בעוד ההערכה הזו של קשר אבולוציוני בין בעלי חוליות ובין קווצי-עור הפכה לקונצנזוס, ממצאים בלתי צפויים ממחקרי השוואות DNA חי שנועדו לשחזר עצים אבולוציוניים, מציבים סימן שאלה על הקונצנזוס
מאת: מקס טלפורד, פרופסור לזואולוגיה, UCL ופשליה קפלי, עמית מחקר בגנטיקה, אבולוציה וסביבה, UCL. תרגום אבי בליזובסקי
השאלה כיצד התפתחו בני האדם מבעלי החיים הראשונים במהלך 600 מיליון השנים האחרונות היא שאלה מרתקת. כאשר מחברים יחד את השלבים הרבים המובילים מצורת החיים הפשוטה הראשונה שהיוותה את אבינו הקדמון להומו סאפיינס המודרני , הדבר הראשון שעלינו לדעת הוא כיצד אנו קשורים לקבוצות בעלי חיים אחרות?
היבטים רבים של עץ המשפחה שלנו ברורים מאליהם. קל לראות שאנחנו שייכים לקבוצת הקופים הגדולים, הפרימטים והיונקים, למשל. בהעמקה בהיסטוריה שלנו, אפילו אריסטו היה מודע לכך שיונקים, ציפורים, זוחלים, דו-חיים ודגים מאוחדים על ידי התכונה המשותפת של עמוד שדרה בקבוצה שאנו מכנים בעלי החוליות.
מקורות החולייתנים נמצאים עמוק בהיסטוריה של חיי בעלי החיים על פני כדור הארץ, והמאובנים הקדומים ביותר המתוארכים ואשר מציגים עמוד שדרה כלשהו הם בני למעלה מחצי מיליארד שנה. ישנם קשיים טבועים בפירוק מערכות יחסים כה עתיקות. המדענים נאבקו בהיבטים רבים שלהם במשך 150 השנים האחרונות. כעת המחקר החדש שלנו, שפורסם ב- Science Advances , מציע תובנה בנושא.
קרובי משפחה של כוכב הים?
בהתחשב בקשיים אלה, העובדה שהייתה תקופה ארוכה של קונצנזוס לגבי זהות קרובי משפחתם של בעלי החוליות היא חריגה מאוד. התפיסה הכללית במשך למעלה ממאה שנה הייתה כי באופן מפתיע, בעלי החיים הקרובים ביותר מקרב אלו שאינם בעלי חוליות הם קבוצה שאין לה שום דמיון בולט לחולייתנים כלל. הם קווצי העור – קבוצה הכוללת את כוכבי הים, מלפפוני הים וקיפודי הים.
בשנת 1908 זואולוג אוסטרי בשם קרל גרובן הציע את הקשר הזה. גרובן בחן את האירועים המוקדמים ביותר של ההתפתחות העוברית בקבוצות מינים שונות (כיצד התאים הראשונים של העובר מתחלקים וכיצד נוצר הפה לראשונה) במטרה לפצל את החלק העיקרי של ממלכת החי לשני ענפים גדולים. הוא טען שחולייתנים וקווצי העור הם חלק מקבוצה הנקראת “דאוטרוסטומים” וכי חסרי החוליות האחרים הנמצאים בקבוצה המכונה פרוטוזסטומים הם חרקים, תולעי אדמה, רכיכות ונמטודות.
בעוד ההערכה הזו של קשר אבולוציוני בין בעלי חוליות ובין קווצי-עור הפכה לקונצנזוס, ממצאים בלתי צפויים ממחקרי השוואות DNA חי שנועדו לשחזר עצים אבולוציוניים, מציבים סימן שאלה על הקונצנזוס. במקביל, חלק מהתכונות הספציפיות לאופן התפתחות העוברים שהודגשו כמיוחדות לענף הדאוטרוסטום של בעלי חיים התגלו בכמה מינים של פרוטוסטומים.
ממצאים אלה מצביעים על כך שהראיות לכך שקווצי העור הם קרובי המשפחה הקרובים ביותר של בעלי החוליות עשויות להיות חלשות יותר מכפי שהאמינו זה מכבר.
ממצאים חדשים
יצאנו לבדוק את הראיות. שינויים ברצפי הדנ”א של הגנים התרחשו בשושלות שונות של עץ החיים – ורישום של מערכות היחסים ביניהם. השתמשנו במחשב כדי להשוות את רצפי ה- DNA של גנים מכל רחבי ממלכת החי כדי לשחזר את העץ האבולוציוני של בעלי החיים.
כדי לראות אם נתוני ה- DNA תומכים בצורה משכנעת בקשר הדוק בין בעלי החוליות לחסרי חוליות, בדקנו את מספר השינויים ב- DNA שנמצאו גם בחולייתנים ובקווצי העור אך לא בבעלי חיים אחרים. מינים בעלי תכונות משותפות אלה, אם ימצאו, יהוו עדות שתומכות במערכת היחסים הקרובה בין המינים.
רישומים של שלושת העצים האפשריים. מקס טלפורד, באדיבות המחבר
אם מסתכלים על כ-5,000 גנים שונים, עבור כ-70% מבעלי החיים בענף הפרוטוסטום היו בעלי יותר שינויים ייחודיים מאשר לענף הדאוטורוסטום. כלומר בעלי החיים על ענף הפרוטוסטום חולקים המון שינויים ייחודיים ב- DNA שלהם – ולכן ענף זה נתמך היטב על ידי עדויות ה- DNA. היחסים ההדוקים בין בעלי החוליות, לעומת זאת, נתמכים בראיות חלשות בהרבה – הם חולקים מעט שינויים ייחודיים יחסית ב- DNA.
לאחר מכן ניסינו סידורים שונים של בעלי החוליות, קווצי העור והפרוטוסטומים: ראשית, העץ הקלאסי המקשר בין בעלי חוליות וקווצי עור; שנית העץ שבו קווצי העור קשורים דווקא יותר לפרוטוסטומים מאשר לחולייתנים; ולבסוף עץ בו בעלי החוליות קשורים יותר לפרוטוסטומים מאשר לקווצי העור
ראינו שבגנים רבים לא הייתה כמות עצומה של שינויים ב- DNA התומכים באף אחד משלושת העצים. מבין ניתוחי הגן שהראו ראיות שהעדיפו בבירור אחת משלוש החלופות, רוב קטן מאוד של הגנים הראה עדויות חזקות יותר לעץ הדאוטרוסטום מאשר לשתי האפשרויות האחרות. התוצאה שלנו מצביעה על כך ששלושת הענפים – בעלי חוליות, קווצי העור ופרוטוסטומים – נפרדו זה מזה בפרק זמן קצר, כלומר, לא היה הרבה זמן לצבור שינויים רבים ב- DNA. המשמעות היא שכעת קשה מאוד להבין אילו משלושת העצים האפשריים המתייחסים לקבוצות אלו נכונים.
עץ הדאוטרוסטום
אז מדוע מרבית מחקרי הדנ”א הקודמים תמכו בעץ עם קבוצת הדאוטרוסטום, למרות הניסויים שלנו שהראו כי אין כמעט מה שמבדיל עץ זה משתי החלופות? רצינו לברר האם הניתוחים מועדים לטעויות שיכולות להיווצר כאשר ענפים שונים התפתחו במהירויות שונות.
כדי לברר, השתמשנו במחשב כדי לדמות את התפתחות ה- DNA בהתאם לכל תרחיש. התחלנו ברצף DNA סינתטי אקראי המייצג בעל חיים קדום. חרצף DNA זה התאפשר להתפתח על ידי צבירת מוטציות בהתאם לכל אחד משלושת העצים.
כאשר הרצנו נתונים על פי עץ הדאוטרוסטום, תמיד סידרנו את העץ. אולם כאשר הרצנו נתונים שמתאימים לשני העצים האחרים, לא תמיד העתקנו את העץ הנכון – לפעמים יצרנו את עץ הדאוטרוסטום בטעות (להוסיף ‘מכוונת’, אם אני מבינה נכון את הכוונה שלהם). טעות זו הייתה נפוצה במיוחד כאשר שינינו את שיעורי האבולוציה בקבוצות השונות.
תוצאה זו מרמזת כי עלולה להיות שגיאה בנתוני ה- DNA האמיתיים שתגרום לנו לשחזר את עץ הדאוטרוסטום, גם אם הוא לא היה נכון. השגיאה עלולה להיגרם על ידי שתי קבוצות הדאוטרוסטום (בעלי חוליות וקווצי העור) שהתפתו בקצב איטי יותר מהקבוצות האחרות. הדבר יגרום להם להיראות דומים יותר זה לזה מאשר לפרוטוסטומים, גם אם הם לא ממש קרובי משפחה זה לזה.
מסקנתנו היא שהביטחון ביחסים קרובים בין בעלי החוליות לחסרי החוליות – בספרי הלימוד במשך יותר ממאה שנה – אינו במקומו. הראינו כי בעיה אבולוציונית זו קשה במיוחד לפתרון וכי אנו בעלי חוליות עשויים להתגלות כקשורים יותר לחלזונות ולזבובים מאשר לכוכבי הים.
עוד בנושא באתר הידען:
2 תגובות
מה שמעניין אולי מוזר שחוץ מדגים (fish , not fishes ) אין אף מין על ענף , כלומר כל אבות המינים שמהם התפצלו המינים הוכחדו או לא ידועים למדע.
נראה שהבעייה קשה מאד לפתרון, במיוחד כיוון שיש העברה רוחבית של גנים בין מינים שונים – ידועה מערכת קריספר אצל חיידקים שייתכן שהיו או עדיין יש שאריות שלה ברב תאיים, יש העברה על ידי וירוסים, ועוד הרבה לא ידוע. אז להקיש על אבולוציה במשך מאות מליוני שנה מ- כיום זה קצת לנסות לפגוע במטרה רחוקה מדי.