המוזיקה של הגוף האנושי: תזמורת ללא מנצח?
ניל שובין משתאה על התפתחותם של יצורים מורכבים מגוש סתמי של תאים בהתהוות העובר ומתפעל מהתכנון האדריכלי המרשים שעומד מאחוריה. צבי ינאי לא ממהר להתלהב. חלק שני
את התשובות לתוכניות המיתאר של הגוף מספק ניל שובין בפרק השישי של ספרו "הדג שבתוכנו". אנו למדים ממנו שבמרכזו של כל אחד מהגנים המעורבים בשינויים מבניים של הגוף נמצא רצף קצר של דנ"א, הזהה בכל מין ביולוגי שנבדק.
עוד בערוץ ה"מדע":
צבי ינאי: בעקבות הארכיטקט הביולוגי
רן לוי: בכל אדם מסתתר דג קטן
רצף זה קרוי הומיאו-בוקס (תיבת הומיאו), והגן הנושא את התיבה הזאת קרוי גן הוקס. לזבובים ולחרקים יש 8 גני הוקס, עכברים ויונקים אחרים מצוידים ב-39 גנים כאלה, אולם סדר פעולתם של גני ההוקס מלפנים ומאחור ערוך בדיוק כמו אצל זבובים וחרקים.
קבוצת גנים זו היא בעלת אפקט פעולה מערכתי. דהיינו, יש לה יכולת לחולל שינויים מאקרו-אבולוציוניים. לדוגמה, כאשר גני הוקס האחראים להתפתחות הראש אצל בני אדם מושתלים בזבוב, הם מביאים להתפתחות ראש נורמלי של זבוב ולא של אדם.
יתר על כן, מעבר לכך שגני הוקס מעורבים בהתפתחותם של איברים אינדיבידואלים, כגון גפיים, הם קובעים גם את מידותיהם של האזורים השונים בראש, בחזה ובגב התחתון שלנו.
תכונות אלו מחזירות אותנו לשאלת "הארכיטקט", או כפי שכונה בעבר: "המארגן". "המארגן היה להיט אדיר", כותב שובין. חוקרים חיפשו אחר החומר המסתורי הזה, האחראי להפעלת תוכנית המיתאר של כל הגוף.
לקראת סוף המאה הקודמת הפך המארגן לקוריוז. את מקומו תפסו הגנים מסדרת הוקס, למען הדיוק – שני גנים שפועלים כפי שהמארגן היה אמור לפעול. אחד מהם היה הנוגין (noggin). הזרקתו בכמות מסוימת באזור מסוים בעובר הביאה להתפתחות שני צידי גוף – שלכל אחד מהם ראש משלו.
אז זהו זה? נמצא הגואל לתעלומה הארכיטקטונית? בעקשנות של קאטו הזקן אנו חוזרים ושואלים: על פי איזו תוכנית "יודע" הנוגין היכן להתערב בתהליך בניית האיברים? איך "יודעים" גני ההוקס מתי לעכב לזמן-מה את פעילות של גן אחד, להפעיל בו-זמנית גן אחר, ובעיתוי מושלם לחזור ולהפעיל את הגן הכבוי?
לדוגמה: כאשר הנוגין פעיל, גן מסוים (BNP-4), המופעל בתאים המייצרים את החלק התחתון של העובר, מושבת. כמנהגנו בקודש אנו שואלים: היכן בפרטיטורה של נגן הנוגין כתוב שעליו לחדול לנגן בנקודה זו, ולכמה זמן, בכדי להבטיח שלעובר תהיה בטן?
האריכטקט היא ארכיטקטית חד-הורית השוכנת בביצית הלא-מופרית
אנחנו פונים לספרו של הביולוג הצרפתי פרנסואה ז'קוב (חתן פרס נובל לפיזיולוגיה ורפואה לשנת 1965): "על זבובים, עכברים ואנשים" (הוצאת ספרי עליית הגג, ידיעות אחרונות). ז'קוב מציין כי ב-1916 בודדו לראשונה מוטנט בכרומוזום של זבוב תסיסה, שנולד עם שני זוגות כנפיים במקום אחד, מה שהעלה את השאלה הבלתי נמנעת: כיצד יכולה מוטציה זעירה לגרום לשינוי מהותי כל כך במבנה הגוף?
בשנות ה-70 זוהתה מוטציה אחרת בזבוב התסיסה, שבעטיה צמחה לו רגל מעל לעין במקום מחוש. המופע המפלצתי הובילה למחשבה ש"באזור מסוים בגוף כבר היו כל המרכיבים הנחוצים ליצירת אזור אחר, מוכנים לבוא לידי ביטוי אם רק תינתן להם ההוראה המתאימה לכך".
נוצר כמובן צורך לבודד את המוטציות, אבל – מסביר ז'קוב – לא חיפשו את המוטציות המשנות את חומרי הבניין, "אלא את הגורמים המארגנים חומרים אלה וכך מעצבים את צורת החיה". אם הבנתי נכון את דבריו, ב"גורמים המארגנים" מתכוון ז'קוב לגורמים הארכיטקטוניים.
מסתבר שגורמים אלה כבר פועלים בביצית הלא מופרית. כלומר, עוד טרם הפרייתה מכילה הביצית את המידע הגנטי לבניית העובר – "מעבר לזה הנמצא בכרומוזומים של העובר". גנים אלה של האם קובעים "מה יהיה מלפנים, מה מאחור, מה צד הגב ומה צד הבטן". כך כותב ז'קוב: "רק אחר כך יכולים הגנים של העובר עצמו להיכנס לפעולה כדי לכוון את השלבים הבאים".
אולם הבהרה זו לא משיבה על חידת התוכנית המבנית, אלא מסיגה אותה לאחור. כי אם התוכנית הארכיטקטונית של הגוף מתחילה להסתמן כבר בציטופלסמה של הביצית הלא מופרית, באיזה קוד היא רשומה שם ואיך היא מכווינה את הגנים של העובר לעבוד על פי תוכנית-האם?
ז'קוב מתייחס במישרין לסוגיה זו: "חייב להימצא בביצית 'משהו' המאפשר לארגן את כל החומר הזה; לחלק אותו במרחב כדי להכין את הופעת האיברים; להתוות את הצורה של האורגניזם העתידי... בקיצור להקנות צורה לחומר". אותו "משהו" הגורם "לכך שזבוב הוא זבוב ופיל הוא פיל". מידע זה "חייב אפוא להיות תלוי בגנים, לא של העובר אלא של האם".
לאחר שז'קוב מציג את כתב החידה הוא ממקם את התשובות ב"סוג גנים שפעולתם קובעת את צורת האורגניזם". ז'קוב מתכוון כמובן לקבוצות גנים מסוג הוקס, הנזכרים לעיל בספרו של ניל שובין, קבוצה המעוררת את השתאותו: "הרעיון שהגנים הקובעים את מבנה גופו של האדם יוכלו להיות זהים לאלה הקובעים את מבנה גופו של זבוב – זה היה ממש לא ייאמן!".
הפליאה אך התעצמה משהתברר שהעדרו של גן מסוים (ממשפחה דומה להוקס) בזבוב תסיסה מונע יצירת העין. נמצא כי הגן הזה כמעט זהה לזה של העכבר: "אי אפשר אפוא להימנע מן המסקנה כי אותו גן מווסת הוא גן החיוני להתפתחות העין גם אצל החרקים וגם אצל היונקים".
הממצאים עוררו תדהמה, כותב ז'קוב, "כי הם מנוגדים לכל מה שהיה כתוב בספרי הלימוד. שהרי נראה היה ברור לכל, שהעין של החרקים ועין העדשה של היונקים הן מבנים שאין קשר ביניהם. מבנים שהתפתחו באופן בלתי תלוי. עתה נראה כי שתיהן נגזרו מאב-טיפוס משותף".
"מחקרים אלה של העין", מדגיש ז'קוב, "תורמים לנו אם כן שני רעיונות חדשים שאיש לא העלה בדעתו עד אז. מצד אחד ראינו, כי לגבי העין, פעילותו של גן שליט יחיד די בה כדי לחולל את שטף המהלכים המובילים לקביעת מיקומם של כל מרכיבי העין. יש כנראה צורך בכמה מאות גנים כדי ליצור עין מורכבת או עין עדשה. אך כל שטף האירועים וכל ההיררכיה של המבנים הקשורים בבנייתה – כולם מופעלים על ידי גן שליט יחיד".
הפליאה אכן בעינה, אך כך גם השאלות. ז'קוב מודה: "אין לנו עדיין אלא ידיעות מעורפלות על הדרך שבה מתארגנים המבנים המורכבים יותר של בעלי החיים. בעיקר איננו יודעים את הדרך שבה הגוף ואיבריו מקבלים את גודלם ואת צורתם".
על הפרדוקס המדומה של "היכן המנצח" ועל תזמורת המנגנת ללא פרטיטורה יצירה מושלמת כמו החמישית של בטהובן
נחושים להגיע לשורש העניין אנחנו פונים לפרופסור דורון לנצט ממכון ויצמן, ראש מרכז קראון לחקר הגנום. לנצט נאנח בהקלה כשמתברר לו שאינני מחפש את התוכנית הארכיטקטונית של האוזן מחוץ לגנום או מחוץ לתא.
הוא גורס שאם נפנים את העובדה שהחלבונים והתאים הם "לבנים חכמות" המסוגלות להכיר זו את זו, "יעלם במידה רבה הפרדוקס המדומה של היכן המנצח". לנצט מאשר שבסוגיה הזאת "יש עדיין הרבה מן הנסתר, אבל גם המון מן הנגלה".
למשל, יודעים כי התאים מקיימים קשר הדדי באמצעות תשדורות כימיות – שהן עצמן חלבונים בדרך כלל – האומרות לתאים השונים מתי להפסיק להתחלק. "הרעיון הבסיסי הוא שגני המיתוג מקודדים לחלבונים הקרויים גורמי שיעתוק, ואלה נקשרים למקומות שונים בדנ"א וגורמים לשיעתוק הדנ"א לרנ"א; מהרנ"א נמסרות הוראות התרגום לייצור של חלבונים על הריבוזומים".
"חלבוני מיתוג אלה", ממשיך לנצט לגולל את כתב החידה, "כמו כל החלבונים האחרים, מתקשרים ספציפית אך ורק למטרה מסוימת, בהתאמה מלאה ביניהם, כמו מפתח ומנעול. בהמשך, כאשר חלבון ממשפחת מבקרי הגידול (שעליו 'מפקדים' הממתגים) מתחבר ספציפית לקולטן שעל פני הקרומית של התא, עובר מסר לתא המצווה עליו להתחלק, לחדול מחלוקה או אף למות. תא זה גם מעביר שדר לתאים קרובים או רחוקים באופן המאפשר בניית איברים".
מסקנתו של לנצט: "גורמי השיעתוק אחראים להפעלת הגנים ולכיבויים, ובכך הם פוקדים בעקיפין על התאים מתי להתחלק ולחדול וגם מתי לחסל רקמות מיותרות, כמו אלה שמחברות את האצבעות בעובר המוקדם זו לזו".
אבל זה בדיוק העניין, אני קוטע את שטף דיבורו של לנצט. בכל התאור המורכב הזה חסר גורם אחד: הפרטיטורה. כי רק בה כתוב מתי להפעיל את גני המיתוג – על מנת להתניע שרשרת שלמה של פעולות המסתיימת בהפקת חלבונים חדשים, ורק בה רשום מתי להשבית אותם.
במילים אחרות, רק פרטיטורה מרכזית, שמכלול התווים פרוס לפניה, יכולה להורות לדנ"א להפסיק להשתעתק במקום מסוים ולקבוצת תאים מסוימת לחדול להתחלק, שכן רק היא "יודעת" מתי הבנייה הקמורה של האוזן הגיעה לסיומה.
"אם תבין את זיקות הגומלין בין החלבונים לדנ"א ובין חלבונים לחלבונים", אומר לנצט, "ואם תעקוב אחרי כל הפעילות המורכבת הזאת, תגלה שמדובר בתזמורת מתוחכמת מאוד, המסוגלת לנגן ללא מנצח וללא פרטיטורה. הזיקות ההדדיות והתאום בין הכלים שלה מפיקים יצירה מושלמת, כמו החמישית האלוהית של בטהובן".
ליבוביץ': גם אם נדע את כל הגורמים הפיזיקו-כימיים שפועלים באוטובוס, לא נבין את תוכנית הפעולה שלה – קיום שירות קבוע בין ירושלים לתל-אביב
"אל לנו להניח", מוסיף לנצט, "שכל מתקן מסובך צריך שיהיה לו מין מוח מרכזי שנותן לו הוראות. זה נכון במערכות מסוימות, וזה מאוד לא נכון במערכות אחרות. למשל, רשת האינטרנט. אף אחד לא נותן שם הוראות. יש בה אוסף גדול של פיסות מידע אינטראקטיביות, בדומה לאוסף של תאים וחלבונים שמתקשרים זה עם זה. ובכל זאת, התוצאה הסופית היא שאתה כותב מילת מפתח והרשת מגיבה בהתאם; אתה מקליד מילת מפתח אחרת – התחברת לפייסבוק. כלומר, אין כאן מישהו שמחלק הוראות, אלא אינטראקציה מאוד סבוכה בין החלקים".
לנצט מודה שמערכת האינטרנט לא נוצרה מעצמה. מישהו טרח לבנות את המסגרת הארכיטקטונית שלה באופן המאפשר למערכת לנבור במאגרי ידע בתגובה למילות מפתח שמקלידים בה.
יתרה מזו, אם הפרטיטורה, התווים והתזמורת הם אנלוגיות לגנום, לגנים ולדנ"א, ספק אם סוגיית התוכנית הארכיטקטונית קיבלה מענה הולם. את השאלות שנותרו במידה רבה פתוחות ניתן למצותן בשאלה אחת: איך יודע החלבון את המתווה המדויק של האצבע ואת מידותיה. לנצט מסכים שעוד דרך ארוכה לפנינו עד שנדע במדויק את התשובות.
אין זה מקרה שתמיהות אלו מזכירות את הניסיון הרדוקציוניסטי להקביל את היצור החי למכונה. בשני המקרים מתבקשת תוכנית – במקרה הראשון תוכנית ארכיטקטונית ובמקרה השני תוכנית פעולה.
מכונה, קבע פרופסור ליבוביץ' המנוח, "אינה מובנת כלל מן הגורמים הפיסיקו-כימיים הפועלים או המופעלים בה, אלא רק מתוכנית הפעולה שהיא מבצעת. דומה הדבר לתיאור ממצה של אוטובוס מבחינת דרכי ההפקה או הייצור של החומרים שמהם הוא מורכב (פלדה, פחי ברזל, העץ, הצמג, החומרים הפלסטיים וכו'). עיצוב הרכב והמנוע מחומרים אלה, מכניזם פעולת המנוע והתנעת הרכב וכו', אין בכל זה שום הסבר, ואף שום התייחסות, לעובדה שאוטובוס זה מקיים שירות קבוע בין ירושלים לתל-אביב!" ("מחשבות", יולי 1972).
ואולי התשובה לחידתיות זו נרמזת בספרו הנודע של חתן פרס נובל בפיזיקה, ארווין שרדינגר (what is life?): "מכל אשר למדנו על מבנה החומר החי, עלינו להיות מוכנים למצוא אותו פועל באופן כזה שלא ניתן להסיגו לחוקים הרגילים של הפיזיקה... זאת משום שהמבנה שונה מכל דבר שבחנו עד כה במעבדת הפיזיקה".
לפנייה לכתב/ת 
