כשלונם של השעונים המולקולריים- האם טכניקת השעונים המולקולריים מהימנה?

טכניקת השעון המולקולרי היא טכניקה במחקר הגנטי המאפשרת לתארך את מועד ההתפצלות של שני מינים מאב קדמון משותף. האם טכניקה זו היא מהימנה? מחקר אחרון מטיל ספק בשיטה זו.

שעון מולקולרי הוא טכניקה במחקר הגנטי, המאפשר לתארך את המועד בו התפצלו שני מינים מאב קדמון משותף. הטכניקה מבוססת על זיהוי מועד היווצרות שינויים קטנים בין שני רצפי ה-DNA של המינים. על פי הפרדיגמה האבולוציונית, אבולוציה מולקולרית אמורה להיות מקבילה לאבולוציה אורגנית. במילים אחרות, ככל שהשינויים האבולוציוניים ממשיכים ברמה האנטומית, שינויים מולקולריים מתרחשים בחומצות האמינו וברצפי הנוקליאוטידים של הגנים והחלבונים.

על פי המודל, שינויים אלה מתרחשים בעקבות אירועים מוטציוניים. לקבוצות של אורגניזמים שהתפצלו לאחרונה מאב קדמון משותף יהיה דמיון רב יותר ברצף החלבונים והגנים, מאשר קבוצות אורגניזמים שהתפצלו מאב קדמון משותף בעבר הרחוק יותר.

אם ניתן לאמוד את שיעור המוטציה ואם הוא קבוע לאורך זמן, אז ניתן לקבוע בעזרת הבדלים ברצפים את הזמן בו המינים התפצלו. השעון המולקולרי מוערך על ידי השוואת ההבדלים ברצפים של האורגניזמים עם הזמן הידוע שבו הם נוצרו, שמבוסס על תיעוד המאובנים. זה אמנם נשמע פשוט ועקרוני, אך האמת היא שהיישום של השעון המולקולרי מלווה בבעיות וקשיים. לדוגמא, גנים גרעיניים וגנים מיטוכונדריאליים משתנים בקצב שונה, כמו כן, גם גנים וחלבונים שונים בתוך אורגניזם. יתרה מזאת, אפילו אותו הגן או החלבון בקבוצות שונות משתנה בקצב שונה.

ביולוגים אבולוציוניים משתמשים בדרך כלל בניתוח שעונים מולקולריים על מנת להעריך זמנים אבולוציוניים שונים. ניתוח שעונים מולקולריים מביא לעיתים קרובות תוצאות הסותרות את תיעוד המאובנים. אחת הדוגמאות האחרונות בעלת השלכות חשובות היא תיארוך מוצא בעלי החיים. בהתבסס על תיעוד המאובנים, כל מערכת החי, שאי פעם התקיימה בהיסטוריית כדור הארץ, הופיעה פתאום ובו זמנית תוך טווח זמן קצר מאוד (תוך כפחות מ3 מיליון שנים) לכאורה לפני כ-540 מיליון שנים. אירוע זה נקרא 'המפץ הקמבריוני', והוא מעלה אתגרים קשים עבור פרדיגמה האבולוציונית. מתוך הניסיון להתחמק מבעיה הזו, חוקרים מסוימים הציעו כי אירוע זה הוא תוצר של מאובנים לא שלמים. כדי לחזק טענה זו, ביולוגים אבולוציוניים התעסקו בניתוח שעון מולקולרי כדי לטעון שההתפצלות של מערכת החי התרחשה לפני 1.2 מיליארד שנים. עניין זה מנטרל כביכול את האופי הבעייתי של המפץ הקמבריוני ומאפשר התפתחות הדרגתית של מינים ביולוגיים.

עם זאת, אמינותו של ניתוח השעון המולקולרי התערערה לאחרונה.¹ מחקר אחרון² שניסה להעריך את רמת הדיוק של טכניקה זו, נערך על ידי שני חוקרים מאוניברסיטת אילינוי בשיקגו, ותוצאותיו בהחלט מקשות על האמינות של השעונים המולקולריים. במהלך המחקר, שני הביולוגים בחנו את הדיוק של ארבעה שעונים מולקולריים הפועלים בתוך מפריטי הפרסה.

יש לציין כי תיעוד מאובני מפריטי הפרסה יציב ובעל תיארוך מדויק. בהתבסס על תיעוד המאובנים, שני החוקרים הגדירו שתי נקודות כיול, נקודה אחת לפני 3 מיליון שנה, ונקודה שנייה לפני 50 מיליון שנה, עבור שני גנים המניבים ארבעה שעונים מולקולריים. לרוע המזל כל ארבעת השעונים המולקולריים הניבו תוצאות שונות, ואף אחד מהם לא הסתדר עם תיעוד המאובנים.

לכישלון זה של ניתוח שעון מולקולרי יש שתי השלכות חשובות:

• טכניקת השעון המולקולרי אינה תקפה. משמעות הדבר היא, שהתוצאות המאתגרות את שלמות תיעוד המאובנים של בעלי החיים והמציאות של המפץ הקמבריוני, נכשלות. עניין שמשמר את המפץ הקמבריוני כתופעה המאתגרת את המודלים האבולוציוניים, ובאותו הזמן גם תומך במודל הבריאה.
• כנראה אחת מההנחות של השעון המולקולרי אינה נכונה: 1. שעונים מולקולריים קיימים. 2. אבולוציה היא עובדה. הראיות מצביעות כי ההנחה השנייה אינה נכונה.

 

_הערות:

_{1.Francisco Jose Ayala, Andrey Rzhetsky and Francisco J. Ayala, “Origin of the Metazoan Phyla: Molecular Clocks Confirm Paleontological Estimates,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 95 (1998): 606-11.}

_{2.Norman and Ashley, 11-21.}