לרוב היונקים יש זנב, אבל לנו ולקופי האדם אין. איך זה קרה? מחקר חדש זיהה את השינוי הגנטי שאולי גרם לנו ולקרובי משפחתנו לאבד את הזנב: רצף קטן של DNA טפילי שחדר לתוך גן מסוים. הרצף הקטן הזה שינה את הדרך שבה הגן פועל, והתוצאה הייתה זנב קצר יותר, אך גם סיכון מוגבר למומים בחוט השדרה.

לרוב בעלי החיים בעלי החוליות יש זנב. לאבותינו הדגים והזוחלים היה זנב. גם לאבותינו הקופים הקדומים, כפי שידע כבר צ'רלס דרווין, היה זנב. אבל לפני כ-25 מיליון שנה, כשהשושלת של קופי האדם התפצלה מהשושלת של קופי העולם הישן, הכיף נגמר והזנב נעלם.

כל שנותר לקופי האדם ולאדם כמזכרת מהזנב של אבותינו, הוא כמה חוליות בקצה עמוד השדרה, שמרכיבות את עצם הזנב. האין-זנב הזה מאפיין אותנו – אם לפרימט כלשהו יש זנב אפשר לדעת בוודאות שהוא אינו קוף אדם.

אבל איך איבדנו את הזנב? במחקר שהתפרסם בשבוע שעבר בכתב העת Nature, זיהתה קבוצת חוקרים מארצות הברית את המנגנון הגנטי שאולי גזל מאיתנו את הזנב: רצף DNA טפילי ש"קפץ" לתוך גן [1].

תאונה ממוזלת

החיפוש אחר המנגנון החל בעקבות תאונת דרכים שעבר בּוֹ שיאה (Xia), שהיה באותה תקופה דוקטורנט במעבדות של איתי ינאי (Yanai) וג'ף בוקה (Boeke) באוניברסיטת ניו יורק וכיום הוא חוקר במכון ברוד. עצם הזנב של שיאה נפגעה בתאונה וגרמה לו לכאבים רבים.

"נדרשה לי כמעט שנה להחלים מהפציעה", אמר שיאה בפודקאסט Night Science. "בכל פעם שהתיישבתי הרגשתי את הכאב מעצם הזנב שלי, וזה הזכיר לי בכל פעם לחשוב על כך שאין לי זנב [שיכול] להגן עליי מהתאונה" [2]. בהשראת הפציעה החל שיאה לחפש תשובה לשאלה שעניינה אותו כבר מילדות: איפה הזנב שלו, שלנו, ושל קופי האדם בכלל?

כדי למצוא את הגן או הגנים האחראים לאובדן, בחן שיאה 140 גנים שידוע ממחקרים קודמים שהם קשורים לחוסר זנב בעכברים או בפרימטים. הוא חיפש ביניהם גן שהרצף שלו בקופי אדם ובאדם שונה מאשר אצל פרימטים בעלי זנב. שיאה מצא גן אחד כזה, TBXT. זהו גן שהחלבון שנוצר על פיו מבקר את פעילותם של גנים רבים אחרים.

הגן TBXT מוכר כבר כמעט מאה שנים. הוא התגלה בשנות ה-20 של המאה הקודמת, לאחר שהחוקרת נדייה דוברובולסקה-זוודזקה (Dobrovolska-Zavadska) יצרה בעכברים מוטציה שגרמה להם להיוולד עם זנב קצר או פגום. מאוחר יותר התגלה שהמוטציה הזו התרחשה בגן TBXT, הקרוי גם ברכיורי, שפירושו "זנב קצר" ביוונית, על שמה. מוטציות שונות בגן הזה העלימו בין היתר את הזנב של חתולי מַנְקְס [3] ושל כמה גזעי כלבים [4].

שיאה גילה באותו מיקום בגן TBXT של קופי אדם ובני אדם רצף DNA קצר. הרצף הקצר שייך למשפחה מסוימת של רצפי DNA טפיליים – רֶטְרוֹטְרַנְסְפּוֹזוֹנִים – הקרויה Alu. אלה רצפי DNA זרים שחדרו לפני עשרות מיליוני שנים לגנום של הפרימטים ומאז מתקיימים בו באופן עצמאי. הם מסוגלים ליצור עותקים של עצמם בשיטת "העתק-הדבק" וכך הם מתרבים ומופיעים במקומות חדשים בגנום [5]. רצפי Alu מרכיבים כיום כ-11 אחוזים מגנום האדם, ויש בו כמיליון עותקים שלהם.

בתאונה נדירה חדר רצף Alu אחד כזה אל TBXT באב הקדמון המשותף של קופי האדם והאדם. הרצף החדש הזה הוביל לאובדן הזנב, אף על פי שנכנס לאזור בגן שלא מיוצר על פיו חלבון, ולכן כביכול לא צפויה שתהיה לו השפעה כלשהי.

מתברר שבכל הפרימטים TBXT כולל רצף Alu נוסף, גם הוא באזור שלא מיוצר על פיו חלבון. הקרבה בין שני הרצפים, הרצף הזה והרצף שקיים רק בקופי אדם ובאדם, משפיעה על התהליך שבסופו נוצר חלבון על פי הגן.

מוטציות שונות בגן TBXT העלימו את זנבו. חתול מנקס קצר זנב

 בלי הזנב בין הרגליים

רצף ה-DNA של גן הוא מעין רצף הוראות, "מתכון", להרכבת חלבון. כדי לייצר חלבון, ה-DNA של הגן מועתק לחומר דומה מאוד בשם RNA. ה-RNA עובר עיבוד שבמהלכו נחתכים החוצה רצפים שלא יהפכו לחלבון ומתקבלת מולקולת RNA שליח או mRNA. לפי ההוראות המצויות ב-mRNA מנגנוני התא מרכיבים את החלבונים. אפשר לחשוב על ה-mRNA כמתכון שהעתקתם מספר הבישול השמור היטב של סבתכם, ומכיל רק את ההוראות המדויקות להכנת פוקאצ'ת הפסטרמה המפורסמת שלה.

לאחר שהגן TBXT מועתק ל-RNA, שני רצפי ה-Alu בגן יכולים להיצמד זה לזה ולגרום לכך שהרצף שביניהם ייחתך החוצה, לקבלת מולקולת mRNA קצרה מהרגיל, ובעקבותיה חלבון קטן יותר, כך שמגן יחיד אפשר לקבל בו-זמנית שני סוגי mRNA שיובילו לייצור שני סוגי חלבון. אם נחזור לספר המתכונים של סבתא, ייתכן שמדי פעם שני דפים יידבקו זה לזה ובגלל זה המתכון שתעתיקו יהיה פתאום טבעוני: פוקאצ'ת פסטרמה ללא פסטרמה.

שיאה ועמיתיו שיערו שהחלבון הקטן הוא זה שאחראי לחוסר הזנב. כדי לבדוק זאת הם הנדסו גנטית עכברים כך שיווצרו אצלם שתי הצורות של ה-mRNA של Tbxt עכברי: הארוכה, שבאופן טבעי רק היא קיימת אצלם, והקצרה. חלק מהעכברים המהונדסים היו חסרי זנב, לחלק היה זנב קצר מהרגיל, ואילו אצל אחרים נותר זנב ארוך. החוקרים הראו גם שככל שהיו לעכברים המהונדסים יותר מהעותקים הקצרים של ה-mRNA, יחסית לארוכים, הזנב שלהם היה קצר יותר ויותר, או לא קיים כלל.

התוצאות מראות שהמוטציה בגן TBXT אצל קופי האדם והאדם תרמה רבות לאובדן הזנב, אך היא לא הסיבה היחידה לכך. אחרי הכול בעוד העכברים צימחו (או לא צימחו) מגוון של זנבות - לנו אין זנב כלל. סביר שבתחילה אבותינו הסתובבו גם הם עם זנבות באורכים שונים, עד שהצטברו מוטציות נוספות שהעלימו סופית ולתמיד את זנבותיהם.

דבר נוסף ששיאה ועמיתיו גילו הוא שעכברים שאין להם כלל mRNA באורך רגיל מתו במהלך ההיריון או ההמלטה. כמו כן, חלק מהעכברים חסרי הזנב סבלו מפגיעה בהתפתחות העוברית של הצינור העצבי, מבנה שבהמשך מתפתח לחוט השדרה ולמוח. עמוד השדרה שלהם לא "נסגר" כראוי ויצר פגם שדומה לספינה ביפידה (שדרה שסועה), מום שמשפיע על אחד מכל 1000 תינוקות אדם [6]. אולי זה המחיר ששילמנו על אובדן הזנב. ידוע שגורם הסיכון העיקרי לספינה ביפידה הוא חוסר בחומצה פולית במהלך ההיריון, אך בעבר עלה חשד שגם הגן TBXT קשור למום [7].

מה עם הלמה?

החוקרים סבורים שהיתרון באובדן הזנב היה כה גדול, עד שאפילו העלייה בסיכון ללקות בספינה ביפידה לא מנעה אותו. "לזנב אולי יש יתרונות כשחיים על העצים", כתב ינאי, אחד משני החוקרים הבכירים החתומים על המאמר [8]. "אך ברגע שיורדים לקרקע, הוא יותר נטל. לוותר על הזנב הקל אולי על התפתחותם של עוד מהחידושים בשושלת האבולוציונית שלנו".

חוקרים אחרים סבורים אחרת. ריק פוטס (Potts), מנהל התוכנית למוצא האדם במכון סמיתסוניאן שבוושינגטון טען שייתכן שאובדן הזנב אפשר את המעבר להליכה זקופה על שתיים, אבל הקנה יתרון עוד לפני הירידה מהעצים [9]. גם היום יש קופי אדם שחיים על העצים - גיבונים ואורנגאוטנים - אך הם זזים בשונה מקופים. קופים הם קטנים ופעלתנים יותר, ונעזרים בזנב כדי לאזן את עצמם. קופי האדם נתלים מהענפים עם ידיהם, ועוברים מענף לענף בעודם זקופים – פעולה שככל הנראה זנב היה רק מקשה עליה.

מרים קונקל (Konkel), גנטיקאית אבולוציונית מאוניברסיטת קלמסון בקרוליינה הדרומית, ואמילי קזנובה (Casanova), חוקרת מוח וביולוגית אבולוציונית מאוניברסיטת לויולה בניו אורלינס, שלא היו מעורבות במחקר, סקרו אותו במאמר שליווה את פרסומו [10]. הן סבורות שייתכן שאובדן הזנב והתפשטות התכונה הזו באוכלוסייה התרחשו במקרה, מאחר שקרו באוכלוסייה קטנה ומבודדת, ולאו דווקא בגלל יתרון כלשהו. כמו המקרה של חתולי מנקס, באי מאן באיים הבריטיים, שאובדן הזנב שלהם לא מקנה להם יתרון, וגם מלווה במומים בחוט השדרה [11].

"נצטרך מכונת זמן כדי לדעת בוודאות מדוע איבדנו את הזנב", כתב ינאי [8]. וקונקל וקזנובה סיכמו: "אך גם אם לא נדע בסופו של דבר את הסיבה לכך, תוצאות המחקר של שיאה ושותפיו מציגות פרק חדש ומרתק בסיפורו של הזנב שלנו".

עריכה: גליה הלוי שדה

מקורות

1. המחקר ב-Nature על הבסיס הגנטי לאובדן הזנב
2. ריאיון עם בו שיאה בפודקאסט Night Science
3. מחקר על אובדן הזנב של חתולי מנקס
4. מאמר על הגן לזנב קצר בכלבים
5. כתבה על סוג אחר של רצפי DNA זרים
6. ספינה פיבידה
7. חיפוש הקשר בין הגן TBXT לספינה ביפידה
8. שרשור של איתי ינאי באתר שהיה ידוע בעבר כטוויטר
9. ידיעה של AP על המחקר
10. מאמר מלווה שסוקר את המחקר
11. מומים של חתולי מנקס