לראות את האור

תאי הראייה של התולעת חסרת העיניים

נעם לויתן ודינה וולודרסקי | גליליאו

נמטודה

נמטודה. צילום: National Human Genome Research Institute.

הנמטודה (תולעת נימית או תולעת עגולה) השקופה Caenorhabditis elegans חיה מתחת לפני הקרקע, באפלה, ולכן נראה כי אינה זקוקה ליכולת ראייה – ואמנם, כפי שהיינו מצפים, אין לה עיניים. עם זאת, מחקר שהתפרסם בכתב-העת Nature Neuroscience מגלה כי אף שהנמטודה חסרת עיניים, היא מסוגלת להבחין באור ולהימלט מפניו.

שקיפותה של התולעת הקטנה, שאורכה כמילימטר, מאפשרת לעקוב אחר כל אחד מתאי גופה ולמפות את גורלם ההתפתחותי במלואו. במהלך התפתחות התולעת נוצרים 1,090 תאי גוף הנודדים למקומם המיועד. 131 מתאים אלו מתים מוות מתוכנן מראש (אפופטוזה), ומתקבלת נמטודה בוגרת המורכבת מ-959 תאים (בבעל-החיים הבוגר), ש-302 מתוכם הם תאי עצב. מצב זה, שבו ידוע גורלו של כל תא בודד באורגניזם שלם, והעובדה שהגנום של C. elegans מופה במלואו כבר ב-1998, מאפשרים להיעזר בנמטודה למחקר בתחומים רבים, ובהם גנטיקה, ביולוגיה התפתחותית ונוירוביולוגיה.

נוירוביולוגים שחקרו את מערכת העצבים הפשוטה של הנמטודה למדו במהלך השנים כיצד התולעת מגיבה על גירויים סביבתיים שונים – כגון חום – אך, מאחר שהניחו כי התולעת עיוורת, לא טרחו לבדוק כיצד C. elegans מגיבה לאור. ואולם, שון שו (Xu) ועמיתיו מאוניברסיטת מישיגן באן ארבור החליטו לבדוק כיצד הנמטודה, שאור שמש עלול להרגה, מסוגלת להימנע ממנו ולהישאר בחשכה.

החוקרים שיערו כי אם אמנם התולעת הנימית מסוגלת להבחין באור, היא תידחה ממנו ותימלט לכיוון הנגדי – לאזור האפל. ואכן, כאשר כיוונו שו ועמיתיו אור באורכי גל שונים לעבר ראשה של התולעת או זנבה, היא החלה מיד לנוע לכיוון הנגדי, וכך להתחמק מהאור (תנועה המכונה פוטוקסיס שלילי).

הנמטודה הפגינה תגובת התחמקות חזקה ביותר לקרינה על-סגולה (UV), קרינה המזיקה לעור האדם, וקטלנית ל-C. elegans.

מכיוון שלנמטודה אין עיניים של ממש, שיערו החוקרים שחלק מתאי העצב עצמם אחראים על חישת האור. כדי לזהות את התאים קולטי האור, השתמשו שו ועמיתיו בקרן לייזר ממוקדת כדי להשמיד תאי עצב שונים בנמטודה ולבדוק את תגובתה ל-UV. השמדה של ארבעה תאי עצב תחושתיים – ASJ, AWB, ASK ו-ASH – ביטלה את יכולתה של הנמטודה להבחין בקרינת UV ולהימלט מפניה. מבדיקות נוספות התברר כי הקרנת אור על תאי עצב אלה השרתה יצירה של אות חשמלי חלש לפחות באחד מהתאים. האות החשמלי נוצר רק בנוכחות זוג רכיבים האחראי על התמרת האור לאות חשמלי גם במערכת הראייה של חולייתנים.

למיטיבי לכת: זוג הרכיבים הם השליח השניוני cGMP (גואנוזין חד-זרחתי טבעתי, מולקולה המשמשת בהעברת אותות) ותעלות יונים התלויות בנוכחות נוקלאוטיד טבעתי (CNG).

ממצאים אלה מורים שחלק מרכיבי התאים קולטי האור – הקנים והמדוכים – בעין המורכבת של האדם ושל חולייתנים אחרים התקיימו כבר כאשר הופיעו, לפני 540 מיליון שנים לפחות, החיות הראשונות בעלות סימטריה דו-צדדית, הרבה לפני הופעתו של החולייתן הראשון.

צ'רלס דרווין שיער כבר ב-1859, בספרו "מוצא המינים", כי כל העיניים התפתחו מעין קדומה שהורכבה משני תאים בלבד המכוסים בעור שקוף: תא קולט אור ותא צִבען שהצל על קולט האור כך שיקלוט אור רק מזוויות מסוימות, ויאפשר בכך לזהות את כיוון האור. עיניים מורכבות יותר יכלו להתפתח במהלך האבולוציה בעקבות הוספת רכיבים, כגון עדשה, לעין בסיסית זו. על פי החוקרים, ל-C. elegans אמנם אין צבען המצל על קולטי האור שלה, אך הקרקע עצמה עשויה לשמש כתחליף חיצוני לצבען – האדמה מונעת מהאור להגיע לתא קולט האור, אלא אם הנמטודה קרובה לפני הקרקע. לכן, שו ועמיתיו טוענים כי התאים קולטי האור בנמטודה קרובים לעין הפרימיטיבית שתיאר דרווין.

הדמיון שנתגלה במחקר בין קולטני האור – העין הפרימיטיבית – של התולעת הנימית לעיניים מורכבות יותר, כגון עין האדם, שופך אור על האבולוציה של העיניים. דמיון זה יאפשר להשתמש בנמטודה כמודל לחקר הבסיס של מערכת הראייה בחיות, וכן לחקר מחלות באדם הקשורות למסלולי העברת האותות בתהליך הראייה.

המאמר המקורי:

Ward, A., Liu, J., Feng, Z. & Xu X. Z. Light-sensitive neurons and channels mediate phototaxis in C. elegans. Nat. Neurosci. 11, 916-922 (2008). doi: 10.1038/nn.2155

הכתבה המקורית מופיעה במגזין גליליאו גיליון 121, ספטמבר 2008

מודעות פרסומת

תגיות: , , , , ,

כתיבת תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s

%d בלוגרים אהבו את זה: