דמיינו את זה: דג תמים שוחה ליד קליפת עץ או עלה צף בנוף הטבעי של אגן נהרות האורינוקו והאמזונס. אבל אבוי לדג! זה הנוף האחרון שהוא יראה... קליפת העץ היא בעצם שריון, והעלה הוא הראש והצוואר של צב המטאמטה, שאורב לדג ללא תנועה. הצב נקט באסטרטגיה של הסוואה, שהיא למעשה חיקוי של הסביבה. חקיינות כזו נותנת יתרון למי שמשתמש בה – במקרה הזה לטורף על הטרף שלו, אבל למעשה התופעה הרבה יותר רחבה.


זו לא קליפה: צב מטאמטה | תמונה: ויקיפדיה; נוצרה בידי J. Patrick Fischer

בטבע אפשר למצוא חקיינות סביבתית אצל לא מעט בעלי חיים שונים. יש פרפרים שמסווים את עצמם כעלה, או מקל מהלך שהוא למעשה חרק שנראה כמו זרד קטן וכך משטה בטורפים שחולפים על פניו בלי לזהות אותו כמזון.


זה לא מקל: Ctenomorpha chronus | תמונה: ויקיפדיה; צילום: fir002

לפני כ-150 שנים, ביערות הגשם של האמזונס, גילה הנרי וולטר בייטס חקיינות אצל פרפרים: מיני פרפרים שנראים כפרפרים רעילים, אף שאינם כאלה, כנראה מגנים כך על עצמם מפני טורפים. התאמה כזאת מכונה חקיינות בייטסיאנית, על שמו. מבחינה מדעית התופעה הזו מדגימה את הפוטנציאל האדיר של שינוי אבולוציוני שמונע ומכוון על ידי הברירה הטבעית. יש כאן העדפה ברורה ליצורים שדומים בצורתם ובצבעם לסביבה בה הם חיים.

חקיינות במולקולות

לאור זאת אפשר להרחיב ולשאול אם האסטרטגיה הזו קיימת גם ברמת המולקולות? יותר ויותר מחקרים מלמדים אותנו שאותן תופעות של חקיינות שבייטס גילה ביצורים חיים, מתרחשות גם בקנה מידה הרבה יותר קטן – ברמה המיקרוסקופית.

לדמיון בין מולקולות, אף שהן שונות למעשה בהרכב שלהם, אפשר להתייחס כחקיינות מולקולרית. התופעה הזו מוכרת בעיקר בחלבונים שמנצלים את הדמיון שלהם לחלבונים אחרים. בדרך זו מצליחים חיידקים, נגיפים וטפילים אחרים לחמוק ממערכת החיסון, וכך גם מתנהלת התחרות בין חומרים על הקישור לקולטנים בתאים החיים.

ידוע שמיקרואורגניזמים גורמי מחלות מסוימים יוצרים חלבונים שמחקים את הצורה והתפקוד של חלבוני האורגניזם המארח, וכך מנצלים את המנגנונים שלו ומתגברים או חומקים מההגנות של המארח. החקיינות הזאת נמצאת גם בבסיסן של מחלות אוטואימוניות רבות, שבהן הגוף תוקף את התאים של עצמו מכיוון שהחלבונים של גורם מחלה כלשהו דומים מדי לחלבונים הטבעיים שלו.

התופעה הזו של חקיינות בין חלבונים, מורכבת ככל שתהיה, אינה מפתיעה במיוחד. החלבונים מורכבים מ-21 סוגים של חומצות אמיניות. יש הרבה מאוד סוגים של חלבונים, כך שרצף דומה של חומצות אמיניות יכול להופיע גם בחלבונים שונים.

בתחום החקיינות המולקולרית חוקרים בימינו גם איך מולקולות מחקות מולקולות אחרות, למשל חלבונים שמתחזים לחומצות גרעין כמו דנ"א או RNA. חלבונים וחומצות גרעין הם מולקולות ענק שמורכבות מיחידות בניין, אך היחידות האלה שונות: חומצות הגרעין מורכבות מיחידות בניין שנקראות נוקלאוטידים, ולא מחומצות אמיניות כמו בחלבונים, ויש להן מבנה מרחבי תלת-ממדי אופייני. לפיכך מעניין מאוד להבין את ההתחזות של חלבונים לחומצות גרעין, בין השאר על ידי חיקוי המבנה התלת-ממדי של חלק מסוים בהן.

ההיגיון הביולוגי של החקיינות המולקולרית

התובנות שיש לנו על תופעת החקיינות בטבע ביצורים חיים מנחות גם את החשיבה על החקיינות ברמה מולקולרית. ברור שההתפתחות של חקיינות כזאת מעניקה למולקולה יתרון הישרדותי או תפקודי בתהליכים מסוימים שבהם מעורבים חלבונים או חומצות גרעין, שהם למעשה תהליכי החיים הבסיסיים המתרחשים בתאים החיים. מדענים מייחסים לתופעה הזו תפקיד חשוב בהתפתחות החיים במהלך האבולוציה, ויש הרואים בחקיינות המולקולרית מנגנון עתיק שמסביר חלק מהשינויים שהתרחשו במהלכה.

מה ההיגיון הביולוגי בכך שחלבון "ינסה" להידמות לדנ"א או RNA? ברור שיש פה מרכיב של הטעיה בתחרות עם חומרים אחרים שנקשרים אליהם באופן טבעי, אך מה היתרון ההישרדותי בכך? כמו במקרים רבים במדע, השאלה אינה פשוטה למענה.

בבעלי חיים, הברירה הטבעית המחישה את היתרון שהסוואה טובה מעניקה ליצור החי. במקרים רבים דמיון למשהו אחר הוא אסטרטגיה טובה להישרדות.אותו עיקרון נכון כנראה גם ברמה המולקולרית.

החקיינות המולקולרית התפתחה במהלך האבולוציה מכמה סיבות. מיקרואורגניזמים גורמי מחלות, למשל, משתמשים במולקולות דומות וכך משטים במנגנוני ההגנה של הגוף המארח ושורדים. סיבה אחרת היא כדי להגביר את היעילות. לדוגמה, בתנאי הצפיפות השוררים בריבוזומים שבתאים ייתכן יתרון למולקולה חקיינית קטנה של חלבון על פני מולקולה טבעית גדולה ומסורבלת כמו ה-RNA.


מולקולת חומצת גרעין מסוג tRNA | תמונה: ויקיפדיה; נוצרה בידי  Yikrazuul

ככל שירבו המחקרים בתחום כך נבין יותר את תפקידיה של החקיינות המולקולרית בתפקודם של יצורים חיים ובאבולוציה. אולי התצפיות של בייטס על פרפרי יערות הגשם לפני כל כך הרבה שנים, והתובנות שרכשנו מהן, תוכלנה לסייע לנו להבין מחלות מדבקות כיום ותהליכי בקרה קריטיים שמתרחשים במחזור חיי התאים בגופנו.

ד"ר דבורה כהן
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע



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

0 תגובות