שרשרת החסינות

חוקרים מקליפורניה פרסמו לאחרונה מחקר המאיר תופעה אקולוגית מסקרנת: מעין אפקט דומינו אקולוגי של אבולוציה מתכנסת שהתרחשה במקביל ברמות שונות של שרשרת המזון. מתברר שלא רק חרקים צמחוניים פיתחו עמידות לרעל צמחי ההרדוף, אלא שאותו מנגנון התפתח גם אצל החרקים שטורפים אותם ונחשפים דרכם לאותו רעל.

צמחי משפחת ההרדופיים מגינים על עצמם מאכילה באמצעות רעלנים קטלניים המכונים גליקוזידים לבביים. כפי שאפשר להבין משמם, הם משבשים את הפעילות התקינה של הלב של מי שאוכל אותם. הגליקוזידים נקשרים לחלבונים בשם משאבות נתרן/אשלגן, שמווסתים את המתח החשמלי בתאי עצב ושריר ומאפשרים להם לפעול. לפיכך כשהרעלנים נקשרים אליהם, שריר הלב עלול להפסיק לפעום – והתוצאה היא מוות.

ובכל זאת חרקים רבים, מכנימות, דרך פרפרים ועד חיפושיות, ניזונים מצמחי המשפחה בלי להינזק. כבר לפני שנים נמצא שהעמידות לרעלן נובעת משינויים (מוטציות) שהתפתחו במהלך האבולוציה בכמה מקומות במשאבות הללו, ומונעים מהגליקוזידים להיקשר אליהן.

מכיל גליקוזידים לבביים, רעלנים המשבשים את פעילות הלב. Asclepias tuberosa, ממשפחת ההרדופיים | William M Partington Jr, Science Photo Library

עמידות מתפתחת

המחקר הנוכחי התמקד בפרפרי הדנאית המלכותית (Danaus Plexippus), הניזונים מצמח האסקלפיאס (Asclepias tuberosa) הרעיל, ממשפחת ההרדופיים. הדנאית לא רק חסינה להשפעות הרעל של הצמח, אלא אף צוברת בגופה את הרעלנים שלו כדי להרתיע טורפים. היא מקפידה לפרסם את עובדת רעילותה בצבעי כתום-שחור בולטים.

למרות רעילותה, גם לדנאית יש טורפים: ציפורי גבתאי, מין של אוגר מקסיקני שנקרא פזאי, וכן צרעה טפילית שמטילה את ביציה בתוך ביצי הפרפר ותולעת טפילית שאוכלת את זחל הפרפר מבפנים. לכולם פרט לפזאי נעשה בעבר ריצוף מלא של כל החומר הגנטי שלהם, והחוקרים נעזרו בו כדי לבחון מאין באה העמידות שלהם לרעלן.

אצל הגבתאי (Pheucticus melanocephalus) נמצאו שתי מוטציות מוכרות בגֵן האחראי על ייצור המשאבות בתאים, שידוע כי הן מקנות עמידות להרדופיים. אחת מהן הייתה זהה למוטציה שכבר מוכרת מכנימת ההרדוף. כדי לבסס את ההנחה שצירוף המוטציות הזה קשור לרעילותו של הפרפר, בחנו החוקרים את החומר הגנטי של ציפורים אחרות ממשפחתו של הגבתאי, שאינן ניזונות מדנאיות, ולא מצאו אותו אצל אף אחת מהן.

כשריצפו את הגנום של הפזאי (Peromyscus melanotis) מצאו גם אצלו את אותו צמד מוטציות. עם זאת, במקרה הזה התכונה לא הייתה ייחודית לו ונמצאה גם אצל מיני אוגרים נוספים מאותה משפחה. כך שייתכן שגם קרוביו מנשנשים לעיתים דנאיות, או שעשו את זה בשלב מוקדם יותר בהיסטוריה הביולוגית שלהם. ואילו אצל הצרעה הטפילית (Trichogramma pretiosum) נמצא זוג מוטציות אחר באותם גֵנים, שהיה זהה למוטציות שנמצאו אצל חיפושית שחיה על עלי הרדופיים וניזונה מהם.

המצב היה קצת יותר מורכב בנוגע לתולעת הנמטודה הטפילית. בניסויים שבהם ניסו להדביק בה פרפר דנאית מלכותית וחיפושית שמשמרת גם היא גליקוזידים לבביים מהרדופיים בגופה התברר שרק מין אחד של נמטודות מבין אלה שנבדקו, Steinernema carpocapsae, הצליח להתבסס בגופם. כשבדקו את הגֵן האחראי לייצור המשאבה במגוון רב של מיני נמטודות התברר שלכולן היו שתי המוטציות המוכרות בגֵן, כך שלכאורה אין כאן הסבר לייחודה של הנמטודה הנטפלת לאוכלי אסקלפיאס. בדיקה נוספת העלתה שזו הנמטודה היחידה שהייתה לה גם מוטציה שלישית, שמוכרת גם היא ביכולתה למנוע קשירה של גליקוזידים.

כך הושלם מיפוי המוטציות שיש למינים מארבע קבוצות שונות מאוד של בעלי חיים ורחוקות מאוד מבחינה טקסונומית. זוהי דוגמה מצוינת לאבולוציה מתכנסת, שבה מינים רחוקים מפתחים בנפרד אותו כלי ביולוגי במענה לאתגר משותף. במקרה הזה, משאבות הנתרן/אשלגן במינים שהקשרים ביניהם קלושים התכנסו כולם להתמודד בצורה כמעט זהה עם אכילת אותו טרף, כך שיתאימו את עצמם לתפריט הרעיל שהטרף, בתורו, ניזון ממנו.