בגרות בביולוגיה 043282 - קיץ 2017

גוזלים (כמו אצל ציפורי שיר, יונים ונשרים) בוקעים בשלב התפתחות מוקדם, ואפרוחים (כמו אצל תרנגולות, ברווזים ושלכים) בוקעים מפותחים יותר:

מספיק לציין שלושה הבדלים.

השערה: בטווח הקצר מספר גוזלי הקוקייה היה עולה, אבל לאחר כמה דורות אוכלוסיית הקוקיות הייתה קטנה מאוד.

1. בכל קן שבו בוקע גוזל קוקייה, הגוזל משליך מן הקן את כל ביצי הקנית או את גוזליה – בקן הזה הקנית אינה מגדלת אף צאצא שלה.

2. אם הקוקיות היו מטילות בכל הקנים, לא היו גדלים צאצאים של קניות. אוכלוסיית הקניות הייתה קטנה מדור לדור (הקניות הבוגרות מתות ואין דור חדש).

3. הקוקייה היא טפיל קינון: היא אינה בונה קן, אינה דוגרת ואינה מאכילה את צאצאיה – היא תלויה במארחת. כשמספר הקניות יורד, יש פחות קנים להטיל בהם ופחות "הורים מאמצים", ולכן גם מספר צאצאי הקוקייה יורד.

מסקנה: הטפיל תלוי בקיום המארח. הטלה רק בחלק מן הקנים מאפשרת לאוכלוסיית המארחים להמשיך להתקיים – וכך גם לאוכלוסיית הקוקיות.

- המשתנה הבלתי תלוי: גיל הקנית – צעירה (מטילה בפעם הראשונה) או בוגרת.

- המשתנה התלוי: תגובת הקנית לביצת הקוקייה – מספר הקניות שקיבלו את הביצה ומספר הקניות שדחו אותה.

שאלת המחקר: "האם גיל הקנית (צעירה או בוגרת) משפיע על תגובתה – קבלה או דחייה – לביצת קוקייה המוטלת בקינה?"

- קניות צעירות: כ־$21$ קיבלו את הביצה (עמודה לבנה) וכ־$9$ דחו אותה (עמודה כהה). שיעור הקבלה: $\frac{21}{30} = 70\%$.

- קניות בוגרות: כ־$7$ קיבלו את הביצה וכ־$13$–$14$ דחו אותה. שיעור הדחייה: כשני שלישים (כ־$66\%$).

מסקנה: קניות צעירות מקבלות לרוב את ביצת הקוקייה, ואילו קניות בוגרות דוחות אותה לרוב. היכולת לזהות ביצה זרה ולדחות אותה גדלה עם הגיל, כנראה בעקבות ניסיון – הקנית לומדת לזהות את מראה ביציה שלה. עם זאת, גם חלק מן הקניות הצעירות דוחות את הביצה, כלומר יש יכולת דחייה כבר בפעם הראשונה (ראו סעיף ד).

גוזל הקוקייה מבצע את ההתנהגות זמן קצר אחרי הבקיעה, כשהוא עדיין עיוור וחסר אונים, בקן של מין אחר. הוא מעולם לא ראה את הוריו ולא ראה קוקייה אחרת מבצעת התנהגות כזאת, ולכן לא הייתה לו כל הזדמנות ללמוד אותה. ההתנהגות מופיעה אצל גוזלי הקוקייה באופן קבוע ואחיד – ולכן היא נקבעת גנטית.

- מרכיב מולד: גם קניות צעירות, שמטילות בפעם הראשונה ולא היה להן ניסיון קודם, דוחות חלק מביצי הקוקייה (כ־$9$ מתוך כ־$30$). כלומר יש יכולת מסוימת לזהות ביצה זרה בלי ניסיון.

- מרכיב נלמד: אצל קניות בוגרות, שהטילו כבר כמה פעמים, שיעור הדחייה גבוה הרבה יותר (כשני שלישים לעומת כ־$30\%$ אצל הצעירות). ההבדל בין הקבוצות מראה שהניסיון – היכרות עם מראה הביצים שלהן – משפר את הזיהוי והדחייה.

משווים בין הדגמים:

- דגמים א–ד – צורות שונות, חלקן אינן דומות כלל לדג (למשל ג – צורה צרה ומוארכת), אבל לכולן גחון אדום – כולם עוררו תגובה תוקפנית.

- דגם ה – דגם מדויק של דג זכר, אבל בלי גחון אדום – לא עורר תגובה.

מסקנה 1: הצבע האדום בגחון הוא הגירוי החיצוני המפעיל את התוקפנות.

מסקנה 2: צורת הדגם ומידת הדמיון שלו לדג אמיתי אינן משפיעות על התגובה. הדג מגיב לתכונה אחת של הגירוי ולא לדמות הדג השלמה – זהו גירוי סימן.

- בעונת הרבייה זכר העוקצן מגן על טריטוריה שבה הוא בונה קן ואליה הוא מושך נקבות להטלה. הגחון האדום הוא אות:

•לזכרים אחרים – "זכר בוגר מחזיק כאן טריטוריה". הוא מעורר תוקפנות כלפי יריבים, וכך הזכר מרחיק זכרים מתחרים מן הקן ומן הנקבות – וגדל הסיכוי שהוא יפרה את הביצים.

•לנקבות – "זכר בשל לרבייה", וכך מתאפשר זיווג עם זכר מאותו מין.

- מחוץ לעונת הרבייה אין טריטוריה להגן עליה ואין חיזור, וצבע בולט היה חושף את הדג לטורפים (ודורש השקעה באנרגיה ובחומרים לייצור הצבען). לכן יש יתרון לכך שהצבע מופיע רק כשהתועלת שלו גדולה מן הסיכון.

גירוי סימן הוא תכונה אחת ופשוטה של הגירוי (צבע, צורה, ריח, קול), המפעילה התנהגות מולדת קבועה.

דוגמה: אצל שחף הכסף יש כתם אדום על המקור של ההורה. הגוזל מנקר בכתם, והניקור גורם להורה להעלות מזון מקיבתו ולהאכיל את הגוזל. בניסויים גוזלים ניקרו גם בדגם פשוט של מקור עם כתם אדום, ופחות במקור בלי כתם.

דוגמאות נוספות: הלוע הפתוח והצבעוני של גוזל מעורר את ההורה להכניס בו מזון; נוצות החזה האדומות של זכר אדום־החזה מעוררות תוקפנות אצל זכר אחר (גם בצרור נוצות אדומות בלבד); הבטן התפוחה של נקבת העוקצן המלאה ביצים מעוררת חיזור אצל הזכר.

- יתרונות (אחד מספיק): מסר כימי נשאר בסביבה זמן רב אחרי שבעל החיים עזב – למשל סימון גבולות טריטוריה בשתן; הוא נקלט בחושך ובמקומות שאין בהם קשר עין (מחילות, צמחייה צפופה); כמות קטנה מספיקה כדי להעביר מסר ייחודי למין, לעיתים למרחק רב; ייצורו חסכוני באנרגיה.

- חסרונות (אחד מספיק): מתפשט לאט ותלוי בכיוון הרוח ובתנאי הסביבה; קשה לשנות את המסר במהירות או "לכבות" אותו (לא מתאים למסרים מהירים, כמו אזהרה מפני טורף שמתקרב); לעיתים קשה לאתר בדיוק את מקום המקור; הריח יכול לגלות את מקומו של בעל החיים לטורפים.

בקבוצת בקרה כל התנאים זהים לקבוצת הניסוי, מלבד המשתנה הבלתי תלוי – נוכחות החומרים הנדיפים משתן הזכר.

לכן ההבדל האפשרי: הנקבות בקבוצת הבקרה הוחזקו בכלוב זהה, עם אותה מחיצה, אבל מעבר למחיצה לא הוזלף שתן של זכר בוגר (אלא מים, או שלא הוזלף דבר). כך אפשר לייחס את הקדמת ההתבגרות לחומרים שבשתן הזכר. (תשובה אפשרית נוספת: מעבר למחיצה הוזלף שתן של נקבה.)

- נימוק לכך שזה פרומון: פרומון הוא חומר כימי שפרט אחד מפריש לסביבה והוא משפיע על פרט אחר מאותו מין. כאן החומר נמצא בשתן של עכבר זכר, עבר דרך המחיצה כחומר נדיף (בלי מגע ישיר בין העכברים), והשפיע על נקבות עכבר – בנות אותו מין.

- נימוק לכך שזה פרומון ראשוני: פרומונים מתחלקים לשני סוגים:

- פרומון מעורר (משחרר) – גורם לתגובה התנהגותית מיידית (משיכה מינית, אזהרה, סימון שביל).

- פרומון ראשוני – גורם לשינוי פיזיולוגי (בדרך כלל הורמונלי) שמתפתח לאורך זמן ומשפיע על התפתחות הפרט.

כאן החומר לא גרם לתגובה התנהגותית מיידית, אלא הקדים את ההתבגרות המינית – שינוי פיזיולוגי–התפתחותי ממושך, המתרחש דרך מערכת ההורמונים. לכן זה פרומון ראשוני.

- המסר: אלה צבעי אזהרה – צבעים בולטים וניגודיים (שחור, אדום וצהוב) שמשדרים: "אני ארסי ומסוכן, אל תתקוף אותי".

- הנמען: טורפים פוטנציאליים – בעלי חיים ממינים אחרים (עופות דורסים, יונקים טורפים) שרואים צבעים. טורף שזוכר את הדפוס הבולט (ובמקרים מסוימים נמנע ממנו באופן מולד) נמנע מלתקוף את הנחש.

- התועלת לנחש: הוא נמנע מתקיפה בלי להשתמש בארס ובלי להיפצע; גם הטורף נמנע מנזק.

- התופעה: חיקוי (מימיקריה) – מין שאינו מסוכן (הזעמן) דומה במראהו למין מסוכן (הפתן הארסי). זהו חיקוי מן הסוג שבו המחקה אינו מוגן בעצמו (חיקוי בייטסיאני).

- היתרון לזעמן: טורף שתקף פתן ארסי ונפגע לומד לקשר את דוגמת הפסים לסכנה (או שהוא נמנע מן הדוגמה באופן מולד). כשהוא פוגש זעמן עם דוגמה דומה, הוא נמנע גם ממנו. כך הזעמן מוגן מטריפה בלי "לשלם" על ייצור ארס, ולכן סיכויי ההישרדות והרבייה שלו גדלים.

לא. ברשתית יש שני סוגי תאי חישה לאור:

- מקלונים – רגישים מאוד לאור חלש, אבל אינם מבחינים בין צבעים; בעזרתם רואים בגוני אפור.

- מדוכים – יש כמה סוגים, וכל סוג רגיש לאורכי גל אחרים; ההשוואה בין התגובות שלהם מאפשרת ראיית צבעים.

לטורף שאין לו מדוכים אין ראיית צבעים, ולכן הוא אינו רואה את הצבעים האדום והצהוב – הוא רואה לכל היותר פסים בהירים וכהים. לכן צבעי האזהרה, כצבעים, אינם מועברים אליו.

פוטוסינתזה. בפוטוסינתזה הצמח קולט $\text{CO}_2$ מן האוויר (דרך הפיוניות) ומקבע אותו לסוכר בעזרת אנרגיית האור:

ככל שקצב הפוטוסינתזה גבוה יותר, הצמח קולט יותר $\text{CO}_2$ ליחידת זמן – ולכן קצב קליטת ה־$\text{CO}_2$ הוא מדד לקצב הפוטוסינתזה (ליתר דיוק, לפוטוסינתזה נטו – הקליטה פחות ה־$\text{CO}_2$ שהנשימה משחררת).

בניסוי שינו שני גורמים:

1. הטמפרטורה – $5$, $10$, $20$, $30$ ו־$40$ מעלות צלזיוס (ציר ה־x).

2. מין המלוח – מין א או מין ב (שתי העקומות במקרא).

המשתנה התלוי הוא קצב קליטת $\text{CO}_2$ (מילימול ליחידת שטח עלה לדקה).

גורם 1 – עוצמת האור: האור הוא מקור האנרגיה של הפוטוסינתזה. אם במדידה אחת האור חזק יותר, הקצב יעלה בגלל האור ולא בגלל הטמפרטורה.

גורם 2 – ריכוז ה־$\text{CO}_2$ באוויר: ה־$\text{CO}_2$ הוא חומר המוצא של הפוטוסינתזה; ריכוז גבוה יותר מגביר את קצב הקליטה.

גורמים נוספים מתאימים: אספקת מים ולחות האוויר (במחסור במים הפיוניות נסגרות והקליטה יורדת), גיל הצמחים ומצבם, משך המדידה.

למה חשוב לשמור עליהם קבועים: כל אחד מן הגורמים האלה משפיע בעצמו על קצב הפוטוסינתזה. אם הם קבועים, ההבדל היחיד בין המדידות הוא המשתנה הבלתי תלוי (הטמפרטורה, המין), ואפשר לייחס לו את ההבדלים בתוצאות. אם הם ישתנו – לא נדע מה גרם לשינוי.

- הנתונים: ב־$5$ וב־$10$ מעלות קצב הקליטה כמעט זהה בשני המינים (כ־$4$ ו־$5$ מילימול ליחידת שטח עלה לדקה). מ־$20$ מעלות ומעלה ההבדל גדל: ב־$20$ מעלות כ־$11$ במין א לעומת כ־$8$ במין ב; ב־$30$ מעלות כ־$17$ לעומת כ־$11$; ב־$40$ מעלות כ־$21$ לעומת כ־$12$ – פי $1.75$. בין $5$ ל־$40$ מעלות הקצב של מין א עלה פי $5$ (מ־$4.2$ ל־$21$), ושל מין ב רק פי $3$ (מ־$4$ ל־$12$); אצל מין ב העלייה כמעט נעצרת בין $30$ ל־$40$ מעלות.

- הקשר למדבר: במדבר הטמפרטורות גבוהות מאוד בחלק גדול מן השנה. מין א מבצע פוטוסינתזה בקצב גבוה דווקא בטמפרטורות הגבוהות (עד $40$ מעלות), ולכן הוא מייצר יותר סוכרים – חומר ואנרגיה לגדילה ולרבייה – בתנאי המדבר. מין ב מגיע כנראה לגבול יכולתו בטמפרטורות אלה.

- מסקנה: מין א מותאם יותר לחיים במדבר.

•בזרע יבש תכולת המים נמוכה מאוד, והתהליכים בתאים כמעט אינם מתרחשים (תרדמה).

•בתחילת הנביטה הזרע סופח מים. במים האנזימים פעילים, והם מפרקים את חומרי התשמורת של הזרע: עמילן לסוכרים, חלבונים לחומצות אמינו ושומנים. הפירוק הוא הידרוליזה, שהמים משתתפים בה.

•הסוכרים משמשים לנשימה התאית, שמספקת אנרגיה (ATP), וחומצות האמינו משמשות לבניית חלבונים. בעזרתם תאי העובר מתחלקים וגדלים, והשורשון יוצא מן הזרע.

•בלי מים כל זה אינו קורה, והזרע אינו נובט.

סיבות אחרות אפשריות (אחת מספיקה): המים הם התווך שבו מתרחשות כל התגובות הכימיות ובו מובלים החומרים מרקמת התשמורת לעובר; קליטת מים מתפיחה את הזרע ומבקיעה את קליפתו; המים יוצרים לחץ טורגור שמאפשר את התארכות התאים.

- תיאור: המשקל היבש של הנבט השלם ירד מ־$186$ ל־$132$ מ״ג – ירידה של $54$ מ״ג (כ־$29\%$). באותו זמן משקל הפסיגים ירד מ־$186$ ל־$78$ מ״ג (ירידה של $108$ מ״ג), ונוצרו נצר ($32$ מ״ג) ושורש ($22$ מ״ג).

- הסבר: הפסיגים הם רקמת התשמורת של זרע האפונה. בנביטה חומרי התשמורת מפורקים (עמילן לסוכרים ועוד). חלקם מובלים לעובר ומשמשים לבניית השורש והנצר – $54$ מ״ג; חלקם מנוצלים בנשימה התאית, המספקת אנרגיה (ATP) לגדילה: בנשימה הסוכר מתפרק ל־$\text{CO}_2$ ולמים, וה־$\text{CO}_2$ יוצא מן הנבט – לכן החומר האורגני הזה אבד (עוד $54$ מ״ג). בתחילת הנביטה אין עדיין עלים, והפוטוסינתזה זניחה, ולכן קצב הנשימה עולה על קצב הפוטוסינתזה והמשקל היבש יורד.

(בימים 10–20 המשקל יציב – $132$ מ״ג: הפוטוסינתזה בעלים שהתפתחו מאזנת את הנשימה.)

- תיאור: המשקל היבש עלה מ־$132$ ל־$158$ מ״ג – עלייה של $26$ מ״ג (כ־$20\%$). העלייה בעיקר בנצר (מ־$60$ ל־$84$ מ״ג) ובשורש (מ־$30$ ל־$36$ מ״ג), והפסיגים כמעט לא השתנו ($42$ ← $38$ מ״ג).

- הסבר: לנבט כבר יש נצר מפותח עם עלים, והוא מבצע פוטוסינתזה באור – מקבע $\text{CO}_2$ מן האוויר ומייצר חומר אורגני. בשלב זה קצב הפוטוסינתזה גבוה מקצב הנשימה, ולכן החומר האורגני מצטבר והמשקל היבש עולה. הנבט כבר אינו תלוי בתשמורת הפסיגים, שכמעט אזלה.

השערה: המשקל היבש של הנבט השלם יירד באופן רציף במשך כל 30 הימים – גם בימים 10–30, שבהם באור הוא נשאר יציב ואחר כך עלה – עד שחומרי התשמורת יאזלו והנבט ימות.

- פוטוסינתזה דורשת אור. בחושך הנבט אינו יכול לקבע $\text{CO}_2$ ולייצר חומר אורגני חדש, גם אם יתפתח לו נצר (הנבט יהיה חיוור ומוארך).

- הנשימה התאית נמשכת גם בחושך: הנבט מפרק את חומרי התשמורת של הפסיגים כדי להפיק אנרגיה, והפחמן שבהם יוצא כ־$\text{CO}_2$.

•מאחר שיש רק פירוק ואין ייצור, החומר האורגני הולך ופוחת – והמשקל היבש יורד כל הזמן. כשהתשמורת תיגמר, הנבט לא יוכל להפיק אנרגיה וימות.

(הנימוקים – בסעיף ב.)

הצמח "מודד" את אורך הלילה – תקופת החושך הרצופה – ולא את סך שעות האור או החושך ביממה. הפסקת החושך באור, אפילו קצרה, "מאפסת" את המדידה, והצמח מגיב כאילו הלילה קצר.

- צמח 1 (יום קצר): חושך רצוף משעה 6 עד 24 = $18$ שעות, יותר מ־$14$ – תנאי הפריחה מתקיים, יפרח.

- צמח 2 (יום קצר): סך שעות החושך הוא $16$ ($8+8$), אבל החושך נקטע בהארה בשעות 14–16. לכן תקופות החושך הרצופות הן $8$ שעות בלבד (6–14 ו־16–24), פחות מ־$14$ – לא יפרח.

- צמח 3 (יום ארוך): חושך רצוף משעה 12 עד 24 = $12$ שעות, יותר מ־$10$ – הלילה ארוך מדי, לא יפרח.

- צמח 4 (יום ארוך): סך שעות החושך הוא $8$, והחושך נקטע בהארה בשעות 16–20. תקופות החושך הרצופות הן $4$ שעות בלבד (12–16 ו־20–24), פחות מ־$10$ – יפרח.

טעות נפוצה: לחשב את סך שעות החושך ביממה (למשל 16 שעות בצמח 2) ולקבוע לפיו. מה שקובע הוא אורך תקופת החושך הרצופה.

מנגנונים אפשריים (שניים מספיקים):

1. הבשלה בזמנים שונים: באותו פרח המאבקים משחררים אבקה לפני שהצלקת בשלה לקלוט אותה, או להפך. כשהצלקת מוכנה, האבקה של אותו פרח כבר אינה זמינה.

2. אי־התאמה עצמית (גנטית): גרגר אבקה שמגיע לצלקת של אותו צמח "מזוהה" ואינו נובט, או שצינור האבקה שלו נעצר בעמוד העלי – ולכן אין הפריה.

3. הפרדה בין המינים: פרחים זכריים ופרחים נקביים נפרדים; בצמחים דו־ביתיים הם אף נמצאים על צמחים שונים, ולכן האבקה עצמית אינה אפשרית.

4. מבנה הפרח: הצלקת בולטת הרחק מעל המאבקים (או מוסתרת מהם), כך שהאבקה של הפרח כמעט אינה מגיעה אליה.

1. מין ב – האבקה זרה – שונות גדולה ביותר. זו רבייה זוויגית בין שני צמחים שונים. תאי הזוויג נוצרים במיוזה, ובה נוצרים צירופים חדשים של אללים (שחלוף, הסתדרות אקראית של הכרומוזומים). בהפריה מתאחדים תאי זוויג משני הורים בעלי גנוטיפים שונים – שילוב של מקורות גנטיים שונים, ולכן לכל צאצא צירוף אללים ייחודי.

2. מין ג – האבקה עצמית – שונות בינונית. גם זו רבייה זוויגית עם מיוזה והפריה, ולכן יש צירופים חדשים של האללים שיש לצמח, והצאצאים אינם זהים זה לזה. אבל שני תאי הזוויג באים מאותו צמח, כך שאין תוספת של אללים מפרט אחר. דור אחר דור הצאצאים נעשים הומוזיגוטיים יותר ויותר, והשונות קטנה.

3. מין א – שלוחות – שונות קטנה ביותר. זו רבייה וגטטיבית (אל־זוויגית): הצמח החדש מתפתח מחלק של צמח ההורה בחלוקות מיטוזה, בלי מיוזה ובלי הפריה. הצאצאים זהים גנטית להורה ולזה לזה – שבט (קלון). שונות נוצרת רק ממוטציות נדירות.