השאלה המקורית: מרתק אותי מאוד תהליך ההפיכה של חיידק לאברון תא כמו המיטוכונדריון. קראתי על הנושא אבל עדיין לא הבנתי משהו מהותי: המיטוכונדריון מתחלק באופן עצמי ויש לו דנ"א ייחודי משלו. האם תא אדם יכול ליצור מיטוכונדריון, או שכל המיטוכונדריה בגוף האדם היא תוצר של התחלקות מיטוכונדריון קודם?

אני משער שהאפשרות הראשונה היא הנכונה, אבל הבעייתיות שבה היא זו: באופן כללי התהליך של סימביוזה עד כדי התאחדות בין חיידק לתא הוא דבר מובן, אך איך ייתכן שתא מארח יוכל ליצור מיטוכונדריון עם דנ"א שלו ועם "מוח" משלו, וכל זה על ידי הדנ"א של התא המארח? יכול להיות שתהליך הסימביוזה יצר שינוי בדנ"א של התא המארח? זה נשמע בעייתי, כי מוטציות הן אלה שגורמות לשינוי בדנ"א ולא שיתוף פעולה בין תאים. תא חיידק מקיים סימביוזה עם תא מארח. איך אנו מגיעים מפה למצב שבו התא המארח יוצר את תא החיידק בעצמו ועדיין שומר את המאפיינים הייחודיים של תא החיידק, כמו דנ"א נוסף משלו?

אולי עוד משהו שמאוד יעזור לי להבין: האם מיטוכונדריון יכול להתחלק וליצור "מושבה" בעצמו מחוץ לתא (כשנותנים לו את התנאים המתאימים)? תודה מראש, דניאל



ראשית כל יש להבהיר שהמיטוכנדריון (מיוונית: גרגר דמוי סיב) המוכר לנו כיום אינו יכול להתחלק וליצור מושבה מחוץ לתא ואינו נחשב צורת חיים עצמאית. אף שקיימות השערות רבות בנושא, לא ידוע בוודאות מי היה האב הקדמון של המיטוכונדריון. נכון להיום קשה למצוא הוכחה חד-משמעית לההשערה שלפיה מקורו של האברון האחראי על הנשימה התאית (כלומר המיטוכנדריון) הוא בחיידק שנבלע אך לא עוכל.

בנוסף קיימת תיאוריה שלפיה המיטוכונדריון נוצר על ידי היפרדות של חלק מהדנ"א בגרעין ועטיפתו בממברנה נפרדת. אולם קיימות כמה ראיות התומכות בקיומו של אירוע בליעה קדום, ולכן זו התיאוריה המקובלת כיום בעולם המדעי.


שני מיטוכונדריה בתא | תמונה: ויקיפדיה

אחד הדברים העיקריים שגרמו למדענים לשער שמדובר באירוע קדום של חיידק שנבלע על ידי תא מארח גדול יותר (תיאוריית האנדוסימביוזה)  היה העובדה שבמיטוכונדריון קיים מטען תורשתי בדמות מולקולות דנ"א ששונות מאוד בסידורן ובצורתן ממבנה הדנ"א הרגיל בתאים בעלי גרעין. הן מזכירות יותר דנ"א חיידקי. ראייה נוספת שמחזקת את תיאוריית האנדוסימביוזה היא העובדה שהמיטוכונדריון העטוף בשני קרומים, שהחיצוני שבהם דומה במבנהו ובהרכבו לקרום העוטף את התא כולו (ממברנת התא) ואילו הקרום הפנימי דומה יותר בהרכבו לקרום חיידקי.

אולם אף שהמיטוכנדריון מכיל חומר תורשתי שמקודד לחלבונים הדרושים לחלק מפעולותיו, חלבונים רבים הדרושים לפעילותו התקינה מקודדים על ידי הדנ"א שנמצא בגרעין התא, והם מובלים למיטוכונדריון כחלבון מוכן שנבנה בנוזל התא (ציטופלזמה). יתרה מכך, הסימביוזה (שיתוף פעולה) בין התא המארח למיטוכונדריון חיונית גם עבור התא המארח, שמייצר במיטוכונדריון את מרבית האנרגיה הדרושה לקיומו במיטוכונדריון.

אף על פי שפעילות המיטוכונדריון תלויה גם בחומר התורשתי של גרעין התא המארח, ושהמיטוכנדריון אינו מסוגל להתקיים באופן עצמאי מחוץ לתא, התא לא מייצר את המיטוכונדריה שלו מאפס. במקום זאת כל מיטוכונדריון בתא נוצר מחלוקה של מיטוכונדריון אחר, שמתחלק בצורה שאינה תלויה ישירות בתהליך החלוקה של התא כולו.

המיטוכונדריה עוברת בתורשה בצורה א-מינית גם אצל יצורים שמתחלקים בצורה מינית (למשל בני אדם), ומקור כל המיטוכונדריה בתאי גופנו הוא מהאם. הסיבה היא שהביצית גדולה הרבה יותר מהזרע ומכילה אברוני מיטוכונדריה רבים, בעוד הזרע כמעט שאינו מכיל מיטוכונדריה וגם המעט שקיים בו נמצא בקרבת הזנב, בחלק שנושר החוצה בעת החדירה לביצית.

 


הורשה אמהית של הגנום המיטוכונדרי | תרשים: ויקיפדיה

לא כל התאים בגוף מכילים כמות זהה של מיטוכונדריה. ככל שתא צורך יותר אנרגיה, כך הוא יכיל עותקים רבים יותר של מיטוכונדריון. תאי שריר, לדוגמה, מכילים מיטוכונדריה רבים במיוחד, ולכן פגמים בדנ"א המיטוכונדרי יגרמו בראש ובראשונה לפגיעות בשרירים, שעלולים להוביל למחלות תורשתיות קשות כמו ניוון שרירים.

בומרנג – בחזרה אליך
תוכל לחשוב איך ייתכן שמצד אחד התחלקות המיטוכונדריון אינה תלויה בחלוקת התא, אך מצד שני כמות המיטוכונדריה בכל תא מתאימה לצרכיו הפרטניים?  

רות חייט
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

3 תגובות

  • גיל

    לא יותר פשוט להניח שהם נוצרו בנפרד

    ע'י תכנון ולא ע'י אבולוציה? בטבע יש כל כך הרבה מקרים בהם גנים תלויים אחד בשני, עד כי אין מנוס מהמסקנה שהם לא יכלו להתפתח בהדרגה.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןרות חייט

    תשובה

    השאלה האם החיים נבראו על ידי יד מכוונת או נוצרו על ידי רצף מקרי של מאורעות היא שאלה פילוסופית/תיאולוגית/מדעית אשר התשובה לגבי מקור המיטוכונדריה בתאים אינה מתיימרת לענות עליה. החומר הגנטי במיטוכונדריה, כמו גם צורתו וצורת ארגונו מזכירה מאוד DNA חיידקי, ומכאן מקור ההשערה שמקור המיטוכונדריון באירוע בליעה קדום.
    ב15 ביולי ב11:00 תתקיים באולם בוטנאר שבמכון מכון ויצמן הרצאה (באנגלית) על ידי פרופ' דן משמר מאוניברסיטת בן גוריון תחת הכותרת:
    "Finally, after two billion years,
    the mitochondrial regulatory system is part of the cell"
    אשר תתייחס בהרחבה לאבולוציית המיטוכנדריון. יכול להיות שיעניין אותך לשמוע :-)

  • גיל

    נחמד לדעת

    אבל כל טענה אבולוציונית שיצא לי להכיר עד כה מלווה באמונה שהדבר אפשרי. לא ניתן בניסוי לבחון את הטענות המועלות. למשל: מדענים מצאו גנים זהים בחילזון מסוג אליסיה כלורוטיקה. אצל חילזון זה ישנם גנים המאפשרים פוטוסינתזה. חוקרים טוענים שהחילזון קיבל איכשהו את הגנים וירש אותם מהאצה אותה הוא אוכל. הבעיה היא שאין שום הסבר מדעי שיכול להסביר כיצד עבור הגנים מהאצה והתיישבו על גנום החילזון. אגב, אני גר בתל אביב, כך שנראה לי שאוותר על ההרצאה:)