הגן השקרן

גן יחיד מאפשר לנקבות זנב סנונית של מין אחד להתחזות לפרפרים ממינים אחרים, רעילים

יונת אשחר ונעם לויתן | גליליאו

נקבה חקיינית מהמין מורמוני מצוי

נקבה חקיינית מהמין מורמוני מצוי (Papilio polytes). צילום: Dr. Tarique Sani, CC-BY-SA.

פרפרי זנב הסנונית הם פרפרים גדולים וצבעוניים, ובשולי כנפיהם קצוות מאורכים שנתנו להם את שמם. בישראל נפוצים שלושה מינים, הנבדלים זה מזה בדוגמאות שונות במקצת על כנפיהם, אך בכולם הצבעים השולטים הם צהוב ושחור. מינים אחרים ברחבי העולם מתהדרים בכנפיים לבנות, אדומות ואפילו בצבעי טורקיז זרחני.

אין זה מפתיע במיוחד שלמינים שונים של פרפרים יש צבעים שונים. יותר מפתיע לגלות שבמין מסוים לזכרים יש צבע אחד – ולנקבות אחר. לא רק זה, אלא שלא כל הנקבות מציגות אותה דוגמה. מתברר שבמין זה, Papilio polytes, הנקבות – והן בלבד – מחקות את הדוגמאות של פרפרים אחרים. הן מציגות שלושה דגמים שונים של כנפיים, המחקים בצורה מרשימה את אלו של מינים ביולוגיים אחרים של זנב סנונית. מכיוון שמינים ביולוגיים אלו רעילים, התחזות אליהם עשויה להטעות טורפים – בעיקר ציפורים – ולגרום להם לחשוב שגם החקייניות מכילות רעל. העובדה שבמין זה יש זכר המציג צורה אחת לעומת שלוש צורות של נקבה ידועה זה מכבר, ובזכותה קיבל המין את שמו האנגלי – "מורמוני מצוי", על שם הדת המורמונית, שבה היה נהוג שגבר אחד מתחתן עם מספר נשים. כדי להוסיף בלבול, יש גם פרפרים מאותו מין ביולוגי, אך מתת מין אחר, שאצלם הנקבות אינן חקייניות ונראות כמעט בדיוק כמו הזכרים.

עוד בשנות ה-60 ערכו חוקרים בריטים ניסויים בפרפרות החקייניות: הם הכליאו עמן זכרים שאמם היתה מצורה א' עם נקבות מצורה ב', ולהפך. ניסויים אלו הראו כי הדוגמאות על כנפי הנקבות הן תמיד אחת משלוש הצורות המקוריות. שום ערבוב לא התרחש – הפרפרים בני הכלאיים הראו את אחת הדוגמאות או אחרת, לא שילוב בין שתיים מהן.

המסקנה ממחקרים אלו היתה שדוגמת הכנפיים של הנקבות נקבעת על ידי גן אחד או קבוצת גנים הנמצאים קרוב מאוד אחד לשני על אותו כרומוזום. מדוע צריכים הגנים לשבת קרוב אחד לשני? משום שבזמן שתאי המין נוצרים, הגנים עוברים "ערבוב" (שחלוף, Recombination) – כל זוג כרומוזומים, זה שקיבלנו מהאב וזה שקיבלנו מהאם, נצמדים זה לזה ומחליפים ביניהם מקטעים מקבילים של חומר גנטי. ההסתברות כי שני גנים ייפרדו במהלך השחלוף גדלה ככל שהמרחק בין הגנים על הכרומוזום גדול, ולהפך, ככל שגנים קרובים יותר ההסתברות לשחלוף שיפריד ביניהם יורדת. אם דוגמת הכנפיים של נקבות המורמוני המצוי היתה נקבעת על ידי כמה גנים היושבים במקומות מרוחקים זה מזה, או על כרומוזומים נפרדים, התהליך הזה היה מערבב ביניהם. התוצאה היתה פרפרים בני כלאיים המציגים דוגמה שהיא חצי מצורה אחת וחצי מצורה שנייה, אך פרפרים כאלו, כאמור, לא נראו.

גן העל

מכיוון שלמקום המסוים הזה בגנום של הפרפר – העובֵר בתורשה כמעט כיחידה אחת – היתה השפעה גדולה כל כך על הופעתן של הנקבות, הוא זכה לכינוי גן-על. ההנחה הייתה שהוא מורכב מקבוצת גנים שכל אחד מהם משפיע על הצבע בחלק אחר של הכנפיים. קבוצות כאלו של גנים, אשר עובדים יחד כדי ליצור את הצבע או הצורה של האורגניזם השלם, ועוברים בתורשה יחד, נמצאו בעבר בבעלי חיים ובצמחים. הם חשובים במיוחד במקרה של חיקוי, כמו זה של המורמוני המצוי. הרי פרפר שהחלק העליון של כנפיו מחקה מין אחד של זנב סנונית, והחלק התחתון של כנפיו, מין אחר – לא ייראה כמו אף אחד מהמינים האלו ולא ירתיע טורפים. לכן חשוב במיוחד שהגנים המרכיבים את גן העל ישארו יחדיו.

נקבות מהמין מורמוני מצוי מוצגות בחצאים השמאליים, החצאים הימניים הם של זכר מורמוני מצוי (שמאל) או של מיני זנב סנונית אחרים.

נקבות מהמין מורמוני מצוי מוצגות בחצאים השמאליים, החצאים הימניים הם של זכר מורמוני מצוי (שמאל) או של מיני זנב סנונית אחרים. מתוך המאמר של קונטה, זאנג ועמיתיהם by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature 507: 229-232, ©2014

החוקרים קרשנמה קונטה (Kunte) מהמרכז הלאומי למדעי הביולוגיה בהודו ו-ווי זאנג (Zhang) מאוניברסיטת שיקגו, עם עמיתים נוספים, יצאו לגלות מה בדיוק מרכיב את גן העל הזה. במאמר שפורסם במגזין Nature, הם חושפים ממצאים מפתיעים: גן העל הוא למעשה גן יחיד, שכבר היה מוכר כאחראי על תכונה שונה לחלוטין.

החוקרים זיהו את הגן הזה על ידי השוואה בין נקבות המציגות דגמי חיקוי, ובין הנקבות מתת המין שאינו מחקה. אזור קטן בגנום הפרפרי התגלה כשונה בין הנקבות המחקות לאלו הדומות לזכרים. באזור זה נמצא גן אחד שהיה בעל צורות שונות (אללים) בנקבות כתלות בדגם הכנפיים שלהן. החוקרים הסיקו שהוא הוא הגן האחראי על צבע הכנפיים.

כאמור, הגן, המכונה דאבלסקס (doublesex), כבר היה מוכר. זהו גן המצוי אצל כל מיני החרקים, והוא אחראי על ההתפתחות המינית של החרק. אצל המורמוני המצוי, מסתבר, הוא קובע גם את דגם הכנפיים. להפתעתם, החוקרים גילו שההבדל בין הדגמים השונים נוצר לא מצורות שונות של החלבון שהגן דאבלסקס מייצר אלא מאופן הביטוי של הגן – כלומר, כמה חלבון מיוצר ובאילו אזורים. הנקבות החקייניות מייצרות יותר מהחלבון הזה בהשוואה ללא חקייניות, והדגמים השונים משקפים רמות שונות של החלבון במקומות שונים בכנפיים.

על ידי שיטות גנטיות חדשות הצליחו החוקרים לפתור חידה בת 50 שנה – מהו "גן העל" של פרפר המורמוני המצוי. ואף כי הפתרון אינו מושלם – עדיין לא ברור איך בדיוק הגן היחיד הזה מעניק את הצבעים והתבניות הייחודיים לכל אחד מהדגמים החקייניים – ברור שהוא נוגד את הציפיות המקוריות של החוקרים בכמה מובנים. הם גילו להפתעתם, ובניגוד לממצאים בכמה פרפרים ובעלי חיים אחרים, כי דגם החיקוי נקבע על ידי גן יחיד ולא על ידי גן על. כמו כן, לא מדובר בגן בעל תפקיד יחיד: אחראי על דגמי הכנפיים, אלא על גן שיש לו תפקידים נוספים ושונים.

המחקר הנוכחי חושף וריאציה חדשה, דוגמה נוספת, לדרך בה האבולוציה מעצבת את החומר הגנטי ליצירת צורות חדשות – ומרהיבות – כמו פרפרי זנב הסנונית החקיינים.

לקריאה נוספת

המאמר המקורי:

Kunte, K. et al. doublesex is a mimicry supergeneNature 507, 229-232 (2014). doi: 10.1038/nature13112

נעם לויתן ויונת אשחר, "הפוך בו והפוך בו", גליליאו 147.

הכתבה המקורית התפרסמה במגזין גליליאו גיליון 189, יוני 2014

מודעות פרסומת

תגיות: , , , , , ,

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: