הגנים שאבדו בדרך אל הים

במשך עשרות מיליוני שנים עשו אבותיהם של הדולפינים והלוויתנים את המסע הארוך שהפך אותם מחיות יבשה אוכלות עשב לטורפים הימיים שאנחנו מכירים כיום. השלבים באבולוציה של מינים אלו מתועדים היטב במאובנים, שמראים כיצד גופם של בעלי החיים השתנה עם המעבר למים: הרגליים האחוריות נעלמו כמעט כליל, הרגליים הקדמיות הפכו לסנפירים, פתחי הנשימה נדדו לעבר החלק העליון של הראש, ועוד ועוד.

השינויים האנטומיים לוו מן הסתם בשינויים גנטיים, אבל עליהם אנחנו יודעים הרבה פחות. כעת, חוקרים מגרמניה ומארצות הברית פרסמו מאמר ובו הם מתחקים אחר השינויים האלו. הם הראו כיצד אבותיהם של היונקים הימיים איבדו עשרות גנים, שעדיין פעילים אצל קרוביהם שוכני היבשה אך אינם מתפקדים אצלם.

לווייתן מול היפופוטם

סדרת הלווייתנאים מחולקת לשתי קבוצות: לווייתני מזיפות ולווייתני שיניים. החוקרים בחנו את הגנים של חמישה לווייתני שיניים, דולפינן (Tursiops), קטלן (אורקה, Orcinus orca), ראשתן גדול ראש (לוויתן זרע, Physeter microcephalus), דולפין נהרות סיני (Lipotes vexillifer) ולבנתן (בלוגה, Balaena mysticetus). מקבוצת לווייתני המזיפות, הם בחנו את הגנים של שני מינים: מינקי צפוני (Balaenoptera acutorostrata) ובלנה גרינלנדית (לווייתן קשות-ראש, Balaena mysticetus).

את ה-DNA של הלווייתנאים הם הישוו לגנים של היפופוטם, בעל החיים הקרוב ביותר ללווייתנאים, וגם לאלו של שלושה מכפילי פרסה: עז, ביזון ופרה. מכפילי פרסה קרובים גם הם מבחינה אבולוציונית ללווייתנאים, למרות שכיום אורח חייהם שונה מאוד. בנוסף, השוו החוקרים את הרצפים הגנטיים לאלו של האדם – יונק שאינו קרוב במיוחד לקבוצות אלו.

החוקרים מצאו 85 גנים שאבדו בשושלת שהובילה אל הלוויתנאים, אך עדיין נמצאו אצל קרובי משפחתם היבשתיים. הם לא נעלמו לחלוטין, אלא עברו מוטציות שהפכו אותם לבלתי פעילים - מסיבה זו החוקרים משערים שלא מדובר בגנים שהתפתחו אצל יונקי היבשה לאחר הפיצול של השושלות, אלא כאלו שהפסיקו לתפקד אצל הלווייתנאים. חלק מהם היו בדיוק הגנים שצפוי כי לא יהיה בהם צורך אצל יונקים ימיים: למשל הגן האחראי על יצירת רוק וגם על קליטת מלח מהשתן בחזרה לגוף. שתי הפעולות האלו אינן נחוצות בסביבה רטובה תמיד ושיש בה מלח בשפע.

חלק מהגנים נשארו ביבשה. לווייתן מינקי צפוני והיפופוטם | צילומים: Shutterstock, Science Photo Library

גנים בלתי צפויים

גנים אחרים שנעלמו אצל היונקים הימיים הפתיעו את החוקרים. "חלק מהממצאים שלנו היו, לפחות עבורי, בהחלט בלתי צפויים", אמר מייקל הילר (Hiller), שהוביל את המחקר, בראיון לניו-יורק טיימס. אחד מאותם גנים מפתיעים מעורב בתיקון DNA פגום. לכאורה, דולפינים ולווייתנים זקוקים דווקא לכמה שיותר חלבונים שמתקנים DNA: הם מבלים זמן רב מתחת למים בלי לשאוף אוויר, וחוסר החמצן עלול להוביל לפגיעות בחומר הגנטי. אך הגן המסוים הזה מקודד לחלבון המתקן את הפגיעות ביעילות נמוכה, ולעתים קרובות הפעולה שלו בעצמה מכניסה מוטציות ל-DNA. החוקרים משערים כי בסביבה שבה ה-DNA נפגע לעתים קרובות, הנזק של הגן עלה התועלת שהביא, והוא נעלם. במקביל התחזקו מערכות מדויקות יותר לתיקון נזקי DNA.

גנים אחרים שחסרים אצל הלוויתנאים מעורבים בקרישת דם. אלו גנים חשובים, אבל ממש כמו הגן לתיקון DNA, גם הם לא חפים מבעיות: יותר מדי חלבוני קרישה עלולים לגרום לקרישי דם מסכני חיים. הסיכון הזה גדול במיוחד אצל יונקים ימיים, משום שהיצרות כלי הדם בצלילה והיווצרות של בועיות חנקן בדם מעלים מאוד את הסיכון לחסימת עורקים אפילו מקרישי דם קטנים. נראה שבתנאי החיים בים, גם הגנים האלו גרמו יותר נזק מתועלת.

בנוסף לפיתוח הסנפירים והיכולת לשהות זמן רב מתחת למים, הלוויתנאים עברו עוד התאמות רבות לאורח חיים ימי. אחת מהן היא שינוי דפוס השינה שלהם: במים, אמר הילר, "אתה לא באמת יכול לבלות תקופות ארוכות בשינה, כשהגוף אינו פעיל". לכן רבים מהלווייתנאים פיתחו את היכולת לישון רק עם מחצית ממוחם, כשהחצי השני עדיין קשוב לאותות מהסביבה, כפי שעושות ציפורים מסוימות המנמנמות במעופן. זו כנראה הסיבה שבין הגנים שאבדו ליונקים ששבו לים היו ארבעה גנים שקשורים למלטונין, הורמון המווסת את שנות השינה והעֵרוּת.

המחקר מראה שהאבולוציה פועלת לעתים לא רק על ידי פיתוח גנים ותכונות חדשים, אלא גם על ידי ויתור על גנים מסוימים. כשהלווייתנים והדולפינים אימצו אורח חיים ימי, השונה באופן קיצוני מאורח החיים של אבותיהם, חלק מהגנים שהיו נחוצים מאוד על היבשה הפכו למיותרים, או אפילו מזיקים. אובדן גנים הוא ככל הנראה חלק חשוב באבולוציה של עוד מינים רבים, אך אנו רק מתחילים להבין את התפקיד שלו. המחקר החדש לא רק מסביר חלק מההתאמות המיוחדות שעברו הלווייתנאים, אלא גם שופך אור על מנגנון אבולוציוני חשוב, שלא תמיד מקבל את ההתייחסות המגיעה לו.