שיטת ההתרבות של הכרומוספרה פרקינסי עשויה לייצג שלב אבולוציוני מרכזי בהתפתחות החיים בכדור הארץ, שהכשיר את הקרקע להיווצרות יצורים רב-תאיים
בקרקעית האוקיינוס, באזורים הרדודים המקיפים את איי הוואי, חיים יצורים זעירים שהתגלו רק בשנת 2017. היצורים האלה, שנקראים כרומוספרה פרקינסי (Chromosphaera perkinsii), הם קרובי משפחה רחוקים של כל בעלי החיים. הם חולקים איתם אב קדמון משותף, שממנו התפצלו לממלכה נפרדת לפני כמיליארד שנים. אף שרק עתה נודע לנו קיומם, הם כבר מעוררים דיון מדעי ער – משום שמתברר שהיצורים החד-תאיים הקטנים והקדמוניים הללו מתפתחים בצורה שמזכירה מאוד דווקא את התפתחותם של יצורים רב-תאיים, השונה מזאת של יצורים חד-תאיים פשוטים.
כרומוספרה פרקינסי חולקים עם כל בעלי החיים אב קדמון משותף, שממנו התפצלו לממלכה נפרדת לפני כמיליארד שנים. עץ אבולוציוני של היצורים החיים | Dk Images / Science Photo Library
מורכבות גוברת
המסע האבולוציוני שהוביל מיצורים חד-תאיים פשוטים למערכת מגוונת של רב-תאיים מורכבים החל לפני כמה מאות מיליוני שנים. יצורים חד-תאיים פשוטים התקיימו במקווי מים בכדור הארץ כבר לפני כארבעה מיליארדי שנים. כשיצור כזה עומד להתרבות, התא שלו גדל, משכפל את החומר התורשתי שלו ובסופו של דבר מתחלק במרכזו לשני תאים נפרדים וכמעט זהים. השיטה הזאת יעילה מאוד ונפוצה מאוד גם כיום.
במשך שני מיליארדי שנה היצורים החד-תאיים הפשוטים משלו לבדם בעולם החי בכדור הארץ. ואז הופיעה חלופה חדשה: חלק מהיצורים החד-תאיים החלו לאחסן את החומר הגנטי שלהם בגרעין עטוף ממברנה, והפכו לעל-ממלכה חדשה שנקראת "אֵיקַריוטיים": מילה שפירושה "בעלי גרעין אמיתי". לפי ההערכה המקובלת כיום, בחלוף כמה מיליוני שנים החלו חלק מהיצורים האיקריוטיים להתפצל יותר מפעם אחת ולהתגבש ליצורים מורכבים בעלי תאים רבים עם תפקודים שונים.
המעבר מתא יחיד ליצורים רב-תאיים היה כרוך בהתגברות על אתגרים התפתחותיים מהותיים. לפתע פתאום נולד הצורך במנגנון שייצוֹר מתא יחיד קבוצות נפרדות של תאים בעלי תכונות ייחודיות – למשל תאי עור ותאי כבד. התהליך הזה, של יצירת תאים בעלי התמחויות שונות, נקרא "התמיינות".
התאים השונים האלה צריכים להתחבר יחד לרקמות מתפקדות ולהפיק מערכת של אותות פנימיים מסונכרנים היטב שיעזרו לכל תא לרכוש את המאפיינים הנכונים בזמן הנכון ובמקום הנכון. בכל המקרים, ולא משנה אם מדובר בדוב גריזלי, פטריית פורטבלו או כלנית אדומה, שלבי ההתפתחות המוקדמים שעונים על האתגרים הללו דומים מאוד אצל כולם. כל היצורים הרב-תאיים מתחילים את דרכם כתא גדול אחד שמתפצל לשני תאים קטנים יותר, שמתחלקים לתאים עוד יותר קטנים וכן הלאה, לכל אורך החלוקות הראשונות, הגודל הכולל של מצבור התאים לא חורג מגודלו של התא המקורי. אצל בעלי חיים, החלוקות הראשוניות הללו מובילות ליצירה של מבנה המכיל תאים קטנים רבים שמרוכזים בדופן מבנה דמוי שק הקרוי בלסטולה (Blastula).
מנגנון שיוצר מתא יחיד קבוצות נפרדות של תאים בעלי תכונות ייחודיות. התמיינות תאים | zombiu26, Shutterstock
מושבה צפופה
איך נוצר המנגנון הזה? האם מדובר בחידוש שהתלווה להופעתם של היצורים הרב-תאיים, או שמא שורשיו טמונים במנגנונים קודמים שהתפתחו עוד קודם אצל אבותיהם הקדומים בעלי התא היחיד? במחקר חדש, שפורסם בכתב העת Nature, זיהו חוקרים משווייץ ומארצות הברית שהפרקינסים מתרבים בצורה חריגה לעומת יצורים חד-תאיים אחרים. צורת ההתרבות הזאת תומכת באפשרות השנייה – שהמנגנונים שמאפשרים את התפתחותם של יצורים רב-תאיים היו קיימים עוד קודם.
באמצעות תיעוד ממושך תחת המיקרוסקופ הראו החוקרים שמעגל החיים של הפרקינסים כולל חלוקה חוזרת ונשנית של תאים, שהופכים למעין שק של תאים, ממש כמו הבלסטולה. אבל בשונה מהבלסטולה, שהתאים בה הם יחידה הומוגנית אחת שממנה יתפתח יצור שלם, התאים הזעירים הללו מזכירים מושבה צפופה של מאות חד-תאיים נפרדים שחיים ומתפצלים יחד באופן זמני בתוך תא האם. המצב הזה יכול להימשך זמן מה, עד שלבסוף התאים יפרצו החוצה ויצאו לדרכם העצמאית.
הדמיון בין מאפייני ההתפתחות של היצורים הרב-תאיים לבין התפתחות צאצאי הפרקינסים לא מסתיים בזה. מממצאי החוקרים עולה שהתאים במושבה לא היו אחידים, אלא כללו תאים משני סוגים. לחלקם היה שוטון – אברון מוארך דמוי מדחף שמאפשר לתא לזוז, בדומה לשוטון דמוי הזנב שיש לתאי זרע אצל יצורים מורכבים יותר - וחלקם היו נטולי שוטון. כלומר התא המתפצל אומנם משחרר מתוכו יצורים חד-תאיים, אבל הצאצאים שונים זה מזה. מכאן נובע שהשק מסוגל ליצור תאים שונים שהחלו כולם את דרכם בתא יחיד שהתפצל. ההתמיינות הזאת, שבה תאים שונים בצבר מקבלים תפקידים שונים, עשויה לספק ליצור יתרון אבולוציוני במצבי מצוקה, ואולי מעידה על שלב ביניים חשוב בדרך לרב-תאיות.
התחלקות של כרומוספרה פרקינסי מתא בודד למעין שק של תאים רבים. קרומי התא באדום, גרעין התא עם החומר התורשתי בכחול | מקור: O. Dudin, UNIGE
שורשים משותפים
עם זאת, ייתכן גם שהתפתחות הפרקינסים נובעת מאבולוציה מתכנסת – תהליך שבו תכונות דומות מתפתחות באופן עצמאי ובלתי תלוי אצל יצורים שונים בתגובה לצרכים סביבתיים דומים. למשל גם הפטרוזאורוסים, גם העטלפים וגם הציפורים פיתחו כנפיים לגמרי בנפרד. אך במקרה הנוכחי החוקרים מדגישים כי הדמיון במבנים ובמנגנונים המולקולריים שמשמשים את הפרקינסים ואת כל היצורים הרב-תאיים מעיד כנראה שיש להם שורשים משותפים קדומים, ושהדמיון אינו רק דמיון בתוצאה: ניתוח מולקולרי של הכרומוספרה פרקינסי גילה שיש לה מנגנונים גנטיים שמזכירים את אלו האחראים על התפתחות עוברים של בעלי חיים רב-תאיים.
"אף על פי שהכרומוספרה פרקינסי הוא יצור חד-תאי, התנהגותו מראה שמאפיינים של התפתחות רב-תאית, כגון תיאום בין-תאי והתמיינות של תאים היו קיימים הרבה לפני שבעלי החיים הופיעו על כדור הארץ", סיכם הביוכימאי אומאיה דודין (Dudin), שעומד בראש קבוצת המחקר, בריאיון לדוברות אוניברסיטת ז'נבה. אם כך, הממצאים לא רק מספקים הצצה אל האבולוציה בעבר הרחוק, אלא גם מצביעים על כך שהתהליכים הביולוגיים המורכבים שיצרו את בעלי החיים המוכרים לנו היום התפתחו בהדרגה, במשך מאות מיליוני שנים. ייתכן שהטבע שרטט טיוטות רבות עד שיצר את היצורים הרב-תאיים הראשונים.
