מחקר חדש: למה התפתחה הרבייה המינית, ודווקא היא?

המיזוג בין המטען התורשתי של המיטוכונדריון ושל התא המארח הוא שאפשר את התפתחות האוקריוטים והיצורים הרב-תאיים המשוכללים שאנו מכירים אותם כיום", קובע החוקר

.המחשה של תא אאוקריוטי המכיל גרעין, אברונים וקרום. <a href="https://depositphotos.com. ">צילום: depositphotos.com</a>
המחשה של תא אאוקריוטי המכיל גרעין, אברונים וקרום. צילום: depositphotos.com

רבייה מינית היא אחת התעלומות האבולוציוניות המסתוריות והבלתי מובנות ביותר. צ'ארלס דארוין הגדיל והגדיר אותה כ"מלכת השאלות". כיום חיות שתי קבוצות של יצורים על פני כדור הארץ – הקבוצה הראשונה היא החיידקים שהם יצורים חד-תאיים זעירים, והקבוצה השנייה המכונה 'אוקריוטים' בעלי גרעין אמיתי. לקבוצה זו שייכים בני האדם, בעלי החיים, הצמחים, הפטריות ויצורים חד-תאיים רבים כגון שמרים, אצות ואמבות. כמעט כל ה'אוקריוטים' מתרבים, לפחות חלק מהזמן, ברבייה מינית. למרות שרבייה מינית נראית לנו צורת הרבייה הטבעית מדובר למעשה בתהליך מוזר למדי המורכב משני שלבים המתרחשים לסירוגין. בשלב האחד נוצרים תאי המין, למשל תאי הזרע והביצית. בתהליך זה, המכונה מיוזה, תא אחד מתחלק לארבעה תאי בת, השונים זה מזה, ומכל תא אחר, מבחינה גנטית. בשלב השני מתרחש איחוי בין שני תאי מין המכונה הפרייה. ברבייה מינית נוצרים אם כך יצורים יחודיים מבחינה גנטית שאינם דומים, אלא אם כן הם תאומים זהים, לאף יצור אחר.

לרבייה מינית מחירים רבים. כל הורה מוריש רק את מחצית המטען התורשתי שלו לצאצא, צרופים מוצלחים מפורקים כל דור, ישנו צורך בזכרים ונקבות (מין אחד כמובן לא מספיק), הכרח במציאת בן או בת זוג ומחירים רבים נוספים. לאור מחירים אלו לא קל להסביר מדוע התפתחה הרבייה המינית במהלך האבולוציה ומדוע היא השתמרה בכל האוקריוטים קטנים כגדולים. חוקרים רבים הציעו הסברים שונים, חלקם משונים למדי, להתפתחות הרבייה המינית אבל רובם הוצעו עוד לפני שידענו עד כמה התופעה קדומה וכיצד נוצרו האוקריוטים. במחקר חדש שהתפרסם לאחרונה בכתב העת המדעי BioEssays, על ידי פרופ' מיכאל ברנדייס מהמכון למדעי החיים ע"ש אלכסנדר סילברמן באוניברסיטה העברית, ניסה החוקר להבין את התפתחות הרבייה המינית המוקדמת והציע השערות מרתקות.

התפתחות טכנולוגיות ריצוף DNA מאפשרות לאתר "מאובנים" ברצף הגנום

כדי לפענח את התהליכים שעיצבו את החיים על פני כדור הארץ נדרש להתבסס על רמזים מהעבר הרחוק. "מכיוון שהאירועים הנחקרים התרחשו לפני שני מיליארד שנה, אנחנו מתבססים על אותות שנשארו והינם חלשים מדי. לפיכך, יש הרבה מחלוקות והרבה שאנחנו לא יודעים וכנראה שלעולם לא נדע על האב הקדמון הראשון האיקריוטי", מוסבר במאמר המדעי. עד לפני מספר עשרות שנים היה עלינו להסתפק ברמזים ממאובנים שהשתמרו בקרקעית הים. התפתחות הטכנולוגיה לריצוף דנ"א מאפשרת לנו עתה להסתמך על "מאובנים" ברצף הגנום. ממחקרים אלה התגלה כי היצורים האוקריוטים נוצרו כאשר חיידק מסוג אחד עבר לגור בתוך חיידק מסוג אחר. החיידק הזה התפתח למה שקרוי מיטוכנדריון, והוא מספק את רוב צורכי האנרגיה של התא המארח. המיטוכונדריון והתא המארח חיים בשיתוף פעולה הדוק וכמעט כל המטען התורשתי של המיטוכונדריון עבר בהדרגה לגרעין של התא המארח.

התהליך של מעבר המטען התורשתי מהמיטוכונדריון לגרעין היה תהליך הדרגתי. מקטעים של דנ"א מיטוכונדריאלי משתחררים לתא ונקלטים בצורה אקראית בתוך הדנ"א של התא המארח. כמו בתהליכים אקראיים אחרים, ברוב המקרים החדירה הזאת גורמת ליותר נזק מתועלת ורק מקרי חדירה בודדים שיפרו את איכות חיי התא. התהליך הזה לקח תקופה ארוכה מאוד, ועד היום יש מקרים של מעבר מקטעי דנ"א מהמיטוכונדריון לגרעין. "אבל בסופו של דבר המיזוג בין המטען התורשתי של המיטוכונדריון ושל התא המארח הוא שאפשר את התפתחות האוקריוטים והיצורים הרבתאיים המשוכללים שאנו מכירים אותם כיום", קובע החוקר.

Eukaryotic cellהאבולוציה באמצעות ברירה טבעית אמנם אינה תהליך מתוכנן או מכוון, אבל במהלכה נוצרו מחיידקים פשוטים יצורים מורכבים ומשוכללים. תהליך הברירה הטבעית מבוסס על שונות גנטית הנוצרת, באמצעות מוטציות אקראיות, באמצעות תהליך המיוזה, וכתוצאה חדירה של מקטעי דנ"א מיטוכונדריאלים ואחרים לגנום התא. גולת הכותרת של מאמר זה היא הצעתו של פרופ' ברנדייס, המתייחסת למיוזה כאל תהליך מיון. במיון הזה מסולקים, באמצעות סלקציה, צאצאים עם גנומים שעברו החדרות מזיקות של דנ"א מיטוכונדריאלי ומתרבים צאצאים עם גנומים שעברו החדרות מועילות. תהליך מיון זה הוא שאפשר את המיזוג ההדרגתי בין המטען התורשתי של המיטוכונדריון ושל התא המארח. "המיוזה הייתה חיונית למיזוג בין הגנומים וליצירת היצורים האוקריוטיים המשוכללים של תקופתנו", מסכם פרופ' ברנדייס.

לפרסום המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook
דילוג לתוכן