השעון הגנטי מתקתק את התפתחות הגוף
כיצד העובר הקטן יודע להפוך לגוף מורכב שבנוי לתפארת? התשובה נמצאת בשעון המכאני שקובע את הסדר שבו יקראו הוראות ההרכבה הגנטיות
מה מכתיב את תבנית ההתפתחות של גופינו? מדוע, למשל, גדלות הזרועות מאזור הכתפיים ולא ממרכז הגוף, או מהמותניים? שאלה זו הטרידה ביולוגים במשך שנים רבות, אך לאחרונה התגלה מנגנון המסביר את אופן החלוקה של הגוף לתת-יחידות.
החלוקה, כך מתברר, מתרחשת בתקופה הקריטית של 48 שעות בלבד בחיי העובר, במהלכן מוכתב מיקומם של חלקי הגוף השונים באמצעות שעון מכאני הקיים בקוד הגנטי של כל היצורים החולייתנים והמיתרנים, מהתולעת ועד הלוויתן הכחול.
כדי להבין את המנגנון, חשוב לדעת כי הגוף מחולק למקטעים: מעצם הזנב ועד לחוליות העליונות של הצוואר קיימים למעלה משלושים מקטעים. כל אחד מהמקטעים מעוצב באופן שונה: בחלק העליון של הגוף המקטעים מתאחים כדי ליצור את הראש. באזור הכתפיים קיים מקטע ממנו מגיחות הגפיים העליונות. נמוך יותר, קיימים מקטעים המכילים את הצלעות, וכך הלאה.
תהליך החלוקה למקטעים מתרחש בעובר בפרק זמן של 48 שעות, במהלכו הוא גדל מלמעלה-למטה, מקטע אחר מקטע. מדי שעה וחצי נבנה מקטע חדש. טעות קטנה בתהליך עלולה לגרום לכך שמקטעי הצלעות ייוצרו באזור האגן. שכפול במקטעים עלול לגרום ליצירת ידיים נוספות.
משמעת גנטית
כיצד יודע גוף העובר למקם את המקטעים בזמן ובמרחב? התשובה טמונה בגנים המכונים 'הוקס'. גנים אלו אחראים ליצירת הגפיים ועמוד השדרה והם בעלי תכונה ייחודית שהפליאה את הביולוגים לאורך השנים: הם מסודרים לאורך גדיל הדנ"א כחיילים בשורה, אחד אחרי השני.
ראשונים מופיעים גני ההוקס השולטים על היווצרות הצוואר, אחריהם מופיעים הגנים האחראים על יצירת אזור החזה, אחריהם מופיעים הגנים האחראים על התהוות אזור הבטן וכו'.
העובדה שהגנים מסודרים בצורה כל-כך יפה לאורך הדנ"א אינה ברורה מאליה. למעשה, היא ייחודית לגני ההוקס. כל שאר הגנים בקוד הגנטי 'זרוקים' ומפוזרים ללא סדר של ממש בין הכרומוזומים ורק ההוקסים מסודרים לפי תפקידיהם. מדוע? התשובה לשאלה זו, שהטרידה ביולוגים רבים מזה שנים, התגלתה רק בימים האחרונים במסגרת מחקר שערכו ה-EPFL (המכונים הפדרליים השוויצרים לטכנולוגיה) ואוניברסיטת ז'נבה.
בשלבים הראשונים של גדילת העובר, סיבי הדנ"א המכילים את גני ההוקס נמצאים במצב מקורזל ומגולגלים סביב לעצמם פעמים רבות. במצב זה לא ניתן לקרוא את ההוראות שגני ההוקס מכילים, אך כאשר מגיע הרגע להתחיל בבניית המקטעים, סיבי הדנ"א מתחילים להיפרם ולהיפתח, כך שניתן יהיה לקרוא את הגנים שבתוכם.
מתקתק כמו שעון
תהליך הפתיחה של הסיבים איטי ביותר ומתחיל בגנים המעצבים את חלקו העליון של הגוף, כך שבתחילה נקראים הגנים המעצבים את הצוואר ואחריהם הגנים המעצבים את אזור החזה – כך עד לעצם הזנב.
כל תשעים דקות נפתח לקריאה גן נוסף בהמשך השורה במנגנון שהוא מעין שעון, המבוקר לפי הזמן שנדרש לסיבי הדנ"א להיפרם ולהיפתח לקריאה. מכיוון שהשעון מסתמך על אלמנטים מבניים בדנ"א, הגדירו אותו החוקרים כשעון מכאני בטבעו - הראשון מסוגו במדע הביולוגיה. קיום השעון מסביר מדוע מערכת יצירת הגוף מדויקת כל-כך ואינה משתבשת בקלות.
כיום אנו יודעים כי מוטציות פשוטות יחסית בגני ההוקס יכולות להוביל לשינויים מרחיקי לכת בגופו של העובר. אנו סבורים, למשל, כי הרגליים התהוו כתוצאה מהכפלה של גני ההוקס ששימשו במקור ליצירת ה-'ידיים' בלבד בדגים.
באופן דומה, אנו יודעים כי ניתן ליצור זבובים בעלי כנפיים נוספות באמצעות הכפלה של גני ההוקס האחראים על יצירת הכנפיים. אצל הנחשים נפגע השעון עצמו והוא 'נתקע' באזור השולט על יצירת חוליות עם צלעות. כתוצאה מכך נוצרו מספר רב של חוליות אחת אחרי השנייה, לעתים עד כדי 300 חוליות. אלו יוצרות את גופו הארוך והמתפתל של הנחש. כך קורה שמוטציות קטנות בגני ההוקס ובשעון השולט בקצב קריאתם יכולות להיות אחראיות לקפיצות גדולות באבולוציה.
רועי צזנה הוא דוקטורנט בננו-טכנולוגיה בטכניון, עמית מחקר במרכז הבינתחומי לניתוח ותחזית טכנולוגית באוניברסיטת תל-אביב ובעל הבלוג "מדע אחר".
לפנייה לכתב/ת 
