פרופ' נעמה ברקאי ממכון ויצמן למדע גילתה מתי הגנים מוכנים לצאת להרפתקאות, ומתי הם מעדיפים להימנע משינויים * פרופ' ברקאי תקבל ביום א' הקרוב, במכון ויצמן, את פרס הלן ומרטין קימל למחקר חדשני, המלווה במענק מחקר של מיליון דולר במשך חמש שנים
האומץ לבצע ניסויים הוא אחד מהמנועים שמניעים את האבולוציה. תאים חיים הם, מהבחינה הזאת, שדה ניסויים נפלא, שבו מולקולות שונות משפיעות על מולקולות אחרות וגורמות להן, לעתים, לפעול בדרכים חדשות. כאשר המולקולות האלה הן גנים, או חלבונים, ניסויים כאלה יכולים להוביל את התא, ולעתים את האורגניזם כולו, למסע אבולוציוני מרתק. פרופ' נעמה ברקאי מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע בחנה באחרונה היבטים שונים של תהליכי הבקרה המשפיעים על התבטאות גנים, התהליך שבו התא יוצר חלבונים על-פי המידע המקודד בגנים. החלבונים מפעילים את תהליכי החיים, ושינויים במבנה שלהם, הנובעים משינויים שיכולים להתחולל בגנים, עשויים להקנות לתאים יכולות חדשות ויתרונות הישרדותיים מצד אחד, אבל גם לגרום מחלות ואפילו מוות, מצד שני.
שאלה לדוגמה: מתי האבולוציה מתקדמת במהירות? מתי גנים יכולים להשתנות, בתיפקוד או בביטוי, בקלות ולבצע ניסויים שעלולים לסכן את האורגניזם, ומתי – ואילו – גנים שומרים בקפדנות על המבנה שלהם? שאלה בסיסית זו היא בעלת חשיבות מיוחדת, על רקע התופעה המוכרת של גנים שמורים באבולוציה, כלומר, גנים שגרסאות דומות שלהם מצויות באורגניזמים פשוטים ומפותחים כאחד, החל משמרים, עבור דרך תולעים (נמטודות), זבובים, וצמחים, וכלה בבני אדם. ברור שהגנים השמורים באבולוציה ממלאים תפקידי חיים בסיסיים ואוניברסליים, המשותפים לכל עולם החי, כך ששינויים בהם גורמים למות האורגניזם או לאי יכולת להתרבות. מצד שני, כמובן, בלי ניסויים ושינויים, האבולוציה לא תנוע קדימה. כיצד, אם כן, האבולוציה תחמה את הגנים שיש לשמור על המבנה שלהם? מה בדיוק מגן עליהם מהניסויים הגנטיים המתחוללים ללא הרף באיזורים אחרים של הגנום?
פרופ' ברקאי וחברי קבוצת המחקר שלה גילו את “חוק חלוקת הסיכונים” של האבולוציה. מתברר שככל שהגן מקודד חלבון שהוא חיוני ואוניברסלי יותר, קטן הסיכוי שהמקטע המאתחל שלו (פרומוטור), מכיל את ה”ביטוי” הגנטי TATA (רצף חוזר של שני בסיסים מסוימים בצופן הגנטי). מקטע זה ממלא תפקיד מרכזי בתהליכי ההתבטאות של הגן. המדענים גילו שכאשר במקטע המאתחל של הגן מצוי ה”ביטוי” TATA, רמת הסיכון שאפשר לקחת, כתוצאה מביצוע שינויים ברמות הביטוי של הגן הזה, גדולה יותר. במלים אחרות, מדובר במעין הגדרת רמות סיכון, בדומה לניתוח
סיכונים וסיכויים שמבצעים אנליסטים בשוק ההון. כשמחיר הטעות הוא גדול, הנטייה שלנו לקחת סיכון באיזור זה, קטנה. כשמחיר הטעות זניח, אנחנו יכולים לנסות לממש סיכויים גדולים, גם במחיר נטילת סיכון גבוה. האבולוציה, מתברר, גילתה את העיקרון הזה מיליוני שנים לפני וול-סטריט ואחד-העם.
במחקר אחר בחנו פרופ' ברקאי וחברי קבוצת המחקר שלה ניסוי אבולוציוני שהטבע מבצע לעתים בתאים חיים. מדובר בהכפלה ספונטנית של המטען הגנטי כולו. אותה תופעה משפיעה בדרך אחרת לחלוטין על שני מינים של שמרים. השמרים מהמין “קנדידה” (הידוע בין היתר כגורם מוות בחולי איידס), שעברו הכפלת גנום שגשגו בקצב מהיר, וכך גם השמרים מהמין “סרוויסה”, בעלי הגנום הכפול, אלא ששמרים אלה (מהמין “סרוויסה”) למדו כתוצאה מהניסוי הגנטי “טריק חדש: הם רעשו את היכולת לגדול ולשגשג ללא חמצן.
פרופ' ברקאי וחברי קבוצת המחקר שלה בחנו את התופעה הזאת ומצאו לה ביטוי אבולוציוני גנטי. הם בחנו 50 גנים הממלאים תפקיד בתהליכי חילוף החומרים של צריכת חמצן בשני מיני השמרים וגילו כי מקטע גנטי מסוים, האחראי לתהליך ההתבטאות שלהם, עבר שינוי במהלך הכפלת הגנום. שינוי זה השפיע באופן דרמטי על התבטאותם של 50 הגנים האלה, וכנראה גם על תכונת צריכת החמצן של אחד ממיני השמרים.
רכישה של תכונה כזאת הייתה יכולה להעניק לשמרי ה”סרוויסה” יתרון הישרדותי מובהק בהשוואה לשמרי ה”קנדידה”, במקרה של שינוי רדיקלי בהרכב האטמוספירה של כדור-הארץ. כך בדיוק, שילוב של שינויים סביבתיים וגנטיים הוביל – ועדיין מוביל – את האבולוציה בעולם החי בכדור-הארץ במשך מיליוני שנים, עד למצב המוכר לנו כיום.
פרופ' ברקאי היא פיסיקאית בהכשרתה, העוסקת כיום בחקר מדעי החיים. גישת המחקר המקורית שלה זיכתה אותה בימים אלה בפרס הלן ומרטין קימל למחקר חדשני, המוענק מטעם מכון ויצמן למדע והמלווה במענק מחקר של מיליון דולר במשך חמש שנים.
16 תגובות
גיל –
אני סבור שהתבלבלת. שמה של הכתבה הוא 1-0 לאבולוציה. אני מסכים איתך לגבי יתר ההזמנה.
שחף –
נראה לי שיותר מגניב להיות ללא שיניים טוחנות. דלקות שיניים היו סיבה לא מבוטלת למוות לפני המצאת רפואת השיניים הסטרילית והאנטיביוטיקה.
כרגע האנושות עוברת אבולוציה, ובאזורים מפותחים מתחילים להיוולד בלי הסט השלישי של השיניים הטוחנות… שבימינו מתחילות להיות מיותרות, כי השיניים שלנו בריאות וחזקות יותר מבעבר…
זה לא מגניב כמו כנפיים, אבל זה לפחות יחסוך תורים אצל רופא שיניים 🙂
אני מזמין את כולם לראות בכתבה "0-0 לאבולוציה".לגבי מי הראה שאבולוציה לא תתכן ומי לא.
מר יהונתן
אולי במקום לומר לנו מה לא מוטציה, תאמר לנו אתה מה לפי דעתך זאת מוטציה, ואז אולי יבוא המגיב שיגאל אותך.
לעניות דעתי כל הדוגמאות שהובאו לעייל הן מוטציות. לכלבה שלי יש תריסר פיטמות והיא מאד תכעס אם היא תדע שלדעתך כל הציציצים הנ"ל לא משפרים את יכולת השרידות האבולוציונית שלה ושל צאצאיה.
רק בחיוך
סבדרמיש יהודה
מצטער! כל הדוגמאות שהובאו לעיל לא יכולות להקרא מוטציות אמיתיות, הופעת פטמות נוספות, צבע עור, אנמיה חרמשית, וירוסים… זו לא אבולוציה, אלו טעויות אקראיות, או התבטאויות של גנים קיימים. למה שלא תכללו את מחלת הסרטן בתור “הוכחה” לאבולוציה, גוזל עם שני ראשים, כל גזעי הכלבים והחתולים שפותחו בחמשת אלפים השנים האחרונות ואת כל התופעות הפריקיות בסביבות צ’רנוביל?
אתוודה, כשכתבתי את הטוקבק הייתי בטוח שלא יקח זמן רב עד שמישהו רציני יסביר היכן טעיתי. ייתכן שעדיין לא הגיב הטוקבקיסט הנכון. אני ממתין.
יהודה –
יש חשיבות לאקראיות, אך חשובה גם היכולת לברור.
תודה על ההמלצה, ושבת שלום.
למעשה התגובה מופנית לרועי צזנה, מתנצל גיל.
גיל
אתה טועה לגביי האקראיות, יש לה תפקיד חשוב באבולוציה ואולי אף עיקרי.
ממליץ בחום על ספרו של פרופסור יובל נאמן- סדר מן האקראי.
שיהיה לנו סוף שבוע טוב.
סבדרמיש יהודה
גיל
ראה הערותי בתגובות – 1-0 לאבולוציה.
אני מביא שם שני טיעונים למה חישובך הסטטיסטי שגוי.
בתמצית:
1. כמות המוטציות האפשריות ששומרת על תפקוד הגן היא ענקית (ראה דוגמא בתגובתי)
2. המערכת אינה דוגמת את כל מרחב המצבים. כל מי שעבד עם אלגוריתמים גנטיים יכול להעיד על מהירות התכנסות לפיתרון, גם כשההתחלה והדורות נבחרים באופן אקראי לגמרי
בתוספת לאריה:
ידוע שבכמה איזורים מוכי מלריה התפתחה מוטציה היוצרת אנמיה חרמשית . למוטציה הזו (שבד"כ נחשבת מזיקה) יש יכולת מסוימת להגן מפני המלריה.
נו, כבר עברתם על כל התשובות. לא נשאר לי מה לענות לשואל המקורי.
טוב, אולי בכל-זאת תוספת קטנה ומשעשעת. יש בני-אדם שנולדים עם פטמה או שתיים נוספות, הממוקמות באיזור הבטן העליונה. מוטציה חביבה בהחלט, שאם היה לחץ סביבתי שגורם לכך שרק האנשים בעלי 3 פטמות ומעלה ישרדו, בוודאי היינו רואים אותה מתפתחת לכדי משהו מעניין יותר.
גיל –
ה’הוכחה’ שלך מתבססת על ההנחה השגויה שהאבולוציה היא אקראית ולא דרך ברירה טבעית. היא אינה מוכיחה דבר לבד מהעובדה שאתה אוהב לשחק במספרים.
אנו כל הזמן רואים מוטציות ביצורים שמחזור החיים שלהם קצר. יש המון דוגמאות מוירוסים, חידקים ופרוקי רגליים. אבל גם אצל בני האדם יש מוטציות. יהונתן, הידעת שעד לפני 50 אלף שנה כל האנשים בעולם היו שחורי עור (כן כמו האפריקנים של היום) והיום רוב בני האדם "לבנים" או בצבעים אחרים. זו מוטציה שהחלה והתבססה תוך זמן קצר מאוד במונחים אבולוציוניים (סדר גודל של עשרת אלפים שנה), בגלל הייתרון ההישרדותי של עור לבן באקלים קר יחסית ומעוט שמש – מרגע שחלק מאבותינו היגרו מאפריקה צפונה.
צריך להזכיר שגם כל זמן היקום לא היה מספיק על מנת ליצור ולו גן אחד בלבד.הראתי זאת בהרחבה בכתבה הנקראת" 0-0 לאבולוציה"
בנוסף לדברים הנכונים שציין יהודה, אתה מדבר על פרקי זמן קצרצרים מבחינה אבולוציונית הגידול האקספוננציאלי במספר בני האדם התרחש בפרק זמן שהוא הרף עין מנקודת המבט ארוכת הטווח של שינויים אבולוציוניים. כמובן שהשונות הגנטית גדלה במאות השנים האחרונות גם בגלל שיפורים טכנולוגיים, תחבורתיים, תרבותיים וכדומה אך מכאן ועד להצמיח כנפיים הדרך עוד ארוכה…
ליונתן ערב טוב
אם אתה מאמין בבריאתנות אז אתה וודאי יודע שיש אנשים עם כנפיים שקוראים להם מלאכים.
אם אתה לא מאמין בבריאתנות אז אתה מבין שלא היה שום יתרון לכל התופעות שאמרת שהיו באות ודאי במקום תכונות חשובות יותר.
הלחץ של הסביבה לא מעדיף אותנו עם זימים לכן גם אם מישהן יתחיל לפתח איזה טרום, טרום זים , זה יאבד בדורות ההמשך של צאצאיו.
כך שלא חשוב כמות הפרטים אלא האם המוטציה עוזרת ליצןר לשרוד.
לילה טוב
סבדרמיש יהודה
חיים כעת 6.5 מיליארד בני אדם.
לפי דעתי זה מספר הגבוהה, ממספרם הכולל של בני האדם וההומנידים שחיו אי פעם על פני כדור הארץ בשני מליון השנים האחרונות. למה איננו רואים מוטציות אנושיות אמיתיות המתבקשות מבחינה סטטיסטית-אבולוציונית לפחות? כך למשל למה איננו רואים בני אדם שמתחילים לפתח כנפיים? או זימים? או אפילו כאלה עם ראיה או שמיעה פנומנאליות? כנ"ל לגבי תיקנים?
נראה לי שעובדת חיים פשוטה זו סותרת את תיאורית האבולוציה ואת מה שהמאמר הזה מתיימר לטעון.