האדם ניכר
בפרטים הקטנים

קופי האדם, ובמיוחד השימפנזים והבונובו, הם בעלי החיים הקרובים ביותר לבני האדם מבחינה אבולוציונית. ההבדלים העיקריים בינינו לבינם ניכרים במבנה השלד, בהתנהגות וביכולות השכליות והלשוניות. עם זאת, כשבודקים את ההבדלים ברמת ה-DNA – החומר התורשתי – מגלים שההבדלים בינינו זעירים, עד כדי כך שכ-99 אחוז מהחומר התורשתי שלנו זהה כמעט לגמרי.

מחקרים רבים מנסים לאפיין את ההבדלים הללו ולפענח על פיהם מה מייחד אותנו, בני האדם, מקרובי משפחתנו קופי האדם. אחד הכיוונים החשובים במאמץ הזה מתמקד דווקא במה שאיבדנו במהלך האבולוציה – ה-DNA שהיה לאבות הקדמונים המשותפים לנו ולפרימטים נוספים, אך נשמט מהחומר התורשתי שלנו ושרד אצל השימפנזים. עד כה חוקרים התמקדו בעיקר במקטעי DNA ארוכים מאוד ובתפקודים הקשורים אליהם. כעת, מחקר חדש בחן באופן רוחבי אלפי מקטעי חסר קצרים מאוד, שכוללים שינויים זעירים בלבד. מביניהם זוהו כ-800 מקטעים הקשורים לבקרה על הפעילות של גֵנים מוכרים, שחלקם קשורים לפעילות המוח.

כ-99 אחוז מהחומר התורשתי שלנו זהה כמעט לגמרי לזה של השימפנזים. איש, אישה ושימפנזה בתוך מולקולת DNA | ציור: Bill Sanderson, Science Photo Library

שינויים מצטברים

פענוח ההבדלים הגנטיים בין האדם המודרני לבין קופי אדם ומיני אדם קדמון יעזרו להבין את האבולוציה של האדם ואת התכונות שמייחדות אותו משאר המינים. ההבדלים בגֵנים עצמם – רצפי ה-DNA שכוללים את ההוראות לייצור החלבונים שאחראים בפועל על קביעת תכונותיו של יצור – הם זעירים. אולם הגֵנים הם רק חלק מהרצף הגנטי, וכבר 15 שנה מתנהל מחקר רב על אזורים אחרים ב-DNA שאחראים על הבקרה על פעילות הגנים, כלומר מנחים את הגֵן מתי לפעול ובאיזה היקף.

שינויים בחומר התורשתי (מוטציות) מתרחשים בדרך כלל בעקבות שגיאות בתהליך השכפול של ה-DNA במהלך חלוקת התא. לפעמים אחת או יותר מאבני הבניין של ה-DNA, שנקראות גם "בסיסים", מוחלפות בטעות באבני בניין אחרות, או שמקטעים חדשים משתלבים בתוך הרצף המקורי ומאריכות אותו. אם שינוי כזה מתרחש בתוך גֵן קיים, תפקודו ישתנה. שינויים דומים אחראים לפעמים ליצירת גֵנים חדשים לגמרי בעלי תפקיד מוגדר. במקרים אחרים מקטעי DNA נמחקים, כלומר נשמטים מהרצף המקורי ומתבטלים. כך יכול לקרות שמקטע כלשהו יופיע אצל שימפנזים וקופי אדם אחרים, אך לא אצל האדם.

מחקר קודם בדק את ההשפעה של מחיקת מקטעים גדולים יחסית, של אלף בסיסים ויותר, על ה-DNA האנושי. הוא מצא שהם היו מעורבים בבקרה של פעילותם של גֵנים מסוימים, למשל כאלה שמכילים הוראות לייצור קולטנים של הורמוני מין. אולם המקטעים הגדולים הם רק כארבעה אחוזים מהמספר הכולל של המחיקות המבדילות בין החומר התורשתי שלנו לזה של השימפנזה. רוב המחיקות הן של מקטעים הרבה יותר קצרים, שכוללים כמה עשרות בסיסים, ולפעמים רק בסיס אחד או שניים. המשמעות של המחיקות הקטנות הללו לאבולוציה האנושית איננה ידועה לנו כיום. מחקר מקיף שפורסם לאחרונה בכתב העת Science, מיפה לראשונה אלפי הבדלים כאלה וזיהה בהם מגמות מבטיחות.

חלק מהמוטציות נוצרות כאשר מקטעי DNA נמחקים, כלומר נשמטים מהרצף המקורי. אילוסטרציה של מחיקת בסיס אחד מהרצף הגנטי | Shutterstock, Ph-HY

800 הבדלים משמעותיים

ראשית השוו החוקרים בין מכלול החומר התורשתי (גנום) של האדם לזה של השימפנזה ולחולייתנים נוספים. הם זיהו כך כעשרת אלפים מקטעים קצרים, של עד 31 בסיסים, שנמחקו רק אצל בני האדם. 94 אחוזים מהמקטעים היו באזורי בקרה.

כדי לבחון איך המחיקות הללו משפיעות על פעילות הגֵנים נעזרו החוקרים בתרביות של תאי אדם, שבחלקם שולב מקטע DNA עם הרצף הגנטי של השימפנזה ובאחרים אותו מקטע עם המחיקה שקיימת אצל בני אדם. כל מקטע כזה חובר לגֵן מסוים, וכעבור כמה ימים מדדו החוקרים כמה תוצרים הפיק כל גֵן – כלומר האם המקטע שקושר אליו הגביר את פעילות הגֵן או עצר אותה.

בסך הכול זוהו כך כ-800 מקטעי DNA שבהם ההבדלים הגנטיים בין השימפנזה לאדם הובילו לשינוי בפעילות הגֵן. האזורים הללו מוכרים כמקומות ב-DNA שאליהם נקשרים חלבוני בקרה – כלומר חלבונים שמבקרים את פעילות הגֵן הקרוב אליהם. מודלים חישוביים העלו שבשני שליש מהמקרים המחיקה צפויה לפגוע בקישור של חלבוני הבקרה ל-DNA, אך בשליש הנותר הקישור דווקא צפוי להתחזק.

מבין ששת סוגי התאים ששימשו לבדיקת מקטעי ה-DNA, ב-83 מקטעים ההבדלים בין אדם לשימפנזה נצפו רק בתאי עצב תחיליים – תאים ראשוניים של מערכת העצבים והמוח – אך לא בחמשת סוגי התאים האחרים שבהם השתמשו החוקרים. חלק מהמקטעים הללו נמצאים בקרבת גֵנים מוכרים שממלאים תפקיד בהתפתחות מערכת העצבים, בפעילות תאי העצב או במחזור התא של תאי עצב. בדיקה נוספת מצאה שאכן יש הבדל בפעילות הגֵנים הללו בתאי אדם רגילים לעומת כאלה שהנדסו לתוכם את המקטע השימפנזי.

חלק מהמחיקות עשויות להיות מעורבות בעיצוב ההבדלים בין מוח האדם למוח השימפנזה. השוואה בין המוחות של שני המינים | Shuttestock, Systemoff

על בסיס הממצאים הללו החוקרים משערים שמקטעים קצרים שנמחקו מהחומר התורשתי של בני האדם ממלאים תפקיד משמעותי בקביעת התכונות שמבדילות בין אדם לשימפנזה, בדומה להשפעתן של החלפות בסיסים ברצף ה-DNA הקיים ושל תוספות חדשות ובלעדיות לבני אדם. כמו כן הם מניחים שהמחיקות הקצרות שהשפיעו על פעילותם של גֵנים הקשורים למערכת העצבים, מעורבות בעיצוב ההבדלים בין מוח האדם למוח השימפנזה.

עם זאת, לעת עתה אלו השערות בלבד, שכן הן לא נבדקו עדיין בניסויים שיוכלו לאושש או להפריך אותן – למשל על תרביות של "מוחות קטנים" (אורגנואידים) או על בעלי חיים כמו עכברים. מחקרי המשך יוכלו גם לבחון אם אותן מחיקות היו קיימות גם בחומר התורשתי של מיני האדם הקדומים שנכחדו: האדם הניאנדרטלי והאדם הדניסובי. לבסוף, מעניין יהיה לגלות אם חלק מהאזורים הללו קשורים גם למחלות של מערכת העצבים האנושית.