוה בין שיעור פרוקי הרגליים שהנחשים צרכו בסביבתם הטבעית, לבין רעילות הארס שלהם לעקרבים.
החוקרים מצאו גם ראיות לכך שהתפתחות ארס רעיל יותר לפרוקי רגליים קשורה לעלייה בשיעור פרוקי הרגליים בתזונת הנחשים, וכי ייתכן שתזונה וארס התפתחו בתהליך של אבולוציה משותפת.
פילוגנטיקה של הסוג הראתה שאירוע אחד של שינוי בהרכב הארס באב הקדום של כל נחשי העכסן נמצא בקורלציה עם מעבר לתזונה מבוססת פרוקי רגליים, בעוד ששינוי נוסף בשושלת צעירה יותר הותאם לתזונה של חולייתנים.
למרות שרעילותו של הארס של מינים הצורכים בעיקר פרוקי רגליים גבוהה יותר, הוא אינו הורג את טרף מהר יותר מאשר הארס של מינים שאינם צורכים פרוקי רגליים.
לפיכך, חושבים שהארס התפתח כדי למזער את הנפח הנדרש, שכן ייצור הארס כרוך בעלות מטבולית משמעותית, ובכך מספק יתרון כושר.
דפוס זה נמצא גם בשושלות אחרות.
תוצאות דומות התקבלו על ידי מחקר משנת 2012 שמצא כי הארס של מיני עכסן שאוכלים פרוקי רגליים היה רעיל יותר לארנבים מזה של מינים אוכלי בעלי חוליות.
מחקר משנת 2009 על הארס של ארבעה מיני צפע עכסן קטן מצא שוני משמעותי ברעילות לעכברים.
שונות זו הייתה קשורה לשיעור היונקים הקטנים בתזונה של אותם מינים.
הרעיון שארס העכסן הקטן התפתח כדי להתאים לתזונה המבוססת על יונקים נתמך על ידי ניתוח פילוגנטי.
החוקרים הציעו כי הבסיס להבדל ברעילות הוא ההבדל בפיזיולוגיה של השרירים בחיות הטרף השונות.
שתי שושלות של נחשים פתניים, נחשי ים מצויים ו-נחש רחב זנב, התיישבו באופן עצמאי בסביבות ימיות, ועברו לתזונה פשוטה מאוד המבוססת על כליל-גרמיים, או דגי סנפיר.
מחקר משנת 2005 מצא הארס של שתי השושלות הללו מכיל קבוצה פשוטה הרבה יותר של חלבוני ארס מאשר קרובי משפחה יבשתיים החיים ביבשת אוסטרליה, שתזונתם מגוונת ומורכבת יותר.
ממצאים אלו אושרו על ידי מחקר משנת 2012, שהשווה בין הארס של Toxicocalamus longissimus, מין יבשתי, ולזה של Hydrophis cyanocinctus, מין ימי, שניהם מתת-משפחת פתני הים.
למרות היותם קשורים זה לזה, למין הימי הייתה קבוצה פשוטה משמעותית של חלבוני ארס.
הארס של נחשי הים הוא בין הרעילים ביותר.
נטען שמכיוון שנחשי ים בדרך כלל אינם מסוגלים למנוע בריחת טרף מוכש, הארס שלהם התפתח לפעול במהירות רבה.
תת-המינים השונים של סוג הנחשים עכסן, מייצרים ארס הממלא שתי פונקציות: הארס משתק את הטרף לאחר נשיכה, ובמקביל מסייע לעיכול על ידי פירוק רקמות.
בדומה לשאר בני משפחת הצפעיים, הארס של עכסנים משבש את התהליכים ההומיאוסטטיים של הטרף.
הרכב הארס אצל המינים השונים של עכסנים מגוון מאוד.
מחקר משנת 2010 מצא שפעילות מטאלופרוטאז אצל הנחש הרעיל ביותר חזקה פי 100 מאשר אצל הנחש הפחות רעיל ופעילות הפרוטאז פי 15 יותר חזקה.
המטאלופרוטאז גורם לדימום ונמק, תהליך המסייע לעיכול.
הפרוטאז, לעומת זאת, משבש את תפקוד הטסיות והשרירים ופוגע ב-קרום התא, ובכך גורם למוות מהיר של הטרף.
המחקר מצא שהארס של עכסנים מתחלק לשתי קטגוריות; אלה שהעדיפו מטאלופרוטאז (סוג I) ואלה שהעדיפו פרוטאז (סוג II).
המחקר קבע כי פונקציות אלו סותרות זו את זו.
החוקרים שיערו גם שהסיבה לדיכוטומיה זו היא שארס עתיר רעלנים עצביים, כגון ארס מסוג II, הורג חיה במהירות, ומונע מהמטאלפרוטאז הפועל איטי יחסית לעכל רקמות.
ארס צפעיים מאפשר לנחש לעקוב אחר החיה המוכשת, תהליך המכונה "איתור מחדש של טרף".
התאמה חשובה זו אפשרה לנחשים לפתח את מנגנון ההכשה והשחרור, אשר סיפק יתרון עצום לנחשים על ידי צמצום המגע עם הטרף שעלול היה להיות מסוכן.
הסתגלות זו מחייבת את הנחש לאתר את החיה המוכשת בסביבה מלאה בבעלי חיים אחרים מאותו המין.
מחקר משנת 2013 מצא שנחשי גב יהלום מערביים (עכסן אימתן) הגיבו בצורה פעילה יותר לפגרי עכברים שלהם הוזרק ארס נחש גולמי.
כאשר הרכיבים השונים של הארס הופרדו, הנחשים הגיבו לעכברים להם הוזרקו שני רכיבי ארס שונים.
המחקר הגיע למסקנה שחלבוני הפירוק הללו סייעו לנחשים לעקוב אחר טרפם, על ידי שינוי ריח החיה המוכשת.
קיימות ראיות לכך שהארס במספר שושלות נחשים התנוון בתגובה לשינויים בתזונה.
מחקר משנת 2005 בנחש הים המשויש מצא שמחיקת שני בסיסים חנקניים בגן האחראי לחלבון 3FTX שנמצא בארס גרמה לירידה של פי 50–100 ברעילות הארס.
שינוי זה נמצא בקשר ישר למעבר מתזונת דגים לתזונה המורכבת כמעט כולה מביצי דגים.
שינוי דומה ברעילות ארס בעקבות מעבר לתזונה מבוססת ביצים נמצאה בנחש ביצים מצוי שתזונתו מורכבת כולה מביצי ציפורים.
על סמך מחקרים אלה, החוקרים הגיעו למסקנה שכאשר מין נחשים אינו צקוק לארס לצורך תזונה, הוא מפסיק לייצר אותו.
אבולוציה אורגנית היא רצף של אירועים החל מהמפץ הגדול ויצירת היקום אשר מהווים תהליך של התפתחות חד-כיוונית ומובילים לתוצאה של הקיום האנושי.
כל אירוע הוא נדבך לזה שבא אחריו.
ב 1857 ניסח הרברט ספנסר תאוריה כוללת של התפתחות הכוכבים, כדור הארץ והחיים וקרא לה "אבולוציה אורגנית", אף כי לא מצא דרך להוכיח את השערתו.
כאשר צ'ארלס דרווין חצה את האוקיינוס וביקר באיי גלאפגוס וחופי אמריקה הדרומית הוא הבין ששינויים בבעלי חיים הם תגובה איטית ורצופה לשינויים בסביבתם הטבעית.
בספרו "מוצא המינים" משנת 1871 הוא קרא לרצף השינויים הזה אבולוציה, היא הברירה הטבעית.
חוקרי מדעי הטבע התייחסו לתהליכים פיזיקליים, כימיים וביולוגיים כעובדות המתקיימות בתנאי סביבה בכדור הארץ בזמנם.
קרל סייגן ויוסף סמואלוביץ שקולבסקי בספרם "קוסמוס" ניסחו את האפשרות שברצף של שלבים חד-פעמיים שהחלו באבולוציה קוסמית ועד זמננו התקיימה בחירה בין אפשרויות אקראיות דיכוטומיות.
רק בחירה אחת בכל שלב מהווה את המדרגה המובילה לשלב הבא.
כך במסע של אבולוציה מתמשכת מרגע היווצרות היקום ועד היום.
זהו התהליך הנקרא "אבולוציה אורגנית".
לפני 13.82 מיליארד שנה התרחש אירוע שנמשך כ־10-43 שניות והיווה התחלתו של היקום תוך כדי יצירת סדרה של אירועים.
אין מידע מה היה לפניו.
תאוריה אחת מניחה שזהו אירוע חד-פעמי, נקודה זעירה של מסה-אנרגיה, או על פי תאורית ההתכווצות הגדולה של היקום אחר שהתכווץ לנקודה זעירה.
איננו ידעים מה בדיוק הכילה הנקודה, אך התפוצצות המכונה המפץ הגדול שחררה את כל מה שהיה בה ומכאן מתחילה האבולוציה האורגנית.
ההנחה היא שבשלב הראשון נוצרו ארבעה סוגים של אנרגיה: כוח הכבידה, הכוח הגרעיני (שהתפצל לחזק וחלש), הכוח האלקטרומגנטי ואנרגיה אפלה.
תהליך זה שנמשך רק 10-36 שניות נקרא האחדות הגדולה (Grand Unification) ובו נפרדה אנרגיית הכבידה משלוש האנרגיות ובו החלה יצירת חומר.
השלב הראשון הפותח סדרה של תהליכים המכונים "מעברי מופע" (למשל חלקיק הנקרא פוטון מופיע כגל אלקטרומגנטי וגם כחומר).
מרגע זה החלה התפשטות מהירה של אנרגיות בעוצמה של טריליוני מעלות חום.
בשלב השני של מעברי המופע נוצרו החלקיקים הראשוניים המרכיבים את האטום, אבן היסוד בתהליך האבולוציה.
את ההד שנותר מהמעבר הראשון, אנו קולטים היום בתצפיות אסטרונומיות בגלקסיות מרוחקות והוא מכונה קבוע האבל, המייצג את קצב התפשטות היקום.
היקום ממשיך להתפשט ואף במהירות גוברת, כנראה בהשפעת אותה אנרגיה אפלה, שטיבה עדיין לא ברור.
מכאן ואילך מתחילה האנטרופיה, שהיא מדד לאי-סדר השורר ביקום, שעם היווצרו והתפשטותו לאינסוף היא גדלה ומכאן ואילך תמשיך לגדול.
החלקיקים היסודיים שנוצרו הם הקווארק, לפטון, בוזון גלואון פוטון וגרביטון.
במהלך התקופה שבין 10-36 עד 10-12 שניות במרחב של פלזמה לוהטת נוצרו חלקיקים הנקראים חומר, אבל בשני מופעים: ברמת האנרגיה האלקטרומגנטית - חיובי ושלילי, ברמת האנרגיה האפלה - חומר ואנטי חומר.
שניהם זהים כתמונת מראה אבל כאשר הם נפגשים הם .
עקבות של תהליך זה נקלטו בצורת גלים אלקטרומגנטים המשודרים מהחלל בכל כיוון והנקראים קרינת הרקע הקוסמית, חלקיקים שלא התאיינו ממשיכים בתהליך ההתפתחות שלהם במקביל.
מרחב הפלזמה מתקרר, בתהליך שחושב ל כ־380,000 שנים, בשורה של תהליכי איחוד ואיון מתקבלים לבסוף שלושת המרכיבים הבסיסיים של האטום: פרוטון, נייטרון ואלקטרון.
מכאן ואילך ישלוט הכוח הגרעיני החזק המחבר ביניהם ויוצר אטומים.
וכך, בתוך המסה של הפלזמה הלוהטת המתפשטת במהירות ומתקררת, הולכים ונבנים האטומים הראשונים.
המימן הוא האטום הבסיסי הפשוט המורכב מפרוטון ואלקטרון.
לכאורה הם צמודים, בפועל בהגדרה הכימית של האלקטרון - שהמסה שלו מחושבת כאפס ולו מטען חשמלי שלילי אחד, סובב את הפרוטון שהמסה שלו מחושבת אחד והמטען החשמלי שלו הוא חיובי אחד.
מעבר מחלקיקי היסוד לאטומים הוא השלב ראשון באבולוציה האורגנית.
הבחירה הדיכוטומית בין המשך התפתחות החומר, לבין המשך ההתפשטות אינסופית של אנרגיה ופלזמה, האבולוציה בחרה בחומר.
קשר בין מבנה האטום ותכונות היסודות הכימיים
ב-1869 חקר הכימאי הרוסי דימיטרי מנדלייב את סדר היסודות שהכיר והסיק שהסדר נקבע לפי מספר הפרוטונים, אותו כינה מספר אטומי ולפי המסה, הכוללת את הפרוטונים והנייטרונים (כאשר מסת האלקטרונים כה קטנה שאיננה משפיע על המסה הכוללת).
למספר זה קרא מסה אטומית.
התכונות הכימיות של כל יסוד נקבעות לפי מספר הפרוטונים, והמסה שלהם היא סכום הפרוטונים והנייטרונים.
תגלית זאת אפשרה לסדר את כל היסודות בשיטה המבארת גם את תכונותיהם.
אלא שהאלקטרונים אינם סובבים את הגרעין בחופשיות, ב־1900 הוכיח מקס פלאנק, שלאנרגיה יש יחידות, מנות קבועות בסיסיות, המכונות קוואנטים וכל מעבר אנרגיה נעשה במנות אלה.
ככל שאלקטרון מרוחק יותר מהגרעין מהירותו גדולה יותר ולכן יש לו יותר מנות אנרגיה.
ב־1913 נילס בוהר פיתח את תורת הקוונטים של המערכה המחזורית.
סדר האלקטרונים והמרחק בין הגרעין לאלקטרונים הסובבים אותו קובע את התכונות הכימיות של האטום.
הכוח השומר על מקומם הוא הכוח האלקטרומגנטי.
בנוסף להקפת הגרעין במסלול האנרגיה הקוונטית סובב האלקטרון סביב עצמו כסביבון הנקרא ספין.
הספין יכול להיות חיובי (כיוון השעון) או שלילי, הפוך.
האלקטרונים מסתדרים בזוגות של ספין מנוגד לפי רמת האנרגיה שלהם במסלול סביב הגרעין.
ביקום שלנו נקבע סדר בסיסי, שיקבע את המשך האבולוציה.