כמו דג עם רגליים

החיים בכדור הארץ נולדו בים. תחילה היו רק יצורים חד תאיים, ואט-אט, במהלך מיליארדי שנות אבולוציה, התפתחו יצורים מורכבים יותר, בעלי רקמות ואיברים. למשל הדגים. הדרך ליבשה דרשה מהם לעבור התאמות מרחיקות לכת במבנה ובתפקוד, כגון פיתוח איברי נשימה המותאמים לאוויר, ואיברים תנועה המתאימים ליבשה – גפיים.

המסע להתפתחות הגפיים מתחיל בדגים. מקובל לחשוב שמבנה סנפירי הדגים עבר שינויים הדרגתיים עד שנוצרו מהם הרגליים המוכרות לנו, ובהמשך גם הידיים. בשלב כלשהו החלו להתהלך בעולם יצורים בעלי ארבע רגליים, על-מחלקה שכוללת דו-חיים, זוחלים, עופות ויונקים.

בין סנפיר לרגל

הסנפיר מחובר לחזה של הדג בעצמות השייכות לשלד הפנימי של הדג, בדומה לעצמות השלד שלנו. בנוסף, בתוך הסנפירים קיים מערך של עצמות היוצאות מבסיס הסנפיר ומתפרשות לכל אורכו. העצמות הדקות והעדינות האלה נקראות "קרני סנפיר". הן מחוברות לעצמות שבבסיס הסנפיר ומכוסות עור.

ההבדלים המשמעותיים בין גפיים לבין סנפירים הם העצמות המרכיבות את מפרק כף הרגל (או היד), הקרסול ואצבעות בגפיים, שאין להן חלקים מקבילים בסנפירי הדגים המוכרים כיום. בנוסף, אין בגפיים כל זכר למבנה הקרניים של הסנפיר.

רוב המחקרים שעסקו בשאלת השינויים בגפיים התמקדו בעצמות השלד ונטו להזניח את קרני הסנפיר, בין השאר משום שעצמות קרני הסנפיר הן עדינות מאוד ולא השתמרו היטב במאובנים. לכך הצטרף נימוק טכני נוסף: כדי להסתכל על עצמות השלד, שעניינו את החוקרים יותר, היה עליהם לסלק את מעטפת קרני הסנפיר, ועל כן לא חקרו אותן. העניין המוגבר בעצמות בסיס הסנפיר נבע מכך שהראיות הצביעו כי הן היו אלה שהפכו בהמשך לעצמות גפה.

כדי לאמת את ההשערה שמקורם של הגפיים הוא אכן בסנפירי הדגים, ניסו למצוא חוליה מקשרת אבולוציונית בין שני האיברים, בדמות יצור ביניים בעל איברים שהם בין סנפירים לגפיים. אלה נמצאו בסופו של דבר במאובנים, אך לא ביצורים חיים. ביניהם נמצא המין סיליקנת (Coelacant), שמאובנים שלו נמצאו בין השאר בארצות הברית ובאוסטרליה. הם תוארכו לתקופה שלפני 80-400 מיליון שנה.

מאובן חי. דג סיליקנת במים סמוך לדרום אפריקה | צילום: Laurent Ballista, Gombessa expeditions, Andromede Oceanology Ltd

המאובן החי

בשנת 1938 השתנתה התמונה. דייגים באוקיינוס ההודי, ליד חופי דרום אפריקה, תפסו דג מוזר וגדול במשקל של כ-70 קילוגרם, שזכה עד מהרה לכינוי לטאת הים הגדולה. מאוחר יותר סיווגו אותו החוקרים כסיליקנת, ועד היום הוא נחשב למעין "מאובן חי". הדג שייך לסדרת דגים בעלי סנפירים בשרניים, שעד אז סברו שהם נכחדו עם הדינוזאורים, לפני כ-66 מיליון שנה. בהמשך התגלו עוד מינים חיים מהסדרה הזו: מין נוסף של סיליקנת ושישה מינים של דגי ריאות – שיש להם גם זימים וגם ריאות.

עם זאת, אף אחד מהדגים האלה לא סיפק תשובות משביעות רצון לגבי התפתחות הגפיים. לכולם חסרים חלקי העצמות התואמים לאלה שיש בגפיים, או שהמבנה הכולל של סנפיריהם שונה עד כדי כך שאי אפשר להבין איזה שינוי בדיוק הן עברו בדרך להפוך לעצמות גפיים.

את התשובה סיפקו לבסוף מאובנים של טיקטאליק (Tiktaalik), היצור הימי הקדום הקרוב ביותר לסדרת בעלי ארבע הרגליים שנמצא עד כה. הטיקטאליק, שחי בתור הדֶבוֹן לפני 350-400 מיליון שנה, נחשב חוליה נוספת בדרך להתפתחות גפיים. מחקר על מאובני טיקטאליק שנמצאו בקנדה זיהה שינויים בעצמות שבבסיס הסנפיר. הסנפירים שלו כללו כתף ומרפק בעלי יכולת כיפוף, בדומה לגפיים, אך גם קרני סנפיר, הייחודיות לסנפירים.

היצור הימי הקרוב ביותר לבעלי ארבע רגליים. טיקטאליק | איור: NATIONAL SCIENCE FOUNDATION / SCIENCE PHOTO LIBRARY

שינויים בסימטריה

במחקר שנעשה לאחרונה באוניברסיטת שיקגו בחנו באמצעות סריקת טומוגרפיה ממוחשבת (CT) את השתנות קרני הסנפיר במאובנים הקרובים אבולוציונית לבעלי ארבע רגליים, בהם הטיקטאליק. השימוש בטכניקת הדימות איפשר לחקור את המאובנים בעודם בסלע, בלי לפגוע במבנים המקוריים.

בין השאר נמצא שקרני הסנפיר קצרות יותר ככל שהיצור קרוב יותר אבולוציונית לבעלי ארבע רגליים. בנוסף זוהתה א-סימטריה בין הצד העליון של הסנפיר לצדו התחתון, שמזכירה את ההבדל בין כף היד לגב היד, מבחינת מספר העצמות ואורכן, הגדול יותר בצד העליון. המבנה הזה רומז על התפתחות שרירים בחלק התחתון של הסנפיר, שיכלו לתמוך במשקל הגוף ביבשה.

התפתחות הסנפירים לגפיים היא דוגמה יפה לאבולוציה של תכונות ביולוגיות. מעניין באותו הקשר לחשוב איך התרחש המעבר ההפוך של יונקים ששבו לים, כמו דולפינים, תהליך שבו גפיהם הפכו מחדש לסנפירים, אך הפעם בלי שינוי בהרכב העצמות, אלא רק בצורתן.