יום שבת, 23 ביולי 2016

The Vital Question

אני רוצה להמליץ על ספר באנגלית. אולי יתרגמו אותו לעברית בקרוב, לא יודע - הוא מספיק חשוב לדעתי כדי להמליץ עליו לקוראים (הרבים) בעברית שקוראים גם באנגלית. הספר נקרא "השאלה החיונית" (The Vital Question), מאת הביולוג ניק ליין. והוא מסביר איך התחילו החיים. אה, וגם איך התחילו החיים המורכבים, ולמה נוצר המין, וזקנה, ועוד.

טוב, זה נשמע מאוד יומרני וזה אכן די כך. אבל ניק ליין מאוד משכנע, וזה פחות יומרני ממה שזה נשמע כי הוא בעצם מתמקד במוטיב אחד במחקר שלו: החשיבות של שיקולי אנרגיה באבולוציה, ובפרט על פעולת המיטוכונדריון. אני כבר מזמן נמשכתי לתאוריות ששמות את האנרגיה במרכז ההסבר לראשית החיים, וניק ליין מפתח אותן בצורה נפלאה, לא רק כתאוריות עמומות אלא במודלים מתמטיים ואפילו ניסויים בכור ניסויי מיוחד שהוא בנה על מנת לשחזר את התנאים בראשית החיים. התוצאה היא שרשרת טיעונים שנשמעים לי, לפחות, משכנעים מאוד. אני חושב שניק ליין פתר את שתי הבעיות הגדולות באבולוציה - מקור החיים, ומקור האאוקריוטיים; ואולי גם הוסיף את פתרון הבנת האבולוציה של הרבייה המינית על הדרך. המחקר עדיין רחוק מלהיות חד-משמעי, ואני בטוח שחלק מהפרטים שבתאוריות שלו יהיו לא נכונות, אבל בגדול - נשמע לי שהוא צודק.

גם אם הוא לא צודק, כדאי לקרוא את הספר. כי הוא כתוב היטב, ומראה באופן נהדר את תהליכי המחשבה של ניק ליין וביולוגים אחרים ואת תהליך הפיתוח של התאוריות עם התפתחות המחקר. הספר לא פשוט לקריאה, במובן שהוא כולל הרבה מאוד ביולוגיה - זה ספר מדע פופולרי, אבל מהסוג שלא מוותר על הפרטים. אבל למי שאוהב ביולוגיה, או לא נרתע מללמוד כמה מונחים חדשים, זה לא יהיה פגם של ממש וזה חיוני כדי באמת להבין את הרעיונות של ליין.

אז מהו מקור החיים? מוצא החיים דורש מקור אנרגיה כימית, כמו גם סביבה כימית מאוד מסוימת, ומזמן האמנתי לכן שמוצא החיים חייב להיות בפעילות וולקנית תת-מימית. ניק ליין מראה בהרבה יותר פירוט, ידע ודמיון למה יש רק סביבה אחת שאנחנו מכירים שבאמת מתאימה להיווצרות החיים, והיא ארובות אלקלייניות לבנות תת-מימיות; אלו שכבות סלע (מסוג נפוץ) שמעבירות את חום כדוה"א, ויחד עמו גרעיני מימן, אל מי האוקיינוס. ניק ליין מדבר בפירוט רב על השלבים הראשונים ברתימת מפל האנרגיה הזה ליצירת גרסאות פרימיטיביות של ATP, ומראה תוצאות ניסוייות מכור מיוחד שהוא בנה על מנת לשחזר את התנאים הללו המדגימות היווצרות מולקולות אורגניות וריכוזן. (הוא עוד לא הצליח ממש ליצור שם חיים, לא; אני גם לא בטוח אם אפשר לעשות את זה בתנאי מעבדה.)

על פי ליין, אם כך, החיים התחילו בארובות הלבנות הללו, בהתבסס על ניצול מפל המימן (למעשה, פרוטונים) וריכוז המולקולות האורגניות שנוצרו כך במכניזם כימי ופיזיקלי (לא ביולוגי) בנקבוביות זעירות בסלע. רק מאוחר יותר התפתחה הממברנה של התא ומשאבות פרוטונים שיכלו ליצור מפלי ריכוז של פרוטונים מעבר לממברנה באופן מלאכותי, וכך איפשרו את היציאה של החיים מהארובות אל שאר העולם.

יש הרבה פרטים בסיפור הזה שעוד חסרים או לא מספיק ברורים לדעתי (בפרט, היווצרות ה-DNA והאבולוציה הפרה-ביוטית המובילה אליו לא ברורים לי כלל תחת תרחיש זה), אבל אני חושב שפשוט משיקולי אנרגיה, ושימור השימוש ב-ATP, התסריט הזה חייב להיות נכון. מקור האנרגיה היה חייב להיות קיים לפני שהיו חיים, שכן החיים הם רק ניצול של זרימת אנרגיה, ולכן לא יכול להיות שהיו תאים לפני זה. האבולוציה הראשונה חייבת לכן להיות של ניצול מקור אנרגיה קיים, והיא חייבת להוביל למערכת יצירת ועיבוד ה-ATP. דרישות אלו מובילות בהכרח ליצירת החיים בחורים המיקרוסקופיים על פני סלעים תת-מימיים ורק אח"כ פיתוח הממברנה והתאים עצמם, בדיוק כפי שניק מתאר.

הנושא הבא בו ניק ליין מטפל הוא היווצרות החיים המורכבים, כלומר האאוקריוטים (שרק הם יכולים ליצור יצורים מורכבים רב-תאיים). מזמן כבר ידוע כי אלו נוצרו בתהליך נדיר ומוזר שבו בקטריה אחת "נבלעה" באחרת, והמשיכה לחיות בתוכה. ניק ליין מסביר מדוע הפרוקריוטים לא מסוגלים ליצור גנום גדול מסיבות אנרגתיות: ניהול מפלי הריכוז של המימן דורש תשומת-לב מקומית, על ידי גנים שנמצאים ממש באזור, והפרוקריוטים לא מסוגלים לעשות את זה בלי לשכפל למעשה את עצמם. אבל ברגע שבקטריה אחת נבלעה באחרת, היא יכלה להתרבות בתוכה ולהתמחות בניהול מפל האנרגיה. כך נוצר המיטוכונדיון. ניק ליין מראה כי התחרות והסימביוזה בין הבקטריות הפולשות לתא המארח היא זו שיצרה את התא האאוקריוטי על כל מרכיביו: גרעין התא, כרומוסומים, אינטרונים, הגנום הענק של תאים אאוקריוטיים, הגנום הקטן של המיטוכונדריה, מספרם האדיר, ועוד. הכל נובע מתוך הסימביוזה בין התא המארח לפולש.

אינני משוכנע בפרטים של תיאור זה. ניק ליין מביא לו מספר קווי ראיות תומכות, אך אני מודה שלא הצלחתי להבין מדוע האבולוציה לא הצליחה למצוא פתרון לבעיית האנרגיה הפרוקריוטית. מה שכן ברור לי, לאור דבריו של ניק ליין, הוא שהלחצים האבולוציונים הנובעים מהתחרות והסימביוזה בין התא הפולש לתא המארח הם הגורם המניע את התפתחות התא האאוקריוטי. אני מצפה לשמוע הרבה יותר בעתיד על כך, נראה לי שזהו כר פורה למחקר מעשי ולא רק תאורטי (מחקרו של ליין הוא תאורטי בנקודה זו).

לבסוף, ניק ליין פונה לדיון במוצא המין, כלומר המאפיינים של המין באאוקריוטיים כגון ההפרדה בין תאי הגוף (soma) הנידון למות ותאי הרבייה (הביציות והזרעים) האלמותיים. הוא מתאר כיצד עצם תהליך ההתמיינות לרקמות שונות ייצור לחצים אבולוציוניים שיובילו להתפתחות של גוף ותאי רבייה, של הזדקנות של הגוף (שלה יש קשר הדוק ליעילות הקשר בין המיטוכונדריה לגרעין), של היווצרות שני מינים (זכר ונקבה; במקום שלוש מינים, או יותר), ועוד.

כאן שוב אני מוצא שהרעיון הבסיסי כמעט חייב להיות נכון - ברור שברגע שיש התמיינות, יש תחרות בין רקמות ולכן גורל הגוף חייב להיות מופרד מגורל החומר התורשתי כדי שתהיה אבולוציה יעילה שלו. ליין מציג תאוריה מפורטת יותר, והיא נשמעת לי די משכנעת למרות שאין לה סימוכין ניסויים של ממש עדיין; אבל גם אם היא טועה, אני אתפלא אם הרעיון הבסיסי הזה לא נכון. ושוב, אני חושב שיש כאן המון מקום לבדיקה אמפירית של התאוריה של ליין, ותאוריות אחרות, ואני לא אתפלא אם מחקר זה אכן יוביל סוף-סוף ליישוב נושא התפתחות המין.

לסיכום, אם כך, ניק ליין מציג בספר הרבה רעיונות מקוריים הנשענים על מחקר מקורי מתמטי ואמפירי (וכן, כמובן, מחקר של קודמיו ועמיתיו). לדעתי הלא-מלומדת, זה נראה כמו צעד חשוב מאוד לקראת הבנת מוצא החיים, שאולי באמת מצא את התהליכים הראשוניים ואת התסריט הכללי ליצירתם. בתחום של הבנת התפתחות התאים האאוקריוטיים, הדגש על המנגנון של הלחצים האבולוציוניים בשל התחרות בין התא המארח והתא הפולש כמנוע להתפתחות מאפייני התא האאוקריוטי נראה לי נכון ופורה, ובתחום הבנת המין באאוקריוטיים הדגש על החשיבות של ההתמיינות והשינוי שהיא גורמת בלחצים האבולוציוניים חשוב ופורה באותה מידה. בכל התחומים האלו, ספרו פותח קרקע פורייה לא רק למחקר תאורטי אלא גם למחקר מעשי, החל בכורים המייצרים את התהליכים בראשית החיים וכלה בהשוואות של ספוגים לאאוקריוטיים ממוינים. לכל מי שמתעניין בסוגיות אלו, ובמחקר כזה (גם אם כמתעניין מהצד, כמוני), אני ממליץ בחום על ספר זה.

אין תגובות:

הוסף רשומת תגובה