גן אחד – מוטציות רבות: הגן השולט בצבע הפרווה של העכברים התפתח תשע פעמים

כאשר עכברים שחורים פלשו לראשונה לגבעות החול של נברסקה הם היוו ניגוד לצבעים הבהירים של החול, דבר שהפך אותם לטרף קל. במהלך 8,000 השנים הבאות העכברים פיתחו מערכות הסוואה, צבעים בהירים יותר, שינויים בפסים שעל זנבם ושינויים בפיגמנטים שאיפשרו להם להתמזג עם הנוף.

עבור עכברי הצבי החיים בגבעות החול של נברסקה, הצבע יכול להיות ההבדל בין חיים ומוות.

כאשר עכברים שחורים פלשו לראשונה לאיזור הם היוו ניגוד לצבעים הבהירים של החול, דבר שהפך אותם לטרף קל. במהלך 8,000 השנים הבאות העכברים פיתחו מערכות הסוואה, צבעים בהירים יותר, שינויים בפסים שעל זנבם ושינויים בפיגמנטים שאיפשרו להם להתמזג עם הנוף.

כעת חוקרים מאוניברסיטת הארווארד משתמשים בדוגמה שלהם כדי לענות על שאלות בסיסיות אודות האבולוציה. האם מדובר בתהליך הדורש קפיצות גדולות – מוטציה בודדת המתבטאת בשינוי דרמטי ביצור החי עצמו – או תוצאה של שינויים קטנים רבים המצטברים לאורך זמן?

במאמר שפורסם ב-15 במארס בכתב העת סיינס, צוות של חוקרים, לרבות מי שהיתה עמיתת פוסט דוקטורט בהאווארד, קתרין ליינן, כ עת פרופסור באוניברסיטת קנטקי, והופי האקסטרה, פרופסור לביולוגיה אורגניזמית ואבולוציונית וביולוגיה מולקולרית ותאית, הצליחו להראות כי השינויים בצבעי פרוות העכבר אינה תוצאה של מוטציה בודדת אלא רצף של לפחות תשע מוטאציות באותו גן.

הממצאים מדגימים כיצד ההשפעה המצטברת של הברירה הטבעית, הפועלת על שינויי גנים קטנים רבים, יכולה לייצר שינויים מהירים ודרמטיים.” אומרת ליינן. הדבר עוזר לנו להבין מנקודת המבט הגנטית את ההתאמה הטובה בין יצורים רבים לבין הסביבה שבה הם חיים. באמצעות פעולה על שינויים קטנים רבים, במקום על שינויים גדולים סבורים, הברירה הטבעית יכולה לייצר התאמות עדינות ומושחזות ביותר”

ואילו הואקסטרה אומרת כי במפתיע העדינות הזו קרתה בגן אחד.

תפקיד גן זה, המכונה agouti, בהסוואה התגלה לראשונה בידי השתיים ועמיתיהן ב-2009, והוא אחראי לשינויים בפיגמנטציה בפרוותיהם של בעלי חיים רבים. כל חתול בית שחור, לדוגמה, חסר את הגן הזה ב-DNA שלו.

מה שהפתיע את החוקרות ואנשי צוותם, לא היה בכך שהגן הזה היה מעורב בקביעת הצבע אלא שכל אחד מתשע המוטציות היו קשורות לשינויים ייחודיים בפרוות בעל החיים, ושכל המוטציות החדשות הובילו ליותר צובעי הסוואה, ושהמוטציות נוצרו ב-8,000 השנים האחרונות.”

“נראה שהמוטציות הללו שכל אחת מהן גרמה לעכבר להיות מעט בהיר יותר ובעל הסוואה טובה יותר – הצטברו במהלך הזמן” אמרה הואקסטרה. כשהן מתמקדות במוטציול הללו החוקרות בחנו את ה-DNA באוכלוסיות טבעיות של העכבר כדי לקבוע האם המוטציות הללו אכן מועילות.”

“לכל אחת מהמוטציות הקשורות לשינויי הצבאים, מצאנו אותות לכך שמדובר בברירה חיובית” אמרה הואקסטרה. “המשמעות היא שכל אחת מהשינויים הספציפים בפיגמנטציה היתה מועילה וזה מחזק את ההסבר שלנו כיצד המוטציות מאפשרות כוונון עדין של תכונה.”

בעוד הממצאים מספקים תובנה רבת ערך למנגנון תהליך הברירה הטבעית, השתיים מבקשות להדגיש את חשיבות מחקרי ההמשך כדי לענות על שאלות חשובות: “תמיד שאלנו האם האובלוציה נשלטת בידי קפיצות גדולות או צעדים קטנים” אמרה הואקסטרה. “כאשר בחנו לראשונה את גן agouti, יכולנו לעצור ולהגיע למסקנה שהאבולוציה ביצעה צעד גדול ושגן אחד בלבד היה מעורב בתהליך, אך זו היתה מסקנה שגויה. כאשר בחנו את הנושא מקרוב, בתוך הגן, מצאנו כי אפילו בתוך אתר אחד, היו שינויים קטנים רבים.”

היא מקווה להבין לעומק מה היה סדר התרחשות המוטציות, כדי לשחזר את שלבי השתנות מין עכבר זה. “עבור ביולוגים אבולוציוניים, הדבר מעורר התרגשות מכיוון שאנו רוצים ללמוד על העבר, אך יש לנו נתונים רק מההווה כדי לחקור.” אמרה. “היכולת לחזור בזמן ולשחזר מסלול אבולוציוני הוא מרתק, ואני סבורה שסדרת נתונים זו תתאים למסע בזמן מסוג זה.”

לדברי הואקסטרה, הקצאת זמן כדי להבין לא רק אילו גנים מעורבים בתהליך אלא גם אילו מוטציות ספציפיות מניעות את הברירה הטבעית, יכולה לספק לחוקרים תמונה מלאה יותר לא רק על המנגנונים המולקולריים שבאמצעותם המוטציות משנות תכונות, אלא גם את ההסטוריה האבולוציונית של היצור. “כאשר עשינו זאת גילינו לא רק מגוון דברים חדשים” אמרה. “בעוד המחשבה הנפוצה היא לבחון שינויים המתרחשים בגנום כולו, התוצאות שלנו מראות כי גם בתוך היחידה הבסיסית ביותר – הגן – אנו רואים עדויות לעידון האבולוציוני.”

להודעה של החוקרות