ביוכימיה באילנות יחסים פילוגנטיים- האם הביוכימיה מעידה על זיקה אבולוציונית

אחת הדוגמאות שביולוגים אבולוציונים נוהגים להביא בכדי להצביע על יחסי קרבה אבולוציוניים, הוא הדמיון הביוכימי בין המינים השונים. אך האם מוצדק להסיק קרבה פילוגנטית על בסיס קרבה ביוכימית? האם הדמיון תמיד עקבי או שיש לפעמים סתירות והבדלים ביוכימיים בין המינים? במאמר זה נסקור 3 דוגמאות עיקריות ליחסי קרבה פילוגנטיים.

תגובות חיסון

קווי דמיון מורפולוגיים משותפים שימשו כדי לחזק את טענת הקרבה הפילוגנטית בין מינים שונים. בשנים האחרונות שימשה הביוכימיה של יצורים חיים כבסיס לחקר יחסי קרבה פילוגנטיים. ניקח למשל את ההמוגלובין, המשמש כנשא לחמצן בדמם של מינים מסוימים. מניחים שמינים אלה הם בעלי יחסי קרבה פילוגנטיים, כך שהם בעלי מוצא קדמון משותף.

גם תגובות חיסון שימשו למחקר יחסי קרבה פילוגנטיים בין מינים. הבסיס לחיסון ותגובות חיסון הינו בעל אופי כימי כמובן. אנגדים- אנטיגנים, ונוגדנים מתחברים באופן כימי בתגובות חיסון אלה, ובכך מספקים לגוף חיסון מפני פולשים חלבוניים זרים. גופנו, בהיותו בריא, אינו דוחה את חלבוני הגוף שלו עצמו. ברם, כאשר חלבונים זרים חודרים לתוכו, תתכן דחית החומרים הזרים. וזו גם הסיבה לדחיית שתל של איבר זר המושתל לגוף. כך למשל שותלים לחולה כליה כתוצאה מתגובה חיסונית כזו. ניתן לדכא תגובה חיסונית זו באמצעות חומריים כימיים אחדים, כך שהכליה המושתלת הזרה תוכל להישאר פעילה למשך זמן ארוך יותר.

כאשר מדכאים את תגובות החיסון באמצעות תרופות מסוימות, מדכאים אגב כך גם מנגנוני הגנה כלליים של הגוף. מסיבה זו רגיש אדם שלגופו הושתל איבר מסוים למתקפה של כל סוגי הזיהום האפשריים. תגובות החיסון המגנות עליו בדרך כלל מפני פולשים בקטריאליים ואחרים, מדוכאות על ידי התרופות המונעות את דחית השתל הזר. ברם תגובות החיסון פעילות רק כנגד חלבון זר. כאשר כליה או איבר אחר המושתל לחולה מתאומו הזהה, סיכויי הדחיה נמוכים באופן משמעותי.

כמו כן, יש לצפות שתגובות החיסון נחלשות ככל שמידת הקרבה הגנטית (בין התורם למקבל) גדולה יותר. כאשר שני מינים רחוקים זה מזה, מנקודת ראות אבולוציונית, תגובת הדחיה תהיה בעוצמה גבוהה מאוד במקרים של השתלת איברים הדדית. על פי תאוריית האבולוציה צפוי שעוצמת תגובות החיסון בדם בין קופי אדם לבני אדם תהיה פחותה מזו של בני אדם לצפרדעים למשל. ברם בדגם זה ידועים הרבה יוצאים מן הכלל. טוענים למשל שתגובות חיסון מסוימות בין חזיר לאדם מודגשות יותר מאשר תגובות דומות בין אדם לצפרדע. לפיכך אמורים חזיר ואדם להיות פחות קרובים מבחינה פילוגנטית מאשר אדם וצפרדע. בתגובות כאלה קיימת תלות רבה בשיטות הנהוגות במעבדה, ויש דווקא כאלה הטוענים שבין אדם לחזיר קיימת קרבה חיסונית רבה מאשר האדם לקופי אדם מסוימים!

מובן שהבסיס לתגובות חיסון אלה הוא כימי, משום שטבען הוא כימי. מינים מסוימים מסנתזים חומרי חיסון כימיים הדומים זה לזה באופן השוואתי. בעקרון, פירושה המעשי של תצפית זו היא שמידע בעל זיקה משותפת על הגנים יצר תרכובות חיסוניות בעלות זיקה משותפת.

1. הכימיה של אנרגיה: יצור תוך תאי

ההנחה שהמצאותן של תרכובות כימיות זהות בתאים שונים מצביעה על קרבה פילוגנטית, משמשת רבות בחקר יחסים תורשתיים ופילוגנטיים. נביא כאן דוגמא אחת מיני רבות לשימוש הנעשה כיום בהנחות אלו בשיטות המחקר המקובלות במדע:

תולעים שטוחות, תולעים טבעתיות, פרוקי רגליים, רכיכות, קווצי עור ומיתרניים, כולם משתמשים בארגינין פוספט כחומר דלק למטבוליזם התאי שלהם. על סמך תכונה זו, שכל היצורים הללו מנצלים את אותה תרכובת זרחתית עתירת אנרגיה, מבססים ביולוגים אבולוציונים את ההנחה שיצורים אלה קרובים זה לזה מבחינה פילוגנטית. קיפודי הים, מיתרני הראש והחוליתנים יוצרים ומשתמשים בתרכובות זרחה הידועות כקראטין פוספט כדלק המניע לתגובות הכימיות בתא שלהם. אם נאמץ את ההנחה שקרבה בתגובות כימיות מאפשרת הסקת מסקנות לגבי קרבה פילוגנטית, אז קיפודי הים, מיתרני הראש וחוליתנים חייבים להיות קרובים מבחינה פילוגנטית, וליתר דיוק הם בעלי מוצא מאב קדמון אחד משותף. וכל זאת על שום היותם מנצלים כדלק תאי את הקריאטין פוספט.

הדלקים שהוזכרו לעיל ידועים בשם פוספגנים, כמו ארגינין וקריאטין פוספט. ברור שתרכובות אלה חשובות ביותר למטבוליזם התאי, מאחר וקשרי הפוספט עתירי האנרגיה משחררים אנרגיה כימית תוך פירוק הקשר והאנרגיה החופשית בהנעתם לפעילות. קשרי זרחה מטיפוס זה הם עתירי אנרגיה ומשמשים כמאגרי דלק בתא. מתעוררת השאלה: האם ניתן לחלק את מכלול ממלכת החי לשתי קבוצות על בסיס נוכחות או היעדר אחד אחד משני הפוספגנים המשמשים כדלק בתא? קריאטין פוספט ישמש כדלק לחוליתנים בעוד ארגינין פוספט ישמש כדלק לחסרי החוליות.

למעשה המצב אינו כה פשוט, אף שזו הגישה המקובלת דרך כלל. משום שהמצאותם של קריאטין פוספט יחד עם ארגינין פוספט מפוזרים בכל מערכת חסרי החוליות. במסווה של הוכחת קרבה תורשתית ומוצא קדמון משותף תואר מצבו של האסטר הזרחתי באופן פשטני למדי.

מצויה כאן למעשה דוגמא טובה לחשיבה משוחדת, עקב ההאחזות בהנחה, שקרבה פילוגנטית נקבעת על בסיס נוכחות או היעדר ארגינין פוספט או קריאטין פוספט. סוגים של בעלי חיים בעלי ”קרבה פילוגנטית” מדגימים לעיתים מזומנות הבדלים גדולים ביניהם ביחס לנוכחות או היעדר ארגינין או קריאטין פוספט. פירוט נוסף לבעיה זו ניתן למצוא בעבודתו של קרקוט. משום כך, ככל שהדבר נוגע לארגינין וקריאטין פוספט, נכשל ה”מדד הביוכימי” כמדד לקרבה פילוגנטית. כמוכן ברור שתרכובות ביוכימיות אחרות שימשו כמדדים לקרבה פילוגנטית. הזכרנו בקצרה את חומרי החיסון. גם הם מניבים תוצאות סותרות. קרקוט מזכיר את הסטרואידים ששימשו לאותה תכלית. סטרואידים אחדים נחקרו בין הספוגיים ביסודיות בחיפוש אחר בסיס להגדרת קרבה פילוגנטית. התוצאות היו ”מביכות” בלשון המעטה.

2. הכימיה של העברת החמצן

נדגים עתה באמצעות דוגמא קיצונית, עד כמה אין לסמוך על קרבה ביוכימית ולהסיק ממנה על קרבה פילוגנטית. במרבית החוליתנים, משמשת פרודת ההמוגלובין כפרודת הנשא לחמצן בדם. כידוע- ההמוגלובין אחראי לצבעו האדום של הדם. כאשר כל פרודות ההמוגלובין בדם מחומצנות, כלומר כולן טעונות בחמצן, צבע הדם הוא כצבע השני- זהו מצב הדם בעורקים. במהלך זרימת הדם לרקמות חל מיצוי של החמצן מתוך הדם כך שמוצאים המוגלובין וכן אוקסיהמוגלובין. בחסרי החוליות מוצאים נשאי חמצן אחרים הממלאים תפקיד זהה לזה של ההמוגלובין אך הם שונים מבחינה כימית. תרכובות כמו המוציאנין, המאריתרין, וכלורוקרואורין מסוגלות ליצור קשרים לא יציבים עם חמצן ובכך לשמש כנשאי חמצן בדם.

לאור הנסיבות שנפרטן להלן, תובהר סיבת כישלונם של הנימוקים התומכים בקיומה של קרבה פילוגנטית על בסיס קרבה ביוכימית של מיון לפני נשאי חמצן: יצורים סרטניים רבים- crustacea משתמשים בהמוציאנין כנשא החמצן בדמם. לעומתם הדפניה, שגם היא נמנית על הסרטניים, משתמשת בהמוגלובין דווקא. ברם לו דבקנו בעקביות ובעקשנות בהנחה שעל סמך קרבה ביוכימית ניתן להסיק על קרבה פילוגטנית היה עלינו ”לנשל” את הדפניה ממעמדה ומקומה בקרב קבוצת הסרטניים.

מקרה נוסף בקטגוריה זו: ההמוגלובין הינו נשא החמצן העיקרי בחוליתנים. על פי ההנחה שציינו לעיל- עלינו להאמין שיצור בעל המוגלובין חייב להיות בעל קרבה תורשתית לחוליתנים. מה צריכה אם כך להיות עמדתנו לגבי קרבת החולייתנים לשורשי האפונה ושאר הקטניות שבהם ניתן למצוא המוגלובין? שוב אם נדבק בהנחה שדמיון ביוכימי פירושו גם קרבה פילוגנטית, נמצא עצמנו נאלצים להודות שכל היצורים מכילי ההמוגלובין יונקים ושאר חוליתנים, וכן דפניה וקטניות, כבעלי מוצא קדום משותף!

לצמחים יש כפי הנראה יכולת לייצר תרכובות המשתייכות בדרך כלל לביוכימיה של היונקים. כך מייצר למשל הסרפד הקוצני אצטילכולין, היגרוקסי טריפטאמין וכן תרכובות היסטמין המיוצרות גם בבעלי חיים למטרות תקשורת עצבית הורמונלית. יהא זה מגוחך להסיק שהביוכימיה של הסרפד הקוצני והיונקים מעידה על מוצא וקרבה פילוגנטית משותפת. אולם למרות זאת מוצאים אנו בספרות המקצועית מחקרים ביוכימיים וניסויים רבים הממשיכים להיאחז במלוא הרצינות באותה הנחה מגוחכת בעליל.

לסיכום, כפי שדנטון כותב: “ברמה המולקולארית, כל מחלקה בממלכת החי הינה ייחודית, מנותקת ובלתי-קשורה על-ידי חוליות מעבר. לכן, מולקולות, בדומה למאובנים, אינן מצליחות לספק את הראיה לחוליות המעבר החמקמקות שהביולוגיה האבולוציונית משחרת להן במשך זמן כה רב… ברמה מולקולארית, שום יצור איננו תולדה שלא בקדמון, או שהינו פרימיטיבי או מתקדם בהשוואה לקרוביו.. לו היו ראיות מולקולאריות אלו זמינות לפני מאה שנה…קרוב לוודאי שהרעיון של אבולוציה אורגאנית לא היה מתקבל כלל”.

 

(Michael Denton, Evolution: Evolution: A Theory in Crisis, London: Burnett Books, 1985, pp. 290-91.).

 

אולי גם יעניין אותך: