הגנים ש”עושים את האדם”

עופר מוקדי, אוני' ת”א

ההבדל הגנטי בין האדם לשימפנזה הוא “רק” 1.2%. ואם אין די בכך, חלק מההבדל הזה הוא נייטרלי ואינו בא לידי ביטוי. כעת זוהו לראשונה השינויים הגנטיים שאולי איפשרו את התפתחותו הייחודית של האדם. בראש הרשימה נמצאים שינויים הקשורים לטעם וריח

מה הופך יצור לאנושי? אפשר לשאול שאלה זו במישור הפילוסופי, אך אפשר לשאול אותה גם במישור הביולוגי. כלומר, אילו תכונות פיסיולוגית, אנטומיות והתנהגותיות עושות אותנו לבני אדם?

כדי להתחיל לענות על שאלה זו יש צורך להשוות בין האדם ל”קרוביו”. ההשערה בדבר קרבתו האבולוציונית של האדם לקופי האדם האפריקאים (שימפנזה וגורילה, למשל), שהועלתה ב-1863 על ידי הביולוג תומס הנרי הקסלי, היתה בסיס למאמצים מחקריים מאז ועד היום. פרטי מבנה, כמו שרירים מסוימים המאפשרים את תנועת האגודל הייחודית לאדם, וכן דמיון אימונולוגי בין חלבוני דם מסוימים, נבדקו על מנת לקבוע מיהו המין הקרוב ביותר לאדם. רוב הנתונים שנאספו מצביעים על השימפנזה כעל הקרוב לנו ביותר מבין היצורים החיים כיום.

מידע שהצטבר בשנים האחרונות על הגנום האנושי והגנום של השימפנזה הופך את השאלה בדבר קרבתם של האדם והשימפנזה למביכה: מידת הדמיון בין הד-נ-א של שני המינים קרובה ל-99%. זאת ועוד, אין כל סיבה להניח שההבדל הקטן שבכל זאת התגלה ברצפי הד-נ-א (1.2%) מייצג בהכרח תכונות אנושיות ייחודיות בעלות משמעות. הסיבה לכך היא שהבדלים גנטיים בין קווים אבולוציוניים נפרדים (במקרה זה, הקו שהוביל לשימפנזה והקו שהוביל לאדם, אשר נפרדו זה מזה לפני כ-5 מיליון שנה) נוצרים גם ללא קשר לתכונות ספציפיות המקנות יתרונות.

הכוח שבגללו משתמרים הבדלים גנטיים אקראיים, המבדילים בין כל שני קווים אבולוציוניים ללא כל קשר ליתרונות או חסרונות, נקרא “סחיפה גנטית”. ההתייחסות לכוחה המרשים של הסחיפה הגנטית הביאה להתפתחות הגישה הנייטרליסטית בחקר האבולוציה באמצע שנות ה-70. גישה זו גורסת שרוב ההבדלים ברצפי הד-נ-א בין מינים שונים הם נייטרליים. על פי הידוע היום, חלקים נרחבים בד-נ-א אינם מקודדים (כלומר אינם מכתיבים תכונות; הם אינם גנים), ובחלקים אלה אפשר לצפות שרבים מן ההבדלים בין שני גנומים יהיו נייטרליים. אולם גם בקטעי ד-נ-א המקודדים תכונות ביולוגיות יכולים הבדלים בין גנומים להיות נייטרליים. כלומר, אפילו אותו הבדל של 1.2% בד-נ-א כולל כמעט בהכרח גם הבדלים שאינם מקנים כל יתרון או חיסרון אלא השתמרו מכוח הסחיפה הגנטית.

הבדלים אלה לא יאפשרו לאפיין גנים ש”בזכותם” אנו בני אדם. על מנת לעשות זאת יש צורך להתמקד בהבדלים ברצף הד-נ-א שנוצרו בעקבות משטרים שונים של ברירה טבעית (סלקציה) בקווים האבולוציוניים של האדם והשימפנזה. זו היתה מטרתו של מחקר שפורסם באחרונה בכתב העת “Science” על ידי קבוצת חוקרים בראשותם של אנדרו קלרק מאוניברסיטת קורנל ומישל קרגיל מ”סלרה”, חברה שמילאה תפקיד מרכזי בפרויקט הגנום האנושי.

החוקרים השתמשו בבסיסי ידע גדולים שנצברו על רצפי הד-נ-א של האדם, השימפנזה והעכבר. בסיס הנתונים כלל יותר מ-7,500 גנים שבעבורם קיימים רצפים מכל שלושת בעלי החיים, ואשר מידת הדמיון ביניהם מספיקה כדי להניח שהם מייצגים גנים שהתפתחו ממוצא משותף (גנים הומולוגיים). הוספת העכבר למחקר חשובה ביותר. ההנחה היא שהאדם והשימפנזה חולקים אב קדמון משותף להם ולא לעכבר; לפיכך יכול העכבר לשמש נקודת ייחוס מחוץ לקבוצה הנבחנת – האדם והשימפנזה. צורה זו של ניתוח מאפשרת, בכפוף להנחות ומודלים מסוימים ובאמצעות תוכנות מחשב מתאימות, לשחזר את רצפי הד-נ-א של האב הקדמון של האדם והשימפנזה. בהינתן רצפים אלה, אפשר להבחין בין שינויים שאירעו מאז אותו אב קדמון בענף שהוביל אל האדם לבין אלה שאירעו בענף שהוביל אל השימפנזה.

רק חלק מהשינויים הנגרמים על ידי גורמים אקראיים ברמת הד-נ-א – מוטציות – הם כאלה שיביאו גם לשינוי בחלבונים, שהם אלה המעצבים במידה רבה מאוד את מגוון תכונותיהם של יצורים ביולוגיים. בשינויים אלה בחרו החוקרים לעסוק. כדי להתמקד בהבדלים שמשקפים בסבירות גבוהה משטרים שונים של ברירה טבעית שפעלו לאורך הקו האבולוציוני של האדם ושל השימפנזה, השתמשו החוקרים במודלים שמבחינים בין הבדלים בד-נ-א אשר יגררו שינוי בחלבון לבין הבדלים אשר לא יגררו שינוי כזה. הבדלים בד-נ-א שאינם משתקפים בחלבון (תוצאות של מה שמכונה “מוטציות שקטות”) מהווים מדד לתדירות שבה מוטציות פוגעות באזור מסוים של הד-נ-א; מעין “רעש רקע” של שינויים נייטרליים שאין בהם משמעות מבחינת פעולתה של הברירה הטבעית. לפיכך יכולים הבדלים אלה לשמש נקודת ייחוס לבחינת השאלה החשובה: האם בגן מסוים אירעו שינויים שהביאו לשינוי בחלבון בשיעור גבוה יותר או נמוך יותר משיעור “הרקע”?

החוקרים היו מעוניינים לאתר גנים שבהם פעלה ברירה חיובית, כלומר גנים ששינויים בהם הקנו יתרון לאורך האבולוציה בענף שהוביל אל האדם. לשם כך הם התמקדו בגנים שבהם מתקיים דגם ההבדלים המיוחד הבא: הבדלי רצף הד-נ-א המביאים לשינוי בחלבון רבים מאלה שאינם מביאים לשינוי בחלבון, כלומר ששיעור המוטציות המשמעותיות גבוה משיעור הרקע. דגם כזה צפוי להיות נדיר: הנחת עבודה יסודית במחקרי אבולוציה גורסת שרוב המוטציות יהיו לרעה – אם המנגנונים הביולוגיים של יצור מסוים עובדים היטב, והראיה לכך היא שיצור זה מתקיים בסביבתו, רוב השינויים האקראיים שאפשר להכניס במנגנונים אלה צפויים להזיק, ורק מקצתם להועיל.

כ-1,500 גנים אנושיים, ומספר דומה של גנים שימפנזיים, הציגו דגם הבדלים המעיד על ברירה חיובית. ואז ביצעו החוקרים את הניתוח המרתק ביותר. הם השתמשו במודל סטטיסטי שאיתר גנים שעברו ברירה חיובית בענף המוביל לאדם בלבד. 125 גנים אכן הציגו דגם ייחודי זה. אם לנקוט פרשנות מרחיקת לכת, מדובר בגנים ששינויים בחלבונים שהם מקודדים הם שאולי “נדרשו” בתהליך האבולוציוני שהביא ליצירת האדם.

ובכן, באיזה גנים מדובר? מהם החלבונים ומהן התכונות והתהליכים הביולוגיים ש”עושים” את האדם? בראש הרשימה, המדורגת לפי מידת המובהקות הסטטיסטית, נמצאים גנים המקודדים מרכיבים שונים של מערכות החישה שלנו. קבוצה זו כוללת, בין היתר, קולטנים ספציפיים ומסלולי תקשורת תוך-תאיים. אולי מפתיע שמרכיבים של חישה כימית, טעם וריח, פותחים את הרשימה.

בדירוג מעט יותר נמוך נמצאים שלל תפקודים תאיים ורקמתיים. רק מתחת לשתי קבוצות אלה מדורגים גנים האחראים להתפתחות איברים ורקמות, ומתחתם נמצאים גנים השייכים לשמיעה. בהתייחס לקבוצה אחרונה זו, מציעים החוקרים ששיפור ביכולת השמיעה – ובייחוד היכולת להבחין בין צלילים שונים – יכול לשמש כבסיס להתפתחות של תקשורת באמצעות שפת דיבור. זוהי תוספת מעניינת למחקר שהתפרסם לפני כחצי שנה בכתב העת “Nature”, אשר דיווח על ברירה חיובית באבולוציה של האדם בעבור גן שמעורב בהתפתחות תקינה של יכולת דיבור.

חשוב להדגיש שאפילו מחקר מקיף ביותר, אשר יאתר גנים רבים המציגים הבדלים כמו אלה שהיו במרכזו של המחקר המתואר לעיל, יחשוף רק חלק קטן מתוך “המרשם” ליצירת אדם, כפי שמציינים בבירור גם החוקרים. קרוב לוודאי שהוויסות של דגמי הביטוי של גנים אלה (ואולי גם גנים שאינם מראים דגם של ברירה חיובית באבולוציה של האדם), וכן יחסי גומלין מורכבים בין החלבונים שהם תוצרי הגנים, ממלאים תפקידים מרכזיים בעיצובו של יצור אנושי.

ד”ר מוקדי הוא חוקר ומרצה במכון לחקר שמירת הטבע, הפקולטה למדעי החיים, אוניברסיטת תל אביב. המאמר פורסם לראשונה ב”הארץ” ב-22/1/04