מחקר חדש שופך אור על התהליך הגנטי המורכב שבו נוצרים דפוסים בפרוותיהם של חתולים
איך קיבל הנמר את חברבורותיו? השאלה הזאת, שהעלה הסופר רודיארד קיפלינג כבר בשנת 1902 בספר הילדים "סיפורי ככה סתם", ממשיכה להטריד ביולוגים מאז ועד היום. מחקר חדש, שמנסה להסביר את הבסיס הגנטי של צבעי הפרווה של חתולים, עשוי לשפוך כעת אור גם על דפוסי החברבורות בפרוות אחיהם הגדולים.
חוקרים מהמכון לביוטכנולוגיה הדסון-אלפא (HudsonAlpha) ואוניברסיטת סטנפורד בארצות הברית גילו, על סמך דגימות עור של עוברי חתולים, שגֵן בשם Dkk4 משחק תפקיד חשוב בקביעת דפוס הצבעים בפרוות חתולים. במאמר שפורסם לאחרונה בארכיון מאמרים, ולא עבר עדיין ביקורת עמיתים, הראו החוקרים שאם הגֵן עובר מוטציה דפוס הצבעים בפרווה משתנה. התגלית עשויה לחשוף מנגנון דומה בדפוס החברבורות בפרוות נמרים ואולי תאפשר בעתיד לחקור מנגנונים דומים גם אצל יונקים אחרים.
ממדעי המחשב לביולוגיה
מודלים תיאורטיים שמנסים להסביר את ההתארגנות של דפוסי פרווה כמו חברבורות הנמר קיימים מאז שנות ה-50. לאחת התיאוריות החשובות בתחום אחראי המתמטיקאי ומדען המחשב פורץ הדרך אלן טיורינג (Turing). ב-1952 פרסם טיורינג מאמר שבו פיתח את המתמטיקה של התהליך ההתפתחותי שקרוי כיום "מנגנון טיורינג".
המנגנון מנסה להסביר תופעה ביולוגית מעניינת, היות שיצורים רב-תאיים מורכבים מתחילים את דרכם כצבר של תאים דומים, איך הם מתחלקים ומתארגנים לצורות כה שונות ומגוונות? טיורינג הראה שקצב שונה של פעפוע (דיפוזיה), כלומר מעבר של חומרים מאזורים שבהם הריכוז שלהם גבוה לאזורים של ריכוז נמוך, של שני חומרים משפיע מאוד על התוצאה הסופית, גם אם נקודת הפתיחה זהה. להשגת האפקט החומרים האלה צריכים להיות בעלי תפקוד מנוגד – האחד מעכב תהליך מסוים בתא והשני מעודד אותו.
חוקרים גילו גן משחק תפקיד חשוב בקביעת דפוס הצבעים בפרוות חתולים. חתול בית בטבע | צילום: Karrrtinki, Shutterstock
חתול הבית נפוץ ויש לו דפוסי פרווה מגוונים ובולטים, לכן הוא מועמד טוב לבדוק אם התיאוריה מסבירה את היווצרותם. בעונת הייחום מחצית מכל נקבות חתולי הרחוב הרות, ולכן במסגרת תוכניות לעיקור חתולי רחוב אפשר לאסוף את עובריהן בקלות ובלי לסכן אותן. בסיוע של פעילים בתוכניות לא יעילות אלה לצמצום אוכלוסיית החתולים, אספו החוקרים עוברי חתולים בשלבי גדילה שונים. בנוסף ליקטו DNA של חתולים גזעיים בעלי דפוס פרווה ידוע.
במחקר קודם גילו החוקרים גֵן שאחראי על השחרת זקיקי השיער באזור החברבורות. עם זאת, הגֵן הזה אינו יכול להיות ההסבר היחיד לדוגמת הפרווה, שכן כבר בשלב עוברי מוקדם, לפני היווצרות זקיקי השיער, רואים בעורם של העוברים אזורים עבים וכהים שיתפתחו בהמשך לדפוסי צבע בפרוות החתול.
בעזרת טכנולוגיית ריצוף חדישה, שמאפשרת לצפות בתוצרי הפעילות של גֵנים ברמת התא הבודד ראו החוקרים שהגֵן Dkk4 פעיל במיוחד באזור העבה בעור העובר. במהלך הגדילה הגֵן הולך ומצמצם את פעילותו, עד שנותר רק בזקיק השיער. כפי שטיורינג חזה, Dkk4 הוא המעכב, ולצידו פועל מפעיל בשם Wnt. כל אחד מהם בא לידי ביטוי בצורה שונה במהלך התפתחות העובר ויחד הם מובילים להתפתחות דפוס הפרווה העתידי של החתול. בפועל המציאות מורכבת אף יותר ממנגנון טיורינג, שכן בפעילות ה-Wnt מעורבים כמה גֵנים בעלי השפעות מנוגדות.
בין 57 הרצפים הגנטיים של חתולי הבית שבחנו החוקרים נמצאו שתי מוטציות בגֵן Dkk4 שהשפיעו על תפקודו. בבדיקה נוספת התברר שהמוטציות האלה נמצאו אצל חתולים מגזעים שמתאפיינים בפרווה חלקה, למשל החתול האביסיני. אצל חתולים בעלי חברבורות רבות נמצא תמיד הגֵן התקין.
אצל חתולי סוואנה, גזע חתולים שנוצר מהכלאה בין סרוואל – חתול בר אפריקאי – לבין חתול בית, נמצא דפוס ייחודי. במקום שמוטציה בגֵן תוביל להיעלמות הסימנים הכהים על הפרווה, הם התרבו וקטנו. בין חתולי הרחוב שנבדקו היה רק אחד עם המוטציה הזאת, והוא הראה אפקט דומה לזה של חתול הסוואנה.
במחקרים קודמים מצאה אותה קבוצת מחקר שמוטציות בגֵן נוסף הביאו לשינוי בדפוס הפרווה של ברדלסים ושל חתולי בית. החוקרים סבורים ששני הגֵנים פועלים יחד ביצירת דפוסי הפרווה. מחקרים כמו זה שופכים אור על תהליכים מורכבים בביולוגיה התפתחותית ועשויים ללמד אותנו על מנגנוני התפתחות נוספים שפועלים בגופם של יונקים, ואפילו בני אדם.
