מלכות אדומות, סרטנים זעירים וחיידקים טפילים

גם במערכת היחסים בין טפיל לקורבן נוהגת האבולוציה כמו המלכה האדומה בעליסה בארץ הפלאות – צריך לרוץ כדי להשאר במקום

אחד העקרונות המפורסמים ביותר במחקר האבולוציוני נקרא על שם סצינה מספרו של לואיס קרול “מבעד למראה ומה אליס מצאה שם” – המשכו של “עליסה בארץ הפלאות”. בסצינה, מלכת הלבבות מנצחת על מירוץ בו כל המשתתפים רצים מהר ככל שיוכלו, אך אינם מגיעים לשום מקום. כאשר אליס שואלת אותה על כך, המלכה משיבה כי זהו בדיוק הרעיון – צריך לרוץ בכל הכוח רק על מנת להישאר באותו מקום.

עיקרון “המלכה האדומה” מדבר על אותו הדבר בדיוק – לרוץ לא בשביל להתקדם, אלא בשביל לא לפגר מאחור. דוגמה אחת לכך היא עצים ביער טרופי – על מנת לקבל את מנת השמש לה הם זקוקים, העצים ביערות צפופים אלו החלו לצמוח יותר ויותר גבוה כדי לעבור את הצמרות של העצים מסביבם. כיום, העצים משקיעים משאבים רבים, שהיו יכולים להיות מושקעים ביצירת זרעים רבים יותר או בהפצתם ביעילות רבה יותר, בפיתוח גזעים של 50 מטר ויותר. אך כמות השמש המגיעה אליהם לא גדלה מאז החל “מרוץ החימוש” הזה – כלומר, העצים “רצו” מהר יותר ויותר רק על מנת להישאר בדיוק בנקודת ההתחלה. עצים שלא השתתפו במירוץ ולא פתחו גזעים ארוכים, החלו לפגר מאחור ולקבל פחות ופחות אור.

מצב אחר שבו בא לידי ביטוי עקרון המלכה האדומה הוא יחסי טפיל ופונדקאי. הפונדקאי מפתח דרכים שונות לחסום את הטפיל, הטפיל מנסה לגבור על ההגנות של הפונדקאי, ואם שניהם רצים מספיק מהר, אף צד אינו גובר על השני – ואחוזי ההדבקה של הטפיל נשארים פחות או יותר קבועים.

אחת הבעיות במחקר אבולוציוני של טפיל ופונדקאי היא, שהחוקרים מסוגלים להביט על המצב בין הצדדים בכל רגע נתון, אך אין להם דרך להסיק מסקנות משמעותיות לגבי המצב בעבר. לפני קצת יותר משנה פורסם במגזין Nature מאמר בו חוקרים בלגים מצאו דרך לעשות בדיוק את זה – להסתכל אחורה אל ההיסטוריה של טפיל ופונדקאי.

אלן דקסטקר (Decaestecker) ועמיתיו חקרו סרטן מים זעיר בשם דפניה (Daphnia) שאורכו מילימטר אחד, וחיידק טפיל בשם Pasteuria ramosa. כאשר דפניה נדבקת בחיידק היא לא מתה מייד, אך היא אינה מסוגלת להתרבות, והיא נהיית גדולה וכהה יותר – כך קל למדי לזהות את הסרטנים המודבקים. היתרון בחקר יצורים אלו הוא, שגם הדפניות וגם החיידקים הטפילים יוצרים גופי-רבייה היכולים לעבור למצב רדום ולהישאר כך שנים, שקועים בבוץ בתחתית האגם. שכבות שונות במשקעים שבאגם מייצגות זמנים שונים, וכך יכלו החוקרים לחפור ולמצוא דפניות – יחד עם החיידק הטפילי שלהן – המייצגות את האוכלוסיה שהיתה נפוצה באגם לפני שנים, ולגדלם במעבדה.

בשכבה התחתונה ביותר היו דפניות מלפני 39 שנים. החוקרים אספו דגימות מ-8 שכבות שונות, וחשפו דפניות מכל שכבה לחיידקים מאותה שכבה, משכבה מוקדמת יותר, ומשכבה מאוחרת יותר. התברר שהחיידקים היו מוצלחים יותר בהדבקה של דפניות מהשכבה שלהם, בהשוואה לדפניות משכבה קודמת – כלומר כאלו שהיו נפוצות באגם בזמנים מוקדמים יותר. גם דפניות משכבה מאוחרת יותר הודבקו בצורה פחות מוצלחת מאלו מאותה שכבה. החוקרים הסיקו כי בכל נקודת זמן, הטפיל השתנה כדי להתאים את עצמו לפרופיל הגנטי של הדפניה שהיה נפוץ באותה עת.

אחת ההשערות הנפוצות בקשר ליחסי טפיל ופונדקאי, טוענת כי האסטרטגיה הטובה ביותר בשביל הפונדקאי היא לייצר צאצאים שיהיו שונים גנטית זה מזה ככל האפשר – כך יהיה לטפיל קשה יותר להתאים את עצמו ולהדביק את כל הצאצאים, ולפחות חלק מהם יישארו בריאים ונטולי-טפילים. השערה מרחיקת לכת יותר (והרבה יותר שנויה במחלוקת) מציעה כי התחמקות מטפילים היתה המוטיב הראשוני למעבר מרבייה א-מינית לרבייה מינית, המייצרת שונות גנטית גדולה הרבה יותר. התוצאות מניסויים אלו העידו כי ההרכב הגנטי של אוכלוסיית הדפניות אכן משתנה במהירות לאורך הזמן, וזהו של אוכלוסיית הטפילים – יחד איתו. העובדה כי הדפניות היו עמידות יותר לחיידקים משכבות מאוחרות יותר העידה על כך שיכולת ההדבקה של החיידקים לא השתפרה לאורך השנים במושגים אבסולוטיים, אלא בכל זמן נתון החיידקים שיפרו את יכולתם להדביק את הדפניות הנפוצות באגם יחד איתם. התוצאות התאימו למודל מחשב שבנו החוקרים, שהתבסס על ההנחה שתדירויות שונות של גנוטיפים (סך כל הגנים של אינדיווידואל מסוים) נפוצות בזמנים שונים בשתי האוכלוסיות, וגנוטיפ מסוים של חיידק מדביק בצורה טובה במיוחד גנוטיפ מסוים של דפניה.

אולי התגלית החשובה ביותר של החוקרים היתה, כי עם כל השינויים הגנטיים שעברו על שתי האוכלוסיות, יכולת ההדבקה של החיידק – לדפניות שחיו יחד איתו – לא השתנתה בהרבה. הדבר תואם במדויק לעקרון “המלכה האדומה” – לאחר כל השינויים, לא הסרטן ולא הטפיל התקדמו מעבר לנקודת ההתחלה. כך הצליחו משקעים באגם בלגי להחזיר לחיים את ההיסטוריה של הדפניה והטפיל שלה – ולהשיג עדות חזקה במיוחד לאחד העקרונות האבולוציוניים המוכרים ביותר.