בתור הדבון, לפני כ-420 עד 360 מיליון שנה, התרחש אחד האירועים החשובים ביותר בהיסטוריה האבולוציונית. דג ממחלקת בעלי סנפירים בשרניים (Sarcopterygii) השתמש בסנפיריו החזקים כדי לצאת מהמים אל היבשה, ולנוע על פני השטח הבוצי שעל קו החוף. רוב מיניה נכחדו, אולם בין אלו ששרדו ניתן למצוא את דגי הריאות, בין אם דגי ריאות אוסטרליים (Neoceratodus forsteri) בעלי ריאה אחת ובין אם דגי ריאות דרום אמריקנים (Lepidosiren paradoxa) ודגי ריאות אפריקניים (Protopterus annectens). הדגים מתור הדבון הם אבותיהם של בעלי ארבע רגליים (Tetrapoda), לרבות החולייתנים היבשתיים המודרניים.
3 צפייה בגלריה
דג ריאות דרום אמריקני (Lepidosiren paradoxa)
(צילום: Katherine Seghers, Louisiana State University)
המינים הבודדים ששרדו מדגי הריאות מוגדרים כ"מאובנים חיים". כיוון שהחומר הגנטי שלנו, הדנ"א, מורכב משני גדילים המשלימים אחד את השני, כאשר כל גדיל מורכב מרצף של אבני בניין שנקראות נוקלאוטידים - רצף שמכיל את המידע הגנטי בפועל - הרי שניתוח השוואתי של גנום דגי הריאות הפך אפשרי רק באמצעות רצף הגנום המלא שלהם.
צוות מחקר בינלאומי, בהובלתם של הביולוג פרופ' אקסל מאייר מאוניברסיטת קונסטנץ והביוכימאי ד"ר מנפרד שרטל מאוניברסיטת וירצבורג, הצליח לרצף באופן מלא את הגנום של דגי הריאות מדרום אמריקה ומאפריקה, כאשר הגנום של דג הריאות הדרום אמריקני שבר את כל שיאי האורך. "עם למעלה מ-90 ג'יגה-בסיסים (במילים אחרות, 90 מיליארד בסיסים), הדנ"א של המין הדרום אמריקני הוא הגדול ביותר מכל הגנום של בעלי החיים, ויותר מפי שניים מהגנום של בעל השיא הקודם, דג הריאות האוסטרלי. 19 הכרומוזומים של דג הריאה הדרום אמריקני גדולים כל אחד בנפרד מכל הגנום האנושי, עם כמעט 3 מיליארד הבסיסים שלו", הסביר פרופ' מאייר.
טרנספוזונים - רצפי דנ"א ניידים, היכולים לנוע מאתר לאתר בתוך הגנום של אותו תא, בתהליך שנקרא טרנספוזיציה - אחראים לעובדה שהגנום של דגי הריאות התפתח כל כך עם הזמן. אלו הם רצפי דנ"א שמשתכפלים ואז משנים את מיקומם בגנום, מה שבתורו גורם לגנום לגדול. למרות שזה קורה גם בקרב אורגניזמים אחרים, הניתוח אותו ערכו החוקרים הצביע על כך שקצב ההתפשטות של גנום דג הריאות הדרום אמריקני הוא ללא ספק המהיר ביותר שנרשם: בכל 10 מיליון שנים, גדל הגנום שלו בגודל של הגנום האנושי כולו.
לדברי מחברי המחקר, שפורסם בכתב העת Nature, מגמה זו ממשיכה מכיוון שנמצאו ראיות לכך שהטרנספוזונים האחראים לכך עדיין פעילים. החוקרים זיהו בנוסף גם את המנגנון ההתפתחותי של הגנום העצום הזה, לפחות חלקית, הודות לכמות נמוכה של piRNA - סוג של רנ"א שמהווה חלק ממנגנון מולקולרי שבדרך כלל משתיק טרנספוזונים. מכיוון שהטרנספוזונים משתכפלים ונעים בגנום, הם יכולים לשנות ולערער מאוד את החומר הגנטי של אורגניזם. זה לא תמיד מזיק, ולעיתים אף מניע חשוב לאבולוציה, שכן ה"גנים הקופצים" הללו גורמים לעיתים לחידושים אבולוציוניים על ידי שינוי תפקודי גנים.
השוואת הגנום של דגי הריאה אפשרה לחוקרים להסיק מסקנות לגבי הבסיס הגנטי של ההבדלים בין דגי הריאות שחיים כיום. לדג הריאות האוסטרלי, למשל, יש סנפירים דמויי גפיים שאפשרו לקרוביו הקדומים לנוע ביבשה. במינים אחרים של דגי הריאות של ימינו, מאפריקה ודרום אמריקה, סנפירים אלה, הדומים במבנה העצם לזרועותינו, התפתחו חזרה סנפירים חוטיים במהלך 100 מיליון השנים האחרונות.
מכיוון שלחוקרים יש כעת את רצפי הגנום המלאים של כל דגי הריאות שחיים כיום, הרי שמחקרים גנומיים השוואתיים נוספים עתידים לספק תובנות נוספות על אבותיהם הקדומים בעלי הסנפירים של חולייתנים יבשתיים, במה שעשוי לסיים בפתרון התעלומה על אודות הדרך שעשו בעלי חוליות מהים אל היבשה.
