גלגול העין

חסר חוליות בעל עיניים של חולייתן

נעם לויתן ויונת אשחר | גליליאו

לרווה (פגית) של הזרוע-רגליים בעלת עיניות אדומות

לרווה (פגית) של הזרוע-רגליים בעלת עיניות אדומות. מבט מלמעלה (A) ומהצד (B). צילום: מתוך המאמר המקורי.

צ'רלס דרווין (Darwin) כתב בספרו "מוצא המינים" משפט שהפך לחביבם של בריאתנים שונים ומשונים, המרבים לצטטו: "אני מודה כי ההנחה שהעין, על כל מנגנוניה המיוחדים לשינוי מוקד הראייה למרחקים שונים, לוויסות כמות האור הנכנס ולתיקון עיוות צבע ועיוות כדורי, היתה יכולה להתפתח בדרך של ברירה טבעית נראית מגוחכת ביותר" (תרגום: המחברים). אך לאחר אמירה רטורית זו פתח דרווין בהסבר ארוך, שכמובן אינו מצוטט בידי בריאתנים, המדגים כיצד בכל זאת הברירה הטבעית יכולה להסביר את התפתחותה של העין.

על פי דרווין, כל העיניים התפתחו מעין קדומה שהורכבה מעצב ראייה קולט אור ומתא צבען המכוסים בעור שקוף. עיניים מורכבות יותר התפתחו במהלך האבולוציה עקב הוספת חלקים, כגון עדשה, לעין הבסיסית. ואכן מתברר כי דרווין צדק, ואפשר למצוא דוגמאות רבות לשלבי התפתחות העין השונים במגוון אברי הראיה הקיים בבעלי חיים בני זמננו.

דרווין שיער עוד כי העין הקדומה התפתחה מתאים רגישים לאור המשמשים לראייה בלי תאי עצב. במחקר שפורסם בכתב העת המקוון EvoDevo, מדווחים ייל פסמנק (Passamaneck) מהמעבדה הימית קייואלו (Kewalo Marine Lab) של אוניברסיטת הוואי ועמיתיו כי גילו "עין" כזו וכן דוגמה נוספת לעין פשוטה בתולעת ימית.

פסמנק ועמיתיו חקרו את העיניים של הזרוע-רגליים (Brachiopoda), שהם חסרי חוליות ימיים בעלי קונכייה המורכבת משתי קשוות, בדומה לצדפות. הזרוע-רגליים קיימים 540 מיליון שנים לפחות, ולפיכך חקר העיניים שלהם עשוי לשפוך אור על האבולוציה של העין.

עינית (עין) של הלרווה המורכבת משני תאי עצב: תא עדשה קולט אור ותא צבען

עינית (עין) של הלרווה המורכבת משני תאי עצב: תא עדשה קולט אור ותא צבען. צילום: מתוך המאמר המקורי.

החוקרים ניתחו את העיניות הנראות ככתמי צבע בחלקן הקדמי של לרוות (פגיות) של זרוע-רגליים. הם גילו כי כל כתם כזה מורכב משני תאי עצב – תא עדשה קולט אור ותא צבען המצל עליו כך שיקלוט אור רק מזוויות מסוימות, ויאפשר לזהות את כיוון האור. שני תאי העצב מחוברים לצביר עצבים בגוף הלרווה – ה"מוח" שלה. אולם, להפתעת החוקרים, מבנה התאים המרכיבים את עיניות הלרווה, והמולקולות קולטות האור המשמשות אותם, הם מאותו סוג המשמש בעיניים של בני אדם וחולייתנים (בעלי חוליות) אחרים ולא מהסוג הנמצא אצל חסרי חוליות אחרים.

העיניים של כל בעלי החיים הרב-תאיים מתפתחות תחת פיקוחו של גן הקרוי pax6, וכוללות מולקולות קולטות אור המורכבות מנגזרת של ויטמין A המחוברת לחלבון הקרוי אוֹפְּסין. אצל חסרי חוליות, כגון תולעים או חלזונות, יש סוג של אופסין הקרוי אופסין רבדומרי ושטח הפנים של התאים קולטי האור שלהם מקופל לקפלים בעוד חולייתנים, כמו הצב או כמו הארנב, משתמשים באופסין ריסני והתאים קולטי האור שלהם הם בעלי ריס שממנו יוצאות שלוחות רבות. אם כך, אף שהזרוע-רגליים הם חסרי חוליות, העין שלהם התפתחה תוך כדי שימוש באופסין ובמבנה התא המשמשים את החולייתנים. כיצד תגלית זו משנה את הידוע לנו על האבולוציה של העין?

כדי להבין זאת כדאי לחזור אחורה כמה שנים, אז גילה החוקר דטלף ארנדט (Arendt) כי לתולעים הרב-זיפיות, תולעים פרימיטיביות החיות בים, יש עיניים הבנויות ככל העיניים של חסרי החוליות, וזאת בנוסף לתאי חישת אור פשוטים הנמצאים במוחן של התולעים ומורכבים מתאים ואופסינים של חולייתנים. ממצא דומה התגלה גם במוחן של דבורים ותאי חישה אלו משמשים ככל הנראה להסדרת השעון הביולוגי (המקצב היממתי, circadian rhythm). עקב תגליות אלו הסיקו כי לאב הקדמון המשותף לחסרי החוליות ולחולייתנים היו שני סוגים של תאי חישת אור, אך תאי החישה ששימשו אותו לראייה של עצמים היו תאי החישה של חסרי החוליות. עם הזמן, במהלך האבולוציה, עברו החולייתנים להשתמש בתאי החישה הריסניים לראיית עצמים ובתאי החישה של חסרי החוליות למטרות אחרות. אולם, הממצא של פסמנק ועמיתיו חושף חסר חוליות בעל עיניים של חולייתן, דבר המעלה אפשרויות אחרות. ייתכן, למשל, כי האב הקדמון היה דווקא בעל עיניים של חולייתן וכי במהלך האבולוציה חלק מחסרי החוליות עברו להשתמש בתאי חישת האור האחרים. אפשרות נוספת היא כי המעבר משימוש בתאי חישה של חולייתנים לשל חסרי חוליות לראיית עצמים, ולהפך, הוא פשוט יחסית והתרחש מספר פעמים במהלך האבולוציה. כדי לנסות ולהכריע בסוגיה זו יש לחקור את העיניים ואת תאי חישת האור של חסרי חוליות רבים ושונים.

עובר (גסטרולה) של הזרוע-רגליים. החלק הצבוע מייצג את מקום הביטוי של האופסין הריסני

עובר (גסטרולה) של הזרוע-רגליים. החלק הצבוע מייצג את מקום הביטוי של האופסין הריסני. צילום: מתוך המאמר המקורי.

ממצא נוסף ומפתיע אף יותר שגילו פסמנק ועמיתיו הוא כי הגן המקודד את יצירת האופסין הריסני של הזרוע-רגליים פועל ומתבטא בשלב מוקדם בהרבה מהצפוי, כשהעובּר אינו יותר מיריעות תאים המקופלות לצורה דמוית גביע (גסטרולה), ללא כל תאי עצב או איברים אחרים, השוחה במים באמצעות ריסים המכסים את גופו. כדי לבדוק אם גוש התאים, העובּר, אכן מגיב לאור העבירו החוקרים כמה עובּרים לתא שרק צד אחד שלו מואר. העוברים נטו להתקבץ באזור המואר. החוקרים משערים כי התאים המבטאים אופסין משנים את קצב תנועת הריסים שלהם בתגובה לאור וכך משפיעים על תנועת העובּר: כל תא בנפרד ללא צורך במוח או במערכת עצבים, וזאת כמו ה"עין" שהציע דרווין.

לקריאה נוספת

המאמרים המקוריים:

Passamaneck, Y. J. et al. Ciliary photoreceptors in the cerebral eyes of a protostome larva. EvoDevo 2, 6 (2011). doi: 10.1186/2041-9139-2-6

Arendt, D. et al. Ciliary photoreceptors with vertebrate-type opsins in an invertebrate brain. Science 306, 869-871 (2004). doi: 10.1126/science.1099955 [PDF]

Arendt, D. Evolution of eyes and photoreceptor cell types. Int. J. Dev. Biol. 47, 563-571 (2003).

Neil Shubin. Your Inner Fish: A Journey Into the 3.5-Billion-Year History of the Human Body. Vintage, 2009

ניל שובין. הדג שבּתוֹכֵנוּ. תרגום: עדי מרקוזה-הס. ספרי עליית הגג, ידיעות אחרונות, 2010.

צ'ארלס דארווין. מוצא המינים. תרגום: שאול אדלר. מוסד ביאליק, 1965.

הכתבה המקורית מופיעה במגזין גליליאו גיליון 153, מאי 2011

מודעות פרסומת

תגיות: , , , ,

4 responses to “גלגול העין”

  1. motior says :

    מעניין מאוד.

    אבל אני רוצנ להבין את האמירה על כך שמשרד החינוך לא מאפשר ללמוד אבולוציה… ככל הידוע לי הילדים שלי (בכיתות ז' ו-ט') לומדים על כך ברמה זאת או אחרת

    • Noam says :

      יכול להיות שהילדים שלך הם בין בני המזל שיש להם מורים "שמגדילים ראש". כן ירבו. עם זאת, אין תכנית לימודים רשמית כזו במשרד החינוך, ואת זה יודעים לפי התשובות והנתונים של משרד החינוך עצמו.
      מטרת הדף "אני בעד לימודי אבולוציה" היא שלא נאלץ לסמוך על מורים בודדים שמגדילים ראש, אלא שתהיה מערכת בנויה היטב שתלמד את כל הילדים "למידה משמעותית" כפי שמבטיח משרד החינוך.

      • motior says :

        אז זה לא שהוא לא מאפשר אלא שהוא לא מכניס את זה לתוכנית הלימודים…

        • Noam says :

          נכון. לא מאפשר במובן של "לא נותן הזדמנות" אם מורה כלשהו רוצה להגדיל ראש אז הילדים יחשפו לאבולוציה, אך הם לא יחשפו לכך אם המורה יצמד לתוכנית של במשרד החינוך.

להשאיר 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: