הדג שהאבולוציה שכחה

בנהרות צפון אמריקה חי דג מוזר. אורכו בין חצי מטר למטר, ויש לו גוף גלילי מכוסה בכתמים חומים, ממנו יוצא חרטום מוארך ושטוח, מלא שיניים שבולטות החוצה מפיו. זהו דג התנין המנוקד (Lepisosteus oculatus), והמראה הכללי שלו מזכיר משהו שיצא מספריו של ד"ר סוס. הוא לא נראה כמו דג אמיתי שחי היום: קל יותר להאמין שמדובר בציור של דג מתקופת הדינוזאורים.

מתברר שיש לכך סיבה: מאובנים של דגים מתור היורה, לפני 157 מיליוני שנים, אכן נראים כמעט זהים לדגי תנין מודרניים. במשך עשרות מיליוני שנים, צורתם בקושי השתנתה. העובדה הזו הייתה ידועה כבר במאה ה-19, וצ'רלס דרווין כתב בספרו "מוצא המינים" כי "כמעט אפשר לקרוא להם 'מאובנים חיים'".

המונח "מאובן חי" הפך לפופולרי בציבור הרחב, אך מדענים רבים התרחקו ממנו. האבולוציה, אמרו, פועלת על כל היצורים החיים – גם אם נראה לנו שמבחינה חיצונית בעל חיים מסוים לא השתנה הרבה לאורך תקופה ארוכה, אנחנו לא יודעים אלו שינויים הצטברו בגנים שלו, ואיך הם השפיעו על תהליכים ביולוגיים שונים שאינם בהכרח נראים לעין בקלות.

נראה כמו דג מספריו של ד"ר סוס. דג תנין מנוקד | צילום: Vladimir Wrangel, Shutterstock

כעת, חוקרים מארצות הברית בחנו את קצב השינויים הגנטיים אצל בעלי חיים שנחשבו ל"מאובנים חיים", ומצאו שבכל הנוגע לדגי תנין, ולקרוביהם דגי החדקן, המראה החיצוני תואם את השינוי הגנטי - או יותר נכון, את החוסר בשינוי גנטי. קצב השינוי בדגים אלו נמוך באופן משמעותי מזה של בעלי חיים אחרים. כתוצאה מכך, מיני דגים שהשושלות שלהם נפרדו כבר לפני כמאה מיליון שנים עדיין מסוגלים להתרבות זה עם זה, ולהעמיד צאצאים פוריים.

 מאובן חי לפי כל הקריטריונים

החוקרים בחנו מעל אלף רצפים גנטיים ב-478 מינים של חולייתנים, ויצרו עצים אבולוציוניים מפורטים עבורם. כך הם יכלו לחשב את קצב השינוי הגנטי, הקצב שבו מתרחשות מוטציות, עבור כל אחד מהמשפחות שחקרו. היו ביניהם מינים שנחשבים, לא לגמרי בצדק כפי שהתברר, ל"מאובנים חיים", כמו הספנודון (Sphenodon punctatus), זוחל דמוי לטאה שחי בניו-זילנד, וההואצין (Opisthocomus hoazin), עוף דרום אמריקאי שגוזליו בוקעים מהביצה עם טפרים בקצה כנפיהם, כמו העופות מלפני עשרות מיליוני שנים. להפתעתם של החוקרים, המינים הללו הראו קצב מוטציות מהיר יחסית, שלא היה שונה בהרבה מהקצב של מינים אחרים, שלא זכו לכינוי הלא מוצדק "מאובנים חיים". שתי המשפחות היחידות שהראו קצב שינוי נמוך בהרבה היו החדקניים (Acipenseridae), ועוד יותר מכך, דגי התנין (Lepisosteidae).

האבולוציה של דגי התנין, מצאו החוקרים, התרחשה בקצב נמוך בעד שלושה סדרי גודל מזו של חולייתנים אחרים. רק  הצבים והתנינים, שהאבולוציה שלהם ידועה כאיטית במיוחד, הראו קצב מוטציות קרוב לשלהם. כשהחוקרים בחנו שני סוגים של דגי תנין, שהשושלות שלהם נפרדו זו מזו לפני עשרים מיליון שנה, הם מצאו שכמעט כל הרצפים הגנטיים שלהם זהים לחלוטין.

האבולוציה של דגי התנין איטית יותר משל חולייתנים אחרים. דג אליגטור | צילום: Solomon David

קצב השינוי הנמוך גם הוביל לכך שדגי תנין ממעטים להתמיין וליצור מינים חדשים. פעמים רבות, מין חדש נוצר כאשר אוכלוסייה מסוימת מופרדת משאר האוכלוסיות של אותו מין – למשל, אם כמה פרטים הגיעו לאי מרוחק מהיבשת, או נהר משנה את נתיבו ומפריד בין אוכלוסיות סמוכות. הפרטים המבודדים יכולים להתרבות רק בינם ובין עצמם, ועם הזמן צוברים מוטציות שונות מאלו של האוכלוסייה הכללית, ומשתנים עד כדי כך שאפשר לראות בהם מין נפרד. אבל אם קצב המוטציות נמוך מאוד, ייקח הרבה יותר זמן עד שהאוכלוסייה, מבודדת ככל שתהייה, תשתנה בצורה משמעותית. עם זאת, מחקרים הראו שאפילו דגי תנין, אם הם נאלצים להתמודד עם תנאים שאינם רגילים אליהם כמו חורפים ארוכים בצפון, מסוגלים לעבור אבולוציה וכך להפוך למותאמים יותר  לסביבה. 

"הראינו שהקצב הנמוך של האבולוציה המולקולרית אצל דגי תנין בלם את קצב הופעתם של מינים חדשים", אמר תומאס ניר (Near), החוקר הבכיר החתום על המאמר, בהודעה לעיתונות. "זו הפעם הראשונה שהמדע מראה ששושלת מסוימת, בשל מאפיין ביולוגי שלה, מתאימה לקריטריונים של מאובן חי". גם צ'ייס בראונשטיין (Brownstein), שהוביל את המחקר, סבור כך. "כשנכנסתי לפרוייקט הזה נזהרתי מלהשתמש במונח 'מאובן חי'", אמר לאתר של כתב העת המדעי Science, "אבל לפחות לגבי דגי תנין, זה המונח המתאים".

קרובים-רחוקים-קרובים

השינוי האבולוציוני של דגי התנין היה איטי כל כך, גילו החוקרים, עד שמינים שנפרדו אחד מהשני לפני יותר ממאה מיליון שנים עדיין יכלו להתרבות זה עם זה. "ככל שהגנום של מין מסוים צובר מוטציות בקצב איטי יותר, כך יש סיכוי טוב יותר שהוא יוכל להתרבות עם מין נפרד, שהיה מבודד ממנו מבחינה גנטית במשך זמן רב", הסביר בראונשטיין בהודעה לעיתונות. ואומנם, דג האליגטור (Atractosteus spatula) ודג תנין ארוך אף (Lepisosteus osseus), שחיים שניהם בנהרות דרום מזרח ארצות הברית, מעמידים צאצאים זה עם זה בטבע, אפילו שהאב המשותף האחרון שלהם חי לפני 105 מיליון שנים, כ-40 מיליון שנה לפני הופעת הטירנוזאורוס רקס.

מעמידים צאצאים זה עם זה בטבע, אפילו שהאב הקדמון המשותף האחרון שלהם חי עוד לפני הופעת הטירנוזאורוס רקס. דג תנין ארוך אף (ימין) ודג אליגטור | צילומים: TKBackyard and ivSky, Shutterstock

החוקרים בדקו דגים בני כלאיים כאלו, ואישרו שהם אכן צאצאים של אם ממין אחד ואב ממין שני. הם גם מצאו דגים שהם תוצאה של רבייה בין דג אליגטור לדג בן כלאיים. פירושו של דבר הוא ששני המינים המרוחקים לא רק הצליחו להעמיד צאצאים בריאים, אלא שהצאצאים האלו אפילו פוריים. זאת בניגוד למקרים רבים בהם בני כלאיים יכולים להיווצר, אך הם עקרים – הדוגמה המוכרת ביותר היא כמובן הפרד, שהוא הכלאה בין סוסה וחמור.

דגי התנין אינם מחזיקים בשיא של מינים רחוקים המסוגלים להעמיד צאצאים: השיא הזה שמור לדגי החדקן, שגם אצלם קצב האבולוציה איטי ביותר. לפני כשלוש שנים חוקרים חשפו ביצים של חדקן רוסי (Acipenser gueldenstaedtii) לזרע של חדקן שיניים אמריקאי (Polyodon spathula). הם עשו זאת כקבוצת ביקורת לניסוי בו הביצים נחשפו לזרע של דגים מאותו מין, ולא האמינו שיוכלו להיווצר כך דגים חיים. אך להפתעתם, מהביצים בקעו כמה מאות בני כלאיים, ולאחר שלושה חודשים כמחציתם היו עדיין בחיים. זאת למרות שהאב הקדמון המשותף האחרון של שני המינים חי לפני כ-160 מיליון שנים.

עם זאת, ההכלאה של דגי החדקן הייתה תוצאה מקרית של ניסוי, ואינה מתקיימת בטבע – קודם כל, שני המינים חיים באזורים שונים לחלוטין. בנוסף, סביר מאוד שהצאצאים בני הכלאיים אינם פוריים. דגי התנין, אם כך, הם בכל זאת אלופי העולם בהתרבות למרחקים (אבולוציוניים) גדולים.

קצב האבולוציה המולקולרית הנמוך קשור אולי למנגנוני תיקון DNA. החרטום הארוך של דג תנין ארוך אף | צילום: Solomon David

DNA מתוקן, אבולוציה איטית

מה המנגנון שעומד מאחורי השינוי האיטי כל כך של הגנים אצל דגי התנין? לחוקרים אין תשובה חד-משמעית, אך הם משערים שזה קשור למנגנוני תיקון DNA. מנגנונים כאלו קיימים אצל כל היצורים החיים, והם מתקנים מוטציות שמתרחשות ברצף הגנטי במהלך שכפול ה-DNA וכתוצאה מנזק. אם מנגנוני התיקון עובדים טוב יותר או יעיל יותר אצל דגי התנין, זה יכול להסביר את הקצב הנמוך של מוטציות שנראה אצלם מדור לדור.

מוטציות הן לא רק חומר הגלם של האבולוציה – שינויים גנטיים לא רצויים ב-DNA של איברים שונים בגופנו, שמנגנוני התיקון לא הצליחו לאתר ולתקן, הם מה שמוביל למחלת הסרטן. לכן, למחקרים על המנגנונים האחראים לאבולוציה האיטית של דגי התנין עשויות להיות גם השלכות מעשיות. "אם מחקרים נוספים יראו שמנגנוני תיקון ה-DNA של דגי התנין הם יעילים בצורה יוצאת דופן, ויגלו מה הופך אותם לכאלו, נוכל להתחיל ולחשוב על יישומים אפשריים ברפואה", אמר ניר.

בשלב הבא, החוקרים מתכוונים לקחת את הגנים האחראים על מנגנוני תיקון DNA אצל דגי התנין, ליצור בהנדסה גנטית דגי זברה עם הגנים הללו. כך יוכלו לבדוק את ההשפעה שלהם על קצת הצטברות המוטציות, ולברר אם הפתרון לאבולוציה האיטית אכן טמון במנגנונים האלו, או שעליהם לחפש אותו במקום אחר.