דברים שיורמים יודעים: חידת הרב-תאיות

שתי שאלות יעסיקו אותנו בטור הזה, שתיהן נוגעות ליחס שבין השלם וחלקיו. נתחיל בתהייה פילוסופית של ניר: בעולם החי (דגים, זוחלים, יונקים ועופות) אנחנו יודעים שכל אברי הגוף משרתים את המח, ללא מח אין לשאר הגוף זכות קיום. אבל מה קורה בעולם הצומח? על איזה חלק מהעץ  ניתן לומר שכל יתר החלקים משרתים אותו?

שתי שאלות יעסיקו אותנו בטור הזה, שתיהן נוגעות ליחס שבין השלם וחלקיו. נתחיל בתהייה פילוסופית של ניר: בעולם החי (דגים, זוחלים, יונקים ועופות) אנחנו יודעים שכל אברי הגוף משרתים את המח, ללא מח אין לשאר הגוף זכות קיום. אבל מה קורה בעולם הצומח? על איזה חלק מהעץ  ניתן לומר שכל יתר החלקים משרתים אותו?

עוד בנושא באתר הידען:

מושבת טפילים חד תאיים אוכלת בתוך תא של בעל חיים. מתוך Jumpstory
מושבת טפילים חד תאיים אוכלת בתוך תא של בעל חיים. מתוך Jumpstory

על הכשל הראשון בשאלה: זיהוי "עולם החי" עם בעלי החוליות (דגים, זוחלים, יונקים) תוך התעלמות ממגוון גדול בהרבה של בעלי חיים בהם מערכת העצבים מבוזרת והמוח פחות חיוני עמדנו כבר בטור אחר. כשל אחר העומד ביסוד השאלה קשור לדימויים בהם אנו משתמשים כשאנו חושבים על מערכת מורכבת כצמח. למה מובן מאליו לניר שחייב להיות חלק שהוא "הכי חשוב" ביצור חי בדומה לבעל המניות או המנכ"ל בחברה או לרב חובל בספינה?

בנסיון להבין מערכת מורכבת אנחנו נדחקים כמעט בעל כורחנו למטפורות. המאגר הראשוני לדימויים ואנלוגיות כולל את  גופינו  ואת המעגל המשפחתי-חברתי לתוכו אנחנו צומחים . החברה ומוסדותיה  מטופלים משחר המחשבה האנושית כאנלוגיים לגוף חי ומערכות ביולוגיות כחברות אנושיות. כך היה האבא, עד לאחרונה, "ראש המשפחה"  ומנהיגי מדינות  הם "ראשי מדינה". דימוי הראש בו מרוכזים אברי החוש והתקשורת למנהיג נראה לנו מובן מאליו ומוטמע בשפה.  אבל, כאשר איזופוס, מחבר המשלים היווני הגדול מהמאה השישית לפני הספירה, מבקש דימוי ליחסים בין מפקד לחייליו הוא ממקם את המנהיגות דווקא בקיבה. אולי דווקא חלק הגוף הקרוב לצלחת והמקבל ראשון את המשאבים הוא דימוי מוצלח יותר  למנהיגות מאשר האיבר החושב? מטפורה היא כלי חיוני  אך בשימוש לא זהיר  היא מטעה ואפילו מסוכנת. חסידי האאוגניקה למשל הרבו להשתמש בדימוי החברה ליצור חי כדי להצביע על נכים כעל חלקי גוף מנוונים, זיהומים או גידולים ב"גוף החברתי". ולעצם השאלה: ביולוגים רואים ביצור חי קודם כל מכונה להפצת הגנים שלו ולכן החלק החשוב ביותר בעץ הוא התפוח שנפל ממנו. מנקודת מבט תרמודינמית, כפי שראינו בהזדמנות אחרת, יצור חי הוא "אי" של סדר (או אנטרופיה שלילית) המתקיים מהשמדת סדר והגדלת האנטרופיה של היקום סביבו. כ"מכונה להגדלת אנטרופיה" הצמח הוא מערכת שכל חלק בה חיוני.

ובנימה דומה שואל "ריס"  :  האם כל תא ביצור רב תאי הוא יצור חיי בפני עצמו?  האם אני אוסף של המון יצורים חיים?

לא, ריס, אתה לא "אוסף של המון יצורים חיים"  אלא רב-תא אחד. המעבר מהחד תאיים לרב תאיים היא  התפתחות ששינתה את חומר הגלם של האבולוציה. ביולוגים מכירים רק 5 מעברים מסוג זה בהיסטוריה של עולם החי: ממולקולות משתכפלות ב"מרק" הקדום לתא הראשון, התחברות תאים פשוטים ליצירת התא המפותח (אאוקריוטי) המכיל אברוני תא, הופעת הרביה המינית, התחברותם של תאים ליצירת יצורים רב תאיים והמעבר האחרון והמודרני ביותר: יצירת קהילות כדוגמת  נחילי דבורים או קיני נמלים. המעברים הללו ייחודיים משום שתהליך הברירה  הטבעית מתחיל לפעול על יחידה  חדשה: מוטציה בתא תכחד או תשרוד רק לפי התועלת או הנזק שהיא מביאה ליצור הרב תאי כולו כשם שגורלו של שינוי בתכונותיה של דבורה פועלת תלוי רק בהשפעתו על סיכוייה של הכוורת כולה להעמיד מלכות לכוורות חדשות.  כשהוא הופך לחלק מרקמה ביצור רב תאי מוותר התא על הפונקציה הבסיסית של כל יצור חי: התרבות.  אנו רגילים לחשוב על עולם החי במונחי מלחמת קיום אך כל תא כמעט בגופנו הוא דוגמה ליכולתה של האבולוציה ליצור שיתוף פעולה ואלטרואיזם. התא הבודד לא יהסס להתאבד ולהציג על המעטפת שלו חלבונים שיסמנו אותו למערכת החיסון כמועמד להשמדה. אפילו רקמות ואיברים שלמים נכונים למסור את נפשם לטובת הכלל כפי שמוכיחים עלי העצים בעונת השלכת.

למזלם של חוקרי האבולוציה מצויות דרגות ביניים רבות בין תאים יחידים לבעלי חיים מרובי תאים כמונו. יש משפחות של אמבות ואצות הכוללות הן חד תאיים מובהקים והן קרובי משפחה היוצרים צברי תאים שיש בהם חלוקת תפקידים מוגדרת. יש אפילו יצורים העוברים בין צורת חיים חד תאית לרב תאית בהתאם לתנאי הסביבה. Dictyostelium discoideum היא מין של אמבה החיה בתנאי שפע כחד-תא לכל דבר בקרקע. בתקופת מחסור מתלכדות האמבות לייצור "גופי פרי" – כדור של אמבות שייצרו נבגים לדור הבא נישא על "גבעול" המורכב מאמבות שהקריבו את עצמן לאפשר הישרדות לאחיותיהן. עושר הצורות הזה בתחתיתו של הענף האבולוציוני המוליך לרב תאיים הוא חלון המאפשר הצצה אל המוטיבציה של אבותינו שהתאגדו ליצירת הרב תאיים הראשונים ואל הכלים שעמדו לראשותם ליצירה הזו. הרב תאיות אינה הברקה חד פעמית: היא הומצאה לפחות 16 פעמים נפרדות בפריצות דרך שהובילו ליצירת הצמחים, בעלי החיים, הפטריות ושושלות של אצות. כל המצאה מחדש של הרב-תאיות הצריכה פיתוח מנגנונים שונים של הצמדות ותקשורת בין תאית. לכן, הדרך בה תאים נקשרים לרקמה אצל בעל חי שונה מזו המאחדת תאים ברקמת צמח, פטריה או אצה. כך בתאי בעלי חיים חלבונים החוצים את קרום התא הם האחראים לקשר עם השכנים, אצל הצמחים התאים מוצמדים בדבקים מבוססי תאית, והאצות החומיות משתמשות באלגינט – ג'ל המוכר היטב לחובבי הבישול המולקולרי.  

הרב תאיים הראשונים היו אצות אדומות שהופיעו לפני כ 1.2 מיליארד שנים . והחיות הרב תאיות הראשונות לפני קצת יותר מ 600 מיון שנים. יש מי שתולה את המעבר הזה בהופעת גורם חדש באקולוגיה הקדומה: הטורפים. עד הופעתם  עיקר הלחץ האבולוציוני  הופנה לתחרות על משאבים וניצול יעיל שלהם: ביעילות וחסכנות אין מתחרים לחיידקים. תא בודד, קטן וסתגלן הוא יצור שהאבולוציה אוהבת ואכן 99% מהיצורים סביבנו הם חד תאים. עם הופעת טורפים בסביבה הפך לראשונה הגודל ליתרון. לציידים מיקרוסקופים קשה להתמודד עם טרף גדול כלומר עם צבר תאים. הצעד הראשון הוא פשוט יצירת חבורות תאים שכל אחד מהם שומר על ייחודו ומסוגל להסתדר גם לבדו. כיוון שהחד תאיים מתרבים בהתחלקות שתוצאתה שני תאים זה לצד זה כל מה שנדרש הוא שלא להתרחק מייד לאחר החלוקה. חיידקים  יוצרים "ביופילם" כלומר שכבה דביקה הנצמדת למצע כך שלטורף קשה לקלף ולזלול חיידק בודד. בניסוי בו הוכנסה אמבה טורפת לנוזל בו חיה אצה חד תאית התברר כי מקץ 100 דורות העדיפו האצות לחיות את חייהן בקבוצות של 8 תאים. המרוץ האבולוציוני הביא גם את הטורפים להתלכד לקבוצות כאשר אותם חומרי דבק שיעודם המקורי היה כמלכודת לחיידקים שמשו עכשיו להצמדת התאים זה לזה. זהו המקור האבולוציוני המשוער לקולגן הוא המלט המחזיק גם את הרקמות שלנו. משנאחזו החד תאיים זה בזה התגלו ייתרונות נוספים לגודל ובראשם האפשרות לחלוקת עבודה. אותו מנגנון המאפשר לתא הבודד תנועה באמצעות  שוטון או ריסים (cilia)  משמש גם בחלוקת התא וחד תא לא יכול לשייט ולהתחלק בו זמנית. כאשר תאים נעים בקבוצה ניתן לחלק מהתאים להתחלק בעוד חבריהם חותרים. כבר בשלב הפרימיטיבי הזה עולה בעיית ה"רמאות": למה שתא בקבוצה יבחר לחתור עם שכניו כשהוא יכול לוותר על לגמרי על השוטון היקר ולבלות את זמנו בהתחלקות?  התנהגות אלטרואיסטית כזו אפשרית כאשר קיימת סינרגיה כלומר כאשר התועלת משיתוף פעולה עולה על התועלת שמפיק כל תא מהתנהגות  אנוכית. מוטציה טפילית תגרום ליצור לאבד במהרה את היתרון שבשיתוף פעולה ולכן לא תהיה יציבה. שלב גבוה יותר באבולוציה של הרב תאיים הוא התמיינות – תאים במיקום מסוים מתמחים בתפקיד אחד כתנועה, הפרשה, או חישה. ההתמחות הזו גובה מחיר כבד: רק כמה תאים מקבלים את תפקיד יצירת תאי הרבייה כלומר רק הם יעבירו את החומר הגנטי שלהם לדור הבא. הויתור הזה אפשרי רק אם התא בטוח שמי שמקבל עליו את התפקיד יעביר את אותה מורשת גנטית שלו כלומר רק אם כל התאים זהים מבחינת החומר התורשתי. הסיכון שבהשתלטות של תא פרזיטי על תפקיד הרבייה הוא  הסיבה לכך שכל יצור רב תאי מקפיד לחזור, ולו לרגע, מאות מיליוני שנים לאחור ולעבור דרך שלב חד תאי (ביצית מופרה). רק תאים שמקורם  בהתחלקותו של אותו תא ממש יכולים לבטוח מספיק בשכניהם עד כדי ויתור על ההתרבות. הצורך למנוע השתלטות עויינת על תהליך הרביה חזק דיו להצדיק את המחיר הכבד שבהכללת שלב רגיש ופגיע כזה במחזור החיים. הספוגים הם הרב תאיים הראשונים אך הם אינם "רב תאיים אמיתיים" (Eumetazoa) משום שהתאים אינם מתמיינים לרקמות בעלות תפקיד מוגדר. הספוגים יולדים וולדות חיים  ניידים אצלם ניתן להבחין  באזורים המתמחים בתנועה וכאלו האחראים להזנה.

מוצא בעלי החיים המפותחים הוא אולי  בבוב ספוג קדמוני שבמקום להתיישב כבוגר בביקיני בוטום  המשיך לשחות ולטפח את הייחודיות הזו. הרקמה הראשונה שהופיעה היא המעי: תאים שויתרו על יכולת התנועה והצייד והתמחו בהפרשת אנזימים מפרקים לחלל פנימי . אבל הרקמה שהפכה אותנו מאוסף תאים ספוגי לבעל חי אמיתי היא זו המייצרת תאי מין. מהרגע בו  הפכה הפקת הזרע  והבייציות למומחיות המיוחדת לקבוצת תאים נפרדת חדל החומר הגנטי של כל שאר התאים לשמש כחומר גלם לתהליך האבולוציוני.  משהפכה ההתרבות מלאכתה הייעודית של רקמה אחת אין עוד תחרות בין התאים.

 כיוון שאבדו תאי הגוף את יכולת הפצת הגנים העצמאית אי אפשר לקרוא לנו  "אוסף של המון יצורים חיים". למצב בו תא בגוף חוזר להיות אינדבידואל הדואג להתרבות עצמית בלי להתחשב בחבריו קוראים סרטן ומערכת החיסון יודעת, לא תמיד לצערנו, לטפל בו . רק אוכלוסיית תאים אחת ברב תאיים נותרה תחרותית: תאי המין. חלוקת ההפחתה (מיוזה) יוצרת שני תאי מין השונים במטען הגנטי שהם נושאים. האשכים מאכלסים את  קבוצת תאים היחידה שיש בניהם ניגוד אינטרסים ובהתאם התחרות הפרועה של תאי הזרע אל הביצית אינה תמיד ספורטיבית.  תוקפנות (קטל או שיתוק) של תא זרע כנגד שותפיו למרוץ נצפתה במגוון בעלי חיים מזבובים ועד לעכברים. התחרות עשויה להתחלף בשיתוף פעולה בבעלי חיים בהם פוגשים  תאי הזרע בזרעם של זכרים אחרים אצל אותה נקבה. במינים כאלו נצפו תאי זרע המתלכדים לחבורות  שמפעילות במתואם את השוטונים כדי להשיג את המתחרים. דוגמה מיוחדת לאגואיזם של תאי רביה נצפתה בצמחים בהם נוצרים מאותה רקמה גם אבקנים זכריים וגם ביציות. המיטוכונדיה, איבר האנרגיה של התא, מכיל DNA משלו ומטען תורשתי זה עובר רק בתאים הנקביים. למיטוכונדריה, בעצמה צאצא של תא קדום שנטמע  בתא אחר בשחר האבולוציה יש  אינטרס שהתא "שלה" יהפוך לבייצית ולא לזרע. ואכן מוטציות בהן המיטוכונדריה מעכבת יצירת תאי מין זכריים ומעודדת ייצור בייציות מתרחשות בצמחים כאלו. הצמחים ניצלים מהכחדה בזכות מוטציות מתחרות בDNA שבגרעין משום שכאשר רוב תאי הרביה נקביים יש סיכוי טוב יותר למי שמייצר תאי מין זכריים.

ובכן ריס: התאים היחידים בגופך שהם "המון יצורים חיים" הם דווקא אלו שימהרו לעזוב אותו בהזדמנות הראשונה.  

תודה ל Dr. Rick Grosberg, Dr. Richard Strathmann, Dr. Elizabeth Ostrowski , Gad shaulsky  על עזרתם 
עלתה בדעתכם שאלה מעניינת, מסקרנת, מוזרה, הזויה או מצחיקה? שלחו ל [email protected]

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

תגובה אחת

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן