ימותו ולא ילמדו: השיעור שתולעים זכרים מסרבים להפנים

בחברה האנושית גברים נתפסים לעיתים כלוקחי סיכונים ואילו נשים כזהירות יותר. הנחת המוצא של הפסיכולוגיה האבולוציונית היא שהבדלים אלו התפתחו כדי לענות על האיומים והצרכים הייחודיים של כל מין. בעוד שהכללות אלו הן בינאריות ופשטניות מכדי לתאר נאמנה התנהגות אנושית מורכבת ורבת ממדים, בחיות ניתן למצוא פעמים רבות הבדלים חדים וברורים בין נקבות לזכרים, גם ביצורים פשוטים כמו תולעים. במחקר חדש, שממצאיו התפרסמו בכתב-העת המדעי Nature Communications, הראו מדעני מכון ויצמן למדע כי תולעים זכרים לומדים פחות טוב מהניסיון ומתקשים להימנע מלקיחת סיכונים – גם במחיר חייהם – וכי יכולת זו משתפרת אם ניתנת להם האפשרות להזדווג עם בנות המין השני. המדענים אף זיהו חלבון, השמור באבולוציה מתולעים ועד בני-אדם, שככל הנראה אחראי להבדל ביכולת הלמידה בין המינים.

תולעים זעירות מסוג C. elegans הן מודל טוב לחקר ההבדלים הגנטיים הבסיסיים ביותר בין המינים, שכן המין נקבע אצלן על-ידי הגנים, ללא השפעה של הורמונים וגורמים אחרים. התולעים נחלקות לשני מינים, זכרים והרמפרודיטיות. האחרונות, הן נקבות שמייצרות גם תאי מין זכריים ומסוגלות להפרות את עצמן או להזדווג עם זכר. לתולעים הזעירות מערכת עצבים פשוטה שכוללת רק כמה מאות תאי עצב, והן האורגניזם היחיד עד כה שכל החיבורים העצביים במוחו מופו בשני המינים. בתחילת החיים אין הבדל בחיבורים העצביים בין המינים, ואלה צצים רק לאחר ההתבגרות המינית. במעבדתה של ד"ר מיטל אורן-סויסה במחלקה למדעי המוח במכון ויצמן למדע, מנצלים את ההזדמנות שמציעות התולעים הזעירות כדי לחשוף את ההבדלים הבסיסיים בין המינים במוח ובמערכת העצבים.

במחקר החדש, התמקדו המדענים בהבדלים בין המינים בתהליכי למידה. התולעים הזעירות ניזונות מחיידקים, ולרוע מזלן נמשכות במיוחד לריחו של חיידק מחולל מחלות שאכילתו מזיקה להן. האם ילמדו להימנע ממנו? צוות המחקר, בהובלת הדוקטורנט סונו פדיקיל קוריאן מקבוצתה של ד"ר אורן-סויסה, החל את הניסוי ב"אימון" שבמהלכו גודלו תולעים משני המינים, בנפרד, על מצע החיידק המזיק. לאחר שלב האימון, הועברו התולעים לצלחת "מבחן" שבה הם יכלו לבחור אם לאכול ממצע החיידק הרעיל או ממצע מפתה פחות של חיידק מזין שאינו גורם מחלה. בעוד הנקבות למדו במהירות לקשר בין ריח החיידק המזיק ובין המחלה שהוא מחולל ובחרו לאכול מהמצע האחר, מרבית הזכרים לא למדו והוסיפו להימשך לחיידק המזיק, אף שחלו באותה המידה – החיידק התיישב במערכת העיכול שלהם, הפריש רעלנים והפעיל תגובה חיסונית. כשהמדענים המתינו זמן ארוך במיוחד, מעט מהזכרים הצליחו לבסוף ללמוד להימנע מהחיידק המזיק, אך זה קרה רק לאחר שהם נדבקו, חלו, ורבים מהם מתו.

""ידוע שתולעים זכרים ינטשו מזון כדי לחפש זיווג, וייתכן שהיצר שלהם להתרבות גובר על לחצים אבולוציוניים אחרים, כמו הצורך להימנע מסכנה"

ממצאים אלו הובילו את המדענים לחפש הבדלים בפעילות מערכת העצבים בין המינים. בתולעת ישנם שני סוגי תאי עצב שמעורבים בתחושה כלפי ריחות מסוימים – סוג אחד אחראי לעורר תחושת משיכה והאחר תחושת סלידה. כשתאי עצב אלה מופעלים הם מתמלאים ביוני סידן, ומכיוון שהתולעים הזעירות שקופות ניתן לסמן יונים אלה ולעקוב אחר פעילות תאי העצב. כך זיהו המדענים כי בנקבות, ורק בהן, התגברה באופן משמעותי הפעילות של תא העצב האחראי לתחושת סלידה בעקבות המחלה שחולל החיידק המפתה; כך נוצרה אצלן ככל הנראה התניה שהובילה אותן בהמשך לבחור במקור אוכל אחר.

ללמוד מהבטן

בשלב הבא של המחקר, ניסו המדענים להבין את מקור ההבדל בין המינים ברמה הגנטית והמולקולרית. "יצרנו בשיטות של הנדסה גנטית תולעת נקבית עם מערכת עצבים זכרית וראינו שיכולת הלמידה שלה צנחה", מתאר פדיקיל קוריאן. "מנגד, כדי שזכרים יתחילו לקשר בין המחלה במערכת העיכול לריח של החיידק לא היה מספיק להחליף את המין של מערכת העצבים שלהם, נדרשנו להחליף גם את המין של מערכת העיכול. ממצא זה ואחרים, הובילו אותנו להשערה שקיימת תקשורת בין מערכת העיכול ומערכת העצבים הזכריות, למשל באמצעות נוירופפטידים – חלבונים קצרים הנקשרים לתאי העצב ומשפיעים עליהם – וכי תקשורת זו מובילה לדיכוי היכולת שלהם ללמוד".

בעזרת המכון לגנומיקה ע"ש קראון במכון ויצמן למדע, בדקה קבוצת המחקר כיצד השתנה ביטוי הגנים בזכרים ששרדו את החשיפה לשני סוגי החיידקים – כלומר אלה שלמדו להימנע מהסכנה – ומצאה במוחם ירידה בביטוי של קולטן בשם npr-5. כשיצרו המדענים זכרים ללא קולטן זה, הם למדו בהצלחה – וכשהחזירו אותו בתאי העצב התחושתיים בלבד, אבדה שוב יכולת הלמידה. מכאן, הם הסיקו שהקולטן הוא האחראי לדיכוי הלמידה התחושתית בזכרים.

למידה מניסיון ופיתוח תחושת סלידה מגורמי סכנה חשובים להישרדות. אם כך מדוע יכולת זו מדוכאת בזכרים? "ידוע שתולעים זכרים ינטשו מזון כדי לחפש זיווג וייתכן שהיצר שלהם להתרבות גובר על לחצים אבולוציוניים אחרים, כמו הצורך להימנע מסכנה", משערת ד"ר אורן-סויסה. "נקודה מעניינת שגילינו בהקשר זה היא מה קרה כשאפשרנו לתולעים הזכרים להזדווג בשלב ה'אימון' עם בנות המין השני – ראינו כי יכולתם ללמוד מהניסיון השתפרה. למעשה, אפשר לומר שהקולטן שזיהינו אחראי לכך שזכרים מתעדפים רבייה על פני למידה מניסיון במערכת קבלת ההחלטות שלהם".

לקולטן שזיהו המדענים בתולעים יש מקבילה ביונקים ובאדם. הקולטן ביונקים מופעל על-ידי נויורופפטיד מוכר בשם NPY שנקשר בעבר לתחושות לחץ, בקרה על אכילה ותהליכים רבים נוספים. "בעבר הראו כי לעכברות יש רמה נמוכה יותר של NPY מלעכברים ושיערו שזו הסיבה לכך שהן רגישות יותר לסטרס בתגובה לסכנה", אומרת ד"ר אורן-סויסה. "השערה זו מתיישבת היטב עם ממצאינו המראים שאצל תולעים סלידה מסכנה מלווה בירידה בביטוי של הקולטן. מחלות אנושיות כמו פוסט-טראומה וחרדה, הכרוכות בתחושות שליליות כלפי מה שנתפס כגורמי סכנה, הן נפוצות יותר בקרב נשים, ואף שהתנהגות אנושית היא מורכבת בהרבה – המחקר מניח את התשתית להבנת הבדלים בין המינים גם ביצורים מורכבים".

במחקר השתתפו גם ד"ר ריזוונול האק וד"ר אסף גת מהמחלקה למדעי המוח במכון.