חוקרים מאוניברסיטת אוקספורד בבריטניה השוו בין חיישני החמצן אצל האדם ואצל יצור פרימיטיבי דמוי אמבה, וגילו כי מדובר בדיוק באותו מנגנון
חוקרים באוניברסיטת אוקספורד, במימון המועצה הבריטית למחקר ביולוגי ולביוטכנולוגיה גילו רמז שעשוי לסייע להסביר מדוע העדויות הראשונות לבעלי חיים רב תאיים הופיעו לפני 550 מיליון שנה ולא קודם לכן, כאשר רמות החמצן באטמוספירה צמחו בחדות מ-3% ל-21%.
הצוות בראשות פרופ’ כריס שופילד גילה כי בני אדם חולקים את שיטת חישת החמצן עם בעלי החיים הפשוטים ביותר הידועים Trichoplax adhaerens, דבר המעלה השערה כי השיטה קיימת מאז הופיעו בעלי החיים הראשונים לפני 550 מיליון שנה.
הגילוי שיפורסם בגליון ינואר 2011 של כתב העת EMBO Reports, שופך אור על השאלה כיצד בני אדם חשים חמצן וכיצד רמות החמצן הניעו את השלבים הראשונים של האבולוציה של בעלי החיים.
לדברי פרופ’ שופילד, “חיוני לכל יצור רב תאי שתהיה לו אספקה סדירה של חמצן כמעט לכל תא כך שהגידול ברמות החמצן באטמוספירה הפך את קיומם של בעלי חיים רב תאיים לאפשרי.
“עדיין נשארו אתגרים פיזיולוגיים שונים ליצורים כדי לעבור מהתצורה העתיקה של יצורים חד תאיים כגון חיידקים. להיות רב תאי משמעו שהחמצן צריך להגיע לא רק לתאים שעל פני השטח של היצור. אנו סבורים כי זה מה שהניע את אבותיו של ה- Trichoplax adhaerens לפתח מערכות לחוש העדר חמצן בכל תא ולעשות משהו בנידון”.
תהליך חישת החמצן מאפשר לבעלי החיים לשרוד טוב יותר ברמות חמצן נמוכות, או היפוקסיה. בבני אדם מערכות אלה מגיבות להיפוקסיה, כמו זו הנגרמת בגובה רב או מאמץ גופני, וחיוני למניעת שבץ והתקפי לב כמו גם כמה סוגים של סרטן.
Trichoplax adhaerens הוא יצור זעיר החי במי הים הנעדר כל איברים ויש לו רק חמישה סוגים של תאים, דבר המקנה לו מראה של אמבנה. ניתוח הדרך שבה ה- Trichoplax adhaerens מגיב להעדר חמצן איפשר לחוקר מאוקספורד ד”ר כריסטוף לורנץ לגלות כי הוא משתמש באותו מנגנון כמו בני אדם. למעשה, כאשר אנזים חשוב של ה- Trichoplax adhaerens מועבר לתאים אנושיים הוא עובד ממש טוב כמו שהאנזים האנושי המקביל לו פועל.
הם גם בחנו את הגנוים של כמה יצורים אחרים ומצאו כי מנגנון זה נוכך בבעלי חיים רב תאיים, אך לא ביצורים החד תאיים שקדמו לבעלי החיים, דבר שמראה כי המנגנון התפתח באותו הזמן כמו בעלי החיים הרב תאיים הראשונים.
פגמים במרבית אנזימי חישת החמצן אצל בני אדם עלולה לגרום לפוליציטמיה – גידול במספר תאי הדם האדומים. המחקר הנוכחי פותח גם פתח לגישות חדשות לפיתוח טיפולים למחלה זו.
13 תגובות
התשובה לכל זה, כמו להרבה דברים אחרים, היא אבולוציה. … מעשית: אם על כדור הארץ היה הרבה פחמן דו חמצני אז לקח זמן מסוים עד שהתפתחו ייצורים שזה ממש מתאים להם (כל השאר שלא התפתחו – מתו ובגלל זה הן לא נכנסו לתנ”ך. כל השאר הכלו בתיאבון את המוצר המצוי ופלטו מה שהיה מיותר. אחרי זה, התפתו ייצורים שלקחו את הצרכים של הראשונים והשתמשו בהם כדבר יקר לחיים ועשו צרכים משלהם ש- ….. אנחנו עדיין באמצע באבולוציה זו ואני בטוח שיהיו ייצורים בהמשך שיחיו ממש בסדר ברמות קרינה גבוהות ותנאים כלליים שאנשים לא מחבבים.
אלון (11):
השאלה הייתה ואני מצטטת: “מעניין מה גרם לקפיצה כזת עצומה ברמות החמצן.”
שב עם עצמך ותחשוב מדוע אנסת את שאלתו של לוצ’י והוספת לה את המילה “הפתאומית” בתגובתך.
ייתכן שלוצ’י תהה על הקצב הגבוה של עליית ריכוז החמצן כפי שאתה מציע וייתכן שהוא תהה על הגורם לעלייה בריכוז החמצן מלכתחילה. לא ניתן לדעת זאת מתגובתו כפי שנכתבה אלא אם אתה קורא מחשבות (או אם אתה והוא אותו אדם או אם הוא אמר לך זאת בערוץ תקשורת אחר וכד’). גם אם לוצ’י יעדכן אותנו כעת לגבי הכוונה המקורית שלו לא ישנה הדבר את העובדה ששללת את תשובתי וזאת ללא כל סיבה מוצדקת. אם חשבת שלוצ’י התכוון לשאול דבר אחר היית צריך לוודא זאת עימו או להציע לו הסבר מקביל לשלי. לא ברור לי מדוע הצגת בתגובתך המקורית כאילו פיספסתי את הנקודה העיקרית ואולי כדאי לך לחשוב גם על הסיבה למעשה זה שלך. אולי זה קשור לעובדה שאיחלת שיהיה סילבסטר עצוב.
לקמילה האחרונה (8) – השאלה היתה מה גרם לקפיצה העצומה הפתאומית ברמות החמצן ולא לגורם יצירת החמצן, והתשובה היא הרוויה בספיחת החמצן. ללא המינרלים והברזל היתה נוצרת עליה קבועה והדרגתית ברמת החמצן, סיום הספיחה יצר בום קטסטרופלי…
מאחל סילבסטר נעים ועצוב
הגידול המהיר באחוז החמצן באטמוספירה נובע מההתפתחות של הכלורופיל בתקופה זו?
טיקטאליק (7):
אממ… תודה.
בסביבה שלי יש נשים נוספות והן חכמות ממני בהרבה ואני משערת שגם במקומות רבים אחרים ישנן עוד נשים שיכולתיהן לא פחותות משלי, לכן אני נאלצת להגיע למסקנה שאתה לא מסתובב במקומות הנכונים או מצליח לפספס את אותן נשים גם כשהן נמצאות ממש מול האף שלך (אולי כי המראה שלהן לא מצודד מספיק? :-))
אלון (5):
אני חולקת עליך. ללא הפוטוסינתיזה לא היה נוצר חמצן חופשי בכמויות האלה מלכתחילה. לכידת החמצן בשלבים הראשונים רק עיכבה את התהליך אבל העיכוב כשלעצמו, מעניין ככל שיהיה, הוא לא הדבר העיקרי (ראה מה כותרת המאמר אומרת). אתה מסכים שללא פוטוסינתיזה לא הייתה מתרחשת קטסטרופת החמצן אבל ללא המינרלים והברזל היא בכל זאת הייתה מתרחשת? לוצ’י (1) שאל מה היה הגורם, לא מדוע היה עיכוב…
קמילה
תתחתני איתי? את האישה הכי חכמה ומבריקה שנתקלתי בה מעולם!
התגובות הגאוניות שלך גרמו לי להתאהב בך!
תודה לכולם על התשובות 🙂
לקמילה האחרונה: לגבי הפוטוסינטזה, זו לא הנקודה העיקרית כאן. היא היתה קיימת גם לפני וגם אחרי אירוע קטסטרופת החמצן. הנקודה היא שהמינרלים השונים, בעיקר ברזל, כבר היו רוויים בחמצן ואז התחילו להשתחרר כמויות מסיביות של חמצן חופשי לאטמוספירה עקב פעילות הפוטוסינטזה ותוצרי החיים האנארוביים וזה החל ליצור את הקטסטרופה.
מסקנה גאונית.
אולי האמבה גם היתה ירוקה ועשתה פוטוסינטזה.
לוצ’י (1)
במילה אחת: פוטוסינתיזה. בשתי מילים: פוטו סינתיזה.
http://en.wikipedia.org/wiki/Great_Oxygenation_Event
לוצ’י,
לפי התאוריה המקובלת היום החיים התחילו בתאים אנאארוביים (שאינם משתמשים בחמצן) והחמצן נפלט מהם כתוצר לוואי רעיל מבחינתם (מאחר והוא גורם לייצור רדיקלים חופשיים). עם הזמן עלה ריכוזו באטמוספירה לרמות שכמעט ולא איפשרו את החיים שלהם והם נדחקו לנישות דלות חמצן. אפשר להסתכל על זה כעל זיהום האוויר המסיבי הראשון.
אולם אז חלה תפנית מדהימה ונוצר תא שלא רק שהיה עמיד לחמצן הרעיל אלא שבעצם ניצל אותו ביעילות עצומה לייצור אנרגיה והעלה את הניצולת מ 2 מולקולות ATP (מטבע האנרגיה התאי) שנוצרו ממולקולת גלוקוז אחת ל – 38! וכך נפרצה הדרך ליצורים רב תאיים ולמגוון החיים מבוססי חמצן כמו שאנו מכירים היום.
את השרידים של אותם תאים ראשוניים אפשר לראות במעבה האדמה, ביצות ומקומות דלי חמצן אחרים.
מעניין מה גרם לקפיצה כזת עצומה ברמות החמצן.