האם האבולוציה יכולה לחזור אחורנית?

יצורים מתפתחים כדי להתאים לעולם שסביבם, אך אם השינויים לא מתאימים, האם היצור יכול להפוך את התהליך?

יצורים מתפתחים כדי להתאים לעולם שסביבם, אך אם השינויים לא מתאימים, האם היצור יכול להפוך את התהליך? למשל, חרק שבמקור אכל עלים מסוגים שונים של צמחים, אך התפתח לאכילת סוג מסוים של עלים, ואז העץ שבו הוא תלוי נכחד, האם החרק יכול להפוך את התהליך ולחזור לאכול מגוון סוגי עלים? לפני יותר ממאה שנים, הפלאונטולוג הצרפתי לואיב דולו (Dollo), הציע כי האבולוציה אינה מסוגלת לשחזר את צעדיה כדי לשחזר תכונה אבודה, רעיון זה נשאר במחלוקת עד היום.

החוק של דולו, מקבל תמיכה ממקרים כמו לוויתנים ונחשים שמעולם לא פיתחו רגליים מחדש, או ציפורים שלא פיתחו שיניים מחדש, על אף שתכונות אלו היו קיימות בעבר האבולוציוני של החיות. אך לאחרונה, מחקרים הראו כי גנים מושתקים ותוכניות התפתחות רדומות יכולים להיות מופעלים מחדש, דבר שהוביל אבולוציוניסטים רבים לחשוב כי האבולוציה אכן יכולה לחזור על צעדיה. מחקר חדש מNature מנסה לשפוך מעט אור על שאלות מסוג זה. במאמר המדובר, חוקרים בדקו את “חוק דולו” ברמה המולקולרית, על ידי בדיקת חלבון שהוא רצפטור לגלוקוקורטיקואיד, הקושר את ההורמון קורטיזול בתהליך וויסות תגובות עקה. אחד החוקרים, ג'וזף ת'ורנטון (Thornton) אומר שלפחות במקרה של החלבון שחקר, מוטציות חדשות הופכות את זה למעשה לבלתי אפשרי לאבולוציה לחזור לאחור. לדבריו, “הן שורפות את הגשר שהאבולוציה כרגע חצתה”.

כדי להבין מה הם עשו, יש להבין קודם כיצד בונים חלבון: כל החלבון הוא למעשה רצף של חומצות אמינו. ביצורים חיים יש 22 סוגי חומצות אמינו ואופן הסידור של הרצף שלהן קובע את תכונות החלבון. הסדר בו יופיעו חומצות האמינו בחלבון נקבע על ידי מידע בDNA. שינוי של אות אחת בDNA יכול להוביל לכמה תוצאות: א. שום שינוי בחומצה האמינית לא יתרחש, ב. יתקבל קוד לחומצה אמינית אחרת ג. יתקבל קוד המורה על הפסקת קריאת הרצף ולמעשה לקטיעת החלבון. ניתן לגלות אילו שינויים התרחשו ברצף של חלבון על ידי השוואת רצפים מבעלי חיים שונים. לפי תורת האבולוציה, כל היצורים שמכילים את הגן המסוים הגיעו מאב קדום אחד. לאחר שהתפצלו האחד מהשני, כל ענף של העץ האבולוציוני צבר שינויים שונים ברצף הגן. השוואה של רצפים רבים מובילה לקבלת הרצף המקורי. לדוגמא: אם אצל 90% מהיצורים החיים מופיעה חומצה אמינית א' כשנייה ברצף החלבון, וב-10% מופיעות שלוש חומצות אמינו אחרות, ניתן להסיק שברצף המקורי במקום השני היתה החומצה האמינית א'.

בפרסומים קודמים הראה צוות החוקרים כי החלבון בגרסתו הקדומה התפתח לפני כ400 מליון שנים מרצפטור שהופעל על ידי שלושה הורמונים: קורטיזול, אלדוסטרון ודאוקסיקורטיקוסטרון. במהלך 40 מיליוני שנים, הרצפטור עבר 37 שינויים בחומצות האמינו שהובילו לרצפטור המוכר כיום הקושר רק קורטיזול. החוקרים בחנו את הרצף של הרצפטור לקורטיזול וניתחו את השפעתו של כל אחד מ37 השינויים על פעילות החלבון. הם גילו כי שבעה שינויים בלבד אחראיים על יכולת קשירת הקורטיזול, ובשלב הבא הפכו חזרה את שבעת השינויים הללו. אך הרצפטור שהתקבל היה “מת”, הוא פשוט לא פעל. בכדי לקבוע האם לשינויים אחרים היתה השפעה על פעילות הרצפטור החוקרים בחנו שינויים במבנה התלת מימדי של החלבון, ומצאו חמש מוטציות נוספות. מוטציות אלה לא היו חשובות למטרת קשירת הקורטיזול, אך הן כן השפיעו על יכולתו של הרצפטור לבצע את תפקידו. לאחר שהחוקרים הפכו חזרה גם את המוטציות האלה, הם קיבלו רצפטור המתפקד כמו הרצפטור הקדום המסוגל לקשור את כל שלושת ההורמונים.

לסיכום: לפני ששבעת המוטציות החיוניות יכלו להיות מוחזרות לאחור, היה צורך בשינוי חזרה של חמש מוטציות נוספות הקשורות למבנה החלבון. אך לחמשת מוטציות אלו לא היה כל תפקיד בצורה בה הרצפטור קשר הורמונים. כך שאין כל דרך בה הברירה הטבעית יכולה להעדיף פרטים עם המוטציה ההפוכה. כלומר, הרצפטור יכול, תאורטית, לעבור סדרה של מוטציות שתאפשר לו לקשור מגוון הורמונים, אך זו תצטרך להיות דרך חדשה, הוא לא יוכל לחזור בדרך שאותה כבר עבר.

על אף ההדגמה המרשימה, העובדה כי התופעה תהיה נכונה בתקופות זמן כה ארוכות, הוא מה שכל ביולוג אבולוציוני היה מצפה. הרי אם השינוי לא היה מוצלח, הוא לא היה שורד 360 מליון שנה. אך בטווח הקצר הסלקציה יכולה להיות הפיכה – במחקר שפורסם בתחילת השנה ב Nature genetics, הראו חוקרים כי זבובי פירות שעברו סלקציה במעבדה במשך עשרות שנים, חזרו למצב הקדום שלהם לאחר שנתיים בלבד של סלקציה הפוכה. כאן חשוב לציין כי הברירה הראשונית היתה לטובת תכונות שאינן מהוות יתרון בטבע ואילו הברירה השניה (חזרה) למעשה החזירה תכונות שהתפתחו בזבובים במשך מליוני שנים. ביקורת נוספת על המאמר טוענת כי המחקר אינו מוכיח כי אין יכולת להפוך את הכיוון האבולוציוני, אלא רק מחזק את הטענה שבמידה שבוצע שינוי מוצלח הוא יקבל עוד ועוד חיזוקים לאורך הזמן כדי למנוע ממנו להשתנות חזרה.

קישור למקור

קישור למקור התמונה