מודל חדש של תאים ראשוניים, במעבדה

צוות חוקרים באוניברסיטת הארוורד הצליח ליצור מודל של תא פרימיטיבי – תא ראשוני – המסוגל לבנות, לשעתק ולהכיל דנ"א

מודל של תא פשוט. קוטרו - 100 ננומטר
מודל של תא פשוט. קוטרו - 100 ננומטר

החוקרים התייחסו במחקרם לבעיית ראשית החיים על פני כדור-הארץ. הסברה השגורה כיום היא כי החומר הגנטי הראשוני – הדנ"א או הרנ"א – נשמר בראשית החיים בתוך כדורים שומניים זעירים. כדורים אלו מכונים מיצלות והם נוצרים באופן טבעי כאשר חומר שומני מעורבב במים. המיצלות הקדמוניות יצרו מסביב לחומר הגנטי מעטפת מגוננת והצילו אותו מפגעי הסביבה.

על אף שרעיון זה מקובל כיום ברבים, הוא אינו מצליח להתמודד עם בעיית אי-החדירות של המיצלות. על מנת שמולקולות הדנ"א והרנ"א שבתוך התא חייבות ישתכפלו ויצרו עותקים נוספים של עצמן, דרושות להן אבני בניין ספציפיות כגון סוכרים ונוקלאוטידים. המעטפות השומניות המקיפות את התאים הקיימים כיום אינן מאפשרות לאבני הבניין הללו לחדור לתוך התא, אלא דרך תעלות חלבוניות מיוחדות העוברות דרך הקרום מחוץ התא ואל תוכו. מכיוון שקשה מאד להניח שחלבונים מורכבים אלו היו קיימים בזמן התהוות התאים הראשונים, בעיה זו נותרה עד עתה ללא פתרון מספק.

קבוצתו של ג'ף ו. סזוסטק מבית הספר לרפואה של הארוורד החליטה לנסות ולמצוא פתרון בדרך יצירתית במיוחד. הקבוצה יצאה מנקודת הנחה כי הרכבן המולקולרי של המיצלות בזמן התהוות התאים – לפני 3.5 מיליארד שנה – היה שונה מהרכבן כיום. קיימים סוגים רבים של חומצות שומן, והקבוצה ניסתה להשתמש בצירופים שונים שלהן ליצירת מיצלות בעלות תכונות שונות, שסוכרים פשוטים יוכלו לחדור דרכן ולהגיע אל פנים התא הפרימיטיבי.

החוקרים השתמשו בריבוז כסוכר מודל, והראו שהוא מסוגל לחדור דרך המיצלה המורכבת מריכוז מסויים של חומצה דקנואית, דקאנול ומונואסטר גליצרולי של חומצה דקנואית – כולן חומצות שומן הקיימות בטבע. יחד עם זאת, הם נוכחו לדעת כי מולקולת האנרגיה הנפוצה ביותר בטבע – ATP – אינה מסוגלת לחדור ביעילות דרך המיצלה. תוצאה זו מציעה כי ל- ATP לא היה תפקיד בתאים הראשוניים.

כדי להוכיח את חדירות המיצלות מעבר לכל ספק, החליטו החוקרים ליצור תאים ירודים מחומצות השומן האמורות ולבדוק האם הם מסוגלים לקלוט נוקלאוטידים ולשלב אותם לתוך הדנ"א שלהם. החוקרים החדירו לתוך המיצלות מנגנון שיכפול יעיל לא-אנזימטי המסוגל להכפיל גדילי דנ"א פשוטים. בכך הם הפכו את המיצלות, למעשה, למודל שעשוי לחקות את התאים הראשוניים על כדור-הארץ. המיצלות מנעו מגדילי הדנ"א הארוכים לצאת מן התא, אך הן התירו לנוקלאוטידים – אבני הבניין של הדנ"א – לחדור לתוך התא, להתחבר לדנ"א ולהפוך לחלק מתהליך השכפול של החומר הגנטי.

"בכך שהראנו שזה יכול לקרות, ואכן קורה די ביעילות, התקרבנו קצת יותר למטרתנו ליצור תא-ראשוני פונקציונלי המסוגל לגדול ולהתחלק בכוחות עצמו בסביבה הנכונה," אומר סזוסטק.

המחקר מספק רמזים חדשים לחיים הראשוניים על פני כדור-הארץ. בעוד שבעבר היו החוקרים סבורים כי התאים הראשוניים היו חייבים להיות אוטו-טרופים (כלומר, יצרנים עצמיים, המייצרים אנרגיה מאור השמש או מתרכובות אי-אורגניות פשוטות), הרי שעתה נראה כי התאים הראשוניים היו צריכים להיות הטרו-טרופים (יצורים הצורכים תרכובות אורגניות מהסביבה), מכיוון שתוצרי המטבוליזם של האוטו-טרופים הראשוניים היו יכולים לזלוג מן התאים לפי המודל העכשווי.

למרות ששני הרעיונות הקיימים כיום – הטרו-טרופים קודם ואוטו-טרופים קודם – נתקלים בקשיים, תוצאות המחקר מראות כי תאים ראשוניים פשוטים הטרו-טרופים יכלו להיווצר בסביבה סטרילית העשירה בחומרי מזון.

באותו הנושא

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

27 תגובות

  1. המאמר על "מדוע יש הומוסקסואלים" הועבר לאתר (החדש). אפשר לאתר אותו לפי השם שלי (משום מה תגובה עם URL לא נקלטת).

  2. למיכאל ו- Septem
    הצעתי לאבי לפרסם גירסה מעודכנת של המאמר שלי (לא שיש שינויים עקרוניים), אז אפשר יהיה להמשיך לדון בצמוד לגופו של עניין.

  3. מיכאל, נדמה לי שיתכן ואתה מפספס מעט.
    אמנם, כמעט ואין שום השכלה רשמית בנושא, אבל בדמיוני לפחות מאד יתכן כי גם הומוסקסואלים העבירו את הגנים שלהם הלאה. לא רק באמצעות קרובים.
    יתכן מאד ורבים מן ההומוסקסואלים (כמו שקורה גם היום, רבים מהם מגליםמודים על נטייתם רק לאחר נישואים והולדת צאצאים) פשוט מתוך קונפורמיזם או פשוט הצמדות פשוטה יותר לנורמה העמידו צאצאים. "נלחמו" בדחף שלהם.
    הדבר לא נדמה לי מאד לא-סביר. אני חושב שתסכים שזו השערה הגיונית. במיוחד בתקופות בהן מי שסטה מן הנורמה עלול היה לגמור עוד באותו היום בתור הקינוח של חבריו, או אולי פתיון לחזירי-בר.
    אנחנו הרי יודעים שחברות לא מאד רחוקות מאיתנו (מלפני אלפים ספורים, ואתה ודאי יודע עליהן יותר ממני) אמצו ברובן (למען האמת, אני לא בטוח שרובן. יתכן והיו רבות דוגמת אתונה, אשמח אם תעמיד אותי על טעותי) מדיניות הומופובית למדי.
    עצם כך שהומוסקסואליות לא באה לידי ביטוי לא גורס שלא קיימת.

    בכל אופן, אם כבר הזכרתי מקודם את עניין "תוצר הלוואי" שדוקינס מעלה כהסבר אפשרי לדת (כמו במקרה העשים); אולי באמצעות הסבר דומה של תוצר-לוואי אפשר להסביר הומוסקסואליות (או לפחות מבנה מסוים של פסיכולוגיה של משיכה שיכול להסביר הומוסקסואליות).

    חומר למחשבה.

  4. אריה:
    רק שלא תבין אותי לא נכון:
    אני משוכנע שבבני אדם התופעה מולדת (אבל גם זה לא מחייב שתהיה גנטית) ואפילו נוטה להאמין שיש בה מרכיבים גנטיים.
    הערותי נגעו רק לתקפות הטיעונים.

  5. עכשיו קראתי את המאמר.
    האפשרות שהנטיה מועברת על ידי קרובים קיימת אבל כל הרעיון אינו מסתדר עם קיומה של הומוסקסואליות בקהילה שבה הפרטים כלל אינם משתפים פעולה (ויש לא מעט כאלו)

  6. עדיין לא קראתי את המאמר אבל עלי לומר מראש שהטיעונים שהעלית נראים לי בלתי הגיוניים וזאת מן הסיבות הבאות:
    1. ההומוסקסואליות (לפחות עד לאחרונה) לא יכלה להיות מועברת בתורשה על ידי ההומוסקסואלים כיוון שלהומוסקסואלים לא היו צאצאים (עד לאחרונה – פירושו – רק חלק מן התקופה שאנחנו הומו סאפיינס)
    2. גם המונגולואידיות לא נכחדה. היא אמנם גנטית אבל לא בגלל יתרון כלשהו שהיא מעניקה לנשאיה. העיוורון, החרשות, ומומים נוספים – גם הם אינם מעניקים כל יתרון ואינם כלים מן העולם.

    אין זה אומר שההומוסקסואליות אינה גנטית אבל זה גם לא מחייב שהיא תהיה גנטית.
    קראתי פעם על איזה מחקר (לצערי אין לי קישור אליו) שהראה שבסוג מסויים של חרק אפשר להשרות הומוסקסואליות על ידי חימום (!)

  7. נוכח הדיון בעניין ההומוסקסואליות שהתפתח כאן, ברצוני להפנות למאמר שלי שמסביר שההומוסקסואליות היא גנטית ויש לה יתרון אבולוציוני ! (שאם לא כן היא הייתה נכחדת).
    http://www.hayadan.org.il/setter17.html
    ייתכן ונכניס בקרוב גירסה מעודכנת לאתר הידען (החדש).

  8. וואו, מרוב התשובה שכחתי את תדהמתי הראשונית מהחדשות הטובות!

    אנחנו מתקרבים לאט לאט לאביוגנזה!
    אני מקווה שאזכה לחיות ולראות שחזור של ראשית החיים.

  9. למגיב המגניב:

    בספרו של דזמונד מוריס "הקוף העירום", נדמה לי שבפרק "מין", מוריס מעלה כמה נימוקים די טובים לתופעת ההומוסקסואליות בטבע בכלל ובבני-אדם בפרט.

    בנוסף –
    השגיאות לכאורה שהזכרת הן לאו-דווקא תכונה כלשהי שנבררה. דוקינס מציע בספרו האחרון "The God Delusion" להתייחס לתופעות מסוימות לא כאל תכונות שנבררו, אלא כאל תופעות לוואי לתכונות שנבררו.
    למשל, הוא מציע את האמונה הדתית כתופעת לוואי שהופיעה כתוצאה מהתכונה של ילדים להיות "נוחים להאמין". תכונה זו ודאי חשובה, למשל, כאשר על ילדים ללמוד מנסיונם של מבוגרים. "אל תטבול במי הנהר" זו הצעה שהאמונה בה יכולה להציל חיים (במקרה והנהר שורץ תנינים).

    זו רק דוגמא, כמובן.
    אני משוכנע שאם נשקיע בנושא קצת מחשבה נצליח להעלות תכונות ש-"התאבדות", למשל, היא תוצר לוואי שלהן.
    למרות שהתאבדות זו אולי דוגמא גרועה. זאת מפני שכדי להסביר משהו בצורה אבולוציונית צריך ראשית שיהיה נפוץ דיו באוכלוסיה כדי שנחשוד בכך שקיים מרכיב גנטי חזק ואמיתי בעניין.
    בכל אופן, יתכן שהמרכיב הזה במקרה של ההתאבדות הוא פשוט תכונה או מספר תכונות פסיכולוגיות שפיתחנו בהקשר לדברים אחרים. (אז, יהיה זה תוצר לוואי).

    דוקינס בספר מביא דוגמא די טובה (גם היא נוגעת בהתאבדות, רק לא אצל בני-אדם) בספרו האחרון.
    הוא מביא כדוגמא את העשים שנדמה והם מתאבדים בשיגעון משתולל אל המנורות המחשמלות שלנו. ניתן לשאול; למה להם להתאבד?
    אולם, כפי שדוקינס מסביר, ההתאבדות הזו אינה אלא תוצר לוואי של תכונה אחרת של העשים שלרוב היא חיונית ועוזרת (ושכיחות ההתאבדות כתוצאה ממנה קטן לאין שיעור וחסר משמעות לעומתה).
    הרי העשים פעילים בלילה. התפתח אצלם מנגנון המאפשר להם לנוע בקו ישר על פי הזווית בה פוגעות קרני האור מן הירח והכוכבים בעיניות שלהם (אצל סוגי חרקים רבים העיניים מורכבות מהמון עיניות אשר "חוברות" יחדיו). המנגנון, כמובן, מבוסס על כך שמקור האור הוא במרחק אינסופי (הרי זהו מרחק הירח או הכוכבים בפני העש).
    ההתאבדות של העשים היא לא יותר מאשר תוצר-לוואי של תכונה אחרת, יעילה לרוב, של העשים.

    מקווה שסיפקתי לך חומר למחשבה.

  10. רועי:
    טעות בידך.
    ניסיתי להדביק כאן לינק מוויקיפדיה אבל משום מה התגובה אינה נקלטת אז אני מנסה טקסט ללא קישור.
    חפש את הערך Homosexuality בוויקיפדיה ותחתיו לך לפרק Homosexual behavior in animals

  11. אבי:
    יחסים הומוסקסואלים דווקא כן קיימים בבעלי חיים.
    בעצמך ציינת את השימפנזים הננסיים אבל לא רק הם.
    אפילו קראתי פעם שיש סוג של זבוב – אינני זוכר כרגע איזה (למרות שכמעט הכל עושים עם דרוזופילה) שעבורו הראו שמה שקובע את הנטייה המינית (ולא את המין!) זו הטמפרטורה שבו הוא מגודל (מה שמראה שלפחות אצל הזבוב הזה, לא מדובר בנטייה גנטית).
    אגב, ברגע זה החלטתי לחפש בוויקיפדיה וזה מה שמצאתי:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Homosexuality#Homosexual_behavior_in_animals

  12. מיכאל,

    תיקון קטן ושולי : למיטב ידיעתי ההומוסקסואליות ברוב המכריע של בעלי-החיים אינה מגיעה לכדי יחסי מין של ממש. היא מפורשת כדרכו של הזכר החלש להפגין את כבודו לזכר השליט. החלש חושף את עכוזו לשליט, שעשוי לגהור מעליו, אך ללא חדירה של ממש אלא פשוט לשם הפגנת עליונות.

    בעל-החיים היחיד שאני יודע שמקיים יחסים הומו-סקסואליים לשם הנאה הוא השימפנזים הננסיים.

  13. למגיב המגניב:
    השאלות שהעלית הן דווקא מן ההוכחות הטובות ביותר לכך שמדובר באבולוציה בלתי מכוונת ולא במוצר שנוצר על ידי יד מכוונת כלשהי.
    הגמישות ליצור שינויים היא חלק מן הבסיס לתופעת האבולוציה וכיוון שהשינויים הם אקראיים – לא כולם מועילים.
    לא ידוע אם לתופעה כמו הומוסקסואליות יש מקור גנטי אבל יהא המקור אשר יהיה – הברירה הטבעית אינה מעודדת אותו. זו תופעה שקיימת בקרב רוב בעלי החיים ולכן קשה להגדיר אותה כתולדה של מוחנו המפותח.
    מה שכן יכול להיות תולדה של מוחנו אלו תופעות כמו התנזרות ממין על רקע דתי או אידיאולוגי כלשהו.
    האבולוציה בוררת תכונות על פי תרומתן בדרך כלל ולא על פי השלכות בודדות שלהן שבנסיבות מסוימות יכולות להזיק ולכן ייתכן שתופעת ההתנזרות היא מחיר שהמין האנושי משלם על כך שיש לו מוח ומוח, כידוע, אפשר גם לשעבד לכל מיני אמונות תפלות.
    אבל אני חוזר ואומר – דווקא ה"באגים" הם העדים הטובים ביותר לאקראיות התהליך. שים לב איך מתפתלים האירווקסים למיניהם כאשר מעמתים אותם עם כנפי היען – כנפיים שכלל אינן מסוגלות לעוף: איזה מתכנן תבוני או אלוהי היה טורח לתכנן כזו שטות?

  14. מגיב,

    זה אמנם לא קשור לכתבה, אבל אנסה לענות בכל זאת.
    קודם כל, קשה מאד להגדיר אותנו כמין 'הנחשב לטוב ביותר במוח שלו'. המוח שלנו טוב בלהעביר מחשבות למילים ולכלים, אבל אין שום סיבה שהוא יהיה טוב באותה המידה גם בתחומים אחרים. יתכן מאד שיש לו את הבאגים הקטנים שלו – דכאונות, פוביות וכו'. למעשה, יתכן שחלק מהיתרונות של המוח שלנו – היכולת שלו לדמיין מצבים, היצירתיות שלו וכו' – מתבטאים גם בחסרונות שתיארת. כל עוד מספר האינדיבידואלים באוכלוסיה בו מופיעות ה- 'סטיות' הללו קטן ביחס לכלל האוכלוסיה, המין יכול להמשיך לשרוד.

    באופן כללי, בעשרות אלפי השנים האחרונות האדם פיתח כלים (אש, כלי עץ ואבן) שאיפשרו לו לשגשג ולהרחיב את גודל האוכלוסיה במידה רבה. במצב כזה, גם באגים קטנים כאלה באוכלוסיה גדולה לא יעצרו את הגידול.

    דרך אגב, כשאני מסתכל על רוב האוכלוסיה כיום אני רואה אנשים שרוצים לגדל ילדים, אוהבים אותם, רוצים לקיים יחסי מין ואינם הומואים/לסביות. כל זה בסביבה המתירנית ביותר שהתקיימה אי-פעם, שבה אנשים יכולים גם שלא להביא ילדים לעולם אם בכך הם רוצים. כך שכנראה שהדחפים האלה טבועים בנו עמוק מאד בעקבות האבולוציה.

  15. שאלה בקשר לאבולוציה..
    אם התורת האבולוציה נכונה (מה שאני מניח שכן) אז איך זה שקיימים בני אדם (זן הנחשב לטוב ביותר במוח שלו) עם שגיאות אבולוציוניות בסיסיות כמו: אנשים שמתאבדים (חלק גדול מהם עוד לפני שאיבדו את בתוליהם), אנשים שלא אוהבים ילדים, אנשים שלא רוצים לגדל ילדים, אנשים שלא רוצים לקיים יחסי מין (לדוגמא כאלה המקיימים חיי פרישות/נזירות), הומו-סקסואלים (משני המינים).
    כל אחד מאלה שלמעלה לא אמור לזכות בהמשך לשושלת הגנטית שלו..

  16. חברים, בבקשה. בואו נשמור על יחס בסיסי של כבוד אחד לשני.

    גיליאן,

    מדובר כאן במודל בסיסי מאד של תאים שאינם ראויים אפילו להיקרא תאים. אם תאים כאלו היו קיימים אי-פעם, הרי שזה היה לפני למעלה מ- 3.5 מיליארדי שנים. החוקרים לא ניסו לייצר תא מלאכותי אלא לבדוק האם השערת המודל שלהם עובדת.

  17. גיליאן:
    אוי! שוב מישהו חשב שאת בחור! נראה איך תגיבי הפעם!
    הכוונה כאן היא שייצרו את התא בלבד ולא את ה DNA אבל אם תקראי את תגובתי הראשונה תביני שההמשך שיוביל לתא חי שלם די ברור.
    יש כרגע פרוייקט של יצירת DNA באופן סינטטי באמצעים כימיים לחלוטין.
    חפשי מידע על מיקופלסמה לבורטוריום ותביני על מה אני מדבר.

  18. ממה אתה פוחד גיליאן?
    האם כשייצרו תא מלאכותי מלא ולא יהיה לך מה לטעון, מה אז? תתאבד?

  19. ציטוט מתוך המאמר: "החוקרים החדירו לתוך המיצלות מנגנון שיכפול יעיל לא-אנזימטי המסוגל להכפיל גדילי דנ"א פשוטים".

    מכך אני מבינה שנעשה שימוש בדנ"א קיים כלשהו, תקנו אותי אם אני טועה – ואם זה המצב, היכן כאן התא המלאכותי?

  20. המחקר עצמו מעניין מאד ואולי מוביל לפיתוח עתידי של מיקרואורגניזמים מלאכותיים לחלוטין – וזה מה שנראה לי שהם ביצעו כאן. לגבי המחקר הנוכחי, מעניינת יותר נקודת המוצא של החוקרים.

    מה אם הנחות הייסוד שלהם שגויות? מאחר והם יוצאים מנקודת הנחה שמיצלות קדומות היו שונות מהנוכחיות, הם נאלצו להתחיל ולהחיל מנגנונים אחרים על ה"תאים" אותם יצרו במעבדה. ככל שהניסוי התפתח, כך נאלצו לחפש מנגנונים שונים על-מנת "להפעיל" את התא הנוכחי. הבעיה היא, שהחוקרים השליכו את התוצאות הנוכחיות, על מה שבאמת אירע כביכול בהתפתחות החיים על כדור הארץ. מאחר והם יצאו מנקודת הנחה מסוימת שהובילה לצורך לשנות נקודות הנחה אחרות, הרי שהסיכויים שהם בנו מודל חדש ולא מתארים מודל שהיה, גבוהים מאד.

    הניסוי הזה מזכיר לי סיפור שסיפרה פעם אודטה: לאחר שפירסמה מתכון לעוגה, קיבלה אודטה מכתב ממעריצה נלהבת שכתבה לה: את הקמח במתכון המקורי החלפתי בקורנפלור, את הסוכר בריבה, את הביצים בשמן (כי המכולת היתה סגורה) ואת השוקולד באגוזים – העוגה שלך יצאה מדהימה !!!!

    לסיכום: לא הייתי ממהר כל כך להשליך פיתוח זה על האפשרות שזה מה שבאמת אירע בתאים הקדומים. יש כאן יותר מדי גורמים שהוכנסו על-מנת להתאים את התאים האלו למודל מסויים ואיני מוצא הרבה סיבות למה להניח שזה היה גם המודל האמיתי הקדום, חוץ מאשר רעיון לוגי שאולי יתברר כיצירת החיים המלאכותיים הראשונים IN VITRO אבל לא בהכרח שזה מה שאירע בטבע…

    חנן סבט
    http://WWW.EURA.ORG.IL

  21. מעניין מה יקרה אם עכשיו קרייג ונצ'ר יקח את ה DNA הסינטטי שהוא מייצר וישתיל אותו בכאלה תאים משוכנים בסביבה מזינה: ייתכן שבאמת נקבל חיים סינטטיים במובן המלא של המילה!

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן