האם שני הצבעים של נוצות הקקפו שקיימים היום התפתחו בזכות יתרון שהיה להם בהסוואה מפני שני טורפים – שנכחדו לפני זמן רב?
הקקפו (kākāpō) הוא תוכי גדול שחי בניו זילנד. זהו התוכי הכבד בעולם, תוחלת החיים שלו היא עד 90 שנה – והוא נמצא בסכנת הכחדה חמורה: נותרו רק כ-250 פרטים, עקב הרס בתי הגידול והכנסת טורפים לאיים, שעד הגעת האדם לא היו בהם כמעט יונקים. צבעי נוצותיו משמשים אותו להסוואה, והזכר משמיע קריאת "בום" עמום ונמוך כדי למשוך בנות זוג בעודו שרוע על הקרקע. הוא אינו יכול לעוף והוא מקנן על הקרקע, מה שהופך אותו לפגיע במיוחד לטריפה.
לא לכל הקקפו יש נוצות באותו צבע: לחלקם יש נוצות ירוקות, ולחלקם – נוצות בצבע זית. אוכלוסיית הקקפו פחתה מאוד במאות השנים האחרונות. ככל שהאוכלוסייה קטנה, המגוון הגנטי פוחת, ולמרות זאת יש עדיין קקפו עם נוצות ירוקות וקקפו עם נוצות בגוון זית, והאיזון ביניהם נשמר. מה הבסיס הגנטי להבדל הזה?
מחקר חדש מחזק את ההשערה שהגורם הוא "רוח רפאים" מן העבר: טורפים שנכחדו השפיעו על הברירה הטבעית של צבעי הקקפו. המחקר התבסס על ניתוח נרחב של החומר הגנטי של הקקפו, הוא מספק תובנות לגבי מנגנונים אבולוציוניים בסביבה שמשתנה מהר, והוא עשוי לתרום לשימור הקקפו.
לא לכל הקקפו יש נוצות באותו צבע: לחלקם יש נוצות ירוקות, ולחלקם – נוצות בצבע זית. קקפו בצבעים שונים | מתוך המאמר Urban et al., PLoS Biology 2024
שינוי קטן, משמעות גדולה
החוקרים ניסו להבין מנתונים גנטיים כיצד התפתחו אצל האוכלוסיה הקטנה של המין הנדיר שני מופעי צבע נפוצים, במיוחד לאור הירידה החדה במספרם של תוכי הקקפו. הם גילו פרטים מפתיעים על הדרך שבה הקקפו פיתח שני צבעי נוצות ושמר עליהם. החוקרים יצרו קטלוג של צבעי נוצות בעזרת צילומים ותיעוד מהספרות המדעית. כדי להבין מה היה גוון הנוצות של הקקפו, החוקרים נעזרו בתוכנה, כי לא תמיד היה ברור לעין מה היה הצבע. התוכנה ניתחה את צבעי הנוצות וחילקה את האוכלוסייה לשתי קבוצות נפרדות, תוכים ירוקים ותוכים בצבע זית.
הניתוח הגנטי שהחוקרים עשו התבסס על מחקר קודם, בו נקבע רצף ה-DNA של 169 תוכי קקפו. המחקר הנוכחי התמקד במוקדים ב-DNA שקשורים לגוון הנוצות. החוקרים מצאו שהגיוון בצבעי הנוצות נובע משני מופעים גנטיים – שינויים בנקודה בודדת ברצף ה-DNA, כמו "טעות הקלדה" זעירה בקוד הגנטי.
הנוקלאוטידים הם אבני הבניין של ה-DNA. הם מסומנים באותיות A ,T ,C ו-G והם מרכיבים שרשראות ארוכות של DNA, מולקולות שנקראות כרומוזומים ונמצאות בגרעין התא. גנים הם רצפים של DNA לאורך השרשרת הארוכה, שלפי המידע האצור בהם נבנים החלבונים.
לבעלי חיים שיש שני עותקים מכל כרומוזום, שכן הם מקבלים עותק אחד מהאם ועותק נוסף מהאב יש שני מופעים לכל עמדה ב-DNA. בכל נקודה ב-DNA, יכול להופיע אחד מתוך שני נוקלאוטידים אפשריים – של האב או של האם. ברוב המקרים העותקים של הגנים יהיו זהים, אך לפעמים אנחנו - או הקקפו - מקבלים מופעים שונים של אחת העמדות ב-DNA, שנקראים אללים, מהאם ומהאב.
יחסי הכוחות בין הגֵנים שמקבלים מההורים לא תמיד זהים. לעיתים גרסה אחת של הגֵן "מנצחת" ומשפיעה על התכונה הנראית (אלל דומיננטי), גם אם קיימת גרסה נוספת שאינה באה לידי ביטוי (אלל רצסיבי). השילוב ויחסי הכוחות בין שני המופעים השונים של הגֵן (האללים) הוא שקובע את התכונה הסופית.
יחסי הכוחות בין הגֵנים שמקבלים מההורים לא תמיד זהים. לעיתים גרסה אחת של הגֵן "מנצחת" ומשפיעה על התכונה הנראית (אלל דומיננטי). באילוסטרציה, הגן לצבע כחול הוא הדומיננטי, ולכן הצבע הכתום בא לידי ביטוי רק אם שני העותקים כתומים | Shutterstock, Kooto
אצל הקקפו, אחד השינויים הגנטיים שמשפיעים על צבע הנוצות נמצא בשתי עמדות בסוף כרומוזום 8. הנוקלאוטידים האפשריים בעמדה הזאת הם T או G, תלוי מה ירש הקקפו מהוריו. T הוא המופע הדומיננטי, והחוקרים גילו שבשביל שפרט יהיה בגוון זית חייב לשאת לפחות עותק אחד של נוקלאוטיד T בעמדה הזאת. אבל יותר מכך, הוא צריך שגם יהיה לו לפחות עותק אחד של G בעמדה נוספת על אותו כרומוזום. זה אומר שיש שני אזורים ב-DNA שקשורים לצבע הנוצות, שניהם על כרומוזום 8.
המרדף אחרי הזית
החוקרים יצרו מודל גנטי ומצאו שמנגנון ההשפעה של גֵן אחד על משנהו הוא זה שמכתיב את צבע הנוצות. בתופעה הזאת, גֵֵן אחד יכול להשפיע על אופן הביטוי של גֵן אחר ואף להסוות את ביטויו (תופעה גנטית המכונה אפיסטזיס, ובעברית מיסוּך גֵן). במקרה של קקפו לא מדובר בשני גנים שונים, אלא בשתי עמדות לאורך מולקולת ה-DNA שאחת מהן אינה בתוך גן מוכר, אך תופעת האפיסטזיס עובדת באותה צורה.
המחקר כלל משפחה אחת של קקפו, שבה אפשר היה לבחון את צורת ההורשה של הגֵנים מההורים לצאצאים ואת היחסים בין המופעים השונים של הגֵנים. לתוכי הקקפו ששמו טה-אטפו (Te Atapō), היה נוקלאוטיד A בעותק אחד ונוקלאוטיד T בעותק השני באחת העמדות ב-DNA, ובעמדה השנייה היה נוקלאוטיד T בשני העותקים - או בקיצור, AT\TT. היות שלא היה לו נוקלאוטיד G בעמדה השניה, טה אטפו היה בגוון ירוק. לעומתו, תוכית הקקפו ששמה פורה (Pura), בעלת הנוקלאוטידים AT\TG, הייתה בגוון זית - היה לה גם נוקלאוטיד T בעמדה הראשונה וגם G בעמדה השניה. יחדיו הם העמידו מספר צאצאים, שאצלם אפשר היה לבחון את הגנוטיפ והצבע של הנוצות: אורי (Uri) קיבל את הנוקלאוטידים AT\TT - ללא G בעמדה השנייה - והיה ירוק. בראבו (Bravo) קיבל את הנוקלאוטידים TT\TG והיה בגוון זית. נבחנו עוד שלושה צאצאים של טה-אטפו, גם עם תוכית אחרת, ובכולם התגלתה אותה התופעה. התוצאה הזאת מחזקת את ההשערה של אפיסטזיס דומיננטי, שבו האינטראקציה בין שתי העמדות, יחד עם יחסיהם של האללים זה כלפי זה, קובעת את צבע הנוצות של הקקפו.
המחקר כלל משפחה אחת של קקפו, שבה אפשר היה לבחון את צורת ההורשה של הגֵנים מההורים לצאצאים ואת היחסים בין המופעים השונים של הגֵנים. אילוסטרציה של מודל ההורשה של צבע הנוצות | קסניה ז'ורבל
מלבד תיאור המנגנון הגנטי לקבלת צבע הנוצות וחלוקת הגוונים, החוקרים רצו לבדוק אם יש עוד הבדלים בין הנוצות. הם בחנו תחת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) את הטקסטורות והמבנים של פני השטח של שש נוצות, שלוש מכל גוון. הם מצאו שהחזר האור של הנוצות הירוקות שונה מזה של הנוצות בגוון זית, אך המדגם היה קטן מכדי שאפשר יהיה להסתמך על הממצא הזה באופן חד-משמעי.
מי היה קודם?
מהמחקר עולה שהגוון הירוק של הנוצות עתיק יותר מגוון הזית. כדי להבין איך התפתחו שני הגוונים באוכלוסיית הקקפו, החוקרים יצרו מודלים והדמיה של מקרים אפשריים, למשל השתלטות הגוון הירוק על האוכלוסיה או השתלטות גוון הזית, דרך המודל הגנטי להורשת הצבע שפיתחו לפני כן. המודלים הצביעו על כך ששני גווני הנוצות של הקקפו היו קיימים כבר לפני כמעט שני מיליון שנים.
החוקרים משערים שהגיוון הזה נשמר באמצעות ברירה מאזנת, תוצאה של אינטראקציה בין הקקפו לבין טורפים גדולים שנכחדו כתוצאה מפעילות האדם – כנראה הציפורים עיט האסטי וזרון איילס (Eyles’ harrier). הם הופיעו באי בערך באותה תקופה שבה הופיעה השונות הגנטית של הקקפו בניו זילנד. לפרטי קקפו עם נוצות בצבע שונה היה כנראה יתרון הישרדותי בסביבות שונות מול טורפים שונים. לאור הממצאים, החוקרים מתריעים על כך שבעוד כ-33 דורות, ובהיעדר טורפים, האיזון בין מופעי הצבעים יופר. הם מציעים להעניק קדימות למאמצי שימור שכוללים התייחסות למופעים של שני הצבעים באוכלוסיית הקקפו.
הממצאים מראים איך גם טורפים שנכחדו ממשיכים לעצב את הגנטיקה של הטרף. המידע הזה עשוי לעזור בשימור המגוון הגנטי של הקקפו, ובניהול תכניות רבייה יעילות יותר עבור מינים בסכנת הכחדה. שמירה על וריאציות גנטיות כמו זו של הקקפו יכולה לעזור לאוכלוסיות קטנות לשרוד שינויים סביבתיים בלתי צפויים בעתיד.
