חיידקים נגד זכרים

מרבית היצורים הרב-תאיים והאיקריוטיים (בעלי הגרעין העטוף בממברנה), ובכללם גם אנו עצמנו, הם דיפלואידיים - נושאים שתי מערכות של מידע תורשתי, שהגיעו כל אחת מהורה אחר. התהליך שבו פרט מקבל שתי מערכות מידע תורשתי משני הורים נקרא רבייה מינית (זוויגית). בתהליך זה, שני פרטים מאותו מין ביולוגי (species), לרוב משני זוויגים - זכר ונקבה - מעמידים צאצאים. את ההפלואידיות (מערכת גנטית אחת, כלומר עותק אחד ולא שניים מכל כרומוזום) ואת הרבייה האל-מינית, שהיא בעצם שכפול של ההורה (למעט שיעור זניח של מוטציות אקראיות), "השאירו" היצורים האיקריוטיים הרב-תאיים לחיידקים ולמרבית היצורים החד-תאיים.

לרבייה המינית "מחיר" גבוה מאוד: במקום שכפול של התא המתרבה לשני תאי-צאצא זהים, בתהליך המכונה "מיטוזה", נוצרים בתהליך המכונה "מיוזה" ארבעה תאים, המכונים גמטות או תאי מין. תהליך המיוזה כולל שלב הנקרא חלוקת הפחתה, שבו התא עובר ממצב דיפלואידי - שבו יש בתא שתי מערכות כרומוזומים - למצב הפלואידי, שבו יש בתא רק מערכת כרומוזומים אחת, כלומר עותק אחד ולא שניים מכל כרומוזום.

רק אחוז קטן מאוד מהגמטות, או תאי המין, הנוצרות בדרך זו יפגוש גמטות מהזוויג הנגדי, ורק הגמטות המועטות האלה ייצרו פרטים צעירים שיהוו חלק מהדור הבא. מלבד בזבוז המשאבים הכרוך ביצירת הגמטות, על הפרטים להשקיע אנרגיה רבה באיתור בן-זוג פוטנציאלי, בחיזור ולעתים אפילו במאבק עם מתחרים על אותו בן-זוג.

כידוע, מקובלת ההשערה שהיתרון העיקרי של רבייה מינית הוא ביצירת מגוון גנטי בין הפרטים השונים של האוכלוסייה (באוכלוסייה שבה הרבייה היא אל-מינית אין כמעט מגוון). אם התנאים משתנים בצורה קיצונית, המגוון מאפשר לפחות לחלק מהפרטים - אלה שניחנו בצירוף גנים מתאים - לחיות בסביבה החדשה. יתרון זה של הרבייה המינית מצדיק, לדעת חלק מהחוקרים, את ה"עלות" הגבוהה ואת חוסר היעילות של הרבייה המינית.

מצב ביניים

מצב ביניים, הנקרא הַפּלוֹדִיפּלוֹאִידִיוּת (Haplodiploidy), מתקיים בכמה קבוצות של חרקים חברתיים - נמלים ודבורים - שבהן הזכרים הם הפלואידיים ואילו המלכות והפועלות הן נקבות דיפלואידיות. גם במינים אלה, עדיין מדובר ברבייה מינית.

במידע התורשתי של כל יצור המתרבה ברבייה מינית נמצא המידע המאפשר את התפתחות שני הזוויגים. עד השנים האחרונות היו ידועים שני סוגי מנגנונים הקובעים אם פרט מסוים יתפתח לזכר או לנקבה: הראשון סביבתי והשני גנטי. דוגמה למנגנון הראשון היא השפעת הטמפרטורה שבה "מודגרות" ביצי תנינים מסוימים על הזוויג של הצאצאים הבוקעים. דוגמה נוספת היא מינים מסוימים של דגים, שבהם כל הפרטים נולדים כנקבות, ובהיעדר זכר, הנקבה הדומיננטית משנה את מינה.

לעומת זאת, ברוב היונקים ובמרבית היצורים האיקריוטיים האחרים, המנגנונים הקובעים את הזוויגים הם גנטיים. בבני-אדם, למשל, הזוויגיות הזכרית נקבעת על-ידי נוכחותו של כרומוזום Y (או גן מסוים שעליו). במינים אחרים הזוויגיות נקבעת על-ידי "כמותיות" של גן (או כרומוזום מסוים): עותק יחיד של הגן יקבע זוויג אחד, ואילו קיומם של שני עותקים יקבע את הזוויג הנגדי.

ובכן, מסתבר שקיימים גם מנגנוני קביעת זוויג אחרים. מרבית האֲקָרִיוֹת - פרוקי-רגליים זעירים מסדרת העכבישניים - הן הפלודיפלואידיות (הזכרים הפלואידים והנקבות דיפלואידיות), ומתרבות ברבייה מינית, בדומה לנמלים ולדבורים. אך האקריות מהסוגBrevipalpus חורגות מכלל זה: הן הפלואידיות, והן מתרבות ברביית בתולין (פַּרתֶנוֹגֶנֶזָה) - הטלת ביצים לא-מופרות, שמהן מגיחות רק נקבות הפלואידיות.

לאקרית השטוחה (B. phoenicis) , הנמנית עם סוג זה, יש שני כרומוזומים (שונים, לאמור – שאינם בני זוג). היא חיה לפחות על 65 צמחים שונים באזורים טרופיים וסובטרופיים, וגורמת נזקים כבדים לגידולים בעלי חשיבות כלכלית כהדרים, פפאיה, תה וקפה.

זכרים נדירים

האם אוכלוסיית האקריות כוללת נקבות בלבד? - מסתבר שהתשובה איננה הן מוחלט, משום שמדי פעם בוקעים מהביצים גם זכרים (גם הם הפלואידים), אך שיעורם אינו עולה לרוב על חמישה אחוזים.

ממה נובע יחס זוויגים זה? האם הזכרים משתתפים בכלל בתהליך הרבייה של אקריות אלה? האם יש באקריות אלה רבייה מינית, והאם תוצריה הם דיפלואידיים? למה בכלל יש זכרים באוכלוסייה, באחוז קטן יחסית?

בכל נקבה, וגם בביצים שהיא מטילה, חיים גם כמה עשרות חיידקים סימביונטים. החיידקים הסימביונטים, שהם כנראה אובליגטוריים (שאינם מסוגלים לחיות אלא בתוך המאכסן), לא הוגדרו עדיין.

כדי לבדוק אם יש לנוכחות החיידקים השפעה על הביולוגיה של האקריות, טיפלו אנדרו ויקס (Weeks) וצוותו, מאוניברסיטת אמסטרדם, בקבוצת אקריות באנטיביוטיקה טטרציקלין במשך שלושה ימים. קבוצת אקריות נוספת, ששימשה כביקורת, לא טופלה בטטרציקלין. במשך עשרת הימים שלאחר הטיפול האנטיביוטי, נאספו כל הביצים שהטילו האקריות ונבדק מין הצאצאים שבקעו מהן. התוצאות היו מרשימות: בעוד שבקבוצת הביקורת אחוז הזכרים היה כ-6%, הרי שכ-50% מצאצאי האקריות שטופלו באנטיביוטיקה היו זכרים - עלייה של פי 10.

המסקנה של ויקס: החיידקים מונעים, במנגנון לא-ידוע, את ההתפתחות הזכרית של הזכרים הגנטיים, המתפתחים כנקבות.

רבייה מינית שמשפרת את סיכויי השרידות

כאשר נוצרים זכרים, מתרחשת באוכלוסייה רבייה מינית, היכולה כנראה לתרום לרבגוניות של האוכלוסייה (כמובן רק בתנאי שהזכרים עוברים לאוכלוסייה אחרת, השונה מבחינה גנטית מאוכלוסיית המוצא שלהם). היווצרות הזכרים ותרומתם הגנטית לאוכלוסיות אחרות מונעת את האוכלוסיות של אקריות אלו מלהפוך לשבט אחיד מבחינה גנטית.

נראה שלפנינו מצב של סימביוזה, שבו גם האקריות וגם החיידקים נהנים מהשיתוף. הרווח של החיידקים נובע מכך שהם מועברים לדור הבא (דרך הביצים) במרבית הצאצאים. גם האקרית הנושאת את החיידקים מרוויחה מכך, עקב המעבר לרביית בתולין והחיסכון ב"מחיר" של הרבייה המינית. דבר זה מקנה לה יתרון שרידותי על פני מתחרותיה המתרבות ברבייה מינית, כל עוד תנאי הסביבה יציבים.

האקרית השטוחה אינה לבדה. מתברר כי חיידקים מהסוג Wolbachia, המתקיימים כטפילים תוך-תאיים בפרוקי-רגליים וביצורים קטנים אחרים, גורמים, בין השאר, לתמותת עוברים זכרים עוד בביצים ו/או להפיכת זכרים גנטיים לנקבות (feminization). חיידקי ה-Wolbachia המתאכסנים במיני סרטנים שווי-רגליים (איזופודה, שעמם נמנות הכדרוריות והטחביות) מועברים מהאם לצאצאיה דרך הציטופלזמה של הביצה. כתוצאה מההדבקה הופכים הזכרים הגנטיים לנקבות פנוטיפיות, שיעבירו גם הן את החיידק לדור הבא. מכאן שלמנגנוני קביעת הזוויג שתיארנו בתחילת הטור מתווסף מנגנון חדש ומעניין - הדבקה בחיידקים.

ד"ר דרור בר-ניר מלמד מיקרוביולוגיה וביולוגיה של התא באוניברסיטה הפתוחה.