מציפורים בנות-כלאיים המוגנות מטפילים ועד שמרים מוכלאים לבירה מוצלחת – תופעת און-הכלאיים, בה תוצר ההכלאה עולה על שני הוריו בתכונות מסויימות, נחקרת כבר מאות שנים. איך ייתכן שמהכלאה של שני הורים שעברו שנים של אבולוציה, נוצר בבת אחת משהו טוב יותר? והאם הוא באמת טוב יותר?

בני-כלאיים (היברידים) הם צאצאים של הורים ממינים ביולוגיים שונים או מזנים שונים של אותו המין. הכלאות כאלה יכולות להתרחש בטבע, וגם באופן מלאכותי על-ידי האדם. ניתן היה לצפות שהצאצא של הכלאה כזו יהיה בעל תכונות שכל אחת מהן היא הממוצע של אותה תכונה בשני ההורים. לחילופין, ייתכן שעירוב של שני גנומים ממינים שונים יגרום להיווצרות צאצא פגום. תוצאות כאלה אכן קיימות [1], ודוגמה מפורסמת לכך היא בני-כלאיים עקרים, כדוגמת הפרד. עם זאת, לפעמים מתרחשת תופעה מפתיעה, בה צאצא ההכלאה עולה בתכונות מסויימות על הוריו. לעיתים הצאצא גדל בקצב מהיר יותר, מניב יבול רב יותר, או גדל בתנאים או בנישות שהוריו אינם מסוגלים להתמודד איתם בצורה מיטבית [2]. תופעה מסקרנת זו נקראת און-כלאיים (הטרוזיס), והיא קיימת בצורות חיים שונות כגון פטריות, צמחים ובעלי חיים. 

פעמים רבות תהיה עלייה במספר בני-הכלאיים בטבע לאחר שינוי קיצוני בתנאי הסביבה [3,4] – למשל, באיזורים שנחשפו לאחר המסת קרחונים. לדוגמה, נמצא שבהרי האלפים עצי ערבה בני-כלאיים גדלו בעיקר באזורים שבהם התנאים היו קיצוניים והקשו על צמיחת שני ההורים [5]. און-כלאיים אף יכול לתת יתרון נגד טפילים ומחלות – לדוגמה, פרושים בני-כלאיים בגלאפגוס פחות נפגעים מטפילים פולשים [6,7]. כמו במקרים רבים אחרים, גם את תופעת און-הכלאיים למד האדם לנצל לצרכיו, לשם הגדלת ושיפור התוצרת החקלאית. השימוש בבני-כלאיים נפוץ כיום במגוון תחומים, מחקלאות ועד השבחת משקאות אלכוהוליים. כיוון שבזכות און-כלאיים ניתן לשפר את היבול בעשרות אחוזים על-ידי הכלאה אחת, רוב יבולי התירס, למשל, הם בני-כלאיים. בנוסף, בזכות מכלואי שמרים אנו שותים בירה ויין טעימים יותר [8-10].  

תופעת און-הכלאיים מרתקת מדענים במשך מאות שנים – חוקר התורשה גרגור מנדל תיאר און-כלאיים בתצפיותיו [11], וצ'רלס דרווין חקר את התופעה וכתב עליה בספרו "מוצא המינים" [12]. אולם, על-אף המחקר הרב בנושא, המנגנון שבבסיס און-הכלאיים עדיין לא ברור [2]. כיצד שילוב גנומים של יצורים ממינים או מזנים שונים, שעברו כל אחד מיטוב (אופטימיזציה) במהלך מיליוני שנות אבולוציה, יוצר בבת אחת משהו מוצלח יותר? נכון להיום, עולם המחקר מציע שתי גישות להסבר און-הכלאיים: האחת מתייחסת לתופעה כשיפור המנגנונים אצל בן-הכלאיים, בעוד הגישה השנייה רואה אותה דווקא כסטייה מהפעילות האבולוציונית המיטבית [13].

הגישה הרווחת מתייחסת לאון-כלאיים כאל שיפור או תיקון של מנגנונים המקדמים גדילה (כמו קצב גידול, משקל סופי וכו'). איך זה מתרחש? הצאצא מקבל עותק אחד של כל גן מכל הורה. אם הוא יקבל עותק פגום מאחד ההורים ועותק תקין מההורה השני, העותק התקין יפצה על הפגום (עבור תכונות מסויימות), והפרט יהיה בריא. לעומת זאת, אם שני ההורים מורישים עותק פגום, הפרט יסבול מליקוי תורשתי. לקרובי-משפחה יש סיכוי גבוה לשאת עותקים פגומים של אותם הגנים ולהוריש אותם לצאצא, לכן זיווגי קרובים נחשבים ללא רצויים. לפי מודל זה, און-כלאיים הוא מצב הפוך מזיווגי קרובים –  מדובר בהורים "רחוקים" כי הם ממינים או מזנים שונים, ולכן רוב הסיכויים שרק לאחד מהם (אם בכלל) יהיה עותק פגום של גן מסויים [14]. הסבר אפשרי נוסף לגישת ה"שיפור" הוא ששילובי עותקי הגנים של שני ההורים יוצרים אינטראקציה מיוחדת שמשפרת את הגדילה. למרות המאמץ המחקרי לאיתור הגנים ושילובי הגנים הגורמים לתופעת און-הכלאיים, עד כה נמצאו גנים רבים התורמים לתופעה בהכלאות ספציפיות, אך לא גובש עדיין מנגנון כולל [2,14]. 

עם התפתחות הטכנולוגיה התברר שגנים רבים מתבטאים בצורה שונה מאוד בבן-הכלאיים לעומת הביטוי בהורים. לדוגמה, ייתכן שגן מסויים יתבטא אצל שני ההורים רק כשהטמפרטורה גבוהה, ואילו בבן-הכלאיים אותו גן יתבטא כל הזמן. שינוי ביטוי הגנים אצל הצאצא מרמז על חוסר התאמה בין הגנומים ההוריים [13]. תצפית זו יחד עם ההנחה שההורים עברו מיטוב לא רק לגדילה אלא גם למנגנוני הישרדות שדווקא מגבילים גדילה, הביאו להתפתחות הגישה החלופית להסבר און-הכלאיים. לפי גישה זו, חוסר ההתאמה בין הגנומים של ההורים עלול לגרום לכך שבצאצא חלק ממנגוני ההגנה האבולוציוניים שנועדו להגן על הפרט ישתבשו. כך, ללא בקרה תקינה שמגבילה את הגדילה, התוצאה תהיה גדילת יתר – און-כלאיים. מדוע זה שיבוש? צמח מדברי שימשיך לגדול ללא בקרה כשאין מספיק מים יתייבש וימות; תא שיתחלק במהירות מבלי לעצור כשיש מוטציות על מנת לתקן אותן, יהיה בעל קצב חלוקה מהיר יותר (כלומר, און-כלאיים) אבל ה- DNA שלו יינזק [13,15,16]. אם כן, גישה זו מתייחסת להגברת תכונות הגדילה בבן-הכלאיים כסטייה מהפעילות האבולוציונית המיטבית ולא כשיפור לעומת ההורים.

לסיכום, ישנן עדויות התומכות בשתי הגישות להסבר תופעת און-הכלאיים, ונראה שהיא נובעת משילוב של השתיים. דרושים מחקרים נוספים כדי להבין מהי תרומתם של תהליכי תיקון או שיבוש ביצירת און-הכלאיים, וכדי למצוא (סוף סוף) את המנגנון הכללי של תופעה מסקרנת זו.

מקורות / לקריאה נוספת:

[1] סקירה על אי התאמה מכלואית

[2] סקירה על און-כלאיים ובפרט אבחנות שעדיין אין להן הסבר   

[3] סקירה על היברידיזציה בחרקים וההתחממות הגלובלית 

[4] סקירה על איזורי כלאיים (hybrid zones)

[5] מאמר על מכלואי ערבה באלפים 

[6] סקירה על עמידות של צמחים בני-כלאיים בפני מזיקים

[7] מאמר על פרושים בני-כלאיים בגלפגוס  

[8] סקירה על שימוש באון-כלאיים בחקלאות 

[9] סקירה על שימוש בשמרים היברידיים בתעשיית האלכוהול

[10] סקירה על און-כלאיים בתירס - "איך שני חצאים יוצרים יותר משלם?"

[11] ניסויי הכלאות הצמחים של מנדל

[12] ניסויי הכלאות הצמחים של דרווין

[13] סקירה על שתי הגישות – הקלאסית והאלטרנטיבית

[14] סקירה על הבסיס הגנטי של און-כלאיים

[15] מאמר על און-כלאיים בשמרים כתוצאה מאי התאמה גנטית

[16] מאמר על און-כלאיים כתוצאה מפגיעה במנגנוני הגנה