בעל-חיים ימי זעיר מספר את תולדות האבולוציה
מחקר חדש אודות הגנום של האזמלון, מראה כיצד התפתחו מבנים חדשים בבעלי-חוליות על-ידי שכפול גנים ומציאת פונקציות חדשות עבורם
בעל החיים הידוע בשם אזמלון (Branchiostoma) בוודאי לא היה מרוצה לו היה מודע לסערה שמתחוללת מסביבו ברגעים אלו. כל אורכו של חסר-החוליות הימי הזעיר הוא חמישה סנטימטרים, והוא מבלה את חייו השקטים כשהוא קבור בחול ורק ראשו מבצבץ החוצה כשהוא אוכל. אך למרות אורח חייו הסולידי, הגנום של יצור קדום זה אוצר את התשובה לאחד מרזי האבולוציה – כיצד התפתחו חסרי-החוליות לבעלי-חוליות מורכבים כמו האדם?
אם היינו צריכים לנחש, הרי אומרים שנוצרו גנים חדשים רבים, שהפכו את חסרי החוליות לבעלי חוליות. אלא שלפי לינדה הולנד, ממכון "סקריפס" לאוקיאנוגרפיה בסן-דייגו, החולייתנים המורכבים של ימינו לא נזקקו לגנים חדשים רבים על-מנת להגיע לרמת המורכבות העכשווית. "האזמלון מראה לנו שהחולייתנים לקחו גנים עתיקים והרכיבו אותם מחדש, שינו את הבקרה עליהם ואולי אפילו שינו את פעילות הגן."
עוד ב"הידען": האם אלגוריתם ממוחשב יכול לנצח מחלות ויראליות?
האזמלון הוא מקור טוב ללמוד ממנו על השלבים המוקדמים באבולוציה, היות והוא עובר אבולוציה באיטיות רבה. מתוך מאובנים רבים מעידן הקמבריון אנו למדים, כי תבנית הגוף הכללית של האזמלון נותרה זהה כבר כמה מאות מיליוני שנים. מכיוון שכך, חקר הגנום של האזמלון והשוואתו לגנומים של בעלי-חוליות יכולים לתת לנו נקודות ציון בדרך להבנת תהליך האבולוציה שעברנו מאז אבותינו הקדומים וחסרי-החוליות.
הולנד, שתפרסם את תוצאות מחקרה בגיליון יולי של כתב העת "מחקרי גנום" (Genome Research) ובמקביל בכתב העת היוקרתי "נייצ'ר" (Nature), חקרה יחד עם עמיתיה את הגנים של האזמלון "בראנכיוסטומה פלורידה" ((Branchiostoma floridae. מספר הגנים בגוף האדם גבוה ב-25% ממספר הגנים אצל האזמלון, אך מאין הגיעו גנים חדשים אלו? מהמחקר עולה כי הם אינם חדשים כלל וכלל. במהלך האבולוציה עברו גנים מסוימים שעתוק והכפלות, ועותקים נוספים שלהם הצטברו בגנום. עותקים "מיותרים" אלו יכלו לעבור מוטציות ולקבל על עצמם מטלות חדשות, הכוללות יצירת מבנים חדשים שאינם קיימים באזמלון.
במחקר החדש מתארים הולנד ועמיתיה כיצד התפתחו עקרונות מערכת החיסון העכשווית. לחולייתנים כמונו יש שני סוגים של מערכות חיסון – מולדת ונרכשת. מערכת החיסון המולדת קיימת באורגניזם עוד לפני שהוא יוצא לאוויר העולם והיא מהווה את קו ההגנה הראשון כנגד גורמי מחלות. מערכת החיסון הנרכשת יוצרת נוגדנים ספציפיים כנגד גורמי מחלות מסוימים כגון חיידקים ווירוסים.
למרות שלאזמלון, בדומה לשאר חסרי-החוליות, יש רק מערכת חיסון מולדת, המחקר החדש מראה כי חלק מהגנים המפקחים על מערכת החיסון המולדת עברו שכפול פעמים רבות והצטברו בגנום של האזמלון. גנים "עודפים" אלו מהווים כנראה את הבסיס ממנו תתפתח מערכת החיסון הנרכשת.
עוד ב"הידען": שיטה ננו-טכנולוגית מאפשרת יצרת פלסטיקים גמישים
דוגמה נוספת לאופן בו גנים ותיקים רכשו פונקציות חדשות נמצאה בתאי הרכס העצבי (neural crest). בעוברים של בעלי-החוליות, תאי הרכס העצבי נודדים מאזור חוט השדרה אל כל הגוף ויוצרים מבנים שונים כגון תאי פיגמנטים וסחוס. אך למרות שלאזמלון יש מוח וחוט שדרה, הנוצרים באמצעות אותם הגנים ובאותה דרך כמו אצל בעלי-החוליות, הוא נטול תאי רכס-עצבי. זאת למרות, שניתן למצוא אצלו את כל הגנים הנחוצים לנדידה של תאי הרכס העצבי. החולייתנים פשוט הצליחו להשתמש בגנים הללו בדרכים חדשות ולהביא לנדידה של אותם תאים וליצירה של מבנים חדשים בגוף.
על מנת להצליח בפענוח והשוואת הגנום נזקקה הולנד לעמיתים מלמעלה משלושים מעבדות מכל רחבי ארצות-הברית, אירופה ואסיה. הולנד עצמה מאמינה כי אנליזות מעמיקות יותר המשוות בין הקוד הגנטי של האדם והאזמלון יספקו רמזים חשובים נוספים לגבי האבולוציה.
"כל זה רק קצה הקרחון" אומרת הולנד. "בניסיון להבין מה האבולוציה עשתה ואיך היא עובדת בכלליות, הגנום של האזמלון היה מכרה זהב של ממש וימשיך להיות כזה בשנים הבאות."
לפנייה לכתב/ת 
הגנום האנושי
צילום: איי פי
לאתר "הידען"
