הינך נמצא כאן

אתגרים בסביבה

28.11.2012

הישרדותם של יצורים חיים תלויה במידה רבה ביכולתם להסתגל לשינויים סביבתיים מאתגרים, כמו שינויים בטמפרטורה ובמקורות המזון, חשיפה לזיהומים, ועוד. ההסתגלות לאתגרים סביבתיים מתרחשת בפרקי זמן אבולוציוניים המוערכים במיליוני שנים. הסתגלות זו כרוכה בדרך כלל בחשיפה חוזרת ונשנית לתנאים המאתגרים, תוך כדי ברירה ושימור של שינויים גנטיים מועילים, המסייעים להתמודדות עם האתגר ועוברים בתורשה לצאצאים. אך מה קורה כאשר מופיעים אתגרים סביבתיים נדירים, לא צפויים, כאשר אין די זמן כדי לפתח תגובה הסתגלותית אבולוציונית? 
מימין: ד"ר יואב סואן ושי שטרן. הסתגלות
עדויות שונות מצביעות על אפשרות קיומו של מנגנון תורשה נוסף אשר עשוי להשפיע בטווחי זמן קצרים. מתברר, כי במקרים מסוימים עשויים גם שינויים אפי-גנטיים – כלומר, שאינם כרוכים בשינוי החומר הגנטי עצמו, אלא באופן בו הוא מופעל – לעבור מייד לצאצאים (בניגוד לפרקי זמן של דורות רבים המאפיינים תהליכים אבולוציוניים גנטיים). עם זאת, שאלות מרכזיות, כגון כיצד ובאילו תנאים נגרמים שינויים אפי-גנטיים המועברים מדור לדור, כמעט ולא נחקרו. ההיגיון הביולוגי והמשמעויות האבולוציוניות של תופעות אלו אף הם אינם ברורים.
 
 
זבוב פירות בוגר שנחשף לאתגר סביבתי (רעל) במהלך התפתחותו (משמאל), לעומת זבוב שהתפתח בסביבה נוחה (מימין)
ד"ר יואב סואן, מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, ביחד עם חברי קבוצתו, שי שטרן וד"ר  יעל פרידמן- סירקיס, ופרופ' ארז בראון מהטכניון, פיתחו אסטרטגיה שתאפשר להם לחקור את הנושא. המדענים החדירו חומר רעיל למזונם של זבובי פירות. בנוסף, הוחדר לזבובים גן המקנה להם עמידות לרעל, אולם גן זה אינו מופעל בכל מקום ובכל זמן, אלא מתבטא באופן בררני, תחת בקרה של מאתחלים (פרומוטורים, פיסות די-אן-אי המתפקדות כ"מתגים”  להפעלה וכיבוי של גנים), שתפקידם בטבע הוא להשפיע על גנים הקשורים בהתפתחות. מאחר שהרעל אינו מוכר לזבובים, והבקרה הנורמלית על מאתחלים אלה אינה קשורה להתמודדות עם הרעלה, לזבובים אין תוכנית גנטית מוכנה המאפשרת להם להתמודד ביעילות עם המצב. כך התאפשר למדענים לבחון כיצד מתמודדים הזבובים עם שינוי מפתיע, ולבדוק את יכולתם להוריש לצאצאים את השינויים הנגרמים בעקבות ההתמודדות הראשונית.
 
תוצאות המחקר, שהתפרסמו באחרונה בכתב-העת Cell Reports, מראות כי זבובים שלהם הוחדר גן העמידות אכן הצליחו לשרוד, וכי שיעורי ההישרדות – שהגיעו עד 100% – היו תלויים במאתחל הנבחר ובאופן שבו שלטו המאתחלים בהפעלת גן העמידות. המדענים גם הצליחו לחשוף חלק מהמנגנון המאפשר את הישרדות הזבובים: החשיפה לרעל דיכאה קבוצת הגנים הקרויה Polycomb, שתפקידה למנוע הפעלה של מאתחלים התפתחותיים ברקמות הלא נכונות. הדיכוי של הגנים מקבוצת Polycomb  שיחרר מאתחלים רבים לפעולה ברקמות נוספות, כולל כאלה בהן הם בדרך כלל מדוכאים, וכך גרם לא רק לעמידות לרעל, אלא גם לשינויים התפתחותיים. חלק מהשינויים האלה עברו בתורשה לצאצאים של הזבובים, שהראו "הפרעות" התפתחותיות דומות, למרות שלא נחשפו בעצמם לרעל. עם זאת, בניגוד לשינויים אבולוציוניים הנשמרים לאורך הדורות, השינויים האפי-גנטיים לא שמרו על יציבות, ולאחר מספר דורות בתנאי סביבה רגילים חזרו הצאצאים למאפייני התפתחות רגילה.
 
המדענים מציינים, כי יידרשו מחקרים נוספים, בהם ייבדקו גורמים נוספים ושלבי התפתחות שונים, כדי לקבוע האם שינויים אפי-גנטיים מהווים מנגנון נפוץ וכללי להתמודדות עם שינויים סביבתיים לא צפויים. כמו כן יש לבחון האם חשיפות חוזרות לאתגר הסביבתי עשויות לייצב את השינויים האפי-גנטיים. אם יתגלה כי הסביבה אכן יכולה לגרום לשינויים אפי-גנטיים יציבים, הדבר עשוי לספק נקודת מבט נוספת על האבולוציה של בקרת הגנים.
 
 

רמות הביטוי של גן טבעי (באדום) ושל גן העמידות (בירוק) שהוחדרו לזחלי זבובים. משמאל: זחלי זבובים שנחשפו לרעל; במרכז: זחלים שלא נחשפו לרעל; משמאל: זחלים שלא נחשפו לרעל, שהם צאצאים מדור שמיני לזחלים שנחשפו לרעל

 

 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם