BETA

16.05.2018

19:15

שרידי מאובנים
שרידי מאובנים,
fotolia

מחקר חדש: האם נתגלה בעל החיים הראשון?

מחקר חדש שופך אור על המעבר מחיים חד-תאיים ליצורים רב-תאיים. מתברר שהשלב הזה לווה בהופעה של גנים חדשים, רבים מהם קיימים אצלנו עד היום

לפני כמה מאות מיליוני שנה, איננו יודעים מתי בדיוק, נוצר בים הקדמוני יצור מסוג חדש. הוא היה מורכב מכמה תאים, שנשארו דבוקים זה לזה באופן קבוע ותקשרו ביניהם. הייתה ביניהם חלוקת תפקידים: חלקם עסקו בחישה של העולם מסביב, אחרים בעיכול של יצורים קטנים יותר, וקבוצות אחרות טיפלו ברבייה ובתנועה. בעל החיים הראשון הגיע לעולם.

היום כוללת קבוצת בעלי החיים יותר מ-1.6 מיליון מינים הידועים לאדם, מהמדוזה ועד הצרעות, מתולעים זעירות ועד הלווייתן הכחול. בעלי החיים שונים מאוד זה מזה, אך יש להם גם כמה מאפיינים משותפים. לכולם יש גוף הבנוי מתאים רבים, הם מסוגלים לזוז באופן עצמאי, והם לא עושים פוטוסינתזה, כלומר הם מקבלים את האנרגיה הדרושה להם מעיכול של יצורים אחרים. עוד דבר המשותף לכל בעלי החיים הוא המוצא שלהם: כולם התפתחו מאותו בעל חיים ראשון.

 

במחקר חדש ניסו חוקרים מבריטניה לשחזר את רצף ה-DNA של אותו אב קדמון. כדי לעשות זאת הם בחנו את רצף הגֵנום של 62 יצורים. 44 מהם היו בעלי חיים, מכל הסוגים, בהם שושנת ים ודגי זברה, טרמיטים, תולעים שטוחות ותרנגולות. וכן, גם הגנום שלנו בני האדם נמצא שם. 18 הגנומים האחרים שייכים למינים שאינם בעלי חיים, בהם יצורים חד-תאיים שקרובים מאוד לבעלי החיים מבחינה אבולוציונית.

 

מתוך השוואה בין הגנומים מצאו החוקרים 6,331 רצפי DNA, המייצגים גנים או קבוצות של גנים, שהיו בגנום של בעל החיים הראשון. הדבר הראשון שגילו הוא כי רבים מהגנים האלו החזיקו מעמד זמן רב, ומצויים אצל לא מעט בעלי חיים עד היום. מתוך הגנים שלנו, יותר מחצי כבר היו קיימים אצל אותו אב קדמון. "ההפתעה הגדולה הייתה השיעור הגבוה שלהם" אמר ג'ורדי פאפס (Paps), מהחוקרים החתומים על המאמר, לעיתון ניו-יורק טיימס.

 

רבים מגנים האלה הופיעו עוד לפני כן, ונמצאים גם אצל יצורים חד-תאיים, כולל חיידקים. אלה גנים שאחראים על הפעילויות הבסיסיות של התא, כמו שכפול DNA ובניית חלבונים, שכל היצורים החיים זקוקים להם. היו גם גנים שיצורים מוקדמים יותר השתמשו בהם לצורך אחד, ובעלי החיים השתמשו בהם בצורה שונה במקצת. לדוגמה, ישנם יצורים חד-תאיים שבתנאים מסוימים מפרישים חלבונים המדביקים אותם זה לזה, ליצירת מושבה זמנית. אצל בעלי החיים, אותם חלבונים משמשים ליצירת מבנה קבוע שבו התאים דבוקים זה לזה.

 

אך 1,189 מאותם רצפי DNA, אחוז גבוה מתוך הגנום המשוחזר כולו, היו ייחודיים רק לבעלי חיים ולא נמצאו אפילו אצל היצורים הקרובים ביותר אליהם. חלק מהם נמצאו רק אצל קבוצות בעלי חיים מסוימות, אך לא מעט קיימים כמעט אצל כל בעלי החיים שנבדקו. אילו גנים אלה, שכל בעל חיים צריך אותם אך אינם נמצאים אצל מי שאינו בעל חיים? שלא במפתיע, אלו גנים שחשובים לבנייה ופעילות של גופים גדולים. הם אחראים על ייצור חלבונים המצמידים תאים זה לזה, מעבירים מסרים בין תאים, וגם מבצעים בקרה על ביטוי הגנים בכל תא.

 

בקרה כזו חשובה במיוחד ליצור רב-תאי משום שבניגוד לחד-תאיים, התאים שלנו הם מתמחים: לכל סוג תא יש תפקיד שונה. כל אחד מהתאים מכיל את אותו חומר גנטי, אך רק הגנים החשובים לפעילותו באים לידי ביטוי. כך הגנים הדרושים לראייה מתבטאים בעיניים, בשרירים מתבטאים גנים אחרים היוצרים את החלבונים המאפשרים להם להתכווץ, וכן והלאה.

 

 מאפיינים משותפים רבים, למרות ההבדלים העצומים בגודל, בצורה ובסביבת המחיה | לווייתן וגמל שלמה
 

מאפיינים משותפים רבים, למרות ההבדלים העצומים בגודל, בצורה ובסביבת המחיה | לווייתן וגמל שלמה( צילומים: Shutterstock)

 

חידושים ושינויים

 

בין הגנים הייחודיים לבעלי חיים יש גם גנים המבקרים את חלוקת התא. גם במקרה זה, בעוד יצורים חד תאיים מתחלקים ומתרבים ככל שהם יכולים, בעלי חיים צריכים לתכנן ולדאוג שתאים יתחלקו אך ורק בזמן ובמקום הנכונים. כאשר הבקרה הזו נכשלת, התאים מתחלקים ללא הגבלה ויוצרים גידול סרטני. ואמנם, חלק מהגנים שנמצאו במחקר היו ידועים ככאלו שכאשר יש בהם מוטציות והם אינם מתפקדים כראוי, הסיכון שלהם ללקות בסרטן גדל.

 

איך נוצרו כל כך הרבה גנים חדשים אצל בעל החיים הראשון? גנים יכולים להופיע כשחלק מהחומר הגנטי שאינו נמצא בשימוש עובר שינויים, מוטציות שמשנות את הרצף שלו, והופך לגן פעיל שאחראי ליצירת חלבון. דרך נוספת היא הכפלה של הגנים. הכפלה של רצפי DNA מתרחשת לעתים קרובות למדי בתא, וכשזה קורה, אחד העותקים יכול להמשיך ולבצע את פעולתו בעוד השני חופשי להשתנות ולהפוך עם הדורות למשהו אחר.

 

המחקר החדש חשף שהמעבר מיצורים חד תאיים ליצורים רב-תאיים, בעלי החיים, היה מלווה בהגדלה ניכרת של מספר הגנים. בראיון לניו-יורק טיימס שיער פאפס כי הסביבה שבה התפתח אותו בעל חיים קדום גרמה בצורה כלשהי מוטציות רבות. אך בינתיים זה עדיין רק בגדר ניחוש, שכן איננו יודעים אפילו על איזה פרק זמן מדובר – אם הגנים האלו הופיעו מהר יחסית, או שהצטברו בהדרגה במשך מיליוני שנים.  

 


המאמר פורסם לראשונה באתר מכון דוידסון, הזרוע החינוכית של מכון וייצמן למדע