מיטוכונדריה, גנים ובריאתן יצאו לטיול

הכותרת היא לא התחלה של בדיחה, אלא של מאמר רציני. מחקר שפורסם במאי האחרון בכתב-העת Science מספק עוד ראיה לערימת הראיות העצומה של תיאוריית האבולוציה. אני אמנם אפשט אותו מעט, אבל מקווה שלא אלך רחוק מדי ואפול לידי טעות. כפי שהכותרת רומזת, הראיה הזאת קשורה למיטוכונדריון (מיטוכונדריה ברבים), אברון בתא החי.

בכלליות, כל התאים שלנו בפרט וכל תאי החיות בכלל מכילים מיטוכונדריון אחד או יותר, שתפקידו לבצע את פעולת הנשימה ברמת התא. חמצן מוכנס אל תוך הגוף מהאוויר, מובל אל התאים השונים ומועבר, בין השאר, למיטוכונדריה. שם הוא משתתף בסדרה של תהליכים כימיים שהתוצר הסופי שלהם הוא מולקולות שמהוות "דלק" שמניע תהליכים כימיים בתא.

המיטוכונדריון נושא בתוכו חומר תורשתי (גנום) בדומה לגרעין התא. יש שני הבדלים שחשובים לנו בין הגנום המיטוכונדריאלי והגנום הגרעיני. ראשית, יחסית לגנום שבגרעין התא, בגנום המיטוכונדריאלי יש מעט מאד גנים והוא קטן בהתאמה. שנית, בחיות שמתרבות ברבייה מינית, הגנום הגרעיני נוצר משילוב של שני גנומים, הגנום של האב והגנום של האם. הגנום המיטוכונדריאלי בדרך כלל בא מהאם בלבד. מה שכל אחד מהגנומים הללו עושה נקבע לפי הגנים שנמצאים בו. שניהם "מדברים" אחד עם השני. במילים אחרות, מה שהאחד עושה משפיע על השני.

ההשפעה של הגנומים הללו אחד על השני בשילוב עקרונות אבולוציוניים הובילה לתחזיות מעניינות. נניח שלפנינו יצור בעל מוטציה כלשהי בגנום הגרעיני שמזיקה משמעותית לסיכוייו להביא צאצאים לעולם. לאורך זמן המוטציה הפוגענית הזאת תיעלם, כי אלו שיישאו אותה יינטו למות לפני שיביאו צאצאים לעולם. במילים אחרות, הברירה הטבעית תעבוד רגיל. הדבר נכון גם עבור נקבות וגם עבור זכרים.

נניח שלפנינו יצור בעל מוטציה כלשהי בגנום המיטוכונדריאלי. אם המוטציה הזאת פוגעת באופן זהה גם בזכרים וגם בנקבות, נצפה שלאורך זמן היא תיעלם, בדיוק כמו במקרה הקודם. הדברים מתחילים להיות מעניינים כשהמוטציה פוגעת רק בזכרים, אבל לא בנקבות. כזכור הגנום המיטוכונדריאלי עובר לדור הבא מהאם, אך לא מהאב. יש לזה השלכות על האבולוציה של הגנום המיטוכונדריאלי והאינטראקציה שלו עם הגנום הגרעיני.

נניח שלפנינו מקרה אחר של מוטציה בגנום המיטוכונדריאלי שמשפיעה לטובה, לא משפיעה בכלל או משפיעה לרעה מעט מאד על נקבות, אך משפיעה לרעה על זכרים במידה משמעותית. הזכר יסבול מהמוטציה ויינטה למות לפני שיביא צאצאים. לעומתו, נקבה שהמוטציה הזאת תהיה בה לא תינטה למות לפני הבאת צאצאים לעולם. לאורך זמן, נקבות עם המוטציה הזאת יביאו צאצאים לעולם וזכרים ימותו. עם זאת, מות הזכרים לא ישפיע על תפוצת המוטציה לאורך זמן, משום שהגנום המיטוכונדריאלי עובר בתורשה לצאצאים אך ורק מהנקבה.

מכל זה נובעות שתי תחזיות שניתן לבדוק ניסויית ולאמת. ההסבר עלול להיות מעט מורכב, אז תחזיקו ראש. ראשית, חשוב לזכור שלא רק מוטציות שמיטיבות עם האם ישמרו בגנום המיטוכונדריאלי. גם מוטציות בגנום המיטוכונדריאלי שלא משפיעות בכלל על האם אך משפיעות על זכרים ישמרו בגנום המיטוכונדריאלי. לכן, התחזית הראשונה היא שאנחנו צריכים לראות שמוטציות בגנום המיטוכונדריאלי משפיעות יותר על זכרים מאשר על נקבות.

שנית, יש גנים שפועלים רק בזכרים ולא בנקבות. גם שם הם לא פועלים בצורה אחידה, כלומר, בגוף הזכר יש מקומות בהם הגנים הללו פעילים יותר ומקומות בהם הם פעילים פחות. באיברי הרבייה הזכריים, לדוגמא, הפעילות של גנים כאלו מוגברת. גנים כאלו כמובן שלא משפיעים על הנקבות, כי הם לא פועלים בהם, אך עדיין יכולות להיות מוטציות בגנום המיטוכנודריאלי שישפיעו לרעה על פעילותם. הנזק הזה לא יגרום להיעלמות המוטציות בגנום המיטוכונדריאלי, משום שכזכור הברירה הטבעית עליהם פועלת רק על נקבות. אם כך, התחזית השניה היא שנצפה לראות השפעה גדולה יותר של מוטציות בגנום המיטוכונדריאלי במקומות בהם פועלים יותר גנים מהגרעין שיחודיים לזכרים.

החוקרים בדקו את התחזיות הללו על זבובים באמצעות כל מיני שיטות גנטיות מגניבות. כצפוי שתיהן התבררו כנכונות. לבריאתנים שמכחישים את תיאוריית האבולוציה אני נאלץ להפנות שוב את השאלה האלמותית הבאה. למה שהבורא ייצור את החיים כך שעוד תחזית שנובעת מתיאוריית האבולוציה תתממש? אני מניח שכרגיל זה בגלל גחמותיו הרבות. בקיצור, עוד ראיה לתיאוריית האבולוציה לאוסף.

המחקר:

Innocenti, P., E. H. Morrow, et al. (2011). "Experimental Evidence Supports a Sex-Specific Selective Sieve in Mitochondrial Genome Evolution." Science 332(6031): 845-848.