הצמחים עלו ליבשה בעזרת חיידקים

עד לפני כחצי מיליארד שנה, לפי הסיפור המקובל, אדמת כדור הארץ הייתה חשופה ועקרה כמעט לחלוטין. באוקיינוסים ואפילו במקווי המים המתוקים כבר שגשגו מערכות אקולוגיות נרחבות, בהן אצות, רכיכות, פרוקי רגליים וגם אבותיהם של הדגים בעלי החוליות התחרו זה בזה ואכלו זה את זה. אך החיים היחידים שנמצאו על האדמה היו חיידקים, ואולי פה ושם גם פטריות. אז הגיעו הצמחים והחלו להתרבות, להתפשט ולהתפתח לעוד ועוד מינים, עד שהיום הם כמעט תשעים אחוזים ממסת החיים בכדור הארץ. במחקר חדש, שבחן את הגנים של אצות מהקבוצה הקרובה ביותר לצמחים, גילו החוקרים כי חלק מהגנים שאיפשרו את העלייה לאדמה נמצאים גם באותן אצות, ואולי עזרו להן ליישב את האדמה הרבה לפני הצמחים. יותר מכך: חלק מהגנים האלו הגיעו אליהן, ככל הנראה, מחיידקים.

פשוטות, אבל לפניך

צמחי היבשה התפתחו מאצות מים מתוקים, אך עד לאחרונה לא היה ברור מאילו אצות. בעבר סברו רוב המדענים שהאצות הקרובות ביותר לצמחים הן הנאוניתיות (Charophyta). הן בהחלט נראות מתאימות לתפקיד: אלה אצות רב תאיות, בעלות מבנה דמוי גבעולים ועלים, ונראות כמעט כמו צמחים הגדלים מתחת למים. אך מחקרים גנטיים הראו שדווקא האצות הפשוטות הרבה יותר, מקבוצת הזִיגְנֶמַטוֹפִיצֵיאָה (Zygnematophyceae), קרובות יותר לצמחים מבחינה אבולוציונית. זאת למרות שרבות מאצות אלו הן חד תאיות, או בנויות מחוטים פשוטים של כמה תאים. "חוקרים הכירו את האצות האלו כבר זמן רב, אבל הם לא חשבו שהן עשויות להיות קרובות משפחה של צמחי היבשה, כי אנחנו נוטים להניח שבמהלך האבולוציה תהיה עלייה רצופה במורכבות", אמר גַאנֶה קָה-שוּ ווֹנְג (Wong), מהחוקרים החתומים על המאמר, בראיון לניו-יורק טיימס.

עם זאת, לזִיגְנֶמַטוֹפִיצֵיאָה יש תכונה חשובה המשותפת להן ולצמחים: חלקן מסוגלות לחיות מחוץ למים, לפחות באופן חלקי. החוקרים השוו את רצף הגנום של שני מיני אצות, אחד מהם נאסף מסלע בגרמניה, ואחד צמח על גבי טחב בפורטוגל. כשהשוו בין הגנום של האצות לאלו של צמחים ושל אצות מקבוצות אחרות, מצאו החוקרים כי גנים החשובים להתפתחות הצמחים ולעמידות שלהם ליובש, מופיעים כבר אצל קרובי משפחתם, הזִיגְנֶמַטוֹפִיצֵיאָה.

אצות מהמין Spirogloea muscicola שככל הנראה קיבלו מחיידקים גנים לחיי יבשה | צילום: Barbara and Michael Melkonian

מחיידק לאצה

מאיפה הגיעו הגנים האלו לאצות? חלקם התפתחו מגרסאות מוקדמות יותר, ואפשר לראות את הגנים המקבילים להם אצל אצות אחרות, אבל חלק אחר נראו כאילו הופיעו יש מאין. כשהרחיבו את החיפוש, גילו החוקרים שהגנים האלו נמצאים רק אצל צמחים, אצות מקבוצת הזִיגְנֶמַטוֹפִיצֵיאָה וחיידקים. החוקרים משערים שהגנים החשובים כל כך להתמודדות עם תנאי היובש מחוץ לאגמים ולברכות, עברו מהחיידקים לאב המשותף לאצות אלו ולצמחים.

העברת גנים מיצור חי אחד לאחר, שלא בדרך "המקובלת", כלומר מהורה לצאצא, נקראת העברת גנים אופקית. חיידקים מעבירים גנים ביניהם לעיתים קרובות, גם בין שני פרטים באותו המין וגם בין מינים שונים. לעתים נדירות יותר, גנים עוברים גם בין בעלי חיים, בין בעל חיים לצמח, או כמו במקרה זה, בין חיידק לאצה. גם בגנום שלנו יש גנים שמקורם ביצורים חיים אחרים.

איך ואיפה התרחש אותו מפגש גורלי בין החיידק והאצה שבו הועברו הגנים? מיכאל מלקוניאן (Melkonian) מאוניברסיטת קלן בגרמניה, שבמעבדתו נערך המחקר, אמר כי אצות מהמינים האלה מסוגלות ליצור מעין ספוג עשוי פחמימות, שמשמש אותן לספיגת מים. חיידקים חיים בתוך הספוג הזה וניזונים מהפחמימות, ובתמורה מספקים לאצות ויטמינים הנחוצים להן. ייתכן שתוך כדי כך, בעזרת המגע הקרוב שנוצר, עברו הגנים מהחיידק לאצה. עם זאת, היות שמדובר בתהליכים שהתרחשו לפני כחצי מיליארד שנה, קשה מאוד להוכיח את ההשערה הזו.

מלקוניאן הוסיף כי לפי המחקר, המנגנונים הדרושים לעלייה על הקרקע לא הופיעו לראשונה בצמחים, אלא היו קיימים כבר באצות. ייתכן, אם כך, שאנחנו צריכים לחשוב מחדש על הסיפור לפיו הארץ עמדה שוממת עד בואם של צמחי היבשה. "פני השטח של כוכב הלכת ארץ היו ירוקים מאות מיליוני לפני שהופיעו צמחי היבשה הראשונים", טען מלקוניאן.