יש מוצא

אבולוציית פי-הטבעת מתולעים חסרות מעי צינורי ועד יונקי ביב

נעם לויתן ודינה וולודרסקי | גליליאו

אחוריו של חתול. מתוך ויקיפדיה.

נושא אבולוציית פי-הטבעת נפתח מחדש בעקבות מחקר, שפורסם בספטמבר 2008 בכתב העת המדעי Nature, המפריך את התאוריה המקובלת של התפתחות פי הטבעת.

למרבית החיות בעלות סימטריה דו-צדדית – כלומר בעלות צד ימין וצד שמאל המהווים תמונת ראי זה של זה, יש מערכת עיכול הכוללת פה קדמי ופי-טבעת אחורי. התאוריה המקובלת היא כי מערכת עיכול כזו התפתחה בד בבד עם התפתחותם של בעלי חיים שלהם סימטריה דו-צדדית (כגון פרפרים ובני אדם) מבעלי חיים בעלי סימטריה מעגלית (דמויי מדוזות ושושנות ים) ומערכת עיכול דמוית שק, בעלת פתח יחיד. במהלך התפתחות זו, ככל שהאורגניזם התארך ועמו התארכה גם מערכת העיכול, הפך השימוש בפתח יחיד לכניסת מזון ולהוצאת פסולת ללא יעיל. על פי הדעה המקובלת, במהלך האבולוציה, עם התארכות האורגניזם, התארך פתח הכניסה ונמתח לצורת חריץ. החלק המרכזי של חריץ זה נסגר וכך נוצרה מערכת עיכול דמוית צינור, שבקצותיה פה ופי-טבעת.

אולם, מהמחקר של הביולוגים האבולוציוניים אנדריאס היינול (Hejnol) ומארק מרטינדייל (Martindale) מאוניברסיטת הוואי עולה כי יתכן שבעלי החיים הדו-צדדיים הראשונים היו גם הם עם פתח יחיד, ורק לאחר מכן התפתח באופן בלתי תלוי, בקבוצות רבות של חיות אלו, פתח נוסף – פי-הטבעת.

החוקרים השוו את דפוס הביטוי של גנים הקשורים להתהוות הפה ופי-הטבעת במהלך ההתפתחות העוברית של חיות בעלות סימטריה דו-צדדית לביטוים בתולעת Convolutriloba longifissura, שלה סימטרייה דו-צדדית ומערכת עיכול בעלת פתח יחיד. תולעת ימית זו שייכת למערכת חסרי הצלום (acoelomorpha), תולעים זעירות שהן חסרות מעי צינורי.

לפי מחקרים שנעשו בשנים האחרונות, מייצגת מערכת זו את בעלי החיים הדו-צדדיים הקדומים, הבסיסיים. אם כך, תכונות התולעים חסרות הצלום, כגון ריכוז עצבים בחלק הקדמי של הגוף, עשויות לייצג את תכונותיו של האב הקדום של כל בעלי החיים הדו-צדדיים מלפני כ-600 מיליוני שנים בסוף עידן הפרֶקמבריום.

השוואת דפוסי הביטוי הראתה כי C. longifissura ובעלי חיים אחרים שלהם סימטריה דו-צדדית מבטאים אותם גנים, brachyury ו-goosecoid, במהלך התהוות פיהם: כלומר לַפתח היחיד של C. longifissura ולפה של שאר בעלי החיים מוצא משותף (הם הומולוגים). כמו כן, גנים המתבטאים במהלך התהוות פי-הטבעת של חלק מהחיות הדו-צדדיות מתבטאים בחלקה האחורי של התולעת, אך לא בפיה (שאצלה הוא הפתח היחיד). ממצא זה מרמז כי פי-הטבעת לא התפתח מהפתח היחיד אלא בנפרד ממנו. מאחר שביטויו של אחד מגנים אלה, המתבטאים בחלקה האחורי של התולעת חסרת הצלום, הוא באזור בו תתהווה מערכת הרבייה שלה, החוקרים משערים כי בחלק מבעלי החיים פי-הטבעת נוצר באופן בלתי תלוי בעקבות איחוי של פתח המין עם המעי. אכן, ניתן למצוא פתח כזה בחיות רבות כגון, דו-חיים, זוחלים, עופות ויונקי ביב (ברווזן וקיפודן) – שבהן הפתח, הביב, משמש לרבייה וכן להפרשת צואה ושתן.

מחקרם של היינול ומרטינדייל מספק הסבר להתהוות הביב, ומאחר שלפי התיאוריה החדשה התפתח פי-הטבעת בנפרד בשושלות בעלי חיים דו-צדדיים שונות, גם לכך שמספר הגנים המעורבים ביצירת פי-הטבעת גדול יותר ממספרם של הגנים הקשורים ליצירת הפה (שלו, כאמור, מוצא משותף).

עם זאת, לא כולם מסכימים עם ממצאי החוקרים. דֶטלֶב ארנדט (Arendt), מהמעבדה האירופית לביולוגיה מולקולרית, אמר ל-Nature כי C. longifissura היא יצור העובֵר אבולוציה מהירה, ולכן יתכן כי ניתן להסביר את דפוס ביטוי הגנים בכך שמערכת הרבייה היתה בתחילה חלק מהמעי, ולא להיפך. לדעת ארנדט התולעת לא מייצגת בהכרח מצב קדום: ייתכן שבמהלך האבולוציה היא איבדה את פי הטבעת וששריד פי הטבעת הוא פתח המין שלה. לדעתו, עד שלא יעשה מחקר בבעלי חיים נוספים שמתפתחים לאט יותר, יוותר הנושא פתוח.

המאמר המקורי [PDF via ResearchGate]:

Hejnol, A. & Martindale, M. Q. Acoel development indicates the independent evolution of the bilaterian mouth and anus. Nature 456, 382-386 (2008). doi: 10.1038/nature07309

הכתבה המקורית התפרסמה בגליליאו גיליון 123, נובמבר 2008