שבעת המינים של הריסנית

ליצור חד תאי החי במים מתוקים יש שבעה מינים הנקבעים באקראי

נעם לויתן ויונת אשחר | גליליאו

תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של זוג טֶטְרָהִימֶנָה במהלך הזדווגות. צילום: The SEPA ASSET (Advancing Secondary Science Education with Tetrahymena) program at Cornell University

יצורים רבים נחלקים לשני זוויגים (מינים): זכר ונקבה. לעתים מאפייני הזוויגים מופיעים על פרט יחיד, כמו בחלק מהצמחים והרכיכות, ולעתים על פרטים נפרדים, כמו אצלנו בני האדם. אורגניזמים בעלי שני זוויגים יכולים להתרבות ברבייה זוויגית רק באמצעות סקס עם הזוויג הנגדי. אישה למשל, אינה מסוגלת להביא צאצאים לעולם בלי שגבר יהיה מעורב בעניין, ולהפך; ואם להסתדר עם שני זוויגים זה לעתים מורכב ומסובך, מה תאמר הריסנית (Tetrahymena thermophila), שלה שבעה זוויגים?

טֶטְרַהִימֶנָה היא ריסנית – חד-תא מכוסה ריסים החי במים מתוקים ומתרבה לרוב ברבייה אל-זוויגית, בדרך של חלוקה. לרבייה אל-זוויגית כמה יתרונות, בהם העברת כל הגנים של האֵם לצאצאים וכן החיסכון בצורך בחיפוש אחר בני זוג. אך ליתרונות האלו יש גם מחיר – מחסור בשונות גנטית. שונות זו, הנוצרת ברבייה זוויגית בעת ההזדווגות – כלומר בשעת ערבוב הגֶנים מההורים – עוזרת להתמודד עם טפילים ועם תנאי סביבה משתנים. ואכן, במצבי עקה, כשתנאי הסביבה משתנים לרעה, כמו במקרה של מחסור במזון, הטטרהימנה עוברת מרבייה אל-זוויגית לרבייה הכוללת הזדווגות.

אחד המאפיינים של הטטרהימנה, וכן ריסניות אחרות, הוא היותה בעלת שני גרעינים, אחד גדול ואחד קטן. הגרעין הקטן, הקרוי גרעין הנֶבט, כולל את הגנום של הטטרהימנה, המסודר בחמישה כרומוזומים וכל כרומוזום מופיע בשני עותקים (דיפלואידי). גרעין זה אינו פעיל בדרך כלל, ומתעורר לחיים רק במקרה של הזדווגות. הגרעין הגדול, גרעין הגוף, כולל את רוב הגנום של הריסנית, ומחולק לכרומוזומים רבים מאוד, כ-225, המופיעים בעותקים רבים. הגנום בגרעין זה פעיל ואחראי על כל הפעולות של הטטרהימנה: הוא זה שמקודד יצירת יותר מ-27 אלף חלבונים, מעורב ברבייה האל-זוויגית, וקובע לאיזה זוויג – מתוך שבעה זוויגים אפשריים – שייכת הטטרהימנה המסוימת.

כיצד נקבע הזוויג?

כבר בשנות החמישים של המאה ה-20 היה ידוע כי כשהטטרהימנה מזדווגת היא עושה זאת כאחת מתוך שבעה זוויגים, כאשר כל זוויג יכול להזדווג עם כל אחד מששת הזוויגים האחרים, אך לא עם עצמו. הזוויג של כל אחד משני הצאצאים המתקבלים יכול להיות כל אחד מהשבעה האפשריים, ללא קשר לזוויג של ההורים. מרסלה סרוונטס (Cervantes) מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה ועמיתיה מארצות-הברית ומסין גילו, במאמר שפורסם בכתב-העת המקוון PLOS Biology, כיצד נקבע זוויג הצאצאים.

בתהליך ההזדווגות של הטטרהימנה, הקרוי קוֹניוּגַציה, שתי ריסניות מזוויגים שונים נצמדות זו לזו ומתחברות, וגרעין הנבט של כל אחת מהן מתחלק בחלוקת הפחתה והופך לשני גרעיני-בת המכילים כל אחד רק סט אחד של כרומוזומים, שתפקידם דומה לזה של תאי הזרע והביצית אצלנו. גרעין-בת אחד כזה עובר מכל טטרהימנה לטטרהימנה השנייה, ומתמזג עם גרעין הבת שנותר שם, לקבלת גרעין הזיגוטה – שהוא המקבילה לביצית מופרית. במקביל, גרעין הגוף של כל ריסנית מתפורר ומושמד. בשלב זה הריסניות נפרדות זו מזו וגרעין הזיגוטה מתחלק לקבלת גרעין נבט חדש, שכולל את כל החומר הגנטי של הטטרהימנה, ולגרעין גוף חדש שחלקים מהחומר הגנטי שלו מורחקים ונמחקים ואחרים מסודרים מחדש.

החוקרים גילו כי סידור מחדש זה הוא הקובע את הזוויג של הריסניות, בתהליך שרובו אקראי. הם ראו כי בגרעין הנבט נמצאים זוגות של גנים המסודרים ראש אל ראש ומקובצים יחדיו זה אחר זה, כשכל זוג מייצג את אחד מהזוויגים, אך הגנים אינם שלמים. בגרעין הגוף, לעומת זאת, קיים רק זוג גנים אחד ושלם. כשגרעין גוף חדש נוצר, זוגות הגנים נחתכים ומורחקים מהגנום, כל פעם זוג שנבחר באקראי, עד שלבסוף נותר זוג אחד בלבד. החלקים החסרים מתחברים לזוג זה, לקבלת גנים שלמים שיכולים להתבטא ולקבוע את הזוויג של הטטרהימנה, ללא קשר לזוויג שהיה להוריה.

קביעת הזוויג בטטרהימנה. בגרעין הנבט זוגות גנים לא שלמים. בגרעין הגוף זוג אחד ושלם. זוג זה מתקבל לאחר שהזוגות האחרים נמחקו באקראי והוא זה שקובע את הזוויג. באיור מוצגים רק שלושה זוגות. איור: נעם לויתן

סרוונטס ועמיתיה משערים כי החלבונים, תוצרי הגנים הקובעים את הזוויג, נמצאים על פני תא הריסנית, כך שריסניות אחרות שפוגשות בה יוכלו לזהות את הזוויג שאליו היא שייכת, בצורה דומה לדרך שבה תאי הגוף שלנו מבדילים בין תא עצמי לפולש זר. לדעתם, חקר הטטרהימנה יכול ללמד על הדרך שבה מתרחש ארגון מחדש של הגנום, תהליך דומה לזה שמתרחש בחלק מתאי מערכת החיסון שלנו. כמו כן הוא יכול להוסיף פרטים חדשים על הדרך שבה התפתחה ופועלת היכולת להבדיל בין עצמי לזר, שפעולתה חשובה וקשורה למחלות אוטואימוניות ולדחיית שתלים.

להתחדש או למות
הדוקטור, גיבור הסדרה "דוקטור הו", הוא מגזע אדוני הזמן המסוגלים להתחדש כדרך לחמוק מהמוות. כתוצאה מההתחדשות גופו של הדוקטור משתנה, הוא הופך חזרה לצעיר ובריא ותכונות אופי ישנות וחדשות נטרפות ומחולקות מחדש. במהלך ההזדווגות עוברת הטטרהימנה תהליך דומה; בתחילת ההזדווגות נצמדות זו לזו שתי ריסניות בוגרות ובסופה נפרדות זו מזו שתי ריסניות צעירות – הצאצאים.
תהליך ההזדווגות, הסקס, ותהליך ההתרבות מתרחשים בנפרד בריסניות ובמרבית היצורים החד-תאיים האחרים. הטטרהימנה – כמו ריסניות אחרות – מתרבה בדרך של חלוקה, ברבייה אל-זוויגית, כלומר היא מביאה צאצאים חדשים לעולם ללא צורך בהזדווגות. אך היא והצאצאים שלה מזדקנים עם הזמן, כאשר כל דור זקן יותר מהוריו, עד שלאחר מספר מאות חלוקות הריסניות אינן יכולות לתפקד. המוצא היחיד של הריסניות מגורל זה הוא הזדווגות, שהיא התהליך שבו מתמזג ומתערב החומר הגנטי של שתי ריסניות שונות (ללא חלוקה). בסוף ההזדווגות, כאמור, מתקבלות שתי ריסניות צעירות ומחודשות שיכולות להמשיך ולהתרבות ברבייה אל-זוויגית – מֵעֵין גרסה למבוגרים בלבד של "דוקטור הו", גרסה שככל הנראה היתה משמחת את קפטן ג'ק.