קרובים-רחוקים

מחקר חדש מראה שמערכת החיסון יכולה להביא לעצור הכלאות בתוך אותו מין, ובכך להביא ליצירת מינים חדשים

כפי הנראה קיימים מחסומי רביה שמונעים מעבר של גנים לא רק בין מינים שונים, אלא גם בין זוגות מאותו המין. אם ברצוננו להבין את המקור לרב-גוניות של הטבע, הרי שחשוב להבין כיצד נוצרו מחסומים אלו. קבוצת מחקר ובראשה דטלף ווייגל ממכון מקס פלנק לביולוגיה התפתחותית בגרמניה וג'ף דנגל מאוניברסיטת צפון קרולינה הראתה שמערכת חיסון ש 'איבדה את הצפון' יכולה לקבוע מחסומי רביה ולמעשה להוות את הצעד הראשון לקראת הפרדה בין מינים שונים. המחקר הבינלאומי המשותף בדק אי-התאמה גנטית הידועה כ- 'נקרוזה היברידית', ע”י שימוש בצמח המודל – ארבידופסיס תליאנה [1].

המחקר החדש, עליו דווח ב- PloS Biology, מבוסס על ההבחנה שכאשר צמחים ממינים שונים מזווגים ביחד, הצאצאים שלהם נראים דומים מאד. הגדילה שלהם מעוכבת, העלים הופכים צהובים ומתים, הרקמה מתמוטטת ובדרך-כלל הם אינם שורדים מספיק זמן כדי להניץ פרחים.  סינדרום זה מכונה 'נקרוזה היברידית' [2]. “חשדנו שנקרוזה היברידית נגרמת תמיד בגלל אותו מנגנון ביוכימי,” מסביר ווייגל, מנהל במכון מקס פלנק.

כדי לבחון את ההיפותזה, המדענים לקחו 280 זנים שונים-גנטית של ארבידופסיס מכל העולם, וזיווגו אותם זה עם זה ב- 861 שילובים שונים. רוב הצמחים ההיברידיים היו חזקים וגדלו בצורה נורמלית. עשרים מהזיווגים – שני אחוז – הביאו ליצירת צאצאים קטנים, חולניים ונקרוטיים. ניסויים שבדקו את הגנום של אותם צמחים הראו שלכל ההיברידים קיים פרופיל דומה של פעילות גנים.

קבוצה שכיחה של 1000 גנים היו פעילים יותר או פעילים פחות בצאצאים ההיברידים, מכפי שהיו בהוריהם הבריאים. יתירה מזאת, תבנית פעולה דומה של הגנים קיימת בתגובות חיסוניות חזקות שמופעלות כנגד פתוגנים [3] בזמן זיהום נורמלי. התגובה החיסונית של הצמח בדרך-כלל כרוכה בהקרבה של מספר תאים באיזור הזיהום ומסביבו. בדרך זו, הצמח מבודד את הפתוגן ברקמה מתה. בהיברידים החלושים, לעומת זאת, גם הרקמות הבריאות סבלו – אך מבלי סימן לזיהום פתוגני. כנראה שהצמחים ההיברידים החליטו שהתאים שלהם הם למעשה חיידקים מסוכנים.

למרות שהגנים שגרמו לפעילות האוטו-אימונית [4] הלא-נורמלית היו שונים ברוב הזיווגים, החוקרים גילו שלעיתים קרובות היו דרושים רק שני גנים כדי לגרום לתגובה הנקרוטית היברידית. אחד מהגנים הקטלניים הגיע מהאב, והשני הגיע מהאם. במקרה אחד שהחוקרים בדקו יותר לעומק, הם מצאו שתפקידו של הגן שגורם לנקרוזה בצאצאים ההיברידים, אך לא בהורים, הוא לחוש נוכחות של פתוגנים.

המדענים מדגישים, עם זאת, שההיברידים אינם קורבנות של גנים פגומים. בשונה ממחלות תורשתיות רבות, הנקרוזה אינה כתוצאה מכך שכל אחד מההורים נושא עותק פגום של אותו הגן. זהו פשוט מקרה של אינטראקציה הרסנית בין שני גנים שונים, שכל אחד מהם עבר אבולוציה שונה בשני ההורים. הגנים, בפני עצמם, אינם מזיקים ואפילו מיטיבים לצמח – והוכחה לכך היא העובדה ששני ההורים בריאים. רק השילוב של הגנים השונים יוצר בעיות. מקרים אלו של חוסר התאמה גנטית ידועים כ 'חוסר התאמה על שם דובזנסשי-מולר ' (Dobzhanshy-Muller incompatibilities) על שם שני ענקי מדע הגנטיקה המודרנית הצעיר, שחקרו לראשונה את הנקרוזות ההיברידיות בזבובי פירות.

התוצאות של הקבוצה הגרמנית-אמריקאית קוראות תיגר על ההגדרה הקלאסית של מין, לפיה פרטים מאותו מין יכולים להזדווג עם כל פרט אחר מאותו מין ולהביא לעולם צאצאים פוריים. כפי הנראה ישנם מחסומים לתחלופת גנים חפשית אפילו בתוך אותו מין – אחרי הכל, אחד מתוך כל 50 זיווגים במחקר זה לא היה מוצלח. “יש להבין את היווצרותם של מינים חדשים כתהליך הדרגתי, בו מחסומים בתוך אותו מין הולכים וגדלים, עד ששתי קבוצות אינן יכולות יותר להפיק צאצאים פוריים,” אומר ווייגל.

השקפת עולם זו מקובלת ברבים כיום, אך עדיין לא ברור מדוע מחסומים גנטיים כאלו נוצרים מלכתחילה. איזה יתרון יש לצמח, כאשר לעיתים כל הזרעים מהכלאה מסויימת מתים? המחקר הנוכחי מספק הסבר אפשרי, לפיו הגנום של הצמח משתנה עקב לחץ של פתוגנים.

“הצמח והפתוגן לכודים במירוץ,” אומר דנגל, פרופסור ומומחה בגנטיקה של פתולוגיית צמחים באוניברסיטת צפון קרולינה. הפתוגן מפתח כל העת אסטרטגיות חדשות לתקוף את הצמחים ולחמוק ממערכת החיסון שלהם. הצמח בתורו מנסה להיות מוכן כנגד כל ה'נשקים' האפשריים של המיקרובים השונים. הצמח החמוש היטב עלול להחליט שגרסה שונה ותמימה של חלבון, שמקורה מקרוב-משפחה רחוק, היא למעשה מקור סכנה ולתקוף את החלבון.

המדענים מאמינים שהשלכות המחקר שלהם תקפות גם למינים אחרים. מאפיינים דומים מעידים שנקרוזה היברידית ביבולים כמו חיטה נגרמת במנגנון זהה לזה שבארבידופסיס. דנגל מאמין שארבידופסיס יכול לשמש ליצירת מודל שיסייע להבין את תופעת הנקרוזה ההיברידית באופן כוללני יותר. “מודל שכזה יהיה שימושי מאד להרביה, מכיוון שאי-התאמה גנטית מונעת חלק מההכלאות שמגדלים היו רוצים לעשות,” לפי דנגל.

התוצאות – לפיהן רק מספר קטן של גנים אחראים לכל מקרה של נקרוזה היברידית – מעודדות במיוחד. נראה שרק מספר קטן של שינויים גנטיים נחוצים כדי לעקוף את המחסומים הקיימים בתוך המינים ולהשיג שילוב חדש ומבוקש של תכונות גנטיות. מצד שני, מסתבר שכל הנחוץ ליצירת מין חדש הוא שינוי מינימלי בגנום, שמספיק כדי לעצור את התחלופה החפשית של גנים בין קרובים.

קישורים :
ההודעה לעיתונות של מכון מקס פלנק

[1] ארבידופסיס תליאנה הוא צמח מודל שמשמש למחקרים ביולוגיים רבים, בדומה לעכברים או זבובי פירות.
[2] נקרוזה מהמילה הלטינית 'נקרו' שמשמעה מוות. נקרוזה פירושה מוות של רקמה או תא.
[3] פתוגן – יוצר מחלה – חידק, וירוס, פטריה וכדומה.
[4] פעילות אוטו-אימונית – מצב לא תקין, בו מערכת החיסון של הגוף תוקפת את הגוף עצמו.