בניגוד ל-DNA שמתפרק במהירות, חלבונים כמו קולגן יכולים להשתמר מיליוני שנים ולאפשר שחזור קשרים אבולוציוניים וזיהוי מינים נוספים מהעבר הרחוק
קסניה ז'ורבל, מכון דוידסון, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
בדרך כלל כשמדברים על דינוזאורים בהקשר מדעי, נוטים להיזכר בסרטים כמו סדרת “פארק היורה”, שבו מדענים הפיקו DNA קדום ממאובנים. אולם בפועל יותר ויותר חוקרי דינוזאורים מתעניינים כיום דווקא בתוצרי ה-DNA – החלבונים שבנו את גופם של בעלי החיים הפרהיסטוריים ואפשרו לגופם לתפקד.
אחד מהחלבונים החשובים בחקר העבר הוא הקולגן – חלבון נפוץ מאוד ששותף לבניית רקמות רבות בגופם של בעלי חיים, כגון סחוסים, עצמות ועור, שיניים, קרניים, קשקשים ועוד. הימצאותו בחלקים הקשים והעמידים של בעלי החיים מאפשרת לעתים למצוא שרידים שלו גם במאובנים עתיקים ביותר, והם פותחים פתח לחשיפת פרטים משמעותיים על האבולוציה של יצורים נכחדים מהעבר הרחוק. קביעת רצף אבני הבניין שמרכיבות את החלבון מאפשרת לנו להשוות אותו לרצפים של בעלי חיים אחרים, ומכך להסיק על הקרבה המשפחתית ביניהם. פיתוח כלים יעילים לחקר חלבונים מהעבר מאפשר כיום לזהות מגוון חלבונים שמספקים תובנות מפתיעות, אך השחקן המוביל הוא עדיין הקולגן.
לקרוא את העבר
מולקולות ה-DNA, שמכילות את החומר התורשתי של כל היצורים החיים בעולמנו, הן מקור מידע עשיר מאוד, שמלמד אותנו רבות על החיים בכדור הארץ כיום ובעבר. הבעיה היא שזוהי מולקולה לא יציבה במיוחד, שנוטה להתפרק מהר. אפילו בשיטות המתקדמות ביותר להפקת DNA מדגימות עתיקות, מולקולת החומר התורשתי הקדומה ביותר שהצליחו להפיק ממנה מידע נוצרה לפני כמיליון שנה בלבד, והיא נמצאה בדגימה שנשמרה בתנאים אופטימליים באזור קר במיוחד. אפילו בהערכות האופטימיות ביותר קשה להאמין שיימצאו בעתיד טכנולוגיות שיאפשרו לשחזר DNA שנוצר לפני יותר משני מיליון שנה.
בשונה מה-DNA, נראה שחלבונים מסוימים נשמרים לתקופות הרבה יותר ארוכות, וזה נכון במיוחד לקולגן. לדוגמה, בשנת 2017 זיהו חוקרים מטייוואן, סין וקנדה חלבוני קולגן בשרידים מאובנים של תעלות כלי דם בצלע של לופנגוזאור (Lufengosaurus) – סוג של דינוזאור אוכל עשב שחי בסין לפני 195 מיליון שנה.
לצד התרומה הפוטנציאלית הרבה שיש לחקר שרידי קולגן במאובנים קדומים, מדענים מזהירים מפני שלל כשלים שעלולים להתרחש בטיפול פזיז או לא מיומן בדגימות. בין השאר קיים חשש שהקולגן שזוהה בדגימות איננו באמת עתיק אלא מדובר בקולגן בן זמננו, שהגיע לדגימות בטעות, שכן מדובר בחלבון נפוץ מאוד במעבדות מחקר ביולוגיות. כמו כן, ירידה באיכות השימור של הקולגן בדגימות, למשל עקב פעילות של חיידקים שמפרקים אותו, עלולה אף היא להשפיע על ממצאי המחקר. נוסף על כך, חלק מהממצאים מבוססים על תהליכים ביולוגיים שפוענחו רק לאחרונה, ולכן יש להיזהר בפרשנות שנותנים להם.
אף על פי שהקולגן חשוף לפעילות של חיידקים, ואף עובר פירוק איטי בטבע בתהליכים כימיים שמתרחשים במגע עם מים, החלבון מציג יציבות מרשימה לאורך זמן. הוא מסוגל לשרוד מיליוני שנים – הרבה מעל מה שהיינו מצפים ממולקולות מורכבות כמו חלבונים. היציבות הזאת נובעת ממנגנון שפוענח רק בשנה שעברה. מחקר משנת 2024, שנערך במכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס (MIT), מצא שהיציבות לאורך זמן מתאפשרת בזכות תגובה כימית ספציפית שמונעת מהמים לתקוף את הקשרים הכימיים שמחזיקים את סיבי הקולגן ביחד.
מחרוזת של שלושה חוטים
הקולגן מורכב משלושה סיבים דקים השזורים זה בזה, כמו חבל. הסיבים האלה מחוברים ביניהם בקשרים כימיים חזקים רבים, והם אלה שמעניקים לו את העמידות הגבוהה שלו. כמו כל החלבונים, גם הקולגן מורכב מאבני בניין שנקראות חומצות אמיניות, וחוקרים שמחפשים שרידי חלבון במאובנים עושים את זה בעזרת טכניקות שמאפשרות לזהות מקטעים של אבני הבניין הללו. כל רצף כזה של חומצות אמינו יוצר מקטע ייחודי של חלבון, ובזכות זה אפשר לא רק לזהות שמדובר בקולגן – אלא אפילו להבין לפעמים מאיזה בעל חיים הוא הגיע.
אחד הכלים העיקריים שמאפשרים לפענח את מקטעי החלבון במאובנים הוא טכנולוגיה בשם ספקטרומטריית מסות. השיטה מבוססת על מדידת המסה (כמות החומר) של כל אחד מהשברים הקטנים שאליהם פורק החלבון. התהליך מזכיר במידה מסוימת פירוק של מחרוזת לחרוזים זעירים ושקילת כל אחד מהם בנפרד. על סמך המשקל והצורה שלהם אפשר לזהות את המחרוזת כולה – כלומר את החלבון המקורי, בתהליך רגיש ומדויק.
אותה טכנולוגיה משמשת חוקרים כדי לבחון שאריות חלבון גם בשיניים, בקליפות ביצים, בשיער, בצמר, בנוצות ואפילו בשריון צבים. ככל שהטכנולוגיות משתפרות, זיהוי החלבונים נהיה מדויק יותר ומאפשר למדענים ללמוד עוד על עולם החי הקדום. באמייל השן, למשל, התגלה חלבון בשם אמלגנין (amelogenin), שמאפשר לזהות מינים קדומים ולהבחין בין הזוויגים שלהם. בכלי חרס עתיקים נמצאו חלבונים מהמזון שהוחזק בהם, למשל קזאין שמקורו במוצרי חלב, שלימדו רבות על תזונתן של תרבויות קדומות. קולגן מעצמות אדם יכול לספר על תפוצתן של מחלות כמו שחפת ועגבת בתקופות קדומות.
בנוסף, בבדיקה של רובד פלאק שהשתמר על שיניים בשלדים עתיקים נמצאו חלבוני חלב, שמעידים על צריכת מוצרי חלב ועל התפתחות של עמידות לסוכר החלב לקטוז. ממצאים אלו ממחישים את הכוח של חקר חלבונים קדומים בחשיפת פרטים חדשים על החיים והתרבויות של העבר, מהזווית המיוחדת שלהם.
עוד בנושא באתר הידען
