סיקור מקיף

אבולוציה תחת בקרה

יצורים בני כלאיים ריתקו את דרווין כל חייו. העובדה שמינים קרובים מסוגלים ליצור צאצאים משותפים, בעלי תכונות של שניהם, אבל בדרך כלל אינם מסוגלים להתרבות ולהעביר את התכונות האלה לדור שלישי, הייתה בעיניו הוכחה נוספת לתיאוריה שהמינים מתרחקים זה מזה בהדרגה.

מימין: שרון ריכב, פרופ' אבי לוי, איתי תירוש ופרופ' נעמה ברקאי. ביטוי גנטי
מימין: שרון ריכב, פרופ' אבי לוי, איתי תירוש ופרופ' נעמה ברקאי. ביטוי גנטי

יצורים בני כלאיים ריתקו את דרווין כל חייו. העובדה שמינים קרובים מסוגלים ליצור צאצאים משותפים, בעלי תכונות של שניהם, אבל בדרך כלל אינם מסוגלים להתרבות ולהעביר את התכונות האלה לדור שלישי, הייתה בעיניו הוכחה נוספת לתיאוריה שהמינים מתרחקים זה מזה בהדרגה. עכשיו, 200 שנה לאחר הולדתו של דרווין, מדעני מכון ויצמן למדע בוחנים, באמצעות אורגניזמים בני כלאיים, מה גורם למין אחד להיות שונה מהשני ומה קורה בבני כלאיים.

דרווין לא שמע על גנים כאשר הציע את תיאוריית האבולוציה בספרו "מוצא המינים". עכשיו, לאחר פיענוח הצופן הגנטי, מתברר שמוטציות גנטיות אחראיות רק לחלק מההבדלים בין המינים. רוב ההבדלים נובעים מהדרך שבה הגנים האלה מתבטאים – "נקראים" – כדי ליצור את החלבונים שהם מקודדים. כיצד ההבדלים האלה מתפתחים באבולוציה?
פרופ' נעמה ברקאי מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, פרופ' אבי לוי מהמחלקה למדעי הצמח, ותלמידי המחקר איתי תירוש ושרון ריכב, מצאו שדרך אחת לחקור את ההבדלים בין שני מינים של שמרים היא לאחד את החומר הגנטי שלהם ביחד, וליצור שמר היברידי, כלומר בן כלאיים. ממצאי מחקרם פורסמו באחרונה בכתב העת Science.

כמו בתאי האדם, תאי השמרים ההיברידיים הם בעלי שתי מערכות גנים ("אללים"), אחת מכל הורה. מי מרצפי הדי-אן-אי הממלאים תפקיד בהתבטאות הגנים יהיה שונה בין בני כלאיים שונים, והיכן הם ממוקמים בגנום? האם הם קשורים באופן פיסי לגן ("ציס"), כמו המקטעים המאתחלים ("פרומוטורים") שפועלים כמתגי הפעלה גנטיים? או שהם ממוקמים במקום מרוחק בגנום, ומשפיעים ממנו ("טרנס")? באמצעות טכניקה שפיתחו לזיהוי התבטאות של אללים בודדים בחנו המדענים דפוסי ביטוי בבני הכלאיים, והישוו אותם לאלה של הוריהם. כשההבדלים בין ההורים נשמרו בשמר ההיברידי, הסיקו המדענים שהגורם המבדיל קשור פיסית לגן המושפע ("ציס"). גורמים אלה משפיעים רק על האלל שאליו הם קשורים. אבל, אם דפוסי ההתבטאות היו שונים בין הורה להורה והפכו לזהים בשמר ההיברידי, הסיקו המדענים כי גורמי ה"טרנס", הממוקמים במקום אחר בגנום, אחראיים להבדל (גורמים אלה משפיעים על שניהאללים כאחד).

המדענים מצאו שגורמים מסוג "ציס" הקשורים פיסית לגנים המושפעים עברו יותר שינויים אבולוציוניים: הם היו אחראיים ליותר הבדלים בתהליכי התבטאות הגנים, בהשוואה לגורמים הממוקמים רחוק מאיזור ההשפעה ("טרנס"). גורמים מסוג "ציס" לא הושפעו לכאורה מהדרך שבה השמרים גודלו. לעומת זאת, גורמי ה"טרנס" היו רגישים לסביבת שבה גדלו השמרים (ניכרו הבדלים משמעותיים בין גידול בתנאים טובים לבין גידול בתנאי מצוקה). עוד נמצא, כי גורמי ה"טרנס", המרוחקים מהאיזור שעליו הם משפיעים, נוטים להתמקם בגנום באזורים שפרופ' ברקאי וחברי קבוצת המחקר שהיא עומדת בראשה זיהו בעבר כפתוחים במיוחד לשינוי אבולוציוני.

אבל ישנם מספר גדול של גורמי "טרנס" בגנום – מגורמי השיעתוק שנקשרים ישירות אל הגנים ועד לקולטנים שקולטים מידע המגיע אל התא מהסביבה. מי מהם עבר שינוי? בהמשך המחקר הופתעו המדענים לגלות, שהשינויים הנפוצים ביותר היו בגורמים העוסקים בחישת הסביבה והעברת המידע הזה אל הגנים. במילים אחרות, התגובה של האבולוציה לתנאים משתנים הייתה כיוון מנגנוני התקשורת של התא עם סביבתו. שוב הוכח שהתקשורת אשמה.

המדענים הבחינו בכך, שהשמרים ההיברידיים התאימו לתיאור של דרווין על אורגניזמים שמרוויחים מהיותם בני-כלאיים (הם גדלו מהר יותר מהוריהם), והציעו הסברים לתופעה. הסבר אפשרי אחד מבוסס על העובדה, שגורמי "ציס" ו"טרנס" משלימים לעיתים זה את זה (גורם "ציס" חלש בגן אחד עשוי ללוות גורם "טרנס" חזק, ולהיפך). במקרים מסוימים, שילוב של "ציס" ו"טרנס" חזקים באלל השני עלול לגרום לביטוי יתר בגן. במצב כזה, המדענים ציפו למצוא אלל אחד בעל רמת ביטוי גבוהה במיוחד. זה, אכן, היה המצב ב-20% מהמקרים. בשאר המקרים היו שני האללים בעלי רמות ביטוי דומות, אבל בכל זאת מעבר לטווח של ההורים.

להפתעתם, כאשר זיהו את הגנים שפועלים ברמת ביטוי מוגברת כתוצאה מהכלאה בין שני מיני השמרים, גילו המדענים שמדובר בעיקר בגנים הממלאים תפקיד בנשימה – התהליך בו משתמשים השמרים בסוכר ולעיתים גם בחמצן כדי לייצר אנרגיה. המינים הטהורים ממעטים להשתמש בחמצן. הם שמרו על הגנים הנחוצים לנשימה, אבל הפחיתו את הביטוי שלהם באמצעות גורמי "טרנס". כנראה, השילוב בין שני המינים גרם לגנים האלה "לצאת מהמחתרת" ולהגביר את רמת הפעילות של מנגנון הנשימה. ייתכן שפעילות זו תרמה להאצה בגידול.

המנגנונים לדפוסי ביטוי גנטיים חדשים בבני תערובת עשויים להסביר הבדלים שונים בין בני הכלאיים להוריהם. רוב בני הכלאיים הם עקרים ואינם מסוגלים להתרבות (לדוגמא פרד, שהוא בן כלאיים של חמור וסוס). אבל, ישנם מינים שמסוגלים להתרבות בשיטות אחרות, והכלאת הגנום עשויה להוות דרך נוחה להשגת תכונות גנטיות חדשות במהירות. פרופ' לוי: "השמר משרת אותנו כדוגמא נפלאה שעוזרת לנו להבין איך גנומים שמתרחקים זה מזה פועלים באורגניזמים מורכבים. עכשיו אנחנו מתכוננים ליישם את מה שלמדנו מהשמרים בחיטת הלחם – מין שמכיל גנומים שונים מאוחדים בגרעין אחד".

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

20 תגובות

  1. חזי:
    שוב הפרת את הבטחתך.
    אמנם על פי מה שאמרת בעבר כבר ידעתי שאין סיבה להאמין לך אבל חשבתי שתשמור על לפחות טיפה של כבוד עצמי.

  2. מיכאל,
    הגבתי לאבי כמנהל האתר.
    מדובר בהטעיה מכוונת של חסידי דארוין.
    זה נחשב אפילו "הונאה"… תחשבו על זה בצורה כזו.

    אני יודע שנוח לך שלא אגיב,
    ואכן לא אגיב, כי זה לא יעזור,
    אתם מקובעים ותשארו כאלה…

  3. חזי, החידוש במוטציה הוא עצם קיומה. לא מעבר. מכאן שלא ניתן להניח (הגיונית או לא) שהחידוש ישרוד. להיפך, רוב המוטציות דרכן לא לשרוד הלאה. מכאן שההנחה והמסקנה של חזי לקויות ונופלות.
    אבולוציה אינה אקראית. השונות הגנטית עליה פועלת הברירה הטבעית היא אקראית אבל הברירה הטבעית אינה אקראית. השרידות וההצלחה בהעמדת צאצאים (fitness) של פרט קשורה במישרין בדרכים בהם התכונות שהורשו לו מתפקדות בקונטקסט של הסביבה. כלומר, פרט שורד או מעמיד צאצאים כתלות בגנים שלו שמבטאים תכונות המתאימות לסביבה.

    אבולוציה היא עובדה. הברירה הטבעית היא התיאוריה שמסבירה את העובדה ומצליחה כבר מעל 150 שנה להיות לא מופרכת.

  4. אבי,

    גם אתה מטעה את הקוראים:

    אין ויכוח שהיתה ויש אבולוציה.

    השאלה החשובה אם האבולוציה היא "אקראית"…

  5. ה"מדענים" (מן הסתם אלו העובדים המכון דיסקברי) לא מצליחים להוכיח, אך גם לא מצליחים להפריך. המדענים האמיתיים (בלי מרכאות) מאששים כל יום בעשרות מקרים את האבולוציה.

  6. חזי:
    מסתבר שגם חשיבה חסרת כל היגיון לחלוטין יכולה להניב לפעמים מסקנה נכונה.
    אנחנו מברכים אותך ומודים לך על החלטתך להפסיק לזבל.

  7. למיכאל ולשאר חסידי דארוין,

    זה יותר מ 150 שנים שמיטב "המדענים"
    מנסים להוכח את התאוריה ולא מצליחים,
    זו עובדה.

    לא אמשיך להגיב בנושא זה,
    כי אנשים כאן "מקובעים".

    לא יעזור …

  8. חזי:
    זה שאתה חוזר ומעלה טענה שטותית מסוימת אינו הופך אותה לנכונה.
    מוטציות אקראיות נוצרות ללא כוונת מכוון ממש כל הזמן.
    חיידקים "לומדים" (ושאף אחד לא יחזור לוויכוח הטיפשי אם זה אכן לימוד) להתגבר על אנטיביוטיקה וחרקים "לומדים" להתגבר על חומרי הדברה, ממש מדי יום ביומו ולנגד עינינו.
    כאן באתר הובאו דוגמאות רבות לאבולוציה ובקישור הבא
    http://www.talkorigins.org/pdf/faq-speciation.pdf
    תמצא דוגמאות לאבולוציה שיצרה מינים חדשים.

    אני יודע שאני סתם מדבר אל הקיר ושאין שום סיכוי שתתן לעובדות לערער את אמונתך העיוורת ביצור הדמיוני שמצליח בעיניך להיות טוב ומיטיב למרות שיצר את השואה.

  9. א.- זיווג בין שני מינים לא יוצר מצבים חדשים מבחינה גנטית אלא אפשרות של גנים להתבטא או שלא להתבטא. רק מוטציה (ולא "מוטציה") יוצרת מצבים חדשים מבחינה גנטית.
    (כל השאר ללא אותיות…) ההיגיון שתיארת הסתמך על הנחה שגויה (ראה א') ולכן המשפט העוקב למילים "ההגיון אומר" משולל כל היגיון ואין כל חידושים בהכלאה מהסוג המדובר.
    ומכאן גגם האבולוציה לא יכולה לקדם בברכה (גם אין לה רצונות, כוונות וגם לא הילכות נימוסין) שום חידוש או "חידוש", משום שאין כאלה בהכלאה כזו.
    ומכאן, כמובן, שלמסקנה שלך אין כל בסיס.
    ובאשר לפניה שלך – אתה הוא זה שלא מוכן להבין: לגביך רק הסכמה עימך שיש אלוהים – תקרא לו בכל שם שתרצה – תרצה אותך. ובכן, אין כל צורך בדבר הזה, אלוהים, וכל מה שמונח לפנינו בעולם מוכיח את הדברים האלה!

  10. אני מצטער שכאן לא רוצים להבין (לא שלא יכולים).

    א- זווג בין שני מנים יוצר מצבים חדשים מבחינה גנטית,
    אשר עולים בעוצמתם על היכולת של "חידושים" במוטציות.

    ברור שזה לא מה שמוגדר "מוטציה".

    ההגיון אומר,
    שאם האבולוציה היתה אכן מתרחשת גלל מוטציות אקראיות (הדגש על אקראיות),
    הרי בזווג כזה נוצרים הרבה מאוד "חידושים".

    לכן,
    "האבולוציה" הייתה אמורה לקבל חידושים אילו בברכה,
    ולא לדחות אותם.

    מסקנה: האבולוציה אינה אקראית אלא מכוונת ע"י תבונה שדואגת שלא ייוצרו חיים אשר לא מתוכננים מראש.

  11. חזי,
    זיווג בין שני מינים אינו יצירת מוטציה וגם לא יצירת "מוטציה" אלא פשוט זיווג. מוטציות נוצרות בצורה אקראית מעצמן (כתוצאה משגיאה בשכפול) או כתוצאה מפגיעה רדיואקטיבית הגורמת לשגיאה כנ"ל. הרוב המכריע של שגיאות אלו מזיק והן מונעות התפתחות של יצור (צאצא) מתפקד. המקרים הבודדים שאינם מזיקים, או שהם לא גורמים לשינוי כלל או שגלום בהם שינוי מועיל שיכול לבוא לידי ביטוי באופן מיידי (ויתבטא בהעמדת יותר צאצאים הנושאים את המוטציה המועילה) או שיבוא לידי ביטוי כאשר התנאים החיצוניים יעניקו ליצור הנושא את המוטציה יתרון הנובע ממנה.
    דבר מכל מה שנכתב כאן לא דורש התערבות של אינטילגנציה חיצונית (שאין לכן כל הוכחה לקיומה-להיפך דברים רבים מוכיחים את אי-קיומה).
    אגב, לפרד אין יתרון על שני המינים היוצרים אותו, הוא פשוט מתאים לנישת שימוש כלשהי של האדם שהסוס והחמור לא ממלאים (ובדרום אמריקה ממלאת אותה הלמה).

  12. למיכאל:

    הנקודה שאני חוזר ומעלה:
    האם התפתחות האבולוציה היא במוטציות אקראיות או מכוון ע"י אינטלגנציה.

    העובדה שבזווג בין מינים נוצרות "מוטציות" חדשות, שאפילו יותר מוצלחות גם-משני המינים יחד (פרד),
    אבל אין מורשות הלאה,
    רק מוכיחה כי ללא תכנון ראשוני אינטלגנטי של ההורשה,
    אין העברה של מוטציות אילו…

    חבל לנסות לסובב את העניין…

  13. רענן,
    דוגמה לגורמי טרנס הם גורמי תיעתוק. גורמים אלה הם חלבונים שנקשרים לאתרים הקיימים ליד גנים (למשל לפרומוטורים שהם גורמי ציס) וכך מביאים לביטויים של גנים.
    הגנים המקודדים לגורמי תיעתוק יכולים להיות בכל מקום בגנום, כולל בכרומוזומים שונים מאלו בהם ממוקמים הגנים שהם מפעילים

  14. חזי:
    כמובן שאין צורך להזכיר לאיש את העובדה (שבטח גם אתה יודע אבל מנסה להסתיר) שניתן ליצור מוטציות שעוברות לצאצאים וזה נעשה לא פעם.

  15. חזי:
    האם באמת אינך מבין מהי סתירה?
    האם גם האפשרות לחולל באלפים מפולת שלג באמצעות פיצוץ סותרת את התאוריה שמפולות שלגים נוצרות מעצמן?

  16. בלי להכנס למונחים טכניים מהגינטיקה,
    ההגיון הפשוט אומר כי דווקא תופעה זו סותרת את התאוריה
    כי מינים חדשים נוצרים ממוטציות אקראיות.

    זווג בין שני מינים,
    הוא האמצעי הטוב ביותר לייצירת "מוטציות אקראיות" במכוון.
    ואף עלפי-כן, אין אפשרות להנחיל את האקראיות הזו לדור הבא,
    כיוון שהם לא תוכנתו לזה מראש…

  17. האופן שבו ציס פועל על אלמנטים שצמודים אליו במרחב הוא מתקבל על הדעת, אבל איך גורם טרנס יכול להשפיע על אלמנט מרוחק ממנו? באיזה אופן הטרנס עושה את זה?

  18. ציס וטרנס הינם מושגים המתארים אופי פעילו של גן
    כאשר באופן פשטני אלמנטים הפועלים בטרנס פועלים על אלמנטים הרחוקים מהם , גנים על כרומוזומים אחרים או במרחק גדול (או פעילות חוץ גרעינית בשימושים בהקשרים מסויימים)
    ואלמנטים הפועלים בציס הם אלמנטים הפועלים על רכיבים גנטים הצמודים אליהם במרחב, פרומוטורים אופרטורים ודומיהם.

    ציס וטרנס אינם גורמים אפיגנטיים, הם אפיון הגדרתי של אופן פעולת מקטע דנא או תוצרו.

  19. מספר שאלות

    האם בטכנולוגיה הנוכחית ניתן למפות גורמים אפיגנטיים כגון ציס-ים וטרנס-ים באותו אופן שבו ניתן למפות את הגנים?
    כלומר האם ניתן לדעת שיש לאורגניזם בדיוק X טרנס-ים? ציס-ים זה עוד יכול להיות יחסית קל, אבל איך ניתן לדעת כמה טרנס-ים יש באורגניזם? הרי יכולים להיות טרנס-ים שאנו לא מודעים לקיומם, ואז יהיה קשה לדעת מה גרם לפנוטיפ מסויים, כי הגורם לפנוטיפ הזה יכול להיות או גן רגיל או ציס או טרנס.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן