גנום הברווזן מגולל את סיפור האבולוציה של היונקים

הברווזן הוא אחת מהחיות המשונות ביותר על פני כדור הארץ. הוא בעל מקור הדומה לזה של הברווז, אך גופו מכוסה כולו פרווה. הוא מניב חלב, אך נטול פטמות. וכאילו כדי לסבך את העניין עוד יותר, הוא אינו מוליד צאצאים אלא מטיל ביצים

צוות בינלאומי של חוקרים פענח וניתח את גנום הברווזן – יונק אשר מניב חלב אך מטיל ביצים. לברווזן תכונות של זוחלים ויונקים כאחד, והתובנות שהתקבלו מהגנום שלו מעידות על מוצאו מן הזוחלים ועל ההתקדמויות האבולוציוניות שעברו עליו בדרך להפיכה ליונק מושלם.

כאשר ראו חוקרי הטבע האירופאיים בפעם הראשונה את גופתו המפוחלצת של הברווזן, הם סברו שמדובר בבדיחה גרועה. מחשבתם הראשונה היתה שמישהו תפר מקור ברווז לגופו של בונה מגודל. קשה להאשים אותם, שכן הברווזן הוא אחת מהחיות המשונות ביותר על פני כדור הארץ. הוא בעל מקור הדומה לזה של הברווז, אך גופו מכוסה כולו פרווה. הוא מניב חלב, אך נטול פטמות. וכאילו כדי לסבך את העניין עוד יותר, הוא אינו מוליד צאצאים אלא מטיל ביצים. בקיצור, הוא מהווה ערבוב וצירוף של תכונות שאנו רגילים לראות בציפורים, בזוחלים וביונקים – אך לא כולן ביחד.

בשנים האחרונות התאספו מדענים מרחבי העולם במטרה לפענח את גנום הברווזן, ולהבין כיצד קשורות תכונותיו המשונות לדנ”א שלו. אנליזה של הגנום פורסמה שלשום (8 למאי) בכתב העת המדעי Nature, והיא עשויה לעזור למדענים להגיע להבנה מלאה יותר של אבולוציית כלל היונקים, כולל האדם. הברווזן עצמו מסווג כיונק, מכיוון שהוא מכוסה בפרווה ומניב חלב.

“ערבוב התכונות המרתק בגנום של הברווזן מספק רמזים רבים לאבולוציה ולדרך פעולת הגנומים של היונקים,” אומר דוקטור ריצ'רד ק. וילסון, מנהל מרכז הגנום באוניברסיטת וושינגטון והכותב הראשי של המאמר. “על-ידי השוואת הגנום של הברווזן לגנומים של יונקים אחרים, נוכל לחקור גנים שהשתמרו במהלך האבולוציה.”

הברווזן מייצג את אחד מהניצנים הראשונים של שושלת היונקים, שהתחיל את קיומו לפני כ- 166 מליון שנים. הוא אחד מאבות היונקים הפרימיטיביים והמוקדמים ביותר, ובעוד שיונקים מאוחרים יותר איבדו את סממני הזוחלים, הברווזן עדיין מייצג נאמנה את השושלת הקדומה ממנה הגיע.

המאמר בנייצ'ר מנתח את רצף הגנום של ברווזנית בשם גלני, מניו סאות' וויילס שבאוסטרליה. הפרוייקט מומן בחלקו הגדול על-ידי המכון הלאומי לחקר הגנום האנושי, השייך למכון הלאומי לבריאות בארה”ב. כותבי המחקר הגיעו מארצות-הברית, מאוסטרליה, מאנגליה, מגרמניה, מיפן, מניו-זילנד, מספרד וכמובן – גם מישראל, בדמותו של פרופסור דורון לנצט ממכון ויצמן למדע.

“במבט ראשון, הברווזן נראה כתוצר של תאונה אבולוציונית,” אומר דוקטור פרנסיס ס. קולינס, מנהל המכון הלאומי לחקר הגנום האנושי. “אך למרות צורתו המוזרה, רצף הגנום שלו יקר לאין ערוך, והוא יאפשר לנו להבין כיצד תהליכים ביולוגיים התפתחו ביונקים.”

“למרות שתמיד יכולנו להשוות ולשקול את היצורים הללו על סמך תכונותיהם הפיזיות, האנטומיה הפנימית שלהם והתנהגותם, זה באמת מדהים להיות מסוגלים להשוות את 'תכניות היצור' שלהם, ולבחון מקרוב כיצד האבולוציה מביאה לשינוי,” אומר וילסון.

כחלק מהאנליזה, החוקרים השוו את גנום הברווזן לעומת גנומים של בן-אדם, עכבר, כלב, אופוסום (חיית כיס) ותרנגולת. התרנגולת נבחרה כנציגת מטילי-הביצים, הכוללים גם זוחלים שנכחדו זה מכבר, אך חלק גדול מהדנ”א שלהם עבר לברווזן וליונקים אחרים במהלך האבולוציה.

אחת ההתפתחויות החשובות ביותר במעבר מהזוחלים ליונקים היתה המעבר מהטלת ביצים לילודת ולדות חיים היונקים חלב. ביצים מכילות חומרי תזונה רבים המאפשרים לעובר שבתוכן לגדול. היונקים, לעומת זאת, מזינים את העובר בתוך הגוף, באמצעות השיליה, ולאחר הלידה מניקים אותו בחלב עשיר. האבולוציה שעברו הזוחלים הקדומים עד היונקים הידועים לנו כיום בוודאי היתה ארוכה ומפותלת, והברווזן הוא מעין 'מאובן חי' החושף בפנינו את אחד משלבי המעבר בדרך זו. החוקרים גילו כי הדנ”א של הברווזן משקף עמדה זו. הוא מכיל את כל הגנים הנחוצים ליצור קזאין – חלבון חשוב בחלב. לעומת זאת, הגנים לויטלוגנינים, מהם מורכב החלמון בביצה, נמצאים בתהליך הפחתה – קיים בברווזן רק עותק אחד של הגן לויטלוגנין, בעוד שבתרנגולת קיימים שלושה עותקים. במילים אחרות, קודם התפתחה היכולת להפיק חלב, ורק לאחר מכן התחילה מערכת הטלת הביצים של הזוחלים להתנוון.

החוקרים ניסו גם לקבוע אילו מתכונותיו של הברווזן קשורות לזוחלים ברמת הדנ”א. הברווזנים הזכרים חמושים בדורבנות על רגליהם האחוריות, באמצעותם הם מסוגלים להזריק מנת רעל החזקה מספיק להרוג כלב. כאשר המדענים ניתחו את הרצפים הגנטיים האחראים על יצור הרעל בזכר הברווזן, הם גילו כי גנים אלו עברו אבולוציה מגן הנקרא דפנסין, שבמקורו מקודד לחלבון אנטי-מיקרוביאלי. גם הגן המקודד לרעל של זוחלים שונים התפתח מגן הדפנסין, אך בצורה שונה. ניכר כי מקרה זה מהווה דוגמא יפה לאבולוציה מתכנסת ביצורים שונים.

בישראל הצטרפו למחקר פרופסור דורון לנצט וד”ר צביה אולנדר ממכון ויצמן, שסקרו את הגנום וחיפשו רמזים אחר מערכת החישה של הברווזן. הם גילו כי בדומה ליונקים וזוחלים רבים, הברווזן ניחן בשתי מערכות חוש ריח מקבילות. המערכת השניה, הנקראת המערכת הוומרונאזאלית, אינה קיימת באדם, ומאפשרת חישה של חמרים מוצקים ונוזליים שאינם נישאים באוויר. למערכת זו דמיון מסויים למערכת החישה של הלשון. כך למשל היא מאפשרת לנחשים, השולחים לשונם אל הקרקע שלפניהם, לחוש בעקבותיו של הטרף בעפר. הברווזן מותאם היטב לסביבתו התת-מימית, בה הוא שרוי רוב חייו. הוא עוצם את עיניו ואוזניו כאשר הוא שוחה, אך הוא מסוגל ככל הנראה לאתר, בעזרת המערכת הוומרונאזאלית, 'ריחות' גם מתחת למים. על חשיבות אבר מקביל זה תעיד העובדה כי בעוד שלרוב היונקים אין יותר מממאה או מאתיים קולטני ריח וומרונאזאליים, לברווזן יש כאלף קולטנים כאלה, העשויים לאפשר לו להתחקות אחר טרף תת-מימי כאילו היה כלב ציד.

אולי התגלית המפתיעה ביותר של המחקר היתה שלברווזן יש לא פחות מעשרה כרומוזומי מין. בתור השוואה, לבני-אדם יש רק שני כרומוזומי מין – X ו- Y. כרומוזומי המין של הברווזן שונים מאד מאלו של שאר היונקים, ולמעשה אין שום דמיון בין כרומוזומי המין שלנו לכרומוזומי המין של הברווזן. הכרומוזום היחיד של הברווזן שדומה לכרומוזום X שלנו הוא אוטוזום מספר 6, שאינו כרומוזום מין. ממצא זה מתאים לתיאוריה שהוצעה זה מכבר, לפיה כרומוזומי המין של היונקים התפתחו מתוך כרומוזומים רגילים – אוטוזומים – של זוחלים.

קשה להאמין כי חוקר הטבע הקדום ששלח את גופת הברווזן המפוחלצת הראשונה לאירופה, שיער בנפשו כי תהיה לה חשיבות גדולה שכזו. ריצוף וניתוח גנום הברווזן הניב תובנות רבות השופכות אור חדש על התהליכים באבולוציוניים שהתרחשו בשלב המעבר מזוחלים ליונקים לפני 166 מליון שנה. תובנות אלו מסייעות לנו להבין טוב יותר מאין באנו ואת השינויים שעברו עלינו בדרך הארוכה מן הנחש אל האדם.

תודה לפרופסור דורון לנצט ממכון ויצמן על עזרתו ויעוצו. (לידען המרכז את מאמריו של פרופ' לנצט)

לידיעה באתר אוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס
מקור :