מחקר באמנוני אגם מלאווי מראה כי היפוכים כרומוזומליים שומרים יחד צברי גנים מועילים, מסייעים להסתגלות מהירה ועשויים להאיץ היווצרות מינים חדשים
אגם מלאווי במזרח אפריקה הוא אחד ממעבדות הטבע המרתקות ביותר לחקר האבולוציה. באגם יחיד זה התפתחו מאות מינים של דגי אמנון במהירות יוצאת דופן, ולכן הוא מספק למדענים הזדמנות נדירה להבין כיצד נוצר מגוון ביולוגי כה עשיר. כעת מדווחים חוקרים כי זיהו במינים אלה מקטעי DNA "הפוכים", שעשויים לשמש מעין מאיצי־על אבולוציוניים. לפי המחקר, שינויים כרומוזומליים אלה עשויים לאפשר לדגים להסתגל במהירות לסביבות חדשות, ולבסוף גם להתפצל למינים נפרדים.
אחת השאלות המרכזיות בביולוגיה היא כיצד נוצרים מינים חדשים, וכיצד התפתח במהלך הזמן המגוון העצום של צמחים ובעלי חיים על פני כדור הארץ. דגי האמנון של אגם מלאווי הם דוגמה בולטת במיוחד. יותר מ־800 מינים התפתחו שם מאב קדמון משותף, בפרק זמן קצר בהרבה מזה שנדרש לבני אדם ולשימפנזים להתפצל מאב קדמון משותף משלהם.
הדבר המרשים עוד יותר הוא שכל "הפיצוץ האבולוציוני" הזה התרחש באותו גוף מים. חלק ממיני האמנון הפכו לטורפים גדולים. אחרים התמחו באכילת אצות. מינים נוספים למדו לסנן חול בחיפוש אחר מזון או להיזון מפלנקטון. עם הזמן הסתגל כל מין לגומחה אקולוגית משלו, בתוך אותו אגם עצמו.
כדי להבין כיצד התרחשה ההשתנות המהירה הזאת, חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג' ומאוניברסיטת אנטוורפן בחנו את ה-DNA של יותר מ־1,300 דגי אמנון. ממצאיהם פורסמו בכתב העת Science. מטרת המחקר הייתה לבדוק אם קיימים מאפיינים גנטיים חריגים שיכולים להסביר את קצב ההתמיינות החריג של הקבוצה.
לדברי הנס סוורדל מאוניברסיטת אנטוורפן, מן המחברים הבכירים של המאמר, החוקרים גילו כי בחלק מן המינים מקטעים גדולים של DNA בחמישה כרומוזומים עברו היפוך. זהו סוג של מוטציה המכונה "היפוך כרומוזומלי". במצב רגיל, במהלך הרבייה מתרחש תהליך של רקומבינציה, שבו החומר הגנטי של שני ההורים מתערבב. אולם בתוך מקטע שעבר היפוך כרומוזומלי, תהליך הרקומבינציה מוגבל מאוד. כתוצאה מכך, קבוצת הגנים שנמצאת בתוך אותו מקטע נשמרת יחד ועוברת מדור לדור כמעט כחבילה אחת.
למנגנון הזה עשויה להיות חשיבות אבולוציונית גדולה. כאשר כמה גנים מועילים נשמרים יחד, במקום להתפזר עקב ערבוב גנטי, נשמרים צירופים גנטיים "מנצחים" שמסייעים להסתגלות לתנאי סביבה מסוימים. מוריץ בלומר, המחבר הראשון מן המחלקה לגנטיקה בקיימברידג', תיאר זאת כמעין ארגז כלים שבו כל הכלים השימושיים ביותר תקועים יחד. כך נשמרים צירופים גנטיים מוצלחים, המסייעים לדגים להסתגל לסביבות שונות.
החוקרים מכנים לעיתים את צבירי הגנים הללו "סופר־גנים". לפי המחקר, אצל אמנוני אגם מלאווי לסופר־גנים כאלה יש כמה תפקידים חשובים. ראשית, אף שמינים שונים של אמנונים עדיין יכולים לעיתים להתרבות זה עם זה, ההיפוכים הכרומוזומליים מסייעים לשמור על הגבולות בין המינים. הם מצמצמים את מידת הערבוב הגנטי בין קבוצות שונות, וכך מסייעים להבדלים המיניים והאקולוגיים להישמר לאורך זמן. ההשפעה הזו חשובה במיוחד באזורים באגם שבהם כמה מינים חיים זה לצד זה, למשל בבתי גידול חוליים פתוחים שבהם אין מחסומים פיזיים ברורים ביניהם.
שנית, רבים מן הגנים הכלואים בתוך אותם סופר־גנים קשורים לתכונות חיוניות להישרדות ולרבייה, ובהן ראייה, שמיעה והתנהגות. לדגי אמנון החיים בעומק האגם, עד כ־200 מטרים, יש תנאי חיים שונים מאוד מאלה של קרוביהם החיים סמוך לפני המים. בעומק יש פחות אור, מקורות מזון שונים ולחץ גבוה יותר. הסופר־גנים עשויים לשמר את מכלול התכונות הגנטיות המאפשר לדגים הללו לשגשג בתנאים המיוחדים האלה.
המחקר גם מעלה אפשרות מסקרנת נוספת: כאשר מינים שונים של אמנונים מכליאים זה עם זה, ייתכן שהיפוכים כרומוזומליים שלמים יכולים לעבור ממין למין יחד עם סט שלם של תכונות מועילות. לפי בלומר, מעבר כזה עשוי להביא עמו התאמות חשובות להישרדות, למשל התאמה לסביבה מסוימת, ובכך להאיץ עוד יותר את תהליך האבולוציה.
עוד גילו החוקרים כי ההיפוכים הכרומוזומליים האלה מתפקדים לעיתים קרובות גם ככרומוזומי מין, כלומר כרומוזומים המסייעים לקבוע אם הפרט יתפתח לזכר או לנקבה. מאחר שכרומוזומי מין עשויים למלא תפקיד חשוב בהיווצרות מינים חדשים, הממצא הזה פותח שאלות נוספות על תרומתם של המבנים הגנטיים הללו לאבולוציה.
פרופ' ריצ'רד דורבין מן המחלקה לגנטיקה בקיימברידג', מן המחברים הבכירים של המחקר, מדגיש כי היפוכים כרומוזומליים אינם ייחודיים לאמנונים. הם מופיעים גם בבעלי חיים רבים אחרים, כולל בבני אדם, ויותר ויותר חוקרים רואים בהם גורם חשוב באבולוציה וביצירת מגוון ביולוגי.
לדברי סוורדל, חוקרי אבולוציה עוסקים זה שנים רבות בתהליך ההיווצרות של מינים חדשים. כעת, כאשר מתחילים להבין טוב יותר כיצד סופר־גנים כאלה נוצרים ומתפשטים בין אוכלוסיות ובין מינים, מתקרבים גם לפתרון אחת השאלות הגדולות של המדע: כיצד החיים על פני כדור הארץ נעשו כה עשירים, מגוונים ומורכבים.
המחקר מציע אם כן מנגנון גנטי קונקרטי שעשוי להסביר כיצד יכולה להתרחש התמיינות מהירה מאוד של מינים באותו מרחב גיאוגרפי. במקום לראות באבולוציה תהליך איטי ואחיד בלבד, הוא מראה שלפעמים שינוי מבני בגנום, כמו היפוך של מקטע כרומוזומלי, יכול לשמר יחד תכונות מועילות ולהעניק לאוכלוסייה דחיפה חזקה במיוחד לכיוון של הסתגלות והתפצלות. באגם מלאווי, לפחות, נראה ש"היפוכי" DNA כאלה היו אולי אחד המנועים החזקים של יצירת עושר ביולוגי יוצא דופן.
למאמר המדעי
עוד בנושא באתר הידען:
