רוֹבִין יָם כמודל אבולוציוני לפיתוח תכונות
רוביני ים הם דגים ימיים שמתאימים במיוחד לאורח חיים בקרקעית הים: שש תוספות דמויות רגליים גורמות להם להיות מיומנים במיוחד בשיטוט, חפירה ומציאת טרף כך ששאר הדגים נוטים להסתובב איתם ולגנוב מהם את השלל. מפגש אקראי בשנת 2019 עם הדגים המוזרים הללו בעלי הרגליים במעבדת הביולוגיה הימית בקייפ קוד היה די והותר כדי לעורר את קוריי אלארד לרצות לחקור אותם.
"ראינו שהם מחזיקים רוביני ים במיכל, והם הראו לנו אותם, כי הם יודעים שאנחנו אוהבים בעלי חיים מוזרים," אמר אלארד, פוסט-דוקטורנט במעבדה של ניקולס בלונו, פרופסור במחלקה לביולוגיה מולקולרית ותאית. מעבדת בלונו חוקרת את הביולוגיה החושית והפיזיולוגיה התאית של בעלי חיים ימיים רבים, כולל תמנונים, מדוזות וחלזונות ים.
"רוביני ים הם דוגמה למין עם תכונה בלתי רגילה וחדשה מאוד," המשיך אלארד. "רצינו להשתמש בהם כמודל כדי לשאול, 'איך יוצרים איבר חדש?'"
צלילה עמוקה של אלארד לביולוגיה של רוביני הים הובילה לשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד שחקרו את הגנטיקה ההתפתחותית של הדגים והסתיימה בשני מאמרים רצופים ב-Biology Current, בהשתתפות בלונו, איימי הרברט ודייויד קינגסלי מאוניברסיטת סטנפורד ואחרים. המחקרים מספקים את ההבנה המקיפה ביותר עד כה על איך רוביני הים משתמשים ברגליהם, אילו גנים שולטים בהופעת הרגליים ואיך אפשר להשתמש בהם כבסיס רעיוני להתאמות אבולוציוניות.
"רגליים" של רוביני הים הן למעשה הרחבות של סנפירי החזה שלהם, כאשר יש להם שלושה בכל צד. אלארד ביקש קודם כל לקבוע אם הרגליים הן איברים חישתיים אמיתיים, דבר שמדענים חשדו בו אך מעולם לא אישרו. הוא ערך ניסויים לצפייה ברוביני ים בשבי צדים טרף, שבהם הם מחליפים לסרוגין בין שחיות קצרות ל"הליכה". הם אפילו מגרדים מדי פעם את פני השטח כדי למצוא טרף קבור כמו צדפות וחסילונים, ללא רמזים חזותיים. החוקרים הבינו שהרגליים היו רגישות הן לגירויים מכניים והן לכימיים. הם אפילו קברו כמוסות עם כימיקלים בודדים בלבד, והדגים יכלו למצוא אותם בקלות.
אירוע מקרי הוביל לגילוי מפתיע נוסף. הם קיבלו משלוח חדש של דגים באמצע המחקר שנראו כמו המקוריים, אבל הדגים החדשים, אמר אלארד, לא חפרו ומצאו טרף קבור או כמוסות כמו שהמקוריים יכלו. "חשבתי שהם פשוט דגים לא טובים, או אולי שההגדרה לא עובדת," בלונו נזכר וצחק.
בסופו של דבר הסתבר שהחוקרים רכשו מין שונה של רוביני ים. במחקריהם, הם סיימו לאפיין את שניהם – Prionotus carolinus, שחופרים כדי למצוא טרף קבור ורגישים מאוד למגע ולכימיקלים, ו-P. evolans, שחסרים את היכולות החישתיות האלה ומשתמשים ברגליים לתנועות ובדיקות אך לא בשביל חפירה.
בבחינת ההבדלים ברגליים בין שני המינים, הם גילו שרגלי המין החופר היו בצורת כף מקושטות בבליטות שנקראות פפילות, דומות לבלוטות הטעם שלנו. רגלי הדגים הלא חופרים היו בצורת מקל וחסרות פפילות. על סמך ההבדלים הללו, החוקרים הסיקו שהפפילות הן תתי-התמחויות אבולוציוניות.
המאמר של אלארד שתיאר את האבולוציה של איברים חישתיים חדשים אצל רוביני הים כולל ניתוח של דגימות רובין ים מהמוזיאון לזואולוגיה השוואתית לבחינת מורפולוגיות הרגליים בין מינים ובין זמנם. הוא מצא שמיני החופרים מוגבלים רק למספר מיקומים, מה שמרמז על אבולוציה יחסית חדשה של תכונה זו.
מטרת חקר רגלי רוביני הים לא היתה רק על מנת להסתובב עם בעלי חיים מוזרים (אם כי זה היה כיף גם כן). הדגים ההולכים הם מודל אורגניזם בעל פוטנציאל רב להשוואת תכונות מתמחות, וללמד אותנו על איך האבולוציה מאפשרת הסתגלות לסביבות מאוד ספיציפיות.
לפני כ-6 מיליון שנה, בני האדם פיתחו את היכולת ללכת זקוף, והתפצלו מאבותיהם הפרימטים. הליכה על שתיים היא מאפיין מגדיר של המין שלנו, ואנחנו יודעים רק מעט על איך, מתי ולמה השינוי הזה התרחש. רוביני הים והסתגלותם לחיים בקרקעית האוקיאנוס יכולים להציע רמזים. לדוגמה, ישנם גורמי תעתוק גנטיים שמוּנִעים את הפיתוח של רגלי רוביני הים שנמצאים גם בגפיים של חיות אחרות, כולל בני אדם.
המחקר השני שהתמקד בגנטיקה כלל את המעבדה של קינגסלי בסטנפורד; פיזיקאית איטלקייה אגזה סמינרה; והביולוגית מודה בולדווין ממכון מקס פלאנק בגרמניה; ובחן בצורה מקיפה את הבסיס הגנטי של התכונה הבלתי רגילה של הדגים ההולכים. החוקרים השתמשו בטכניקות הכוללות עריכת טרנסקריפטומיות וגנומיות לזהות אילו גורמי שעתוק גנטיים משמשים ביצירת רגליים ותפקודן אצל רוביני הים. הם גם ייצרו בני כלאיים בין שני מיני רוביני ים עם צורות רגליים שונות כדי לחקור את הבסיס הגנטי להבדלים אלו.
"איימי וקוריי עבדו הרבה על מנת לתאר את החיה הזו, ואני חושב שזה די נדיר לעבור מתיאור ההתנהגות, לתיאור המולקולות, ולתיאור ההשערה האבולוציונית," אמר בלונו. "אני חושב שזהו מתכון יפה לאיך מציבים שאלה מדעית ועוקבים אחריה בקפדנות עם מוח סקרן ופתוח."
