במשך שנים רבות האמינו מדענים כי המטען הגנטי הוא הדבר היחיד שעובר בתורשה. נתמודד כאן עם האפשרות שאינטראקציות של הפרט עם הסביבה יכולות להיות מורשות לדור הבא ואף להשפיע על אבולוציה של מינים.

כל יצור חי מכיל DNA שקיבל מהוריו. ה-DNA מכיל גנים, שהם ההוראות שיצרו את היצור השלם - הם אלו שיקבעו את צבע העיניים, צורת העלה [1], ואפילו התנהגות [2]. תכונות רבות אמנם מושפעות משילוב בין המטען הגנטי לסביבה שבה הפרט נמצא (הסיכוי לחלות במחלת לב, לדוגמה, מושפע מהגנים שקיבלנו מהורינו, אבל גם מאורח החיים שלנו [3]), אך בשורה התחתונה, לפי מה שלמדנו בבית-הספר, מה שעובר הלאה לדורות הבאים כחומר התורשתי הוא ה-DNA בלבד. האם זוהי התמונה במלואה?

רצף ה-DNA שלנו זהה בכל תא ותא, אך תא שריר, לדוגמה, הוא בעל מאפיינים שונים מאוד מתא עצב, ולמעשה כל אחד מהם מייצר חלבונים שונים מתוך מכלול הגנים הקיים [4]. תופעה זו מתאפשרת בשל תהליכים שאינם משנים את רצף ה-DNA עצמו ונקראים בשם הכולל אפיגנטיקה (מילולית: "מעל הגנטיקה") [5]. אפיגנטיקה פועלת בדרכים שונות - לדוגמה על ידי הוספת מולקולות קטנות ל-DNA שיכולות לחסום גישה לגנים מסוימים, נוכחות משתנה של חלבונים שאחראים על ייצור או מניעת ייצור של גנים מסוימים, או על ידי מולקולות RNA קטנות, אשר לא מאפשרות לגנים מסוימים להיות מתורגמים לחלבונים. על מנגנונים אלו תוכלו לקרוא בהרחבה בפוסטים קודמים שלנו [6-7].

בנוסף לתפקידה המרכזי של האפיגנטיקה בתהליכי התמיינות לסוגי תאים שונים, בשנים האחרונות התגלה כי באמצעותה, גורמים סביבתיים יכולים להשפיע על הפרט ולשנות את תכונותיו. לזחל של נקבת דבורת הדבש, למשל, פוטנציאל גנטי להתפתח הן למלכה והן לפועלת פשוטה; בעקבות מתן מזון שונה - חלק קטן מהזחלים יתפתחו למלכות והשאר לפועלות. ההבדל בהרכב המזון גורם לשינויים אפיגנטיים ובכך לביטוי גנים שונה בזחלי הדבורים הצעירים שאוכלים אותו [8]. אבחנות מסוג זה מדגימות בצורה יפה איך הסביבה משפיעה על התכונות של הפרט.

השאלה המתבקשת היא, האם תכונה שהתפתחה בעקבות חשיפה לסביבה מסוימת יכולה לעבור אל הדור הבא, אף שאינה כוללת שינויים ב-DNA? במשך זמן רב סברה הקהילה המדעית כי הדבר אינו אפשרי. טיעון בולט היה שבשלבי התפתחות ראשוניים, תאי העובר חייבים להתנקות מכל הסמנים האפיגנטיים על מנת לחזור למצב לא-ממוין, שממנו יוכלו לייצר את מכלול התאים השונים [9-10].

בתחילת שנות ה-80 החלו להצטבר עדויות לשינויים אפיגנטיים שנגרמים על ידי הסביבה ומורָשים לצאצא; תחילה בצמחים – צמחי טבק שנחשפו לווירוס העמידו צאצאים עמידים יותר לאותו הנגיף [11]. עם השנים הגיעו עדויות נוספות על הורשה של תכונות נרכשות באורגניזמים רבים אחרים, הכוללים שמרים, תולעים נימיות (נמטודות), פרוקי רגליים ואפילו יונקים  [12-13]. במחקר שפורסם בשנת 2013 חשפו עכברים זכרים לריח מסוים ולאחר מכן חשמלו אותם. הצאצאים של אותם עכברים (גם צאצאי הדור הראשון וגם השני), אשר גדלו ללא נוכחות העכברים שחושמלו, הגיבו בפחד לאותו הריח [14-15]. כלומר, הפחד מהריח שנחקק באב בעקבות החוויות שעבר בימי חייו, עבר בתורשה אפילו לנכדיו. תופעה זו, שנצפתה שוב ושוב בשנים האחרונות באורגניזמים שונים, נחשבה בעיני רבים כבלתי נתפסת – השפעה סביבתית שעוברת בתורשה. הורשה כגון זו, שאינה נגרמת משינויים ברצף ה-DNA עצמו, נקראת הורשה אפיגנטית.

להורשה אפיגנטית מאפיינים ייחודים [16-17]. שינויים אפיגנטיים מתרחשים בתדירות גבוהה יותר משינויים ברצף ה-DNA. שינויים אלו הפיכים ונשמרים רק למספר מועט של דורות, וזאת בניגוד למוטציה גנטית שלא יכולה "לחזור לאחור" בכזו קלות [18]. אך האם בכל זאת אפיגנטיקה יכולה להשפיע על האבולוציה? 

אפיגנטיקה, בין אם מורשת ובין אם לא, יכולה להשפיע על האבולוציה בכמה דרכים [17,19]. הודגם כי נוכחות של סמנים אפיגנטיים מסוימים יכולה להשפיע על רצף ה-DNA, למשל בהגברה של קצב צבירת המוטציות [20-21]. בנוסף, אפיגנטיקה יכולה לתרום ליצירת מינים חדשים; שינויים אפיגנטיים יכולים להשפיע על תכונות של חלק מפרטי האוכלוסייה ולגרום, לדוגמה, לשינוי בזמן הפריחה של צמח או בצורת ראשו של חרק [19]. הדבר יכול ליצור תתי-אוכלוסיות שיזדווגו רק בתוך עצמן וכך, בשל מוטציות אקראיות שיצטברו ברצף ה-DNA לאורך זמן, יוכלו להתפתח מינים שונים [19]. 

עדות נוספת נמצאה במחקר חדש שהתפרסם החודש במעבדת מחקר ישראלית, ובו נמצא כי גדילה בטמפרטורה גבוהה גרמה לתולעים, שבדרך כלל מעדיפות לעבור הפריה עצמית, להפריש פרומון שימשוך אליהן זכרים על מנת שאלו יזדווגו עמן - התנהגות שאף עברה בהורשה לכמה דורות [22-23]. תחום מסקרן זה עדיין בחיתוליו, ואף שהוא מדובר רבות תאורטית, אין עדיין דוגמאות אמפיריות רבות המראות השפעה ישירה של אפיגנטיקה על שינויים ב-DNA או בתהליכים בעלי השפעה פוטנציאלית אבולוציונית. 

הורשה אפיגנטית יכולה להזכיר את רעיונותיו של ז'אן-בטיסט דה למארק (1829-1744), חוקר טבע צרפתי, שסבר כי הפרט מתאים את עצמו לסביבה ומוריש את ההתאמות לצאצאיו. כך למשל, ג'ירפה שרוצה להגיע לענף גבוה כדי לאכול תמתח את צווארה, ובעקבות כך צאצאיה יוולדו עם צוואר ארוך יותר [9]. בעקבות תגליות רבות שהצטברו לאורך השנים נדחתה תיאורה זו על ידי הקהילה המדעית. 

האם הורשה אפיגנטית היא תחייתו של הלמארקיזם? בעקבות הדמיון בין שינויים אפיגנטיים שנגרמים מהסביבה ומורשים לדור הבא לרעיונותיו של למארק, החלו לצוץ בעולם המדע אזכורים לתאוריית ההורשה הזאת  [24-25]. עם זאת, לטענת רבים ממצאים אלו אינם מבססים את צדקתו של למארק, מכיוון שצבירת שינויים אלו אינה מתרחשת באופן אקטיבי על ידי הפרט. שינויים אפיגנטיים אשר מורשים לדור הבא אינם בהכרח חיוביים וגם הם יעברו ברירה טבעית ובנוסף, שינויים מסוג זה אינם יציבים למספר רב של דורות, ומכאן שהשפעתם על האבולוציה עשויה להיות מוגבלת [26]. 

דבר אחד ברור - תחום התורשה האפיגנטית מרתק, ודרושים עוד מחקרים רבים על מנת להבין את היקף התופעה ואת השפעותיה על האבולוציה.

 עריכה: ינון קחטן

מקורות והרחבות:

1. "השקשוקה הגנטית" - מדע גדול בקטנה
2. הגן החברתי - מדע גדול בקטנה
3. סקירה על הקשר בין סביבה לגנטיקה במחלות לבביות
4. מאמר העוסק בביטוי שונה של חלבונים בין רקמות
5. היסטוריית המחקר באפיגנטיקה
6. פוסט קודם שלנו שעוסק בתורשה אפיגנטית בתולעים נימיות
7. פוסט קודם שלנו שעוסק באפיגנטיקה
8. מאמר על מזון ואפיגנטיקה בהתפתחות זחלי דבורי דבש
9. רשומה מהאתר "תיבת נעם" שעוסקת באפיגנטיקה ובלמארק 
10. סקירה שעוסקת בתורשה אפיגנטית
11. הורשת תכונה נרכשת בצמחי טבק
12. סקירה שעוסקת בשכיחותה של תורשה אפיגנטית
13. Transgenerational inheritance of an acquired small RNA-based antiviral response in C. elegans
14. מאמר על מעבר זכרון בין דורי של ריח בעכברים
15.  כתבה שמסבירה את המאמר על פחד מריח בעכברים
16. סקירה שעוסקת בהשפעת מוטציות אפיגנטיות על האבולוציה
17. סקירה על ההשלכות האבולוציוניות של תורשה אפיגנטית 
18. Three Rules Explain Transgenerational Small RNA Inheritance in C. elegans
19. על ההשפעה האפשרית של אפיגנטיקה על יצירת מינים חדשים
20.  מאמר שעוסק בתדירות מוטציות בנוכחות סמנים אפיגנטיים
21. DNA Crossover Motifs Associated with Epigenetic Modifications Delineate Open Chromatin Regions in Arabidopsis
22. בחסות התולעים: המחקרים שמשנים את מה שידענו על מנגנון התורשה - גלובס
23. Transgenerational inheritance of sexual attractiveness via small RNAs enhances evolvability in C. elegans
24.  התרנגולת הדרווינסטית והביצה הלמארקית
25. סרטון של פרופ' חווה יבלונקה על הורשה אפיגנטית ולמארקיזם
26. מדוע הורשה אפיגנטית אינה מבססת את צדקתו של למארק