הגֵן, החיפושית והעין השלישית

החוקרים מאוניברסיטת אינדיאנה בסך הכל ניסו לחקור את הקרניים הנמצאות על ראשן של חיפושיות הזבל, ולבדוק אלו גנים מעורבים ביצירתם. אבל כשהשתיקו את פעולתו של גן מסוים ציפתה להם הפתעה. לא רק שהחיפושיות שלהם גדלו בלי קרניים, אלא שבמקום שבו היו הקרניים צצה עין. עין שלישית, במרכז הראש, שנראתה ממש כמו עין חרק רגילה, לעתים קצת גדולה מהרגיל.

איך שינוי בגן יחיד יכול להוביל להופעתו של איבר חדש ומורכב כל כך? כדי להבין זאת החלו החוקרים במחקר על החיפושית התלת-עינית. כשבחנו מקרוב את העין השלישית הם מצאו שיש בה את כל המרכיבים של עין אמיתית, והיא אפילו מתפקדת – החיפושית יכולה לראות בעזרתה, אם כי לא ממש כמו שהיא רואה בעזרת העיניים הרגילות.

מדענים הצליחו כבר בעבר ליצור עיניים במקומות שלא נועדו לכך, על כנפיים של זבובי תסיסה (דרוזופילה) ואפילו על גבן של צפרדעים. הם עשו זאת על ידי כך שגרמו לגן יחיד להתבטא באזורים אלה. אין זה אומר, כמובן, שהגן הזה לבדו אחראי ליצירת העין כולה. "ביולוגיה התפתחותית היא מורכבת באופן יפהפה, בין השאר משום שאין גן אחד לעין, גן למוח, או גן לשריון של צב" אמר ארמין מוצ'ק (Moczek), שהוביל את המחקר החדש, בהודעה לעיתונות. "אלפי גנים ועשרות תהליכים התפתחותיים עובדים יחד לאפשר את היווצרותם של כל אחד מהאיברים האלו".

אותו גן שבאמצעותו יצרו המדענים את העיניים במקומות מוזרים בגופם של זבובים וצפרדעים מפעיל גנים רבים אחרים, שכל אחד מהם תורם בצורה כלשהי לבנייתה של העין השלמה. המחקר החדש נבדל מאותם מחקרים קודמים בשני היבטים חשובים: העיניים שנוצרו בזבוב ובצפרדע לא היו פעילות, בעוד אלה של החיפושיות כן. אצל החיפושיות היה זה גן שהושתק שגרם ליצירת העין, ולא ביטוי של גן במקום שהוא לא היה אמור להתבטא בו.

שימוש בתהליכים התפתחותיים מוכרים בהקשרים חדשים. העין הנוספת במרכז ראשה של החיפושית | צילום: Eduardo Zattara, אוניברסיטת אינדיאנה

לגו אבולוציוני

החוקרים השתיקו את הגן בעזרת מערכת המכונה הפרעת RNA, שמאפשרת למנוע כמעט לחלוטין את יצירתו של חלבון מסוים. הם הראו שהשתקה זו גורמת ליצירת העין השלישית לא רק במין אחד אלא בעוד שלושה מינים של חיפושיות זבל (Scarabaeidae). אצל כולן התופעה התרחשה במקום שבו היו הקרניים. בדיקה של העין במיקרוסקופ אלקטרונים העלתה שהיא מורכבת מעיניות רבות, שכל אחת מהן מכילה קולטן אור, עדשה ועוד, ממש כמו העיניים הרגילות של החיפושית. החוקרים הופתעו למצוא גם רקמת עצב שהובילה מהעין אל תוך הראש. כשבחנו את החלבונים המיוצרים בתאים האלו, ראו שאלו אותם חלבונים שנמצאים בעין רגילה.

הבדיקה האחרונה הייתה בדיקת פעילות. החוקרים שמו את החיפושית באזור חשוך ואז האירו מולה באור חזק ומהבהב. חיפושית שנתקלת באור כזה עוצרת מיד, מורידה את ראשה וממהרת לכיוון השני. רוב החיפושיות בעלות העין השלישית, גם כשלא היו יכולות להשתמש בעיניים הרגילות שלהן, הגיבו לאור: הן הורידו את ראשן, פנו לאחור או עשו את שני הדברים גם יחד. התגובה שלהן מראה שהעין השלישית הייתה מחוברת למערכת העצבים, ותפקדה טוב מספיק לפחות בשביל לתת לחיפושית מידע על מקור אור.

יצירה של איברים במקומות שהם לא אמורים להיות בהם יכולה לעזור לחוקרים להבין מה בדיוק דרוש בשביל התפתחות האיברים האלו בבעל החיים הנורמלי. "למדנו שפיתוח תכונה פיזית חדשה הוא תהליך דומה למדי לבניית מבנה חדש בלגו, ונעשה על ידי שימוש-מחדש בגנים ובתהליכים התפתחותיים 'ישנים' בהקשרים חדשים" אמר מוצ'ק. "אתה יכול לבנות דברים חדשים שוב ושוב בעזרת אותן 'לבֵנים'. ההבדל הוא שאנחנו יודעים את חוקי הבנייה בלגו: אילו חלקים מתחברים זה לזה ואילו לא. בביולוגיה אנחנו עדיין מנסים להבין את החוקים האלה".