התא הנדיב

בראשית היה התא הבודד, עצמאי ואדון לעצמו. חלפו מאות מיליוני שנים, ויצורים רב-תאיים החלו להופיע על כדור הארץ. כיצד ומדוע ויתרו היצורים החד-תאיים על האוטונומיה שלהם ועל החופש שלהם להתרבות, והפכו עצמם ל"ברגים" במכונה גדולה יותר? כדי להשיב על שאלות אבולוציוניות אלה ואחרות יצאו מדעני מכון ויצמן למדע לחפש ברחבי העולם כמה מהיצורים הרב-תאיים הקדומים והפשוטים ביותר שעוד חיים בינינו. בשני מחקרים שהתפרסמו באחרונה מציגים החוקרים מקבוצתו של פרופ' עמוס תנאי, מתודולוגיה חדשה שתאפשר למפות את כלל היצורים החיים ברזולוציות גבוהות בכמה סדרי גודל מכל מה שידענו עד כה.

כשדרווין הגיע לאיי גלאפגוס כחוקר צעיר על סיפונה של אוניית הוד מלכותו, "ביגל", שימש לו המפגש עם החיות המקומיות השראה בפיתוח תורת האבולוציה. בתצפיותיו, ששינו את ההיסטוריה, היה דרווין מצויד בעיקר בזוג עיניים, בשכלו, ובידע שרכש. גם ד"ר ארנאו סבה-פדרוס, חוקר בתר-דוקטוריאלי ממעבדתו של פרופ' תנאי שהוביל את המחקר הנוכחי, יצא לגלות צורות חיים לא-מוּכרות במטרה להבין תהליכים אבולוציוניים. עם זאת, ד"ר סבה-פדרוס ושותפיו למחקר היו מצוידים בכלי רב-עוצמה: מיפוי כל תא באורגניזם עד לרמת הרכיבים המולקולריים שלו.

המסרקן M. leidyi. מכונה "אגוז ים"(צילום: באדיבות מכון ויצמן למדע)

מסביר פרופ' תנאי: "בשנים האחרונות צומחת ועולה טכנולוגיה שמאפשרת ריצוף גנומי ברמת התא הבודד. טכנולוגיה זו הודגמה בחיות מודל עם תוצאות מעניינות מאוד. השאלה הגדולה הייתה: האם אפשר ליישם שיטה זו בצורת חיים שכלל אינה מאופיינת, שלא יודעים עליה מאום ברמה המולקולרית, וייתכן שהביולוגיה שלה שונה לגמרי ממה שאנחנו מכירים?". מוסיף ד"ר סבה-פדרוס: "אנחנו יודעים הרבה על חיות מודל – עכברים, אנשים, דגי זברה, זבוב הפירות, החיידק אי-קולי וכן הלאה; אנחנו מכירים חיות שנמצאות באזורים ספציפיים מאוד של 'עץ החיים', אבל חלקים שלמים נסתרים מעינינו".

מימין: ד"ר זהר מוכמל, ד"ר אלעד חומסקי, ד"ר ארנאו סבה-פדרוס ופרופ' עמוס תנאי(צילום: באדיבות מכון ויצמן למדע)

את המסע אל הלא-נודע התחילו החוקרים בטריטוריה בטוחה יחסית: שושנת ים ממין נמטוסטלה (Nematostella). "כאשר ריצפו את הגנום של שושנת ים זו ב-2007, גילו כי הוא קרוב למדי לגנום האדם – גם מבחינת מספר הגנים, כ-20,000, וגם מבחינת הארגון שלהם", אומר פרופ' תנאי. "שושני ים אמנם רחוקות מלהיות חיות מודל, אבל יש בהחלט קהילה קטנה בתחום האבולוציה ההתפתחותית שעוסקת בהן, כך שלא לגמרי ירינו באפלה, ונהנינו משיתוף פעולה הדוק עם חוקרים במכון פסטר בראשותה של ד״ר הת׳ר מרלו". במחקר שפורסם בכתב-העת המדעי Cell הציגו החוקרים מורכבות מפתיעה ותיחכום רב של יצור ימי שקוף זה, הנמנה עם מערכת הצורבניים - יותר מ-100 סוגי תאים שונים, המחולקים לשמונה משפחות עיקריות (תאי שריר, תאי עיכול, תאי עצב, תאי עור וכן הלאה), מהם כ-30 סוגים של תאי עצב המעידים על מערכת עצבים וחישה מורכבת למדי.

שושנת הים Nematostella. מורכבות מפתיעה(צילום: באדיבות מכון ויצמן למדע)

שושנת הים עודדה את החוקרים להמשיך לטריטוריות מוכרות פחות של עץ החיים. "ניסינו להיות נועזים יותר, ופנינו לחברים בכל העולם בניסיון לאתר יצורים למחקר. מצאנו מינים שאי-אפשר לגדל במעבדה, אלא רק לאסוף אותם במקום מסוים בעונה מסוימת. ארנאו אסף את ה'חבר'ה' האלה - יצורים שלא ידענו עליהם כמעט כלום", מספר פרופ' תנאי.

הפלקוזואה T. adhaerens. "פנקייקים" שטוחים בקוטר של כמילימטר(צילום: באדיבות מכון ויצמן למדע)

הספוג A. queenslandica. היישר משונית המחסום הגדולה(צילום: באדיבות מכון ויצמן למדע)

השלל שחזר איתו ד"ר סבה-פדרוס כלל מין של ספוג (A. queenslandica), שבית הגידול שלו הוא שונית המחסום הגדולה, שונית האלמוגים הגדולה ביותר בכדור הארץ הנמצאת בסמוך לחוף קווינסלנד שבצפון-מזרח אוסטרליה; מין של מסרקן זרחני מרהיב דמוי אגוז מלך (M. leidyi), שבית הגידול שלו הוא אזורי החופים המערביים של האוקיינוס האטלנטי; ומין של פלקוזואה (T. adhaerens), מעין "פנקייקים" שטוחים בקוטר של כמילימטר אחד, שהתגלו לראשונה בשונית האלמוגים באילת בשנות ה-70 של המאה הקודמת. כולם, כמו שושנת הים, הם יצורים קדומים שאינם נמנים עם תת-הממלכה הקרויה "בילטריה", אשר כוללת את מרבית בעלי החיים המוּכרים לנו ומאופיינים בסימטריה דו-צדדית.

במחקר שהתפרסם בכתב-העת המדעי Nature Ecology and Evolution הציגו החוקרים רמת מורכבות משתנה של בקרה גנטית ביצורים קדומים אלה: ככל שהיצורים היו פשוטים יותר והיו מורכבים מפחות סוגי תאים, כך נמצאו בהם מערכות בקרה אוטונומיות וישירות יותר בכל סוג תא. בהתאם לכך מצאו החוקרים דגמים פשוטים של בקרה בפלקוזואה נטול הרקמות והאיברים, ובספוג המעט מורכב יותר, בעוד אצל המסרקנים (ובדומה לכך בשושנת הים) הודגמה בקרה מתוחכמת יותר, והתגלו רמזים לדרך שבה סיגלו לעצמם יצורים רב-תאיים דגמים מורכבים של בקרה במהלך האבולוציה. עם זאת, החוקרים הופתעו לגלות בפלקוזואה, אשר נחשבת לאחד היצורים הרב-תאיים הראשונים שהופיעו בכדור הארץ, מעין מערכת עצבים קדומה – סוגים שונים של תאים פפטידרגיים שפעילותם מזכירה נוירונים.

מסכם פרופ' תנאי: "יצאנו לדרך במטרה לבנות כלי שיאפשר לנו לגשת אל עץ החיים, לבחור חיות שונות ומופלאות בלי לדעת עליהן יותר מדי, להכניס אותן לתוך 'מכונה' שתספר לנו לא רק על הגנום שלהם, אלא גם איך הגנום הזה מתממש בכל אחד מהתאים, לכתוב את הסיפור המלא של כל אורגניזם, ובכך לאפשר גם מחקר השוואתי שהוא הבסיס של לימודי האבולוציה".