המריח הוא המצליח

גנים הקשורים להרחה אחראים ככל הנראה לאבולוציה של זבוב עמיד לרעלנים

נעם לויתן ויונת אשחר | גליליאו

גנים המתבטאים בקצות רגליהם של זבובי התסיסה קובעים על איזה צמח יעדיפו להטיל ביצים. תצלום: ט. מאטסואו וג. יאסוקאוה, מתוך: PLOS Biol. 5, e140 (2007).

במהלך המאבק הנצחי בין טורף לנטרף, התפתחו בצמחים רעלים כימיים המגנים עליהם מפני אוכלי עשב. ואולם, אבולוציה הדדית (קוֹ-אבולוציה) – שבה שינוי אבולוציוני במין אחד משנה את לחצי הברירה על מין אחר, וכך גורר אבולוציה שלו – אפשרה הופעה של אוכלי עשב בעלי עמידות לרעל, לצד כאלה שנמנעים מהצמח הרעיל. למשל, מין של זבוב התסיסה, Drosophila sechellia, עמיד לרעליו ונמשך לריח פירותיו של שיח הנוֹנִי הפולינזי (Morinda citrifolia) המכונה, בגלל ריחו המחריד, "פרי הקיא". מינים אחרים של זבוב התסיסה, ובהם D. melanogaster (תסיסנית המחקר) המשמש לניסויים במעבדות, נדחים מהריח המבחיל של הפרי, הנובע מהרעלנים חומצה הקסנואית וחומצה אוקטנואית, ובצדק – אם ינחתו על הפרי, ימותו. בלא תחרות מזבובי תסיסה אחרים, מובטח ל-D. sechellia כי פרי הנוני יספק שפע של מזון לרימות שלה.

עמידותה של D. sechellia לרעלני פרי הנוני מעניקה לה יתרון אקולוגי מובהק. נשאלת השאלה האם הגורמים האחראים להתמחותה של D. sechellia בשיח הנוני מספיקים כדי לגרום להתהוותו של מין-ביולוגי חדש? ובאופן כללי, האם יחסי הגומלין בין אוכלי עשב לצמח מספיקים לשם כך? קבוצת חוקרים באוניברסיטת טוקיו מטרופוליטן ניסו לענות על שאלה זו על-ידי חיפוש הדרך שבה קבוצת זבובי תסיסה קדומה, שממנה השתלשלה D. sechellia, רכשה את היכולת להיזון מצמח רעיל.

במחקר, שפורסם בכתב-העת המקוון PLOS Biology, השוו טאקאשי מאטסואו (Matsuo) ועמיתיו בין הגנים האחראים להבדלי ההתנהגות בין D. sechellia ומיני זבובי התסיסה האחרים. הם גילו כי שני גנים הקשורים לחוש הריח, הקרויים Obp57e (חלבון קושר ריחן 57e) ו-Obp57d, קשורים להבדל בנטיית המינים של זבובי התסיסה להעדיף צמחים מסוימים. ממצאי החוקרים מרמזים כי מוטציה ששינתה את הביטוי של גנים אלה גרמה ל-D. sechellia לאבד את הנטייה, הקיימת בזבובי התסיסה האחרים, להימנע מפרי הנוני.

במחקר קודם גילו החוקרים את האתר הגנטי הגורם ל-D. sechellia להימשך לחומצה הקסנואית ולזבובי תסיסה אחרים להידחות ממנה. במחקר הנוכחי גילו, כי ההבדל נובע מביטוי שונה של הגן Obp57e. ביטויו של גן זה גבוה ביותר ב-D. sechellia בעקבות תוספת של ארבעה נוקלאוטידים לרצף ה-DNA המפקח על ביטוי הגן. כאשר החוקרים ביטאו את הגן הזה ואת Obd57d בתסיסנית המחקר בצורת ביטוי דומה לזו של D. sechellia, תסיסנית המחקר נמשכה לריח חומצה הקסנואית וחומצה אוקטנואית כמו D. sechellia, כלומר התנהגותה השתנתה.

נראה כי המעבר של D. sechellia להעדפת הפרי הרעיל כמזון לרימות נבע משינויים גנטיים שאפשרו עמידות לרעלנים והפכו את הדחייה מהפרי למשיכה. לדעת המדענים, השינוי הראשון שהתרחש היה אבדן הדחייה מהפרי. רעילותו של פרי הנוני נחלשת ככל שהוא נרקב, וייתכן שאוכלוסיית הזבובים הקדומה שנמשכה לפרי נחתה על פירות רקובים מאוד, שרוב הרעלנים שבהם התפרקו. מבין הזבובים שנמשכו לפרי, נבררו במשך הזמן זבובים בעלי עמידות לרעלנים, מאחר שזבובים אלה מסוגלים להפיק מזון מפרי הנוני עוד לפני הירקבו ולכן יש להם יתרון על פני זבובים חסרי עמידות או בעלי עמידות פחותה.

אחת הדרכים שבהן מין חדש עשוי להתהוות היא התפצלות, שבה מין המקור מתפצל לשני מינים. התהליך כרוך בהיווצרות מחסומי רבייה בין האוכלוסיות, המובילים להתהוותם של שני מינים שונים. התפצלות זו יכולה להתרחש בעקבות מוטציה יחידה. לאחר ההתפצלות, מופיעות באוכלוסיות השונות מוטציות נוספות, עד להיווצרותם של שני מינים שונים גנטית זה מזה. המחקר מציע שזבובי התסיסה שנמשכו לפרי הנוני התפתחו על פרי שונה מזבובי התסיסה האחרים. זבובים אלה התרבו לפיכך באתר נפרד משאר הזבובים, והפרדה זו בין האוכלוסיות הביאה לבסוף להופעת זבוב תסיסה ממין חדש, D. sechellia.

לקריאה נוספת

המאמר המקורי:

Matsuo, T., Sugaya, S., Yasukawa, J., Aigaki, T. & Fuyama, Y. Odorant-binding proteins OBP57d and OBP57e affect taste perception and host-plant preference in Drosophila sechellia. PLOS Biol. 5, e118 (2007). doi: 10.1371/journal.pbio.0050118

שלמה וגנר, "מערכת הריח" (PDF), "גליליאו"  106

הכתבה המקורית התפרסמה במגזין גליליאו גיליון 107, יולי 2007. היא מבוססת בחלקה על המאמר Gross, L. Can a taste for poison drive speciation? PLOS Biol. 5, e140 (2007). doi: 10.1371/journal.pbio.0050140