סיקור מקיף

המקור של הפרחים: פיענוח הגנום של צמח טרופי מספק תובנה על האבולוציה של צמחים פורחים

שלושה מאמרים שפורסמו ב-20 בדצמבר בכתב העת "סיינס" כוללים את התיאור המלא של הניתוחים הגנומיים שבוצעו על־ידי מדעני הפרויקט, כמו גם השלכות הגילוי למחקר על כלל האבולוציה של הצמחים הפורחים.

אמבורלה. מתוך ויקיפידיה
אמבורלה. מתוך ויקיפידיה

פיענוח חדש של רצף הגנום של צמח בשם אמבורלה עונה על מה שמכונה "התעלומה המתועבת" של דרווין – השאלה מדוע פרחים התרבו לפתע על כדור הארץ לפני מיליוני שנים.

רצף הגנום שופך אור חדש על אירוע חשוב בהיסטוריה של החיים על כדור הארץ: המקור של הצמחים הפורחים, ובהם כמובן גם יבולי המזון העיקריים. שלושה מאמרים שפורסמו ב-20 בדצמבר בכתב העת "סיינס" כוללים את התיאור המלא של הניתוחים הגנומיים שבוצעו על־ידי מדעני הפרויקט, כמו גם השלכות הגילוי למחקר על כלל האבולוציה של הצמחים הפורחים.

אמבורלה (trichopoda Amborella) הוא ייחודי משום שהוא השריד היחיד משושלת אבולוציונית עתיקה המובילה לאב הקדמון המשותף האחרון של כל הצמחים הפורחים. הצמח הוא עץ קטן המצוי רק באי המרכזי של קלדוניה החדשה בדרום האוקיינוס ​​השקט. במאמץ לפענח את גנום האמבורלה שותפים מדענים מאוניברסיטת פן סטייט, אוניברסיטת באפלו, אוניברסיטת פלורידה, אוניברסיטת ג'ורג'יה, ואוניברסיטת קליפורניה בריברסייד. המחקר חושף עדויות לתהליכים אבולוציוניים שסללו את הדרך למגוון המדהים של יותר מ-300,000 מיני צמחים פורחים מהם אנו נהנים היום.

מורשת ייחודית זו מספקת לאמברולה תפקיד מיוחד במחקר של צמחים פורחים. "באותו אופן שרצף הגנום של הברווזן – ניצול של שושלת עתיקה – יכול לעזור לנו ללמוד על ההתפתחות של כל היונקים, רצף הגנום של Amborella יכול לסייע לנו ללמוד על האבולוציה של כל הצמחים הפורחים", אמר ויקטור אלברט מאוניברסיטת באפלו.

לדברי המדענים, רצף הגנום של האמבורלה מספק ראיות חותכות כי האב הקדמון של כל הצמחים הפורחים, כולל אמבורלה, התפתח בעקבות "אירוע הכפלת גנום" שהתרחש לפני כ-200 מיליוני שנים. כמה גנים משוכפלים אבדו במשך זמן, אבל אחרים קיבלו על עצמם תפקודים חדשים ובכלל זה סיוע לפיתוח של איברים שהפכו ברבות הימים לפרחים.

"הכפלת הגנום עשויה, אם כן, להציע הסבר למה שמכונה "התעלומה המתועבת של דארווין"- ההופעה הפתאומית, ככל הנראה, של מינים חדשים ושל צמחים פורחים ברשומות המאובנים מתקופת הקרטיקון," אמר קלוד דפאמפיליס מאוניברסיטת פן סטייט. "דורות של מדענים חקרו כדי למצוא פתרון לפאזל הזה", הוסיף.

ניתוחים השוואתיים של גנום האמבורלה כבר מספקים למדענים פרספקטיבה חדשה על המקורות הגנטיים של תכונות חשובות בכל הצמחים הפורחים ובהם כל מיני צמחי המזון העיקריים. "בגלל המיקום הפילוגנטי המרכזי של Amborella, הגנום מספק לנו התייחסות אבולוציונית ומאפשר לנו להבין טוב יותר את שינויי הגנום בצמחים פורחים אלה שהתפתחו מאוחר יותר, לרבות אבולוצית הגנום של צמחי היבול הרבים שלנו – ומכאן, הוא יסייע לשיפור היבול", הדגיש דאג סולטיס מאוניברסיטת פלורידה.

כדוגמא נוספת לחשיבותו של גנום האמבורלה, מציין ג'ושוע דר מפן סטייט: "אנו מעריכים כי לפחות 14,000 גנים המקודדים חלבונים קיימים באב הקדמון המשותף האחרון של כל הצמחים הפורחים. רבים מהגנים הללו ייחודיים לצמחים פורחים, ורבים מהם ממלאים תפקיד חשוב בייצור הפרחים, כמו גם מבנים אחרים ותהליכים אחרים ספציפיים לצמחים פורחים."

"מחקר זה מספק לראשונה תובנה באשר לשאלה כיצד הצמחים בעלי הפרחים שונים מבחינה גנטית מכל הצמחים האחרים על־פני כדור הארץ", אמר בראד ברבאזוק מאוניברסיטת פלורידה, "והוא מספק רמזים חדשים באשר לשאלה כיצד צמחי זרע שונים מבחינה גנטית מצמחים המתרבים ללא זרע?"

ג'ים ליבנס-מאק מאוניברסיטת ג'ורג'יה ציין כי רצף הגנום של האמבורלה מאפשר שיחזור של סדר הגנים בקבוצת core eudicots קבוצה ענקית שמהווה כ-75% מכל מכוסי הזרע. קבוצה זו כוללת עגבניות, תפוחים וקטניות, ועצים כגון עצי אלון וצפצפה. " כמו אאוטסיידר אבולוציוני לקבוצה מגוונת זו, הגנום של אמבורלה איפשר לחוקרים להעריך את הסדר הליניארי של הגנים בגנום של אבות הקבוצה הזו ולהבין מה היו השינויים הספציפיים בשושלת זו שהתרחשו במשך למעלה מ-120 מיליון שנות האבולוציה של ה-core eudicots.

במקביל, נראה ש-אמבורלה רכש כמה מאפיינים גנומיים יוצאי דופן שכן הוא נפרד משאר צמחי הפרחים בעץ האבולוציוני. לדוגמא, נראים רצפי DNA שיכולים לשנות מיקומים או להכפיל את עצמם בתוך הגנום (transposable elements) שהתייצבו בגנום אמבורלה. רוב הצמחים חושפים עדויות להתפרצויות האחרונות של פעילות ה-DNA הניידת הזו, "אבל אמבורלה הוא ייחודי בכך שהוא לא רכש רצפים ניידים חדשים בכמה מיליוני השנים האחרונות", אמרה סו וסלר מאוניברסיטת קליפורניה בריברסייד. "הוספה של כמה מרכיבים ניידים יכולה להשפיע על הביטוי והתפקוד של גנים המקודדים לחלבונים, כך שייתכן שהפסקת פעילות ה-DNA הנייד האטה את קצב אבולוציה הן של מבנה הגנום והן של תפקוד גן."

בנוסף לשירות של צמח האמבורלה במחקרים רטרוספקטיביים של האבולוציה של צמחים פורחים, המחקר גם יסייע לשימורו של הצמח עצמו, שנמצא בסכנת הכחדה וקיים רק במקבצים של 18 אוכלוסיות באיזורים ההרריים של קלדוניה החדשה.

ריצוף של צמחי אמבורלה בודדים יאפשר לזהות את המגוון הגנטי של המינים הללו בין האוכלוסיות, ובנוסף להשלכות השימור, התהליך גם יספק לנו דרך לעקוב אחר ההשתנות הגנטית של הצמחים, בדומה לשונות הגנטית שנוצרה כאשר בני האדם נדדו מאפריקה ויצרו את האוכלוסיות המודרניות באירואסיה.

להודעה של החוקרים

 

32 תגובות

  1. ספקן,
    עכשיו ראיתי גם את תגובתך זו:
    https://www.hayadan.org.il/the-origin-of-flowers-281213/comment-page-1/#comment-465628

    אתה צודק שם בדבר אחד בלבד (וגם שם הניסוח שבחרת שגוי לגמרי ואינו מתאר את מה שסביר שרצית להביע לכן אנסח מחדש) שלצד כל הסבר אבולוציוני לתופעות המדוברות ניתן לספק הסבר חלופי באמצעות שטן תבוני. המדע אינו מתיימר להוכיח ששטן כנ"ל לא קיים, כל מה שהמדע עושה הוא להציע הסבר פשוט ככל האפשר שגם מתאים למציאות כפי שאנו מגלים אותה. יכול להיות שבאמת קיים שטן תבוני שמנהל את העולם. יכול להיות שאותו שטן באמת ברא עולם "זקן" בשישה ימים. אבל שים לב שאותו שטן יכול "להסביר" כל דבר, אבל ממש כל דבר! הרי מי אתה ואני שנקבע לאותו שטן מה הוא יכול ומה אינו יכול לעשות? אז אתה מבין עכשיו למה ה"הסבר" הזה גרוע באופן עקרוני? האם אתה מבין עכשיו שאם על כל דבר ניתן לומר שהשטן עשה זאת הרי זה בדיוק כמו לומר איננו יודעים דבר בנושא? אמור לי איזה מהמשפטים הבאים בנושא הווצרות התרנגולת מספק לנו הכי הרבה מידע:
    1) אלוהים עשה זאת.
    2) השטן עשה זאת.
    3) זאוס עשה זאת.
    4) איננו יודעים מי עשה זאת.
    5) ת'ור עשה זאת.
    6) הטבע עשה זאת.

  2. זו דרכם של הבריאתנים.
    נטפלים למילה אקראי. מוציאים אותה מן ההקשר.
    ואז הם ממציאים טענה כאילו שכל נושא האבולוציה הוא הצטברות אקראית של דברים.
    כמובן שאז נתקלים במצב שהוא לא יתכן והמסקנה המתבקשת היא שקיים מתכנן תבוני.
    נחזור ונבהיר:
    אקראי זה רק מה שקורה לפעמית בצורה אקראית. אלו הן המוטציות.
    כל השאר כלל וכלל אינו אקראי.
    הכל נשלט על ידי חוקי הטבע.
    ממש כשם שמסלולם של המים אינו אקראי. המים תמיד שואפים למצב של מינימום אנרגיה פוטנציאלית.
    כך גם כל התהליכים הכימיים שקשורים לביולוגיה אינם אקראים.
    אלו הם תהליכים שמונעים על ידי חוקי הטבע.

  3. ספקן,
    1) תרנגולת היא סוג של עוף.
    2) עופות התפתחו אבולוציונית מזוחלים (ענף מסויים של דינוזאורים במקרה זה בשם תרופודה – http://en.wikipedia.org/wiki/Theropoda)
    3) עדויות המאובנים מראים שכבר הדינוזאורים הטילו ביצים עם קליפה.

    לכן הביצה (עם קליפה) קדמה לתרנגולת. המיקום המדוייק על הענף האבולוציוני שבו נמצא היצור שאתה תסכים שהוא דומה מספיק להיקרא תרנגולת הוא פחות חשוב, מה שחשוב הוא שתהה הנקודה הזו אשר תהיה, אותו יצור בקע מביצה. קשה לך להבין את זה? זבש"ך, זה התיאור היחיד שעולה בקנה אחד עם הידע העובדתי שקיים בידנו כיום ואין איתו שום בעיה עקרונית אלא רק בראשם של אנשים מסויימים… אם זה לא מוצא חן בעינייך אתה מוזמן לפעול לפי ההמלצה של פיינמן: http://www.youtube.com/watch?v=iMDTcMD6pOw

    אתה יכול להתעקש להיות נאדג' ולשאול מה קדם למה – הדינוזאור או הביצה. התשובה היא די פשוטה – הביצה קדמה לדינוזאור. למיטב ידיעתנו ה"קונספט" של ביצה, כלומר תא גדול יחסית שמלא בחומרי מזון ואשר בו העובר מתפתח לאחר ההפרייה (http://en.wikipedia.org/wiki/Egg), הוא עתיק מאוד בעולם החי, אבל ממש עתיק, הרבה לפני שהיו דינוזאורים בעולם. לתאי הביצה הקדומים (שעדיין נפוצים כיום אצל חלק מבעלי החיים) קרום חיצוני אחד כאשר אצל בעלי חיים רבים אחרים התפתחו אבולוציונית ובהדרגה קרומים נוספים כמו למשל קליפת הביצה שאנחנו מכירים מציפורים, זוחלים (דינוזאורים ואפילו אצל כמה מני יונקים). קליפה זו היא פיתוח מגניב (ופשוט יחסית) שנוסף על ה"פטנטים" של הביצה שכבר היה קיים קודם לכן. רבים כלל אינם יודעים שקליפת הביצה מופרשת רק סמוך להטלה ואילו מרבית הזמן הביצה כלל לא מכוסה קליפה בתוך גופה של הנקבה (ראה כאן למשל: http://www.youtube.com/watch?v=MvPgAO6oGtI). ממש כמו עיניים, קליפות קשיחות לביצים התפתחו כמה פעמים באופן בלתי תלוי במהלך האבולוציה (כמו אצל פרוקי רגליים למשל) כהתאמה לתנאים יותר יבשים שאלה ששוררים בסביבה מימית (אתה מוזמן לקרוא על זה עוד כאן: http://en.wikipedia.org/wiki/Amniote), אבל כאמור גם בסביבה מימית עדיין הביצים מכוסות במעטפת (למשל אצל דגים או דוחיים) וזה כלל לא מפתיע ומוסבר היטב במסגרת תורת האבולוציה.

    הטיעון הבריאתני והכושל כמובן, הן ברמה העובדתית והן ברמה הלוגית (כי הרי אמנם כל התרנגולות מטילות ביצים אבל לא כל מטילי הביצים הם עופות, קל וחומר תרנגולות) הוא דוגמא יפה לשני הכשלים הבסיסיים בכל צורת החשיבה שלהם – האחד הוא שאם משהו לא נשמע להם הגיוני או שהם אינם מבינים כיצד משהו יכול להיות להתרחש (בדרך כלל בגלל בורות) אזי אותו דבר בהכרח לא יכול להתרחש, והשני הוא שאם משהו מסויים לא יכול להתרחש לדעתם אזי זו *הוכחה* לקיומו של איזה אלוהים, או מתכנן תבוני אם להשתמש בכינוי המכובס והנכלולי של חלק מהתינוקות שנשבו בכלא הדת.

  4. ספקן
    הטעות היחידה שלי היא חשבתי שאתה לפחות קצת אינטליגנטי.
    אתה טרול עלוב ותו לא.
    קרא שוב את המשפט הקודם עד שתבין אותו.

  5. ניסים,

    יש לך בעיה בהבנת הנקרא…
    תחשוב איך יכולה תרנגולת "להתפתח" במוטציות אקראיות,
    כאשר היא לא יכולה להטיל ביצה, כיון שהביצה עדיין לא התפתחה במקביל במוטציות אקראיות…

  6. ספקן
    התרנגולת לא התפתחה מביצה. התרנגולת התפתחה מדינוזאור. דינוזאורים, בחלקם, התרבו ע"י הטלת ביצים. אם זה מעניין אותך, תוכל ללמוד על התפתחות מנגנון הטלת הביצים שהתפתחה ממנגנון אחר (כדוגמת ההידרה).

    ואני חשבתי לרגע שאתה יודע משהו על אבולוציה (ככה הצהרת…)…… לא פלא שאתה מגיע למסקנות כל כך שגויות.

  7. נסים,

    אני לא מתווכח, רק מנסה לעזור לך לחשוב…
    איך התפתחה תרנגולת במוטציות קטנות אקראיות,
    כאשר היא היתה חייבת להתרבות ע"י הטלת ביצה ?
    הרי הביצה הייתה חייבת להיות מפותחת בצורה מושלמת (מראש) כדי לאפשר לתרנגולת להמשיך את הדור הבא…

  8. ספקן
    בוא נסכם שלא נתווכח.

    אני לא מבין כל כך את עניין הביצה. ביצת התרנגולת היא תוצאה של 3.5 מיליארד שנה של אבולוציה. היא כלל אינה תוצאה של תהליך אקראי. נהפוך היא – תהליך האבולוציה מכוונת בכל צעד קטנטן שלה. זהו תהליך דטרמניסטי.

    אני חייב לספר לך משהו. במקום העבודה שלי אני מריץ הרבה פעמים תוכנית המבוססת על תהליכים אקראיים. התוכנית תמיד מתכנסת, והתוצאות בכל ריצה זהות.

    האם בגלל שאיננו יודעים את כל השלבים בהתפתחות הביצה נובע שהיא בעלת מורכבות בלתי פריקה?

  9. נסים,
    לעניין התגובה לפני האחרונה,

    האם ביצה ותרנגולת אינן מערכות ביאולוגיות ? זו אינה דוגמה ?

  10. ניסים,
    אתה מנסה לגרור אותי לויכוח.
    לא מעניין אותי.

    רק לידיעת החברים כאן,
    גם אני חונכתי על ברכי "התאוריה המדעית" של דארוין.
    לקח לי הרבה שנים לערער עליה ולבדוק טוב טוב את המסקנה שהיא שגויה…

    אז לא להתייאש…

  11. האנרכיטקט
    אין במדע הוכחות – רק ראיות. יש המון המון ראיות לאבולוציה ע"י ברירה טבעית. האבולוציה עצמה אינה אקראית – רק המוטציות הן אקראיות.

    לעומת זאת – אין כל ראיה לקיומו של בורא, ולכן אין טעם דבר על משהו כזה. בדיוק כמו סנטה קלאוס….

    הדוגמאות שנתת לא שייכות לנושא. ביקשתי דוגמא למערכת ביולוגית שלא יכולה הייתה להיווצר באבולוציה. זוהי הטענה שנובעת מהרעיון של מורכבות פריקה. אתה נתת דוגמאות יפות, אבל למשהו אחר….

    הלאה – תורת היחסות לא קשורה בכלל להסתברויות. תורת היחסות היא מודל מתמטי שמתאר את העולם. היא נותנת הסברים מדהימים למה שאנחנו רואים, ועד שימציאו מודל יותר טוב – המדע נשאר עם מודל זה.

    להבדיל מדעתך – אין לנו כל הסבר אחר לתצפיות פרט למפץ הגדול.

  12. נסים,

    צר לי,
    אתה לא מבין על מה אני מדבר…
    ביצה לא הייתה יכולה להתפתח במוטציות אקראיות,
    ובו בזמן ליצור אפרוחים מושלמים…

  13. ב
    זה לא נכון. מולקולות אורגניות ראשוניות (למשל – חומצות אמינו) אינן עוברות אבולוציה. אבולוציה צריכה מספר תנאים, כמו רבייה, תחרות ותורשה. ללא אלה אין אבולוציה. מולקולות פשוטות לא בהכרח מקיימות את 3 התנאים האלה.

  14. האבולוציה מסבירה את היווצרות החיים החל מתחילת הדרך החל מן המולקולות האורגאניות הראשוניות ביותר.

  15. דארווין כתב:
    I have now recapitulated the chief facts and considerations which have thoroughly convinced me that species have been modified, during a long course of descent, by the preservation or the natural selection of many successive slight favourable variations. I cannot believe that a false theory would explain, as it seems to me that the theory of natural selection does explain, the several large classes of facts above specified. It is no valid objection that science as yet throws no light on the far higher problem of the essence or origin of life. Who can explain what is the essence of the attraction of gravity? No one now objects to following out the results consequent on this unknown element of attraction; notwithstanding that Leibnitz formerly accused Newton of introducing “occult qualities and miracles into philosophy

    שים לב (או תבקש מאבא שיתרגם לך) שדארווין מדגיש שתורתו לא מסבירה את היווצרות החיים.

  16. ספקן
    החיים לא התחילו מביצה. הם התחילו ממשהו הרבה יותר פשוט. היום, אנחנו לא יודעים איך התחילו החיים אבל יש מספר השערות.
    אבולוציה לא התחילה את החיים. היא מסבירה איך הם המשיכו להתפתח למה שאנחנו רואים היום.
    בסדר?

  17. אנונימי, מי שמסרב להבין זה אתה.
    איך התרבתה התרנגולת לפני היווצרות הביצה "באקראי" ?

  18. ספקן
    זה לא שאתה לא מבין… אתה *מסרב* להבין.
    הביצה לא נוצרה ממוטציות אקראיות. היא נוצרה מתרנגולת.
    והתרנגולת נוצרה מן הביצה.
    זה שהתרנגולת היא מתכננת לא תבונית כל כך…מה לעשות? "נסתרות" דרכי האבולוציה

  19. נסים,

    זו לא ראיה ?

    איך נוצרה ביצה ממוטציות אקראיות ?

    הרי בלי שהכל יהיה מתוכנן מראש, איך אפס של אפס סיכוי שזה "יעבוד" ?

  20. לספקן, לניסים, לאבי ולשאר הקוראים: אין לנו הוכחה חד משמעית שהאבולוציה ככללה, היא אקראית כשם שאין לנו הוכחה שהיא אננה אקראית. ממש כשם שאין לנו הוכחה שיש בורא ליקום ואין לנו גם ההוכחה שאין בורא לו. כלומר, במקום להצטנע ולומר: "אין אנו יודעים", אנשים נוקטים עמדה ומתווכחים לשוא.
    ורק הערה לניסים והארה לאחרים: אתה כותב לספקן: "תביא ראיה אחת שיש תהליך מסויים באבולוציה שלא יכולה להתר(ח)יש באקראי…וגו'". ובכן מה בדבר הכלאות כלבים ושאר חיות, כולל שיבוטי צמחים וכו' שנעשים בידי האדם בהם נוצרים זנים חדשים שבמפורש לא היו נוצרים "סתם כך ב"טבע""? ובכלל, מה בדבר זיווגים בין בני אדם האם גם כאן אין איזו השתתפות לא אקראית עם איזו יד מכוונת…כולל הפרית מבחנה (שם אפילו האקראיות של הפרית זרע מסוים את הביצית לא מתקימת). כלומר ברור בעליל שמדובר כאן בשילוב בין שתי התופעות (אקראית ומכוונת) ומכאן המסקנה: אין אנו יודעים במדויק מה מתרחש וצריך להודות בכך.
    אותו הדבר גם לגבי "תאוריות" המפץ הגדול (שנשענות על הדמיה לאחור של התפשטות היקום, כלומר על הנחה אחת מתוך רבות אפשריות) ועוד הרבה תחומים במה שנקרא "כנסיית המדע". אפילו העובדה שתורת היחסות נשענת על ספקולציות והסתברויות מעידה שכל מה שאנו יודעים הוא שאין אנו יודעים. בקצור הגיע הזמן להצטנע ולהודות בעובדה שאנחנו כנראה לא יודעים עדין דבר בבטחון מלא, כלומר לא יודעים.

  21. נסים,
    כפי שכבר כתבתי בעבר,
    אני לא מתכוון להיגרר לוויכוחי סרק…

    די להזכיר את עניין הביצה והתרנגולת…

  22. ספקן
    תביא ראיה אחת שיש תהליך מסויים באבולוציה שלא יכולה להתריש באקראי – ואני חותך לאסימונים.

  23. אבי,
    אתה מנסה "בכוח" להוכיח כי האבולוציה הייתה אקראית,
    בלי כל תבונה מכוונת.

    העובדות פשוטות:
    יש אלפי ראיות שתהליכים מסוימים באבולוציה,
    לא הוי יכולים להתרחש באקראי.

    לעומת זאת, כל הסבר של "תהליך אקראי" באבולוציה,
    ניתן להסבירו "בהכוונה תבונתית".

    על-מנת לשמור על כבודך,
    תפסיק להטיף "לאבולוציה אקראית" כי היא שגויה…

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן