מדרווין לברירה זוויגית. מאת שחר לביד ופרופ' בנימין פודבילביץ, הפקולטה לביולוגיה בטכניון

14 פברואר 2022

שחר לביד

שחר לביד

ביום שבת האחרון ה- 12 בפברואר, חגגנו את יום הולדתו של סר צ'ארלס דרווין, מהדמויות המשפיעות ביותר בהיסטוריה של המדע, שנולד ב-1809. ספרו 'מוצא המינים', שפורסם ב-1859, הציג תשובה מהפכנית לאחת השאלות הבסיסיות שהעסיקו חוקרי טבע במשך מאות שנים: כיצד נוצרים מינים חדשים בטבע?

דרווין היה הראשון שהציג מנגנון דינמי המספק הסבר עקבי להיווצרות מינים חדשים – עקרון הברירה הטבעית, המניע אבולוציה הדרגתית [1]. מושג חדש זה כולל מספר היבטים: מאבק הישרדותי, כלומר – נוכחות של לחץ חיצוני המשפיע על הישרדותם של פרטים; הימצאות שונוּת באוכלוסייה, והעברה תורשתית של תכונות המעניקות כשירות מסוימת להתמודד עם לחצים אלו (fitness) [2].

למעלה מעשור לאחר מכן פרסם דרווין ספר מוכר מעט פחות ובו התעמק בנושא הברירה הזוויגית כצורה מובחנת של ברירה טבעית [3]. דרווין ניסח את הבחנתו בעיקר עבור פרטים זכרים שיש להם יתרון בהזדווגות. פרטים אלה יעבירו יתרון זה לצאצאיהם הזכרים, אמר דרווין, ללא קשר ללחצים הישרדותיים אחרים. מונח זה של ברירה זוויגית הורחב מאז לכלל ההיבטים המעורבים בתהליך ההזדווגות, בכל רמות הביולוגיה, מההתנהגותית ועד המולקולרית [4].

 

 

עץ פילוגנטי המתאר אבולוציה על בסיס שוני ברצף הגנום עבור תת-משפחה השייכת ל-fusexins. העץ מראה את הקשרים הגנטיים בין חלבוני איחוי ממשפחת FF, שהיא חלק ממשפחת העל fusexins, ואופיינה לראשונה בנמטודה Caenorhabditis elegans. אדום, תכלת, סגול: חלבונים שונים בנמטודות (Nematoda): סדרת Rhabditida (אדום); סדרת Strongylida (כחול); מחלקת Enoplea (סגול). בכתום: חלבוני FF ממערכות אחרות.

בתמונה מעלה עץ פילוגנטי המתאר אבולוציה על בסיס שוני ברצף הגנום עבור תת-משפחה השייכת ל-fusexins. העץ מראה את הקשרים הגנטיים בין חלבוני איחוי ממשפחת FF, שהיא חלק ממשפחת העל fusexins, ואופיינה לראשונה בנמטודה Caenorhabditis elegans. אדום, תכלת, סגול: חלבונים שונים בנמטודות (Nematoda): סדרת Rhabditida (אדום); סדרת Strongylida (כחול); מחלקת Enoplea (סגול). בכתום: חלבוני FF ממערכות אחרות.

למעלה מעשור לאחר מכן פרסם דרווין ספר מוכר מעט פחות ובו התעמק בנושא הברירה הזוויגית כצורה מובחנת של ברירה טבעית [3]. דרווין ניסח את הבחנתו בעיקר עבור פרטים זכרים שיש להם יתרון בהזדווגות. פרטים אלה יעבירו יתרון זה לצאצאיהם הזכרים, אמר דרווין, ללא קשר ללחצים הישרדותיים אחרים. מונח זה של ברירה זוויגית הורחב מאז לכלל ההיבטים המעורבים בתהליך ההזדווגות, בכל רמות הביולוגיה, מההתנהגותית ועד המולקולרית [4].

במהלך ההפריה עצמה, האינטראקציה בין תאי זוויג (גמטות), כגון זרע וביצית, עשויה להיות השלב המכריע בהצלחת תהליך הרבייה. באופן ספציפי, שלב איחוי הגמטות יחדיו אינו ספונטני ודורש את פעילותם התקינה של חלבוני איחוי מיוחדים המכונים 'פוזוגנים' (fusogens). בעשורים האחרונים התגלו פוזוגנים רבים, חלקם קשורים לרבייה מינית בעוד אחרים מעורבים באיחוי תאים סומטיים (שאינם תאי זוויג) [5]. יתרה מזאת, אפשר לקבץ חלק גדול מחלבונים אלה, על סמך דמיון מבני, תחת משפחה אחת הנקראת fusexins (איור 1). באופן מעניין, למרות הדמיון המבני, החלבונים במשפחה זו שייכים למגוון אדיר של מינים ובהם נגיפים, צמחים ויצורים חד-תאיים; חלקם ממלאים תפקיד בהדבקה נגיפית, חלקם באיחוי גמטות וחלקם סומטיים [6]. תפוצה נרחבת זו במערכות שונות מעלה באופן טבעי את השאלה על מקורם האבולוציוני [7].

לאחרונה נוסף ענף נוסף למשפחת ה-fusexins, עם גילוי חלבונים בעלי מבנה ותפקיד דומה בארכיאה [7]. גילוי זה עשוי לרמוז על אב קדמון משותף לרבים מחלבוני האיחוי האאוקריוטים ולאלו שמקורם בארכיאה, אולם קיימת אפשרות אחרת בה חלבונים אלו שימשו להדבקה נגיפית ואפשרו העברה של גנים בין מינים ללא הדרגתיות ("העברה אופקית" Horizontal gene transfer) [7]. ייתכן, אם כן, כי חלבוני איחוי מארכיאה הועברו דרך נגיפים אל אאוקריוטים, שם התפתחו בחלק מהמינים למלא תפקיד באיחוי גמטות [7].

ממצאים אלו ורבים אחרים ממשיכים את דרכו של דרווין לגילוי השלבים השונים של ההתפתחות האבולוציונית. החל מהמקור לרבייה מינית וראשית התפתחות מינים אאוקריוטים ועד לתהליכים השולטים על מערכות אקולוגיות שלמות, תורת האבולוציה ממשיכה לספק מסגרת דרכה מדענים חוקרים תהליכי התפתחותיים, במבט לעבר וכן לעתיד.

 

מקורות:

[1] Darwin C. R. (1859). On the Origin of Species. p.61.
[2] Griesemer J. (2001). The Units of Evolutionary Transition, Selection1(1-3), 67-80.  DOI: https://doi.org/10.1556/select.1.2000.1-3.7
[3] Darwin C. R. (1871). The descent of man, and selection in relation to sex. London: John Murray. Volume 1.
[4] Kuijper B., Pen I., Weissing J. F. (2012) A Guide to Sexual Selection Theory. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, Vol. 43:287-311https://doi.org/10.1146/annurev-ecolsys-110411-160245
[5] Avinoam O., Fridman K., Valansi C., Abutbul I., Zeev-Ben-Mordehai T., Maurer UE., Sapir A., Danino D., Grünewald K., White JM., Podbilewicz B. (2011). Conserved eukaryotic fusogens can fuse viral envelopes to cells. Science. Apr 29;332(6029):589-92. doi: 10.1126/science.1202333
[6] Valansi C., Moi D., Leikina E., Matveev E., Graña M., Chernomordik L. V., Romero H., Aguilar P. S., & Podbilewicz B. (2017). Arabidopsis HAP2/GCS1 is a gamete fusion protein homologous to somatic and viral fusogens. J Cell Biol, 216(3), 571-581. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5350521/

זמינים עבורכם גם ברשתות החברתיות
שינוי גודל גופנים
ניגודיות