מדענים אוסטרלים מצאו כי המהפך הגנטי הראשון אחרי היווצרות החיים חל מיליארד שנים לפני התאריך שהיה מקובל עד כה: מדובר בקפיצת מדרגה גנטית, מתאים פרוקריוטים (נטולי גרעין) לתאים אאוקריוטים (בעלי גרעין),המרכיבים את כל היצורים החיים כיום פרט לחיידקים
בשבוע שעבר פורסמה כותרת המבשרת כי החיים על כדור הארץ החלו מיליארד שנה מוקדם משחשבו עד כה. מכיוון שהתאריך המקובל לתחילת החיים הוא לפני כ-3.8 מיליארד שנים, אם נקבל את הכותרת כפשוטה – החיים החלו לפני היווצרות כדור הארץ, לפני 4.5 מיליארד שנה. אך התעמקות נוספת בידיעה מיישבת את הסתירה ומגלה כי מדובר בהקדמת השעון לשלב ביניים מסוים בהתפתחות החיים, ולא לתופעת החיים בכללותה.
מהן אותן צורות חיים שזכו לפרסום בעיתוני העולם? ומה הרבותא בהיותן “מעט” זקנות יותר? הידיעות מדברות על יצורים חד-תאיים ושמם אאוקריוטים. אפשר היה לחשוב שאלו הם בעלי חיים אקזוטיים שפסו זה כבר מן העולם. אך בקריאה בין השורות מתגלה שגם אנו, בני האדם, נמנים עם האאוקריוטים הללו, ובעצם כל החיים הנראים לעין על כדור הארץ שייכים לממלכה הזאת: חגבים וחיפושיות, חסילונים וחלזונות, חרובים וחבצלות, חתולים וחוגלות. גם כמה מהחד תאיים שאנו פוגשים בחיי היום יום, שמרים המשמשים לאפייה ואמבות הפולשות למעיים, הם אאוקריוטים. רק החיידקים למיניהם שייכים לממלכות חי אחרות, הפרוקריוטים והארכאות. הווירוסים, שאינם יצורים חיים של ממש, אינם נכללים בחלוקה הזאת.
שורש המונחים המוזרים שלעיל הוא המלה היוונית קריון, שפירושה גרעין. ואכן, כל היצורים האאוקריוטים בנויים מתאים שבלבם גרעין אמיתי. בתוך הגרעין מצויים הכרומוזומים – אותם “כרכים” של האנציקלופדיה הגנטית, שבהם “כתוב” המידע התורשתי המאפיין כל יצור ויצור. לחיידקים הפרוקריוטיים (טרום גרעיניים) אין גרעין תא, המידע הגנטי שלהם דליל יותר, והוא שט ברחבי התא בלא סדר ברור.
אך בזאת אין מסתיימים ההבדלים; התאים האאוקריוטיים גדולים ומשוכללים בהרבה מהפרוקריוטיים. נפחם גדול פי אלף לערך, ובתוכם מצויים אברונים (איברים תת-תאיים), שגודל כל אחד מהם הוא כגודל חיידק. בעזרת מיקרוסקופ אלקטרוני אפשר לראות שהאברונים מוקפים קרומיות שומניות מסוג דומה לזה שסביב התא השלם. אחד מסוגי האברונים הוא המיטוכונדריה – מפעלים כימיים זערוריים המפרקים סוכרים מהמזון ומייצרים בעזרתם את החומר הכימי ATP – מטבע האנרגיה האוניוורסלי של התא החי. אברונים אחרים אחראים על ייצור חלבונים או על השימוש הכימי באנרגיית אור בצמחים (פוטוסינתזה).
משערים שהמעבר מפרוקריוטים לאאוקריוטים היה המהפך הגנטי הראשון מאז היווצרות החיים. בניגוד להדרגתיות העולה מהמלה אבולוציה, נראה שהשתכללות החיים בכדור הארץ התרחשה לעתים קרובות דווקא בסגנון הרבולוציה. מהפכת האאוקריוטים היתה תהליך שבו התגלתה חשיבותו של שיתוף פעולה, או סימביוזה. לין מרגוליס, חוקרת אבולוציה מאוניברסיטת בוסטון בארה”ב, הציעה בראשונה את הרעיון החדשני כי האברונים המצויים בתוך תאים אאוקריוטיים היו במקור יצורים עצמאיים. לפי התיאוריה הזאת, שעתה היא מקובלת מאוד, התכנסותם יחדיו של כמה סוגי יצורים דמויי-חיידקים איפשרה קפיצת מדרגה חשובה, שהובילה בסופו של דבר גם להופעת האדם.
עד לאחרונה היה מקובל לחשוב שהמהפך האאוקריוטי קרה לפני פחות משני מיליארד שנים. מכך עולה כי העידן שבו שלטו החיידקים בלא מצרים נמשך קרוב לשני מיליארד שנים, כמחצית משך קיומם הכולל של החיים בכוכב הלכת שלנו. לרבים מהמדענים היה נראה שתקופת שלטון ארוכה זו השאירה זמן קצר מדי לכל המהפכות האחרות שבאו אחר כך, מהפכות שאיפשרו את הופעתם של יצורים רב-תאיים מורכבים. המחקר החדש, שהופיע לפני כמה ימים בעיתון המדעי החשוב “Science”, מקצץ כמיליארד שנים מ”תקופת האבן” של החיים. כך נשאר מרחב פעולה גדול בהרבה לתהליכים האבולוציוניים המסקרנים שהתרחשו אחר כך, בכלל זה הופעת ההתמיינות (תאים שונים לאיברים שונים) והזוויג (מיני הזכר והנקבה). כל אלה מילאו תפקיד מרכזי בהשתכללות היצורים החיים. איך הגיעו המדענים האוסטרלים שפירסמו את המאמר לתגליתם מרחיקת הלכת?
כמו במקרים רבים אחרים ניזונים המדענים מרמזים פעוטים, שהיו יכולים להיעלם בנקל מעיני כל אדם אחר. הם מקפידים להבהיר את המסלול שפסעו בו כדי לאפשר לחוקרים אחרים לאשר או להפריך את מסקנותיהם, ומתארים בהרחבה את ניסויי הבקרה המוכיחים שאין מדובר בטעות. הם אף מדגישים את האפשרות שמסקנותיהם יוכחו בסופו של דבר כנכונות רק בחלקן. הגישה הזהירה הזאת היא המאפיינת מדע מול פסוודו-מדע, כשבאחרון חסרים לעתים קרובות מפרטי הניסוי, והמסקנות מושמעות ככאלה שאין עליהן עוררין. המדענים חקרו את הכימיה של סלעים שהועלו בקידוח מעומק של כ-700 מטרים משכבות שגילן תוארך כבר מזמן: הן נוצרו לפני 2.7 מיליארד שנה. הסלעים שנמצאו הם מסוג הביטומן – מינרל המכיל בתוכו חומרים פחמימניים דמויי נפט גולמי. החוקרים בחרו בקפידה את מקום הקידוח בצפון מערב אוסטרליה; שכבת הסלעים הזאת סבלה פחות בשנות קיומה הממושך מתופעות של לחץ וחום קיצוניים. היה ידוע כבר קודם שסלעים כאלה מכילים חומרים אורגניים רבים ושונים, ואף מאובנים זעירים של יצורים חד-תאיים. אך זהותם של המאובנים היתה מוטלת בספק: האם הם פרוקריוטים או אאוקריוטים?
בשל דרגת השימור של הסלעים שהוצאו מהקידוח היה אפשר בפעם הראשונה לעשות אנליזה אמינה של חומרים אורגניים בתוך סלע שגילו מתקדם כל כך. הסלע העתיק ביותר שנחקר עד כה בצורה דומה היה בן 1.6 מיליארד שנים. בשכבה בת 2.7 מיליארד השנים התגלו ליפידים, חומרים שומניים המורכבים בעיקר מפחמן וממימן ודומים לאלה הבונים את קרומי התאים כיום. “טביעת האצבעות” הכימית של החומרים איפשרה להסיק שהתאים המקוריים שהשומנים נותרו מהם היו מסוג האאוקריוטים. הממצא החשוב ביותר שאיפשר את פריצת הדרך המדעית היה חומר דמוי כולסטרול, מרכיב חיוני של תאים אאוקריוטיים, שכמעט אינו מצוי בקרומי התא הפרוקריוטיים. חשוב לציין שבמחקרים כאלה אין אפשרות להשתמש באנליזות של חומרי חיים מקובלים יותר כגון ד-נ-א או חלבונים, שכן אלה מתפרקים לחלוטין בזמן קצר יחסית.
המחקר החדש מוצג כצעד ראשון חשוב בדרך ארוכה. הוא מחזק את בסיסו של ענף מדעי חדש יחסית, פלאונטולוגיה כימית. זהו שילוב של התבוננות בצורת המאובנים החד-תאיים עם אנליזות כימיות מפורטות שלהם. המסלול הזה נושא בחובו הבטחה: לפענח לא רק את המהפך הגנטי הראשון, אלא גם סוד קיום החיים בכללו. ייתכן שבתוך כמה עשורים, בשילוב עם גישות נוספות כמו כימיה אורגנית מתקדמת, חקר הגנום, ביולוגיה חישובית וביואסטרונומיה, נוכל סוף סוף לענות על אחת החידות הגדולות של המדע: איך נוצרו, ברחבי האוקיינוס הקדום, התאים החיים הראשונים מאוסף “מת” של חומרים כימיים.
