בחירה טבעית

הבנה קיימת (רעיון גדול 1 — התפתחות): תהליך האבולוציה מניע את המגוון וההתאחדות של החיים.

מטרת למידה 7.1.A: תיאור גורמי הבחירה הטבעית.

• 7.1.A.1 בחירה טבעית היא מנגנון מרכזי באבולוציה.
• 7.1.A.2 לפי תורת הבחירה הטבעית של דארווין, התחרות על משאבים מוגבלים מובילה להישרדות משתנה. פרטים עם פנוטיפים יותר מיטיבים נוטים להישרדות טובה יותר ולהפקת צאצאים יותר, ובכך מעבירים את המאפיינים המיטיבים האלה לדורות הבאים.

מטרת למידה 7.1.B: הסבר כיצד בחירה טבעית משפיעה על אוכלוסיות.

• 7.1.B.1 כושר אבולוציוני נמדד על ידי הצלחה רפרודוקטיבית.
• 7.1.B.2 סביבות ביוטיות ואביוטיות עשויות להשתנות, מה שמשפיע על קצב וכיוון האבולוציה. וריאציות גנטיות שונות יכולות להיות נבחרות בכל דור.

הבנה קיימת (רעיון גדול 1 — התפתחות): תהליך האבולוציה מניע את המגוון וההתאחדות של החיים.

מטרת הלמידה 7.2.A: להסביר את חשיבות השונות הפנוטיפית באוכלוסייה.

• 7.2.A.1 ברירה טבעית פועלת על שונות פנוטיפית באוכלוסיות.
• 7.2.A.2 הסביבות משתנות ומפעילות לחצים ברירה על אוכלוסיות.
  • דוגמאות להמחשה עבור 7.2.A.2: זמן פריחה בהקשר לשינויי האקלים העולמיים
• 7.2.A.3 חלק מהשונות הפנוטיפיות יכולות להגדיל או להקטין את הכושר הביולוגי של אורגניזם בסביבות מסוימות.
  • דוגמאות להמחשה עבור 7.2.A.3: אנמיה קוצבת; עמידות ל-DDT בחרקים

מטרת הלמידה 7.2.B: להסביר כיצד שונות במולקולות בתוך תאים קשורה לכוח הביולוגי של אורגניזם.

• 7.2.B.1 שונות בכמות ובסוגי המולקולות בתוך תאים יכולה לספק לאוכלוסיות יכולת טובה יותר לשרוד ולהתרבות בסביבות שונות.

הבנה קיימת (רעיון גדול 1 — התפתחות): תהליך האבולוציה מניע את המגוון וההתאחדות של החיים.

מטרת הלמידה 7.3.A: להסביר כיצד בני אדם יכולים להשפיע על מגוון בתוך אוכלוסייה.

• 7.3.A.1 באמצעות ברירה מלאכותית, בני אדם משפיעים על השונות במינים אחרים.

הבנה קיימת (רעיון גדול 1 — התפתחות): תהליך האבולוציה מניע את המגוון וההתאחדות של החיים.

מטרת הלמידה 7.4.A: הסבר כיצד תרחישים אקראיים משפיעים על המבנה הגנטי של אוכלוסייה.

• 7.4.A.1 האבולוציה מופעלת גם על ידי תרחישים אקראיים.
  • i. מוטציה היא תהליך אקראי המוסיף מגוון גנטי חדש לאוכלוסייה.
  • ii. נדיפת גנטית היא שינוי בתדירות האללים הנתון לתהליך שאינו בחירה, המתרחש באוכלוסיות קטנות.
  • iii. אפקט צוואר הבקבוק הוא סוג של נדיפת גנטית המתרחשת כאשר גודל האוכלוסייה מצטמצם למספר קטן של פרטים למעלה מדור אחד לפחות.
  • iv. אפקט המייסד הוא סוג של נדיפת גנטית המתרחשת כאשר אוכלוסייה מבודדת מארבעת חברי האוכלוסייה האחרים. תדירות הגנים והתכונות תשתנה בהתאם לגנים במוסד האוכלוסייה החדש.
  • v. הגירה יכולה לובשת לזרימת גנים (הוספה או הסרה של אללים מאוכלוסייה).

מטרת הלמידה 7.4.B: תיאור התפקיד של תהליכים אקראיים באבולוציה של אוכלוסיות ספציפיות.

• 7.4.B.1 תהליכים אקראיים עשויים להוביל לשינויים בתדירות האללים באוכלוסייה.
  • i. מוטציות מובילות למגוון גנטי, המספק פנוטיפים שעליהם פועלת בחירה טבעית.
  • ii. נדיפת גנטית יכולה לאפשר לאוכלוסייה קטנה להתפשט מהאוכלוסיות האחרות של אותו מין.
  • iii. זרימת גנים בין שתי אוכלוסיות מונעת מהן להתפשט למינים נפרדים.

מטרת הלמידה 7.4.C: תיאור השינוי במבנה הגנטי של אוכלוסייה לאורך זמן.

• 7.4.C.1 שינויים בתדירות האללים מספקים ראיה לקיום האבולוציה באוכלוסייה.

הבנה קיימת (רעיון גדול 1 — התפתחות): תהליך האבולוציה מניע את המגוון וההתאחדות של החיים.

מטרת הלמידה 7.5.A: תיאור התנאים שבהם תדירות האללים והגנוטיפים תשתנה באוכלוסיות.

• 7.5.A.1 איזון הרדי-ווינברג הוא מודל לתיאור ולחזית תדירות אלקלים באוכלוסייה שאינה מתפתחת. התנאים לאוכלוסייה או לאלל להיות באיזון הרדי-ווינברג הם:
  • i. גודל אוכלוסייה גדול
  • ii. אין הגירה
  • iii. אין מוטציות חדשות
  • iv. הזווגה אקראית
  • v. אין בחירה טבעית

תנאים אלו לעולם אינם מתקיימים, אך הם מספקים הנחת בר-מובן (null hypothesis) בעלת ערך.

• 7.5.A.2 תדירות אללים באוכלוסייה שאינה נאבדת יכולה לחושב מתוך תדירות גנוטיפים.
  • משוואה: משוואת הארדי-ויינברג— $p^2 + 2pq + q^2 = 1$; $p + q = 1$, כאשר: $p$ = תדירות האלל 1 באוכלוסייה; $q$ = תדירות האלל 2 באוכלוסייה
  • דוגמאות להמחשה עבור 7.5.A.2: ניתוח גרפי של תדירות אללים באוכלוסייה

הבנה קיימת (רעיון גדול 1 — התפתחות): תהליך האבולוציה מניע את המגוון וההתאחדות של החיים.

מטרת למידה 7.6.A: לפרט את סוגי המידע המספקים הוכחות להתפתחות.

• 7.6.A.1 התפתחות נתמכת על ידי הוכחות מדעיות ממגוון תחומים (מידע גיאוגרפי, גיאולוגי, פיזיקלי, ביוכימי ומתמטי).

מטרת למידה 7.6.B: להסביר כיצד מידע מורפולוגי, ביוכימי וגיאולוגי מספק הוכחות לכך שאורגניזמים השתנו לאורך הזמן.

• 7.6.B.1 הוכחות מולקולריות, מורפולוגיות וגנטיות מאורגניזמים קיימים ונכחדים תורמות להבנתנו את ההתפתחות.
  • i. פוסילים ניתן לארגן לפי גילם באמצעות מגוון שיטות. כולל זאת: 1) גיל הסלעים בהם נמצא הפוסיל; 2) קצב הדעיכה של איזוטופים, כולל פחמן-14; ו-3) מידע גיאוגרפי.
  • ii. הומולוגיות מורפולוגיות, כולל מבנים רגביים, מספקות הוכחות לקו אחווה משותף.
• 7.6.B.2 השוואת רצפי נוקלאוטידים ב-DNA ורצפי חומצות אמינו בחלבונים מספקת הוכחות להתפתחות ולקו אחווה משותף.

הבנה קיימת (רעיון גדול 1 — התפתחות): תהליך האבולוציה מניע את המגוון וההתאחדות של החיים.

מטרת למידה 7.7.A: לפרט הוכחות מבניות ותפקודיות ברמת תאי ומולקולרית המספקות הוכחות לקו אחווה משותף של כל האוקריוטים.

• 7.7.A.1 הוכחות מבניות ותפקודיות מצביעות על קו אחווה משותף של כל האוקריוטים. הוכחות אלו כוללות:
  • i. אורגנלים עם ממברנה
  • ii. כרומוזומים ליניאריים
  • iii. גנים המכילים אינטרונים

הבנה קיימת (רעיון גדול 1 — התפתחות): תהליך האבולוציה מניע את המגוון וההתאחדות של החיים.

מטרות למידה 7.8.A: הסבר כיצד ההתפתחות היא תהליך מתמשך בכל היצורים החיים.

• 7.8.A.1 כל המינים התפתחו וממשיכים להתפתח. דוגמאות כוללות:
  • i. שינויים בגנום לאורך זמן
  • ii. שינוי רציף במאגר מאובנים
  • iii. התפתחות עמידות לאנטיביוטיקה, רעלים, חומרי הדברה או תרופות לכימותרפיה
  • iv. פתוגנים המתפתחים וגורמים למחלות קיימות

הבנה קיימת (רעיון גדול 1 — התפתחות): תהליך האבולוציה מניע את המגוון וההתאחדות של החיים.

מטרות למידה 7.9.A: תיאור סוגי העדויות שניתן להשתמש בהם להסקת קשר אבולוציוני.

• 7.9.A.1 עצים פילוגנטיים וקלדוגרמות מציגים קשרים אבולוציוניים היפותטיים בין קווים שהם ניתנים לבדיקה.
• 7.9.A.2 עצים פילוגנטיים מציגים את גודל השינוי לאורך זמן שמיושר על ידי מאובנים או שעון מולקולרי, בעוד שקלדוגרמות אינן מציגות קנה מידה של זמן או הבדלים אבולוציוניים בין קבוצות.
• 7.9.A.3 תכונות שנרכשו או נאבדו במהלך האבולוציה יכולות לשמש לבניית עצים פילוגנטיים וקלדוגרמות. הקבוצה החיצונית (out-group) מייצגת את הקו הלא קרוב ביותר לשאר היצורים בעץ הפילוגנטי או בקלדוגרמה.
  • i. מאפיין מופק משותף יכול להיות נוכח ביותר מקו אחד ומצביע על יחסי אב טמוני. מאפיין זה הוא מידע רלוונטי לבניית עצים פילוגנטיים וקלדוגרמות.
  • ii. נתונים מולקולריים מספקים לרוב עדות מדויקת ואמינה יותר מאשר מאפיינים מורפולוגיים בבניית עצים פילוגנטיים או קלדוגרמות.

מטרות למידה 7.9.B: הסבר כיצד ניתן להשתמש בעצים פילוגנטיים ובקלדוגרמות להסקת קשר אבולוציוני.

• 7.9.B.1 עצים פילוגנטיים וקלדוגרמות יכולים לשמש להמחלת ספציאציה (התמיינות מינים) שבה התרחשה. הצמתים בעץ מייצגים את אב הטמוני האחרון ביותר של שתי קבוצות או קווים כלשהם.
• 7.9.B.2 עצים פילוגנטיים וקלדוגרמות יכולים להיקבע על בסיס דמיון מורפולוגי של מינים חיים או מאובנים, ועל בסיס דמיון ברצפי DNA וחלבונים.
• 7.9.B.3 עצים פילוגנטיים וקלדוגרמות מייצגים הנחות שנערכות באופן מתמיד על בסיס עדות.

הבנה קיימת (רעיון גדול 1 — התפתחות): תהליך האבולוציה מניע את המגוון וההתאחדות של החיים.

מטרת למידה 7.10.A: תאר את התנאים שבהם עשויים להתעורר מינים חדשים.

• 7.10.A.1 ספציאציה מתרחשת כאשר שתי אוכלוסיות הופכות לבודדות רבייתית זו מזו.
• 7.10.A.2 המושג המי הביולוגי מספק הגדרה נפוצה למין עבור אורגניזמים הנראבים במיניות. הוא קובע שמין יכול להיות מוגדר כקבוצה היכולה להירבב ולחלף מידע גנטי כדי לייצר צאצאים חיים ו fertile (ברי).

מטרת למידה 7.10.B: תאר את קצב האבולוציה והספציאציה בתנאים אקולוגיים שונים.

• 7.10.B.1 איזון מקוטע הוא מצב שבו אבולוציה מתרחשת במהירות לאחר תקופה ארוכה של סטאז. גרדואליזם הוא מצב שבו אבולוציה מתרחשת לאט לאורך מאות אלפים או מיליוני שנים.
• 7.10.B.2 אבולוציה דיורגנטית מתרחשת כאשר הסתגלות לבתי גידול חדשים מובילה להתבוננות פנוטיפית. קצבי הספציאציה יכולים להיות במיוחד מהירים בזמן קרינה אדפטבית, כאשר בתי גידול חדשים נפתחים.
• 7.10.B.3 אבולוציה קונרגנטית מתרחשת כאשר לחצים ברירה דומים מובילים להתאמות פנוטיפיות דומות באוכלוסיות או מינים שונים.

מטרת למידה 7.10.C: הסבר את התהליכים והמנגנונים המניעים את הספציאציה.

• 7.10.C.1 ספציאציה סימטרית מתרחשת באוכלוסיות עם חפיפה גיאוגרפית. ספציאציה אלופטרית מתרחשת באוכלוסיות המבודדות גיאוגרפית.
• 7.10.C.2 מגוון של מנגנונים טרם-זיגוטיים ופוסט-זיגוטיים יכולים לשמר בדידות רבייתית ולהגן על זרימת גנים בין אוכלוסיות.
• דוגמאות מדגמות ל-7.10.C: דרוזופילה הוואי; אנוליס הקריבי; זבוב תפוח Rhagoletis

הבנה מתמשכת (רעיון גדול 4 — אינטראקציות מערכת): מערכות ביולוגיות אינטראקטיות, ומערכות אלו ואינטראקציותיהן מציגות תכונות מורכבות.

מטרת למידה 7.11.A: הסבר כיצד מגוון גנטי של מין או אוכלוסיה משפיע על יכולתה לעמוד בלחצים סביבתיים.

• 7.11.A.1 רמת השונות באוכלוסיה משפיעה על דינמיקת האוכלוסייה.
  • i. היכולת של אוכלוסיה להגיב לשינויים בסביעה מושפעת ממגוון גנטי. מינים ואוכלוסיות עם מעט מגוון גנטי נמצאים בסיכון לצמצום או הכחדה.
  • ii. אוכלוסיות מגוונות גנטית יותר עמידות בפני הפרעות סביבתיות, מכיוון שהן נוטות יותר להכיל פרטים שיכולים לעמוד בלחץ הסביבתי.
  • iii. אללים שתאימותם בסביבה מסוימת עשויה להיות מזיקה בסביבה אחרת בשל לחצי ברירה שונים.
  • דוגמאות מדגמות ל-7.11.A.1: עיט קליפורניה; יענוד שחור-רגלי; תרנגולי פרארי; מחלת הפטרה של התפוחים; חלודה של תירס; מגוון גנטי ולחצי ברירה; עמידות לאנטיביוטיקה בחיידקים (לא כל פרטים באוכלוסייה מגוונת רגישים לפיצוץ מחלה)

הבנה מתמשכת (רעיון גדול 4 — אינטראקציות מערכת): מערכות ביולוגיות אינטראקטיות, ומערכות אלו ואינטראקציותיהן מציגות תכונות מורכבות.

מטרת למידה 7.12.A: תאר את העדפות המדעיות התומכות בדגמי מקור החיים על כדור הארץ.

• 7.12.A.1 מקור החיים על כדור הארץ נתמך בממצאים מדעיים.
  • i. ממצאים גיאולוגיים מחזקים את המודלים למקור החיים על כדור הארץ.
  • ii. כדור הארץ התגבש לפני כ-4.6 מיליארד שנים (מ"ש). הסביבה הייתה מאיימת מדי לחיים עד כ-3.9 מ"ש, והממצא הפיסילי המוקדם ביותר לחיים מתוארך ל-3.5 מ"ש. יחד, ממצאים אלו מספקים טווח סביר לתאריכים של מקור החיים.
• 7.12.A.2 תיאוריית עולם ה-RNA מציעה שה-RNA עשוי להיות החומר הגנטי הראשון. ישנן שלוש הנחות:
  • i. בנקודה כלשהי בעבר, הרצף הגנטי נשמר באמצעות רפליקציה של ה-RNA.
  • ii. זיווג בסיסים הוא הכרחי לרפליקציה.
  • iii. חלבונים קודנים גנטית לא השתתפו כתורמים ביולוגיים.