מדענים גילו כי יצור חד תאי החי במעיים ויתר על האברון המייצר אנרגיה, לאחר שמצא בסביבתו תחליפים מתאימים יותר

הגוף שלנו הוא שותפות. שותפות בין תאים שונים, שותפות בין תאי הגוף לחיידקים החיים עליו ובתוכו, ושותפות אפילו ברמה התאית. בתוך התאים שלנו עצמם יש יצורים קטנטנים – קטנים אפילו מחיידקים – הקרויים מיטוכונדריה (מיטוכונדריון ביחיד). כמעט בכל תא ותא נמצאים מאות ואלפים מהם, שממלאים תפקידים חיוניים לקיום החיים.

זה המצב לא רק אצלנו. המיטוכונדריה נמצאים בכל בעלי החיים, הצמחים, הפטריות ואפילו באמבות ויצורים חד-תאיים אחרים. רק חיידקים וארכיאה (יצורים חד-תאיים המזכירים במראם חיידקים) לא נהנים מחברת המיטוכונדריה. לכל היצורים המורכבים מתאים בעלי גרעין יש גם מיטוכונדריה, כלומר כמעט לכל היצורים בעולם. אך מחקר חדש מצא לראשונה יצור חד-תאי בעל גרעין שאין בו שום זכר למיטוכונדריה.

התפקיד העיקרי של המיטוכונדריה הוא לספק לתא אנרגיה באמצעות פירוק סוכרים. הפירוק נעשה על ידי חמצן, ולכן אנו זקוקים לחמצן בשביל לחיות. יש שיטות להפקת אנרגיה שאינן תלויות בחמצן (או במיטוכונדריה), אך הן הרבה פחות יעילות.

המיטוכונדריה נחשבים לאברונים (איברים קטנים) בדומה לגרעין ולמערכות תאיות נוספות. אך בשונה מאברונים אחרים יש להם דנ"א משלהם – זכר לימים שבהם חיו בנפרד, כיצורים עצמאיים. ההשערה הרווחת היא שלפני כמיליארד שנים וחצי, כשכל החיים על פני כדור הארץ היו עדיין חד-תאיים, תא גדול בלע תא קטן יותר, והתא הקטן המשיך לחיות בתוכו ואף שגשג והתחלק. התא הגדול העניק לו סביבת מחיה בטוחה ומזון, ובתמורה התא הקטן ייצר אנרגיה ביעילות וחלק אותה עם שותפו. כל היצורים בעלי הגרעין והמיטוכונדריה הם צאצאיו של אותו תא משותף.

לימים השותפות בין השניים התהדקה. התא הקטן – שהפך למיטוכונדריה – ויתר על חלק גדול מהתכונות הדרושות לתא עצמאי והתמקד אך ורק בפירוק סוכרים ליצירת אנרגיה. הוא אמנם שמר על חלק מה-DNA שלו בתוכו, אבל ההוראות לייצור חלק מהחלבונים הדרושים לו נמצאות ב-DNA של התא עצמו, בגרעין, והחלבונים שנוצרים מהגנים האלה מתויגים בסימן מיוחד שמורה לתא להעבירם אל המיטוכונדריה.

גם פשטות מתאימה
בניגוד למה שמקובל לחשוב, האבולוציה לא מתקדמת תמיד לעבר מורכבות גדולה יותר. אבולוציה מתאימה כל יצור לסביבה שהוא חי בה, ויש סביבות שבהן מורכבות היא דווקא חיסרון. זה המצב במיוחד בנוגע לטפילים החיים בתוך בעלי חיים. במעיים, למשל, הסביבה קבועה למדי ועשירה במזון. יצור שמבלה את כל חייו במעיים של יונק אינו זקוק למנגנונים שיגנו עליו משינויי טמפרטורה או מפני טורפים, או אפילו ליכולת לשרוד ללא מקורות מזון זמינים. זו הסיבה שהחיידקים הזעירים ביותר, בעלי מספר הגנים הקטן ביותר, חיים בתוך גופם של בעלי חיים.

יש במעיים גם חד-תאיים בעלי גרעין, וגם הם איבדו רבות מהתכונות שמאפיינות בדרך כלל יצורים כאלה. אחת מהתכונות האלה היא היכולת לפרק סוכרים באמצעות חמצן – פשוט מפני שיש בסביבה הזאת מעט מאוד חמצן, כך ששיטות אחרות לפירוק הופכות יעילות יותר. הטפיל גיארדיה (Giardia), למשל, שחי במעיים של בעלי חיים רבים כולל בני אדם ועלול לגרום לשלשולים, אינו משתמש במנגנון המיטוכונדריאני להפקת אנרגיה.

מחקרים מוקדמים טענו שטפיל הגיארדיה איבד את המיטוכונדריה שלו לחלוטין, אבל מתברר שגם הטפילים האלה וגם חד-תאיים טפיליים אחרים שמסתדרים לכאורה בלי האברון הזה, עדיין מחזיקים בשרידי מיטוכונדריה. הם אמנם לא מפרקים סוכרים, אבל ממלאים תפקידים חשובים אחרים, ובמיוחד קשירה של אטומי ברזל וגופרית לחלבונים.


Monocercomonoides | צילום: Dr Naoji Yubuki           למעלה: איור של מיטוכונדריון | Shutterstock

אפשר להסתדר בלי
במחקר שפורסם בכתב העת Current Biology, קבעו אנה קרנקווסקה (Karnkowska) מאוניברסיטת פראג בצ'כיה וחוקרים נוספים מצ'כיה, פולין וקנדה את רצף הגֶנים של היצור החד-תאי מונוסרקומונוידס (Monocercomonoides), ולא מצאו אפילו אפס קצהו של מיטוכונדריון. לא רק שהחד-תא לא הכיל את ה-DNA של המיטוכונדריה עצמם, גם לא היו לו הגנים לחלבונים של המיטוכונדריה שנמצאים בדרך כלל בגרעין התא.

מונוסרקומונוידס חי במעיים של בעלי חיים (התאים שנבדקו במחקר נלקחו מצ'ינצ'ילת מחמד של אחד החוקרים), ומכאן ברור מדוע הוא אינו זקוק למיטוכונדריה להפקת אנרגיה. אבל כיצד הוא קושר ברזל וגופרית לחלבונים? מתברר שלשם כך הוא משתמש במערכת אחרת, שמקורה בחיידקים. הגנים שאחראים למערכת זו עברו כנראה מחיידקי מעיים למונוסרקומונוידס בהעברה אופקית, כלומר לא דרך תורשה ישירה מהורה לצאצא.

כמו כל היצורים בעלי הגרעין, המונוסרקומונוידס הוא צאצא של אותו תא קדמון שהתאחד עם תא קטן ממנו לפני מיליוני שנים. גם לו היו פעם מיטוכונדריה, אבל הוא לא היה זקוק להם יותר מרגע שעבר לחיות במעי, ומרגע שקיבל את המערכת לקשירת אטומי ברזל וגופרית משכניו. כפי שלמדנו למשל מדגים החיים במערות חשוכות ומאבדים את עיניהם, מנגנונים מסובכים ויקרים אובדים כשהתפקיד שהם ממלאים אינו נחוץ עוד. זו הדוגמה הראשונה לכך שגם דבר כה בסיסי ועתיק כמו המיטוכונדריה – השותפות הראשונה שלנו – יכול להיעלם לחלוטין אם לא עושים בו שימוש.

2 תגובות

  • בנימין

    שלום, כיצד מתרחש תהליך קשירת

    שלום, כיצד מתרחש תהליך קשירת הגופרית לחלבונים ואיך מיוצר ATP באמצעות תהליך זה?

  • ק.

    נדמה לי שאתה מבלבל בין גופרית (S) וזרחן (P).

    אתה יכול לקרוא קצת על תהליכי זרחון (לרבות ביצירת -ATP) כאן:
    https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%96%D7%99%D7%A8%D7%97%D7%95%D7%9F