מתכונת 2 בביולוגיה - חלופה לביוחקר 043282

המשתנה הבלתי תלוי הוא הגורם שהחוקרים שינו: אורך הזנב של הזכר – קוצר (קבוצה 1), נשאר באורכו (קבוצות 2 ו־3) או הוארך (קבוצה 4).

המשתנה התלוי הוא מה שנמדד: מספר הקינים החדשים בטריטוריה של כל זכר בחודש שאחרי הטיפול – מדד למספר הנקבות שבחרו בזכר.

לפני הטיפול מספר הקינים היה כמעט זהה בכל הקבוצות – 1.0–1.1 קינים בטריטוריה. כלומר הזכרים בקבוצות היו דומים בהצלחתם מלכתחילה.

- זנב מקוצר (קבוצה 1): 0.5 קינים חדשים – כמחצית מן הזכרים בעלי הזנב הרגיל.

- זנב באורך רגיל (קבוצות 2 ו־3): 1.1 ו־1.0 קינים – ללא שינוי לעומת המצב שלפני הטיפול.

- זנב מוארך (קבוצה 4): 1.9 קינים – כמעט פי 2 מן הזכרים בעלי הזנב הרגיל, ופי 3.8 מן הזכרים בעלי הזנב המקוצר.

•הזנב הארוך הוא אות חזותי שהזכר מציג לנקבות במעופי הראווה. הנקבות בוחרות לקנן בטריטוריה של זכר בעל זנב ארוך – ברירה מינית בידי הנקבות.

•לכן זכרים שזנבם הוארך משכו יותר נקבות (1.9 קינים), וזכרים שזנבם קוצר משכו פחות (0.5).

- קבוצה 2 היא בקרה לטיפול: הזנב שלה נחתך והודבק כמו בקבוצות 1 ו־4, אבל אורכו לא השתנה – והתוצאות שלה (1.1) כמו בקבוצה 3 (1.0). כלומר החיתוך, ההדבקה והלכידה עצמם אינם הגורם, אלא אורך הזנב.

•הנקבה עשויה "להרוויח" מן הבחירה: זכר שמסוגל לגדל ולשאת זנב ארוך כזה כנראה בריא וחזק, ותכונותיו יעברו לצאצאים.

- המשדר: הזכר – האות הוא אורך הזנב, שהוא מציג במעופי הראווה (אות חזותי).

- הקולט: הנקבה, שקולטת את האות בראייה.

- שינוי ההתנהגות: הנקבות בחרו לקנן בטריטוריות של זכרים בעלי זנב ארוך: 1.9 קינים חדשים לעומת 1.0–1.1 אצל זכרים בעלי זנב רגיל ו־0.5 אצל זכרים בעלי זנב מקוצר.

מכיוון שבקבוצה 2 (אותו טיפול בלי שינוי באורך) לא היה הבדל, השינוי בהתנהגות הנקבות נובע מן המידע החזותי – אורך הזנב.

חסרונות (די בשלושה):

1. אינה פועלת בחושך – דורשת אור.

2. דורשת קו ראייה ישיר – מכשולים (צמחייה, סלעים) חוסמים אותה.

3. טווח מוגבל – אות קטן אינו נראה ממרחק.

4. אות בולט חושף את המשדר לטורפים – זכר בעל זנב ארוך ומעופף לאט בשטח פתוח נראה היטב גם לדורסים.

5. פועלת רק כשהמשדר נוכח – האות נעלם ברגע שהמשדר עוזב.

היתרון: זכר בעל זנב ארוך מושך יותר נקבות לקנן בטריטוריה שלו (בניסוי 1.9 קינים לעומת 1.0 לזנב רגיל), ומכיוון שהנקבות לבדן מגדלות את הצאצאים, כל נקבה נוספת פירושה עוד צאצאים של הזכר.

ההיבט האבולוציוני: אף שהזנב מכביד על המעוף ועלול להגדיל את הסיכון להיטרף, הזכרים בעלי הזנב הארוך מעבירים יותר גנים לדור הבא. בתהליך של ברירה מינית (ברירה בידי הנקבות) התכונה נשמרת ואף מתחזקת באוכלוסייה, כל עוד היתרון ברבייה גדול מן המחיר בהישרדות.

הקריאות הן תקשורת קולית – גלי קול שהזכר משמיע, והנקבה קולטת בחוש השמיעה.

די בשניים:

1. אין צורך בקו ראייה – הקריאה עוברת מכשולים ומגיעה לנקבה גם כשהיא בתוך העשב הגבוה.

2. פועלות גם בחושך ובשעות של תאורה חלשה.

3. מגיעות למרחק גדול ולכל הכיוונים – נקבות רבות יכולות לשמוע את הזכר בבת אחת.

4. חוסכות אנרגיה לעומת מעוף ראווה ממושך.

החתמה מינית היא למידה בתקופה רגישה בצעירות, שבה הצעיר לומד את מראה בני מינו (לפי ההורים שגידלו אותו).

חשיבותה:

•בבגרות הפרט בוחר בן זוג מאותו מין – רק זיווג כזה מוליד צאצאים פוריים (זיווג עם מין קרוב, אם בכלל מצליח, מוליד בדרך כלל צאצאים עקרים או פחות מותאמים).

•הפרט אינו מבזבז זמן ואנרגיה על חיזור אחרי פרטים ממינים אחרים, במיוחד כשבאותו בית גידול חיים מינים קרובים ודומים.

•כך גדל הסיכוי שלו להעביר את הגנים שלו לדור הבא.

מסקנה: ההחתמה המינית מתרחשת בתקופה רגישה בצעירות – בערך בגיל 20–40 יום. מה שהזכר רואה בתקופה זו קובע את ההעדפה שלו בבגרות, ומה שהוא רואה אחריה כמעט אינו משנה אותה.

•זכרים שהועברו לפרושי זברה מוקדם – בגיל 10 או 20 יום – חיזרו ברובם אחרי נקבת פרוש זברה (92% ו־85%): התקופה הרגישה עברה עליהם בחברת בני מינם.

•בהעברה בגיל 30 יום – רק 55%, ובגיל 40 – רק 25%.

•זכרים שהועברו בגיל 60 או 80 יום חיזרו ברובם אחרי הנקבה הבנגלית – רק 12% ו־10% חיזרו אחרי נקבת פרוש זברה, אף שבילו אחר כך זמן רב עם בני מינם.

כלומר הירידה החדה מתרחשת בין גיל 20 ל־40 יום, ואחרי גיל 40 יום ההחתמה כמעט אינה משתנה.

טקס חיזור הוא רצף קבוע ואופייני למין של התנהגויות – תנועות, תנוחות, קולות, הצגת צבעים או הגשת מתנות – שהזכר (ולעיתים גם הנקבה) מבצע לפני ההזדווגות. הטקס הוא אות שמעביר מידע לבן הזוג: לאיזה מין הפרט שייך, שהוא מוכן להזדווג, ולעיתים גם מה מצב גופו.

כשמינים קרובים ודומים חיים יחד, קיימת סכנה של הזדווגות עם פרט ממין אחר – הזדווגות שאינה מולידה צאצאים, או מולידה צאצאים עקרים או פחות מותאמים, ומבזבזת את הביצים ואת עונת הרבייה.

טקס חיזור ייחודי לכל מין משמש "סימן זיהוי": הנקבה נענית רק לזכר שמבצע את הטקס של מינה. כך כל פרט מזדווג עם בן מינו, והצאצאים פוריים. לכן הברירה הטבעית מעדיפה טקסים שונים במינים קרובים שחיים באותו מקום.

ההסבר: העובר של עוף מתפתח בתוך הביצה, ומקור המזון היחיד שלו עד הבקיעה הוא החלמון שבה.

- במין ב מסת כל ביצה היא 18% ממסת הנקבה – פי 2.25 ממין א (8%), כלומר מאגר מזון גדול. גם הדגירה ארוכה – 26 יום, יותר מפי 2 ממין א. העובר מתפתח זמן רב בתוך הביצה ובוקע בשלב התפתחות מתקדם – מכוסה פלומה, בעיניים פקוחות ומסוגל ללכת ולאכול בעצמו זמן קצר לאחר הבקיעה. אלה אפרוחים.

- במין א הביצה קטנה (8%) והדגירה קצרה (12 יום). העובר בוקע בשלב מוקדם – עירום, בעיניים עצומות וחסר אונים – וההורים מאכילים ומחממים אותו בקן. אלה גוזלים.

מין א – אסטרטגיית r (יחסית למין ב): הוא מטיל הרבה ביצים (6 בתטולה) קטנות (8% ממסת הנקבה), ודוגר זמן קצר. ההשקעה בכל צאצא בתוך הביצה קטנה, והמין "מהמר" על מספר צאצאים רב יחסית.

מין ב – אסטרטגיית K: הוא מטיל מעט ביצים (2 בתטולה), אבל כל ביצה גדולה (18% ממסת הנקבה) והדגירה ארוכה (26 יום). כלומר השקעה רבה בכל צאצא, שמגדילה את סיכויי ההישרדות של כל אחד מן הצאצאים המעטים.

(זוהי השערה: היא מבוססת רק על נתוני הביצים והדגירה. הטבלה אינה מספקת מידע על אורך החיים, גיל הבגרות או משך הטיפול אחרי הבקיעה. מעניין שסך ההשקעה בתטולה דומה: 6 × 8% = 48% ו־2 × 18% = 36% ממסת הנקבה – ההבדל העיקרי הוא בחלוקה בין הצאצאים.)

די בשני הבדלים:

הסנאים שגדלו עם אגוזים ועם אדמה הם קבוצת הבקרה.

•בניסוי חסך מונעים מבעל החיים ניסיון מסוים – כאן ניסיון בטיפול באגוזים ובחפירה באדמה – ובודקים אילו התנהגויות מופיעות בכל זאת.

•קבוצת הבקרה זהה בגיל, במין ובתנאי הכלוב, פרט לניסיון זה. היא מראה איך נראית ההתנהגות הרגילה: כמה זמן לוקח לסנא מנוסה לפתוח אגוז, ואיך הוא קובר אגוזים.

•רק בהשוואה אליה אפשר לקבוע אילו מרכיבי ההתנהגות מופיעים בלי ניסיון (כלומר הם מולדים) ואילו משתפרים עם ניסיון (כלומר נלמדים).

בניסוי כזה מצפים לראות שחלק מן ההתנהגות מולד וחלק נלמד. דוגמאות (די בשתיים):

1. פתיחת האגוז – מולדת בבסיסה ומשתפרת בלמידה: הסנא יכרסם את האגוז מיד, בלי שלמד זאת, אבל בתחילה בחוסר יעילות – יכרסם חריצים במקומות אקראיים ויתאמץ זמן רב. עם הניסיון הוא לומד לכרסם בנקודה המתאימה, ופותח אגוזים מהר כמו סנאי הבקרה.

2. קבירת אגוזים – מולדת: כשיש לו עודף אגוזים, הוא יבצע את רצף תנועות הקבירה: "חפירה" ברגליים הקדמיות, הנחת האגוז, דחיסתו באף ו"כיסוי" – גם על רצפה קשה שאי אפשר לחפור בה. הרצף מופיע בשלמותו בלי ניסיון ובלי שראה סנא אחר עושה זאת.

3. ריחרוח ובדיקה: יבדוק את האגוז, יסובב אותו בכפותיו וינסה לכרסם – תגובה מיידית לגירוי החדש.

המסקנה: לתבנית ההתנהגות יש בסיס מולד, ולמידה מניסיון משפרת את יעילותה.

תיאור הניסוי: מכניסים חולדה רעבה לתחילת מבוך שיש בו שבילים רבים ללא מוצא, ובסופו מזון. רושמים בכל ניסיון את הזמן עד שהיא מגיעה למזון ואת מספר הטעויות (כניסות לשבילים ללא מוצא). חוזרים על הניסוי פעמים רבות, בכל יום.

התוצאות הצפויות: בניסיונות הראשונים החולדה משוטטת, נכנסת לשבילים ללא מוצא ומגיעה למזון אחרי זמן רב. בהדרגה מספר הטעויות והזמן קטנים, עד שהיא עוברת את המבוך כמעט בלי טעויות.

•בעל החיים מבצע פעולות שונות (פניות) באקראי.

•הפעולות שמובילות למזון מחוזקות בתגמול, והפעולות שמובילות לשבילים ללא מוצא אינן מתוגמלות.

•בעל החיים לומד את הקשר בין רצף הפניות לבין התגמול, וזוכר את הדרך.

המשתנה התלוי הוא מה שנמדד: היבול – כמות גרגרי התירס היבשים, בק"ג לדונם, שהתקבלה מכל זן.

1. מקום הגידול – בית רשת שמונע כניסת חרקים, לעומת שדה פתוח.

2. זן התירס – שישה זנים, 1–6.

1. קבוצת בקרה – התירס בשדה הפתוח. הוא גדל בתנאים הרגילים, שבהם חרקים יכולים להגיע לצמחים. הוא מראה את היבול הרגיל, ורק בהשוואה אליו אפשר לבדוק אם מניעת החרקים משנה את היבול.

2. בקרה על משתנים (שמירה על גורמים קבועים): בשני המקומות נזרעו אותם שישה זנים, באותו תאריך, באותה השקיה ובאותו דישון, והמקומות סמוכים (אותה קרקע ואותו אקלים). גם הרשת נבחרה כך שתאפשר מעבר של רוח. כך ההבדל היחיד בין המקומות הוא כניסת חרקים, וכל הבדל ביבול ניתן לייחס רק לה.

התשובה: b. ההסבר בתת־סעיף (2).

•היבול בבית הרשת כמעט זהה ליבול בשדה הפתוח בכל הזנים: ההבדלים הם בין 2.3% פחות ל־1.3% יותר, ובממוצע 1,213 לעומת 1,225 ק"ג לדונם (כ־1% בלבד). אילו התירס היה זקוק לחרקים, היבול בבית הרשת היה קטן בהרבה ← b נכונה.

- a שגויה: בבית הרשת אין חרקים, והיבול לא נפגע.

- c שגויה: גרגרי התירס הם זרעים שנוצרים אחרי האבקה והפריה; היבול הגדול בשני המקומות מראה שהאבקה מתרחשת.

- d שגויה: היבול בבית הרשת אינו גדול יותר – בארבעה זנים הוא אף מעט קטן יותר, וההבדלים קטנים מאוד ואינם עקביים.

המבנה של התירס מתאים להאבקה ברוח: אבקה רבה, קלה ויבשה מתפרחת בראש הצמח, וצלקות ארוכות ודקות שקולטות אבקה מן האוויר; אין עלי כותרת צבעוניים ואין צוף, שמושכים חרקים.

ההבדל: כמעט אין הבדל. למשל בזן 1 – 1,250 בשדה לעומת 1,230 בבית רשת (1.6% פחות); בזן 2 – 1,180 לעומת 1,195 (1.3% יותר); בזן 3 – 1,320 לעומת 1,290 (2.3% פחות). בממוצע 1,225 לעומת כ־1,213 ק"ג לדונם – הבדל של כ־1%, ובכיוונים שונים בזנים שונים.

1. התירס מואבק ברוח: המכבד בראש הצמח משחרר כמות עצומה של אבקה קלה ויבשה, והרוח נושאת אותה.

2. הרשת מונעת כניסת חרקים אך מעבירה רוח, ולכן האבקה מגיעה לקלחים גם בבית הרשת.

3. הצלקות הארוכות והדקות ("שערות התירס") קולטות את האבקה מן האוויר; אחרי ההאבקה נוצר נחשון אבקה ומתרחשת הפריה, וכל ביצית מתפתחת לגרגר (זרע ופרי) בקלח.

מכיוון שהחרקים אינם משתתפים בהאבקה, מניעתם אינה משנה את מספר הגרגרים, ולכן היבול כמעט זהה.

•הצמח אינו תלוי במאביקים – ההאבקה מתרחשת גם כשאין חרקים (למשל בשטחים פתוחים וסוערים או בעונה שבה החרקים מעטים).

- חיסכון באנרגיה: אין צורך בעלי כותרת גדולים וצבעוניים, בריח ובצוף.

•ההאבקה אקראית: הרוח נושאת את האבקה לכל הכיוונים, ורק חלק זעיר ממנה מגיע לצלקת של פרח מאותו מין. לכן הצמח חייב לייצר כמות עצומה של אבקה – השקעה גדולה בחומר.

•ההאבקה יעילה רק כשצמחים מאותו מין גדלים קרוב זה לזה; צמח בודד ומבודד כמעט אינו מואבק.

•תלויה במזג האוויר – גשם או חוסר רוח מקטינים את ההאבקה.

- המשתנה הבלתי תלוי – הגורם שהחוקרים שינו: נוכחות הציצה – פירות שלמים לעומת פירות שהוסרה מהם הציצה.

- המשתנים התלויים – מה שנמדד: זמן הנפילה מגובה 2 מטר באוויר עומד, והמרחק שאליו הגיע הפרי כשנשבה רוח.

- פירות שלמים: זמן נפילה של 4.0 שניות, ומרחק של 7.8 מטר ברוח.

- פירות בלי ציצה: זמן נפילה של 0.6 שניות בלבד, ומרחק של 1.1 מטר.

כלומר הפרי השלם נשאר באוויר זמן ארוך פי 6.7 (4.0 לעומת 0.6), ומגיע רחוק פי 7.1 (7.8 לעומת 1.1).

•הציצה מגדילה מאוד את שטח הפנים של הפרי, כמעט בלי להוסיף משקל. היא פועלת כמו מצנח: התנגדות האוויר גדלה, והפרי נופל לאט.

•בזמן שהפרי באוויר, הרוח מסיטה אותו הצידה. המרחק כמעט שווה למהירות הרוח כפול זמן השהייה באוויר: 2 מטר לשנייה × 4.0 שניות = כ־8 מטר, לעומת 2 × 0.6 = כ־1.2 מטר – בהתאמה טובה לתוצאות (7.8 ו־1.1 מטר).

•לכן הציצה מאפשרת לרוח לשאת את הזרע הרחק מצמח האם, אל מקומות שבהם התחרות קטנה יותר.

יתרון: במדבר רוב השטח אינו מתאים לנביטה ולגדילה (קרקע סלעית או מלוחה, מעט מים). המקום שבו צמח האם גדל עד שהעמיד זרעים כבר הוכיח שהתנאים בו מתאימים – למשל שמצטברים בו מים אחרי גשם – ולכן לזרע שנופל לידו יש סיכוי טוב לשרוד.

(יתרונות נוספים אפשריים: הזרעים משתחררים רק אחרי גשם, כשיש בקרקע לחות לנביטה, ואינם נאכלים בידי נמלים ומכרסמים בזמן היובש; הם אינם נישאים ברוח למקומות יבשים ולא מתאימים.)

- מין X – צמח השמש: קצב קליטת ה־CO₂ שלו עולה עד עוצמות אור גבוהות (9 ב־400, 19 ב־800, 20 ב־1000) – הוא מנצל אור חזק. באור חלש (100) הקליטה שלו עדיין שלילית ($-0.5$).

- מין Y – צמח הצל: כבר באור חלש (100) הקליטה שלו חיובית (3), כלומר הוא מנצל היטב אור חלש. אבל מעוצמה של כ־400 הקצב מתייצב על 6 בלבד – אור חזק אינו מועיל לו.

- בעוצמות נמוכות: בפוטוסינתזה הכלורופיל קולט אנרגיית אור, והיא הופכת לאנרגיה כימית (ATP ונשאי אלקטרונים) שמשמשת לקיבוע ה־CO₂ ולבניית סוכר. באור חלש אין די אנרגיה, ולכן האור הוא הגורם המגביל – הגברתו מגבירה את קצב הפוטוסינתזה ואת קליטת ה־CO₂ (למשל במין X: מ־3 ב־200 ל־15 ב־600).

- בעוצמות גבוהות: האור כבר אינו מגביל. גורם אחר – ריכוז ה־CO₂ באוויר, כמות הכלורופיל או כמות האנזימים שמקבעים CO₂ – מגביל את הקצב, ולכן הוא מתייצב (רוויה): מין X כמעט אינו עולה בין 800 ל־1000, ומין Y מתייצב כבר מ־400.

בעוצמת אור 0 אין פוטוסינתזה – אין אנרגיית אור לקיבוע CO₂. אבל תאי העלה ממשיכים בנשימה תאית כל הזמן: הם מפרקים סוכרים בנוכחות חמצן כדי להפיק אנרגיה (ATP), ובתהליך נפלט CO₂. לכן העלה פולט CO₂ במקום לקלוט, והקליטה נטו שלילית: $-3$ במין X ו־$-1$ במין Y.

(הערך במין Y קטן יותר בערכו המוחלט – קצב הנשימה בעלי צמח הצל נמוך יותר.)

- מין X: קליטת CO₂ נטו של $-0.5$ – כלומר קצב הפוטוסינתזה שלו נמוך מקצב הנשימה התאית. הצמח מפרק בנשימה יותר סוכר ממה שהוא מייצר. אין לו עודף של חומר אורגני לבניית תאים חדשים, ולכן אינו גדל; לאורך זמן הוא מכלה את חומרי התשמורת שלו, ואם המצב נמשך – עלול למות.

- מין Y: קליטת CO₂ נטו של 3 – הפוטוסינתזה עולה על הנשימה, ונשאר לו עודף סוכר לגדילה.

ההסבר להבדל: מין Y מנצל ביעילות אור חלש וקצב הנשימה שלו נמוך (בחושך רק $-1$ לעומת $-3$ במין X), ולכן כבר באור חלש הוא מייצר יותר משהוא מפרק. מין X זקוק לעוצמת אור גבוהה יותר (מעל 100, כפי הנראה כ־115 יחידות) רק כדי לאזן בין הייצור לפירוק.

- צמח יום קצר – פורח כשאורך היום קצר מאורך היום הקריטי שלו (כלומר תקופת החושך הרצופה ארוכה מאורך קריטי).

- צמח יום ארוך – פורח כשאורך היום ארוך מאורך היום הקריטי שלו (תקופת החושך קצרה מאורך קריטי).

- צמח X (יום קצר, אורך קריטי 11.5 שעות): אורך היום קצר מ־11.5 שעות באוקטובר (11.4), בנובמבר (10.6), בדצמבר (10.1), בינואר (10.4) ובפברואר (11.1) ← יוכל לפרוח מאוקטובר עד פברואר (בסתיו ובחורף). במרץ (11.9) כבר לא.

- צמח Y (יום ארוך, אורך קריטי 13.5 שעות): אורך היום ארוך מ־13.5 שעות במאי (13.7), ביוני (14.1) וביולי (13.9) ← יוכל לפרוח במאי, ביוני וביולי (בסוף האביב ובקיץ). באוגוסט (13.2) כבר לא.

(בחודשים אפריל, אוגוסט וספטמבר, ובמרץ, אורך היום בין 11.5 ל־13.5 שעות – אף אחד מן הצמחים אינו פורח.)

- התאמות להאבקה בחרקים: עלי כותרת גדולים וצבעוניים וריח חזק – מושכים את החרקים; צוף – תגמול (מזון) שגורם לחרק לחזור לפרחים מאותו מין; אבקה מעטה ודביקה – נדבקת לגוף החרק ומועברת ביעילות, ולכן אין צורך בכמות גדולה.

- התאמות להאבקה ברוח: מאבקים התלויים מחוץ לפרח – הרוח מנערת מהם את האבקה; כמות עצומה של אבקה קלה ויבשה – נישאת ברוח, ורק חלק קטן ממנה מגיע לצלקת; צלקות גדולות ונוצתיות הבולטות החוצה – "רשת" שלוכדת אבקה מן האוויר; פרחים קטנים ללא עלי כותרת – אין צורך למשוך מאביקים, ועלי כותרת היו רק מפריעים לרוח.

- מספר רב של זרעים – גם אם רובם אובדים (נאכלים, נופלים במקום לא מתאים), חלקם יגיעו למקום מתאים וינבטו.

•זרעים קטנים וקלים מופצים בקלות למרחק (ברוח, במים), וכך מגיעים לבתי גידול חדשים ופנויים.

•זרעים קטנים נכנסים לסדקים בקרקע ויוצרים "בנק זרעים" בקרקע.

•בכל זרע מעט חומרי תשמורת: הנבט קטן וחלש, חייב לנבוט קרוב לפני הקרקע ולהגיע מהר לאור כדי להתחיל בפוטוסינתזה; בצל או בתחרות עם צמחים אחרים רוב הנבטים מתים.

•נבטים קטנים פגיעים יותר ליובש בשבועות הראשונים, כי שורשיהם קצרים.