לפני כעשרה מיליון שנים הגיעו הדגים הראשונים לאגם טַנְגָנָיקָה במזרח אפריקה. האגם הגדול, שרק אז החל להיווצר, סיפק שטח מחיה מצוין עבור הדגים הללו, ממשפחת האמנוניים (Cichlidae). הם החלו להתרבות ולמלא את הנישות האקולוגיות השונות באגם, ועם הזמן התפצלו לכ-240 מינים שונים, במגוון גדלים וצורות.
הדגים, כמו כל יצור חי אחר, מותאמים לסביבתם ולסגנון החיים שלהם. הגודל, צורת הגוף, הסנפירים והשיניים של דג שחי במים רדודים וניזון מפלנקטון יהיו, כמובן, שונים מאלו של דג טורף שחי בלב האגם. אבל לא רק התכונות הגופניות שונות ממין למין – גם ההתנהגות שלהם שונה. וגם ההתנהגות, לפחות במידה מסוימת, מושפעת מהגֵנים.
3 צפייה בגלריה
אחד מהמינים הסקרנים ביותר באגם. דג מהמין Cyphotilapia gibberosa | מקור: University of Basel, Adrian Indermaur
במחקר חדש, חוקרים מאירופה זיהו שינוי גנטי באות אחת מאותיות ה-DNA, שמשפיעה על תכונה התנהגותית מורכבת: חקרנות, או הנטייה של הדג לסקור את סביבתו. זהו אחד המחקרים הבודדים שבו הצליחו החוקרים להראות קשר בין גֵן יחיד להתנהגות.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
צלילה פנימה: מדעי המקלחת
לחלוב את השקדים
ההתלבטות: להתרבות או להזדקן?
שינוי קטן, השפעה גדולה
החוקרים תפסו 702 דגים מ-57 מינים שונים, העבירו אותם לבריכות קטנות בקבוצות של 12, ובחנו את התנהגותם במשך 15 הדקות הראשונות לשהותם שם. חלק מהם נשארו בפינת הבריכה, סמוך לקיר, ואחרים שחו מייד לאורכה ולרוחבה, מסתכלים בכל פינה. החוקרים מצאו קשר בין ההתנהגות הזו לבין גורמים שונים, כמו צורת הדג ואזור המחיה שלו: דגים בעלי גוף קצר ורחב, שמבלים את זמנם סמוך לחוף, היו סקרנים וחקרנים יותר מדגים מוארכים, שחיים במים הפתוחים בלב האגם. הממצאים מצביעים על כך שההבדלים בין המינים, שדחפו אותם לנישות אקולוגיות שונות, היו לא רק בגוף אלא גם בהתנהגות.
אבל הממצא המפתיע יותר הסתתר בגֵנים.
ה-DNA מורכב מרצפים ארוכים של ארבע אבני בניין, שמסומנות באותיות A, T, C ו-G. במקום אחד בגנום של הדגים, אצל חלק מהמינים הופיעה האות T, ואצל האחרים C. כמו לנו, גם לדגים יש בכל תא שתי גרסאות של החומר הגנטי – אחת שקיבלו מאימם ואחת מאביהם. לכן, היו גם דגים שאצלם היו שתי האותיות - C שקיבלו מאחד מהוריהם ו-T שקיבלו מההורה השני.
החוקרים מצאו מתאם חזק ביותר בין האות באותו מקום בגנום הדגי, לבין התנהגות הדג. דגים שהיו להם שתי אותיות T היו חקרנים יותר, ואלו שהיו להם שתי אותיות C נטו להיות חששנים ולא לחקור את סביבתם. מי שהיו לו גם T וגם C הראה התנהגות שנפלה בין שני הקצוות – לא מאוד חששן, אבל גם לא מאוד סקרן.
3 צפייה בגלריה
לא מאוד חששן, אבל גם לא מאוד סקרן - מקום טוב באמצע. דג מהמין Eretmodus cyanostictus | מקור: University of Basel, Adrian Indermaur
איך השינוי הגנטי הקטן הזה משפיע על התנהגות הדגים? אומנם, המוטציה לא נמצאת בתוך גן, כלומר קטע מה-DNA שלפי המידע האצור בו נבנה חלבון. אבל נראה שהיא משפיעה על גן שנמצא סמוך אליה, בשם cacng5b. החלבון שהגן הזה אחראי עליו נוצר במוח של הדגים – מקום טוב להשפיע בו על התנהגות. החוקרים מצאו רמות גבוהות יותר של החלבון בדגים בעלי שתי אותיות C, ורמות נמוכות אצל דגים עם שתי T. וגם כאן, דגים שהיו להם C ו-T גם יחד היו באמצע, עם יותר חלבון מ-T, ופחות מ-C.
התחלה סקרנית
כדי לבדוק לעומק את ההשפעה של רמות החלבון על ההתנהגות, החוקרים פנו לדג מהמין Astatotilapia burtoni, גם הוא ממשפחת האמנוניים, שמשמש הרבה במחקר. בעזרת הנדסה גנטית יצרו החוקרים מוטציות באותו אזור של הגנום, וגרמו לכך שהגן cacng5b ייצר פחות חלבון. כלומר, הם גרמו לדג לחקות את המצב שבו יש לו שתי אותיות T. ואומנם, הדגים שעברו את השינוי הזה היו חקרנים יותר, בהשוואה לדגים ללא המוטציות – ממש כמו הדגים באגם שהיו בעלי שתי אותיות T. כך הראו החוקרים שלגן, ולכמות החלבון שהוא מייצר, יש השפעה ישירה על ההתנהגות.
3 צפייה בגלריה
חששן במיוחד ופחות נוטה לחקור את סביבתו. דג מהמין Ophthalmotilapia ventralis | מקור: University of Basel, Adrian Indermaur
בעזרת השוואה בין גנומים של דגים שונים באגם טנגנייקה, הגיעו החוקרים למסקנה שהדגים הראשונים שהגיעו לאגם היו בעלי האות T באותו מקום ברצף ה-DNA, ולכן היו חקרנים. ייתכן שהתכונה הזו עזרה להם לשגשג בסביבה החדשה והלא מוכרת. רק לאחר שהתמיינו למינים שונים, אצל חלק מהם התרחשה המוטציה שהפכה אותם לחששנים יותר.
ומה אצלנו?
זו לא הפעם הראשונה שחוקרים מראים כיצד התנהגות מורכבת מושפעת מגן בודד, או ממספר קטן של גנים. ב-2013, למשל, התפרסם מאמר שהראה שאורך המנהרה שמכרסמים מסוימים בונים, וגם צורתה, נשלטים על ידי מספר גנים מצומצם. עם זאת, ממצאים כאלו עדיין נדירים: התנהגות של בעלי חיים מושפעת לרוב מגורמים רבים, גנטיים וגם סביבתיים. בנוסף לכך, העובדה שגן מסוים משפיע על התנהגות כלשהי עדיין אינה אומרת שגנים נוספים אינם עשויים להשפיע עליה גם הם, אם כי בצורה פחותה. במאמר החדש, החוקרים הראו כיצד לשינוי גנטי יחיד יש השפעה גדולה על הנטייה לחקור את הסביבה, אך בו זמנית הם גם מצאו מאות גנים אחרים שהיו מעורבים באותה תכונה, ברמה נמוכה יותר. ייתכן, כמובן, שגם הסביבה שבה הדג גדל, וחוויות שחווה במהלך חייו, משפיעות על התכונה הזו – ועל כך לחוקרים אין כרגע שום מידע.
בכל זאת, נראה שלגן המסוים הזה יש השפעה גדולה באופן מיוחד על ההתנהגות. האם יכול להיות שזה המצב לא רק אצל האמנוניים, אלא גם אצלנו, בני האדם? גם לנו יש גרסה של הגן cacng5b, וייתכן שמוטציות שמשפיעות עליו משפיעות גם על התנהגותנו. החוקרים אומרים שבינתיים, לפחות, זה לא הכיוון שהם חוקרים. "אנחנו מתעניינים בשאלות כמו איך תכונות התנהגות יכולות להשפיע על המנגנונים של יצירת מגוון ביולוגי בעולם החי", אמרה קרולין סומר-טרמבו (Sommer-Trembo), שהובילה את המחקר, בהודעה לעיתונות. "אבל מי יודע: בסופו של דבר, אנחנו עשויים גם ללמוד משהו על הבסיס לאישיות ולהתנהגות שלנו".
ד"ר יונת אשחר, העורכת הראשית של אתר מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
