מחקר בארבע ארצות, וביניהם חוקר הטכניון, חקרו את האבולוציה של שיני הארס בנחשים: ההצלחה של הנחשים בעולם טמונה בשינויים התפתחותיים שהוליכו להופעה של שיני ההכשה ובלוטת הארס
ההצלחה העצומה של קבוצת הנחשים המתקדמים בעולם טמונה בסדרה של שינויים שהתרחשו במהלך האבולוציה, שינו את תהליך ההתפתחות העוברית של רכס השיניים בלסת העליונה והוליכו להופעה של שיני ההכשה ובלוטת הארס. כך כותבים ב”נייצ'ר” (Nature), 16 חוקרים מארבע ארצות שונות וביניהם ד”ר רם רשף מהפקולטה לביולוגיה בטכניון.
קבוצת הנחשים התפתחה מקבוצה של לטאות לפני כ-140 מליון שנה. מספר תהליכים מאפיינים את התפתחותה של הקבוצה החדשה. האחד הוא התארכות הגוף בו אזור בית החזה “השתלט” על ותפס את מרבית שטחו של ציר הגוף למעט הראש והזנב. ארוע נוסף שקשור לתהליך ואשר התרחש ככל הנראה במקביל, הוא תהליך איבוד הגפיים. בתחילה הגפיים הקדמיות הלכו והצטמצמו עד לאבדן מוחלט כולל חגורת הגפיים ובשלב מאוחר יותר הצטמצמו גם הגפיים האחוריות ובמינים מסויימים הכוללים את כל הנחשים המתקדמים נעלמו גפיים אלו כליל כולל חגורת הגפיים. בקבוצת החנקיים ניתן למצוא חגורת גפיים אחורית ואף עצם ירך לא מפותחת. תהליכים אלו של איבוד הגפיים והתארכות הגוף התרחשו ככל הנראה בד בבד עם הכיבוש של נישות מחייה תת-קרקעיות.
איבוד הגפיים השאיר את המשימה של הלכידה, האחיזה וקיבוע הטרף לחלק הקדמי של הגוף, כלומר לפה. בשלב הזה מתגלים מספר שינויים דרמטיים הקשורים למשימה זו. האחד הוא שחרור מספר רב יחסית של עצמות גולגולת מהקשר שלהן לקופסת המוח. כך, למשל, מספר עצמות הקשורות למבני הלסת העליונה מחוברות במפרקים בלבד לקופסת המוח ויכולים לנוע באופן חפשי יחסית לאורך הציר – קדימה אחורה ואף לצדדים, דבר המסייע רבות באחיזה, במוביליות ובהעברה של הטרף בתוך הפה. דוגמא נוספת היא השחרור של העצם הרבועה (עצם המחברת בין עצמות הגולגולת לבין עצמות הלסת התחתונה, דבר שאיפשר יצירת מיפתח רחב יותר של הלוע על מנת לבלוע טרף שלם וגדול.
במשפחת החנקיים לכידת הטרף והמתתו מתבצעת בחניקה באמצעות שרירי הגוף המאסיביים. במשפחות הנחשים המתקדמים קיימת וואראביליות גדולה באשר לאופן הלכידה וההמתה. בהקשר הזה אנו מוצאים לראשונה באבולוציה התפתחות של בלוטה מיוחדת הממוקמת בחלק האחורי של הלסת העליונה ומתפתחת מניצן משותף לה ולחלק האחורי של רכס השיניים המקסילרי (רכס השיניים הממוקם בחלק הקדמי-חיצוני של הלסת העליונה).
המאמר ב”נייצ'ר” פותר דיון ארוך בקרב החוקרים באשר למוצא וההתפתחות של שיני הארס בקבוצת הנחשים המתקדמים, כלומר זעמניים, צפעוניים (כולל העכסנים, Rattlesnakes, של אמריקה), הפתניים (הקוברות והממבות ונחשי הים למיניהם) והשרפיים (כגון השרף עין גדי המצוי בארצנו). בעבודה זו נעשה שימוש בגן SHH הבא לידי ביטוי בראשית התהליך של התפתחות השיניים. מהביטוי של גן זה ומניסויים שנעשו בהתפתחות העוברית של הצפע הארץ ישראלי ונחש המים החי באזורנו אנו למדים כי שיני הארס המופיעות בנחשים הארסיים מוצאן מהחלק האחורי של רכס השיניים המקסילרי. רכס שיניים זה אשר במשפחת החנקיים הוא אחיד ונושא שיניים שהן ברובן שוות צורה וגודל מתפצל בשלב מוקדם באבולוציה )לפני כ-60 מיליון שנים) לשני רכסי שיניים שנשמרו כך בקרב משפחת הזעמניים. שני רכסי שיניים אלו מתפתחים במהלך ההתפתחות העוברית משני מרכזים התפתחותיים נפרדים ובלתי תלויים לאורך הלסת העליונה, האחד קדמי והאחר אחורי. הפרדה זו בתהליכי ההתפתחות מהווה נקודת מפתח אבולוציונית בהתפתחות בלוטת הארס ושיני הארס. ואכן, בשלב זה אנו מוצאים כי מופיעה בלוטה חדשה אשר במהלך ההתפתחות העוברית מתפתחת בקשר הדוק עם רכס השיניים האחורי.
מהסתכלות במורפולוגיה של מינים רבים ממשפחת הזעמניים אנו מוצאים שונות גדולה במופעים של השיניים האחוריות והבלוטה החל מבלוטה שמפרישה מעט חומרים פעילים יחסית ועד לבלוטות המפרישות ארסים רבים ומורכבים ומתמונה אנטומית בה צינור האיסוף של הבלוטה נפתח בקרבת שיניים קצרות יחסית ועד לקשר מסובך בין צינור הבלוטה לשיני הארס המבטיחה זרימת ההפרשה דרך תעלות או צינורות סגורים בתוך שיניים מאורכות ובעלות רכסים חדים.
כשבוחנים את משפחות הנחשים הארסיים (צפעונים וקוברות) אנו מגלים כי רכס השיניים המקסילרי הקדמי נעלם במהלך האבולוציה והרכס האחורי הנושא את שיני הארס “נודד” קדימה במהלך ההתפתחות העוברית ביחס למבני גולגולת אחרים כך שבסוף התהליך (לקראת בקיעה) ממוקם רכס שיניים זה בקדמת הפה. קבוצות אלו שיכללו באופן ניכר את מבנה שיני הארס ואת איכות הארסים המיוצרים בבלוטה.
שינויים אלו שהתרחשו כתוצאה משינויים גנטיים בבקרת התהליך ההתפתחותי אפשרו את המופע העכשווי של מנגנוני ההכשה המתוחכמים ועקב כך את ההצלחה של קבוצת הנחשים המתקדמים בעולם. בשיא שכלולם שינויים אלו כוללים גולגולת גמישה המותאמת להזרקת הארס ולבליעת טרף גדול בשלמותו ומופעלת על ידי מערכת שרירים מסובכת אשר אחד מהם קשור לבלוטת הארס ומותאם להזרקת הארס בזמן ההכשה.
“בלוטת הארס מייצרת ומפרישה שורה של חומרים פעילים, אנזימים, רעלנים ואחרים המיועדים להבטחה של ציד טרף יעיל המשמש לתזונה מועילה ויעילה”, אומר ד”ר רשף. “לדאבון לב, הנחשים הארסיים משתמשים במנגנון המסובך והמורכב הזה גם לצורכי הגנה, לעתים נגדנו, והתוצאות מורגשות היטב בישראל, במיוחד בזמן האחרון”.
14 תגובות
גבע:
אוקי. יש הרבה סוגים של שוללי אבולוציה.
לא התכוונתי לסוג שלך.
נקודה:
ועוד משהו.
כשאתה אומר שאינך יודע כיצד המחקר יוביל למשהו פרט לעובדות שהוא מגלה ועושה זאת מבלי לדעת מהן העובדוצת שהוא יגלה אתה בעצם מזלזל בחשיבותן של עובדות שאינך יודע מהן.
נקודה,
התפתחות של איברים ביצורים נשלטת על-ידי סדרת ~13 גנים בשם HOX. דבר יחודי לסדרת גני ה- HOX הוא שכל גן מופעל בהתאם למיקום שלו בדנ"א. כלומר, הגנים מסודרים בסדר מסויים זה אחר זה, והראשון יתבטא בראש, השני יתבטא בבטן, השלישי יתבטא בגפיים האחוריות וכן הלאה (אני מפשט כאן דברים מאד, אבל זה העקרון הכללי).
מעבר לעניין שקיים בגנים שפועלים בצורה מתואמת שכזו, אנחנו יכולים להבין פתאום מאין הגיעו גפיים קדמיות, למשל, במהלך האבולוציה. מסתבר שכדי ליצור את הגפיים הקדמיות מופעלים דווקא גני הוקס אחוריים, ולא קדמיים. המסקנה מכך היא שהגפיים האחוריות התפתחו ראשית כל במהלך האבולוציה, ולאחר מכן עברו שכפול בתכנית היצור העוברית, וכתוצאה מהשכפול נוצרו הגפיים הקדמיות (אך שהגנים השולטים עליהן הם עדיין אלו ששלטו על יצירת הגפיים האחוריות).
הבנת סדרת ההוקסים מניבה תוצאות מדי יום בניסויים חדשים באמבריולוגיה ובביולוגיה התפתחותית. אמבריולוגיה, לכל הפחות, קשורה קשר הדוק לרפואה ובעתיד הקרוב גם להנדסת רקמות.
בקיצור, מתוך תובנות קטנות ועובדות מחקר זוטרות קופצים מחקרים גדולים ותובנות משמעותיות.
ואם כבר הזכרת משטרה, נראה לי שאפשר לפטור כאלו מחקרים מחוסר עניין לציבור. 🙂
בכל מקרה לא חושב שהויכוח הזה הוא מהותי אלא רק על דגשים של מה זה מדע מעניין ומה זה מדע משעמם.
למיכאל, אני עדיין מתקשה לראות כיצד מחקר שכזה על שינוי בכיוון התפתחות השיניים אצל נחשים ממנים מסומים יכול להוביל למשהו מעבר לעובדות שהמחקר עצמו מגלה, באותה מידה אפשר לחקור כל אלמנט ואלמנט בכל יצור חי באשר הוא. מחקרים כאלו לא יובילו למשהו מעבר לעובדות המחקר עצמו.
הכחדה של מין גדול ושולט הוא בהחלט ראוי למחקר כי הוא נראה סותר את עקרון האבולוציה ולכן זה כן מעניין. התפתחות של שן כזאת או אחרת. זה כבר לא מעניין.
מיכאל
אני שולל את תאורית האבולוציה (כי לדעתי היא לא תיתכן סטטיסטית)
אבל לא שולל את הקרבה לקופים לכלבים עכברים וחזירים.
מאיפה ההכללה הזאת?
נקודה:
אינני מקבל את דעתך כיוון שהחיפוש בכרל הכיוונים נמשך במקביל וכל תחום תורם למשנהו.
קח למשל את נושא הדינוזאורים.
אינניו יודעים מה הכחיד אותם אבל יש כבר סיבות לא רעות להאמין שמדובר במטיאוריט. אלמלא שאלנו את השאלה היו לנו הרבה פחות סיכויים לגלות גם את העדויות על המטאטוריט.
בסך הכל מדובר כאן על חקירה שדומה מאד לחקירה משטרתית כשההבדל היחיד הוא טווחי הזמן.
מסתבר שההבדל הזה של הזמן נתפס בעיני רבים כהבדל איכותי במקום הבדל כמותי.
זו גם הסיבה ששוללי האבולוציה מוכנים לקבל עדות גנטית לקרבה משפחתית בין בני אדם אבל דוחים אותה כשמדובר בקרבה משפחתית בין האדם לקוף.
פשוט, כיוון שהאבולוציה מונעת ע"י 2 עקרונות. והעקרון שקובע כיצד יתפתחו השיניים הוא עקרון ההשרדות. ורק אם היה לנו ידע קונקרטי על הסביבה שבה התפתח הנחש בכל דור אז היינו יכולים ללמוד משהו, אך גם זה לא עקרוני כי הסביבה יכולה להיות אחרת.
נקודה:
ומניין לך שהמחקר לא יניב עיקרון חדש?
אם תחשוב על לתסריט הקבוע של המדע – זה של ניסוי-תיאוריה-ניסוי וכו’ הרי שהתיאוריה החדשה תמיד נוצרת כאשר הניסוי מפריך רעיון מסוים בתיאוריה הקודמת.
הניסוי, במדעים ההיסטוריים הוא חיפוש עדויות מן העבר כדי לראות אם הן תואמות את עקרונות התיאוריות הקיימות.
המטרה המובנת מאליה (שהיא חשובה בפני עצמה) היא לאשש או להפריך את התיאוריות הידועות אבל במהלך המחקר יכולות להתגלות תגליות נוספות באופן סרנדיפי.
מיכאל, נראה לי שהמטרה והעניין במדע הם העקרונות ולא הפרטים הטכניים (אלו תפקידם רק לאשר או להפריך את העקרונות).
ולכן חקירה של נושא מסוים בלי שהוא מוביל לאיזשהו הבנה של עקרון חדש, או ליבון של עקרון קיים, הוא לא מעניין מדעית.
ובנוסף (למה שכתב מיכאל), וזה אולי העיקר. !!! התופעה המדהימה ביותר בתהליך המדעי היא שכמעט תמיד, התוצאות,ההשלכות,המסקנות והישומים של התגליות המדעיות ה"טכניות" הם מפתיעים,מגוונים ובילתי צפויים מראש.
לפיכך אף אחד (חוץ מאיינשטיין זצ"ל) לא יכול לקבוע מראש מה כדאי ומה לא כדאי לחקור, מהיכן תבוא תגלית חשובה ומהיכן לא. ומיכאן חשיבותו העצומה של הפלורליזם האקדמי.
נקודה:
המדע מונע על ידי הרצון להבין דברים – כולל דברים שקרו בעבר.
רצון זה מביא לכל מיני סוגים של מדע – כולל המדעים ההיסטוריים שהאבולוציה וגם הקוסמולוגיה נמנות עמם.
זרוק רצון זה וזרקת את כל המדע.
לפעמים אני תוהה אם כל המחקרים הגנטיים-אבולציוניים הללו יהיו מענינים בעוד 200 שנה. שם החיים כבר יהיו מהונדסים גנטית.
אם נשתמש באנלוגיה של דיסק קשיח על מחשב שמריץ מערכת הפעלה.
אזי לחקור את ההיסטוריה של שיני הנחש שקול לחקירה של ההיסטוריה של המידע במקומות שונים על הדיסק הקשיח( כלומר, חוקרים מדוע במיקום ספציפי מופיעים הביטים הספציפיים). כי מצד אחד ברור שהמידע שכתוב על ההאריסק לא נכתב באקראי אך מצד שני גם ברור שאם המידע היה כתוב במקום שונה זה לא היה משנה כל כך (ברור שהיסטוריה שונה במעט גמרה לכך).
בקיצור, כל החקירה הזאת נראית לי נורא טכנית.
כל הכבוד לדוקטור רשף!