שיבולת בשדה

פרופ' משה פלדמן ממכון ויצמן חוקר את סוד ההישרדות של החיטה – סיפורו של מחקר בו משתתפים חוקרים בני שלושה דורות

 
מימין לשמאל: פרופ' משה פלדמן, פרופ' אבי לוי, ותלמיד המחקר ח'ליל קשקוש. שדות הלחם

שלושה ישראלים בני דורות שונים, מרקעים שונים, כולם נשבו בקסמי החיטה. הקיבוצניק לשעבר, העולה מצרפת והערבי הישראלי, שלושתם רצו להיות אגרונומים – כל אחד וסיבתו עמו – וכולם הוקסמו מסודותיו של הצמח העמיד שמילא תפקיד מכריע בהתפתחות התרבות האנושית המערבית.

כחבר בקיבוץ משמר דוד בשנות ה50- בילה פרופ' משה פלדמן ימים רבים בזריעה ולאחר מכן בקציר של היבול בשדות הפלחה הרחבים (4,000 דונם) של הקיבוץ. מימי ילדותו אהב את הטבע: “אגרונומיה הייתה בחירתי הטבעית”, הוא אומר. אבל לאחר שנת לימודים בירושלים הוא נמשך לביולוגיה ולאבולוציה, והמשיך את לימודיו בתחומים אלה. לאחר שסיים את עבודתו הבתר-דוקטוריאלית, שבמהלכה עבד עם חוקר החיטה הידוע ארנסט סירס, הגיע פלדמן למכון ויצמן למדע, וכאן המשיך לפענח אתסוד ההישרדות של החיטה: היא התפשטה סביב העולם, אם באזורים הטרופיים של ברזיל, אזורים יבשים בסודאן או בערבות השלג של קנדה. “החיטה הניחה את הבסיס לתרבות האנושית המוכרת לנו כיום”, אומר פלדמן. “כשבני אדם למדו לגדל חיטה, דרך החיים שלהם השתנתה – הם היו מסוגלים להתיישב במקומות מסוימים לזמן ממושך ובנו כפרים ועיירות. זן חיטת הבר שבני אדםבייתו – הנקרא 'אם החיטה' – התגלה בישראל על ידי אהרון אהרונסון, והוא עדיין גדל באזור זה”.

כעשור שנים לאחר שפרופ' פלדמן החל לחקור את החיטה במכון ויצמן למדע, הגיע למכון תלמיד מחקר חדש, בשם אבי לוי, היום גם הוא פרופסור במחלקה למדעי הצמח במכון. לוי עלה מצרפת בגיל 17 כדי להגשים את החלום הציוני במלואו – לעבוד בחקלאות בארץ ישראל. “אמי בכתה כששמעה שהחלטתי שלא אהיה רופא”, הוא אומר. גם הוא החל ללמוד חקלאות, אך ליבו נשבה בקסמי הגנטיקה של החיטה. “החיטה היא צמח קטן, יפה וצנוע, בעל צרכים מועטים מאוד”, אומר לוי, “אך הגנטיקה שלה היא מאוד מורכבת”. הוא החל את לימודי הדוקטורט שלו במכון

ויצמן בהנחייתו של פלדמן, שכבר רכש מוניטין כמומחה עולמי לגנטיקה ולאבולוציה של החיטה. בעבודה הבתר-דוקטוריאלית שלו באוניברסיטת סטנפורד המשיך להתעניין בדגנים, ובמיוחד בתירס, שבו חקר גנים ניידים המשפיעים על יציבות הגנום, ובדרך זו על האבולוציה המזורזת שלו. לאחר מכן חזר למכון כחוקר עצמאי. “בשלב זה הייתי צריך להוכיח שאני לא רק ממשיך את עבודתו של מוסיק (כינויו של פרופ' פלדמן)”, הוא אומר בהלצה. לכן הואהמשיך בכיוון מחקר חדש: הדינמיקה של הגנום בצמחים אחרים. “לשמחתי, עם הזמן התברר שלמחקרי יש השלכות מרכזיות על חקר החיטה”, הוא אומר. כך נפתחה לפניו שוב הדלת לחקר האורגניזם האהוב עליו.

לפני כארבע שנים הצטרף לשורותיהם של אוהבי החיטה מעריץ נלהב נוסף – תלמיד המחקר ח'ליל קשקוש. “כשנולדתי, הדברים הראשונים שראיתי היו תותים, פרחים וחיטה”, הוא אומר, בהתייחסו ליבולים החקלאיים שגידל אביו בכפר הערבי קלנסוואה שבמשולש. תלותם של היבולים במים גרמה לח'ליל הילד לחלום על פיתוח זן חיטה שלא נזקק לכמויות גדולות של מים.כדי להגשים את החלום, החליט להיות אגרונום. לימודיו השאירו אותו כל הזמן

בתחושה שהוא לא יודע מספיק. כך נדחק חלום האגרונומיה הצדה, לטובת לימודים לקראת קבלת תואר שלישי במדעי הצמח. “כמו אמו של פרופ' לוי, גם אמי רצתה שאהיה רופא. עכשיו היא מנחמת את עצמה שיהיה לי תואר ד”ר, וזה, כפי שהיא אמרת, 'מספיק טוב'”, הוא צוחק. מחקרו של קשקוש, בהנחיית פלדמן ולוי, כבר הניב שלושה מאמרים בכתבי עת מדעיים יוקרתיים וזכה בפרס קנדי היוקרתי מטעם מדרשת פיינברג של המכון. “לח'ליל יש רוח חזקה ואומץ לעשות דברים שאחרים לפניו לא עשו”, אומר פלדמן. “לנו אין ספק שעתידו המדעי מבטיח מאוד. הוא ממשיך לפוסט דוקטורט במעבדה מובילה בתחום, ומכאן, השמיים הם הגבול”. במבט מהצד נראה שפרופ' פלדמן, בהיותו מורה בעל השראה, הניח במכון ויצמן למדע את היסודות לשושלת של מדעני חיטה.

החיטה אולי צופנת בחובה רמזים לאחת השאלות המיסתוריות ביותר באבולוציה: האם יצור פרימיטיבי הכפיל את הגנום שלולפני 500 מיליון שנה, ויצר בכך את הקפיצה הגנטית שהובילה להיווצרות יונקים? שאלה זו עולה לנוכח העובדה שהחיטה הכפילה את הגנום שלה מספר פעמים בעבר, ויצרה בכך מינים חדשים של חיטה כמעט בן-לילה. “כשמדובר בחיטה”, אומר פרופ' לוי, “אפשר בקלות לגרום להכפלה גנטית במעבדה. לכן היא משמשת כמודל גנטי ייחודי. כך יכול חקר החיטה להוביל לתובנות חדשות באבולוציה של אורגניזמים אחרים, לרבות האדם”.

במשך שנים רבות נחשבה ההכפלה הגנטית לתופעה המתחוללת בעיקר בצמחים, אבל כיום היא מוכרת ככוח מניע שהשפיע על האבולוציה של ממלכות החי, הצומח והפטריות כאחד. כך, למשל, מתברר שאזורים מוכפלים רבים בגנום האדם נוצרו לפני כ500- מיליון שנה, דבר המצביע על האפשרות שבאותה עת התחולל אירוע של הכפלה גנומית. עם זאת, יש להיזהר בהסקת מסקנות מהירות בתחום זה. כידוע, גנים משתנים במהלך הזמן, ומה שהחל כהכפלה מדויקת של גנים יכול להשתנות במשך מיליוני שנים. ועם זאת, חקר החיטה עשוי לשמש ככלי לבחינת האפשרות שאירוע כזה, של הכפלת גנום, אכן מילא תפקיד חשוב באבולוציה של האדם.

מדעני המכון שבחנו אירועים של הכפלת גנום חשפו כמה אירועים המתחוללים לאחר הכפלה כזאת. הם הראו, שבעקבות הכפלה גנטית מתחולל “הלם גנטי”, מצב שבו גנים רדומים מתעוררים וגנים אחרים משתתקים. דוגמה לגנים שהתעוררו בתהליך זה הם גנים שמשנים את מיקומיהם על גבי הרצף של הגנום תוך שהם מדלגים על גנים אחרים, ולכן הם מכונים “גנים קופצים”. מה שלא היה ידוע הוא, שלגנים הקופצים יש אמצעים יותר מעודנים שבעזרתם הם זורעים בלבול בגנום. מדעני המכון גילו, שגם כאשר הגנים הלו אינם קופצים, הם יכולים להפעיל או לכבות גנים סמוכים, ולשנות בכך את בקרתם. ממצאים אלה פורסמו לא מכבר בכתב העת המדעי Nature Genetics .  מדענים לא מעטים סבורים שתופעה זו, שהתגלתה על ידי מדעני המכון, עשויה להתחולל גם

בתאי אדם שמכילים גם הם גנים קופצים. הגנום של החיטה כפי שאנו מכירים אותו היום הוא למעשה עירוב של מספר מיני חיטה, שהגנומים שלהם יכולים לשמש כמערכות גיבוי זה לזה. העתקי הגיבוי האלה נכנסים לפעולה כאשר הגנים הפעילים עוברים מוטציה המחבלת ביכולתם לתפקד כראוי. ייתכן שתופעה זו רומזת על תהליכים שהתחוללו בעבר הרחוק מאוד, באחד מהיצורים הפרימיטיביים היכולים להיחשב לאבותינו הקדומים. אם וכאשר יצור כזה הכפיל את הגנום שלו, ההעתקים המיותרים של הגנים שנוצרו, או “מערכות הגיבוי”, יכלו לשמש בסיס ליצירה ולהתפתחות של יכולות תפקודיות חדשות. פרופ' פלדמן: “הגידול הפתאומי בחומר הגנטי, יחד עם סובלנות למוטציות, הייתה יכולה להוביל להיווצרות גנים חדשים, למורכבות גנטית מוגדלת, ועם הזמן להתפתחות מינים יותר מורכבים”.
 
 גנים קופצים

 גנים קופצים הם גנים שמסוגלים לשנות את מיקומם על רצף הגנום. לפני יותר מחמישים שנה הם נתגלו בתירס על-ידיברברה מקלינטוק, שזכתה על תגליתה זו בפרס נובל. כיום ידוע שגנים קופצים נפוצים בכל עולם החי: הם מהווים כ-40%  מגנום האדם, ובצמחים הם מהווים עד 80%  מכל החומר הגנטי, DNA. עוד ידוע שהגנים הקופצים ממלאים תפקיד חשוב באבולוציה. ניידותם של הגנים הקופצים עשויה לחולל תוהו ובוהו בגנום בשל המוטציות שהם מחוללים בגנים אחרים שעליהם הם קופצים. למרבה המזל, ברוב הזמן הגנים הקופצים הם רדומים. פרופ' אבי לוי, פרופ' משה פלדמן והסטודנט לדוקטורט ח'ליל קשקוש ממכון ויצמן למדע, הראו במאמר שהתפרסם באחרונה בכתב העת המדעי “נייצ'ר ג'נטיקס” שלגנים אלה יש דרכים פחות בוטות לגרום לבלבול בגנום: גם כשאינם קופצים הם מסוגלים לכבות או להפעיל גנים שכנים ולהחליט עבורם מתי יתפקדו. השתלטות זו על גנים עשויה להתחולל תחת לחצים מסוימים ובכלל זאת בייצורי כלאיים, שנוצרים כתוצאה מהפריה בין מינים קרובים.