יום הולדת 210 שמח לצ'רלס דרווין

יום הולדת 210 שמח לצ'רלס דרווין: ממוצא המינים למוצא הרבייה המינית

יעל יוסילבסקי ובנימין פודבילביץ' | הפקולטה לביולוגיה, טכניון

 

בשנת 1831 יצא קפטן רוברט פיצרוי (FitzRoy) בספינת הוד מלכותו ביגל (Beagle) למסע חקר, ולקח עמו את "מר צ'רלס דרווין, נכדו של ד"ר דרווין המשורר, כאדם צעיר בעל יכולות מבטיחות, בעל חיבה יתרה לגאולוגיה, ואכן לכל ענפי היסטוריית הטבע"(1); מסע זה הוביל להוצאת הספר החשוב ביותר שנכתב אי פעם בתחום מדעי החיים.

עץ המדגים את הקשרים בין משפחות חלבוני איחוי הנקראות fusexins; באדום: viral class II proteins; בירוק: חלבוני איחוי תאיים; בכחול: חלבוני איחוי המשמשים לרבייה מינית

עץ המדגים את הקשרים בין משפחות חלבוני איחוי הנקראות fusexins; באדום: viral class II proteins; בירוק: חלבוני איחוי תאיים; בכחול: חלבוני איחוי המשמשים לרבייה מינית(7)

בספרו משנת 1859, "מוצא המינים בדרך הבירור הטבעי או השארת גזעים מחוננים במלחמת החיים"(2) טוען דרווין כי אחד מהכוחות החזקים ביותר ביצירת שונות בין מינים הוא אבולוציה על ידי ברירה טבעית. זה היה הספר הראשון שתיאר את תהליך האבולוציה כעץ שבו מינים שונים בימינו התפצלו בעבר מאב קדמון משותף שנכחד(2). תהליכי אבולוציה שולטים כמעט בכל תהליך, מהתפתחות של שפה(3), דרך התפרצות מגפות(4) וכאמור ביצירת מיני צמחים ובעלי חיים חדשים(5).

כיצד נוצר מין חדש של בעל חיים? ראשית עלינו להגדיר מהו מין. בעלי חיים ממינים שונים (בטבע) אינם מסוגלים לקיים רבייה מינית ביניהם (שתביא לצאצאים פוריים). שינויים בהרכב הגנטי או בתנאי הסביבה מדור לדור עשויים להביא למצב בו אוכלוסיות הופכות נבדלות זו מזו ואינן מסוגלות לקיים רבייה מינית ביניהן, וכך למעשה מתפצל מין חדש ממין קיים. במרוצת הדורות ההבדלים הופכים גדולים יותר ויותר, והמינים הללו הופכים שונים יותר ויותר. מנגנונים רבים ומגוונים יכולים לתרום לכך, אולם אחד המשמעותיים הוא הצורך בהתאמה מושלמת של תאי המין בכדי לאפשר להם להתאחות יחד. איחוי זה (למשל של זרע וביצית) מביא ליצירת זיגוטה (ביצית מופרית), שממנה יתפתח יצור שלם.

שלב ראשון זה של רבייה מינית עשוי להיראות פשוט, אולם הוא מהווה למעשה את אחת התעלומות הגדולות ביותר שני תאים לא יתאחו זה עם זה ספונטנית; חלבוני איחוי מיוחדים הנקראים פיוזוגנים (fusogens) צריכים לתווך זאת,  אך זהותם בזרע וביצית בבעלי חוליות, ובכללם באדם, אינה ידועה.

אנו יודעים מיהם חלבוני האיחוי הפועלים באיחוי תאי מין ביצורים אחרים: טפיל המלריה וכמה מיני צמחים נעזרים בחלבון הנקרא "HAP2" לצורך רבייה(7), ומגוון וירוסים נעזרים ב"class II fusion proteins" כדי לחדור לתא שאותו ידביקו. בנוסף, בתולעת C. elegans, שליש מכל התאים עוברים איחוי שנדרש ליצירת איברים שונים בעזרת חלבון שנקרא "EFF-1"(8). באופן מפתיע, לחלבונים אלו מבנה כמעט זהה בטפילים, בצמחים, בווירוסים ובתולעים – והם מסוגלים לפעול זה עם זה ולהביא לאיחוי תאים בצלחת פטרי(7).

הדמיון במבנה חלבוני האיחוי EFF-1, HAP2 ו-viral class II fusion protein מאפשר לנו להתחקות אחורה ולהניח כי היה בעבר אב קדמון משותף לכל החלבונים הללו, אשר ממנו התפצלו מספר משפחות(9). האם חלבוני האיחוי של תאים עתיקים "נגנבו" בידי וירוסים שפלשו אליהם, או שמדובר במנגנון ויראלי שאומץ על ידי יצורים קדומים לצורך רבייה מינית? עדיין איננו בטוחים.

עצים מתארים אבולוציה. מימין: העץ האבולוציוני הראשון שצויר אי פעם בידי דרווין10

העץ האבולוציוני הראשון שצויר אי פעם בידי דרווין (10)

ככל שהמחקר יתפתח נוכל לזהות, לתאר ולמקם חלבוני איחוי חדשים לתוך עץ אבולוציוני שלם, כשם שדרווין תיאר בספרו: "מכל זמורות שפרחו על העץ בזמן שהיה רק שיח נשאו רק שתיים או שלוש, שגדלו והיו לענפים גדולים ונושאים ענפים אחרים; וככה רק מעטים מאוד בין המינים, שהיו במשך עידנים גיאולוגיים שחלפו בימי קדם, השאירו צאצאים חיים"(2). באופן זה, רעיונותיו המקוריים של דרווין ממשיכים להתפתח עמנו במשך 160 השנים האחרונות, ולבטח ימשיכו לעשות כן.

מקורות:

  1. FitzRoy, R., (1839). The narrative of the voyages of H.M. Ships Adventure and Beagle. London: Colburn [1st ed.] Proceedings of the second expedition, 1831-36. pp. 18-19.(תרגום חופשי)
  2. צ'ארלס דרווין, מוצא המינים, תרגום: שאול אדלר, הוצאת מוסד ביאליק תש"ך 1960, ירושלים, עמ' 89
  3. Corballis, M. C. (2017). Language evolution: a changing perspective. Trends in Cognitive Sciences, 21(4), 229-236.
  4. Su, S., Bi, Y., Wong, G., Gray, G. C., Gao, G. F., & Li, S. (2015). Epidemiology, Evolution, and Recent Outbreaks of Avian Influenza Virus in China. Journal of virology, 89(17), 8671-6.
  5. Shapiro, B. J., Leducq, J. B., & Mallet, J. (2016). What Is Speciation?. PLoS genetics, 12(3), e1005860. doi:10.1371/journal.pgen.1005860
  6. Springate, L., & Frasier, T. R. (2017). Gamete compatibility genes in mammals: candidates, applications and a potential path forward. Royal Society open science, 4(8), 170577. doi:10.1098/rsos.170577
  7. Valansi, C., Moi, D., Leikina, E., Matveev, E., Graña, M., Chernomordik, L. V., Romero, H., Aguilar, P. S., & Podbilewicz, B. (2017). Arabidopsis HAP2/GCS1 is a gamete fusion protein homologous to somatic and viral fusogens. J Cell Biol, jcb-201610093.
  8. Mohler, W. A., Shemer, G., del Campo, J. J., Valansi, C., Opoku-Serebuoh, E., Scranton, V., Assaf, N., White, J.G., & Podbilewicz, B. (2002). The type I membrane protein EFF-1 is essential for developmental cell fusion. Developmental cell, 2(3), 355-362.
  9. Hernández, J. M., & Podbilewicz, B. (2017). The hallmarks of cell-cell fusion. Development, 144(24), 4481-4495.
  10. Darwin, C. Notebook B: [Transmutation of species (1837-1838)]. 'commenced. . . July 1837'. pp.36. http://darwin-online.org.uk/manuscripts.html(DAR121)