חג האילנות הוא הזדמנות להזכיר איך לפני כמה שנים הצצתי ב"עץ" אבולוציוני ושמתי לב שאחד מתוצריו הוא... עץ!
מקרה? ממש לא. בואו לחפירה ארוכה.
יש כלל בביולוגיה הדומה לכללי השפה הצרפתית: יש לו כל כך הרבה יוצאים מן הכלל עד שקשה לראות בו כלל. ארנסט האקל קבע במאה התשע-עשרה: "האונטוגנזה חוזרת על הפילוגנזה," לאמור התפתחות היחיד מציגה בהילוך מואץ את התפתחות המין. מכאן צורת התולעת של זחל החרק, צורת הדג של ראשן הצפרדע, והזימים והזנב בעובר האדם טרם לידתו. זה "הכלל הביוגנטי," שבהמשך קיבל ניסוחים שונים (בין מנסחיו הראשונים היה גם אטייאן ז'ופרוא סאן אילאר, שמככב כאן במאמרים נוספים), ולצד כל מיני הסתייגויות הוא שימושי גם כיום.
מזה כמה שנים שאני מנסה לבסס כלל מורחב יותר האומר כך: הרבה מהתכונות של האורגניזם המורכב היחיד הופיעו תחילה באוכלוסיות של אורגניזמים פשוטים: מושבה, מין, או סביבה אקולוגית שלמה, ואחר כך התארגנו יחד לפעולה יעילה יותר בצמח או בבעל-החיים הבודד. הכלל הזה נכון בעיקר במעבר בין החד-תאיים לרב-תאיים, אבל הוא נמשך גם הלאה במעלה הסולם האבולוציוני: תכונה ביולוגית חשובה מופיעה תחילה רק ברמת האוכלוסייה, ומאוחר יותר "מופנמת" באורגניזם האינדיווידואלי.
הנה כמה דוגמאות.
א. זיכרון ולמידה מצריכים לכאורה מוח עם הרבה נוירונים וסינאפסות, אבל מושבת חיידקים לומדת וזוכרת היטב איזו אנטיביוטיקה קיבלה, ובעצם כל מין זוכר אתגרי סביבה אליהם הסתגל בעזרת הגנום שלו.
ב. מטבוליזם אינו קיים בווירוס הבודד, שכן הוא אינו גדל ואינו מחליף חומרים מרגע היווצרו ועד מותו, אבל אוכלוסיית וירוסים בהחלט מחליפה חומרים, פשוט ע"י הלידה והמוות של וירוסים בודדים.
ג. עצים אינם הולכים, אבל אוכלוסיית העצים הולכת גם הולכת, כפי שניתן לראות בכל נחל במדבר, שהעצים "הולכים" אליו ברבות השנים כדי להצטופף על גדותיו. מובן שזו "הליכה" בזבזנית מאוד: אינספור זרעים מופצים ברוח לכל עבר, ורק אלה שליד הנחל זוכים לנבוט, בעוד הסבתא בתמונה פשוט ראתה את הנחל והלכה אליו, אבל התוצאה דומה.
ד. הדיפרנציאציה, לאמור התמיינות תאי הגזע לתאי עור, עצם וכו', היא תכונה מופלאה של הרב-תאיים, אבל גם יצורים חד-תאיים מסוגים שונים החיים בסימביוזה מהווים למעשה אורגניזם-על שכל רקמותיו השונות מסייעות זו לזו, כמו שהלב והכליות בגופנו מסייעים למוח ולגפיים.
לא ייפלא אם כן כי אפילו ה"אילן" האבולוציוני המופשט, לאמור, התחלה אחת שהלכה והסתעפה לכל הצדדים ככל שהגזע צמח כלפי מעלה, התגלם בסופו של דבר ב"עץ" האלמוג, שהדורות החדשים גדלים בו על גב שלדי קודמיהם המתים. מקרה? הנה חוזר גם עץ הצומח המוכר לנו, בתוספת שכלול: אמנם חלקים מהצמח הופכים למעשה לרקמות ליגנין מתות התומכות בגזע ובענפים, אבל פנים הגזע והענפים נותר חי וממשיך להזין את העלים והפירות. האילן המטפורי ברמת האוכלוסייה הפך לאילן ממשי חי!
יש לי הרבה דוגמאות לבסס את הכלל הביוגנטי המורחב שלי, אבל יאמר מי שיאמר, ובצדק, שהכלל הזה גרוע אף יותר מקודמו. כי לכלל של האקל יש לפחות מנגנון ידוע: הגנום של כל אורגניזם מכיל הירארכיה של גנים, שחלקם מפקחים על חבריהם, מפעילים ומשתקים אותם לפי הצורך. במהלך האבולוציה, המוטציות חלות בעיקר על גנים משפעלים אלה, הפועלים בעיקר על העובר (זו הסיבה למשל מדוע מוטציה המאריכה את יד ימין תאריך גם את יד שמאל, וברוב המקרים גם את שתי הרגליים, ולא נצטרך לחכות למקרה עד שמוטציות כאלה יאזנו אלה את אלה).
לכלל המורחב שלי, לעומת זאת, אין מנגנון העברה מוגדר. התכונה אמנם מופיעה תחילה ברמת האוכלוסייה, וכעבור הרבה מיליוני שנים שבה ומופיעה ברמת בעל-החיים או הצמח הבודד, אבל איפה הקשר הסיבתי בין שתי ההופעות? יאמרו אם כן המתנגדים שיש כאן לכל היותר אנלוגיה נחמדה אבל לא מנגנון ביולוגי. לכן אני מחפש כל מיני תכונות שהועילו תחילה ליצור חד-תאי כלשהו, והשתמרו בו גם כשלמד להתחלק בלי להתפצל אלא להשאיר את התאים מחוברים, כך שנוצר רב-תא.
תכונה אחת כזאת – ושוב עוזרים לי העצים – היא הפוטוסינתזה: היא ללא ספק מועילה לאצות חד-תאיות, אבל כשהפכו אלה לצמחים עיליים נעשתה הפוטוסינתזה יעילה הרבה יותר כשהתרכזו הכלורופלסטים בעלים המשוכללים. נזכיר כי הכלורופלסטים שבאמצעותם עושה הצמח פוטוסינתזה, היו במקור תאים טפיליים, שלמדו להתחלק בדייקנות ובתזמון מושלם יחד עם תאי הפונדקאי, עד לרמת הביצית הבודדת לפני ההפריה, וכך קשרו את גורלם בגורל הפונדקאי והתחברו אתו לאורגניזם שלם. כך קרה גם עם המיטוכונדריות בגופנו בעלי החיים, המאפשרות לנו לנשום: הם היו במקור פולשים מסוכנים שלמדו במהלך הדורות להעדיף סימביוזה על טפילות, וכך קיבלנו אותם מתא הביצית של אמא כי תא הזרע קטן מכדי להכיל אותם.
ויש גם תכונה הפוכה לפוטוסינתזה. פוטוסינתזה היא שימוש האורגניזם באור שנקלט מבחוץ, שממנה נפלט לאוויר חמצן. לעומתה, בִּיּוֹלוּמִינֵסֶנְצִיָּיה היא יצירת אור ע"י האורגניזם תוך שימוש בחמצן. ביכולת הזאת מצטיינות לא רק הגחליליות אלא גם מגוון יצורי-ים, בעיקר במים העמוקים: דגים, סרטנים, רכיכות ותולעים. איך הצליחו יצורים אלה לפתח פנסים ביולוגיים משוכללים? גם כאן מתברר שאת הפטנט גילו – כמה פעמים נפרדות – החיידקים – ואז אירע (שוב כמה פעמים) שאיזה יצור רב-תאי בלע אותם, הם נכנסו לסימביוזה אתו, ובמהלך האבולוציה למדו להצטופף בתוך הגוף הגדול לצורת פנסים מרוכזים, כמו אצל המדוזה בתמונה.
עוד תימוך להשערת הכלל הביוגנטי המורחב מצאתי ב"מיקטוזואה", יצורים שלא סגורים על עצמם: לפעמים מתפזרים כחד-תאיים ולפעמים מתאחדים ל"פטריה" רב-תאית שתפזר אותם שוב כבודדים, וכך נהנים משני העולמות. ברור שבמהלך ההתפתחות מחד- לרב-תאיים היו הרבה שלבי ביניים כאלה, בהן הותמרו תכונות החד-תא לפונקציות מורכבות של הרב-תא.
וזו רק ההתחלה. לאחרונה נראה שהביולוגיה עומדת בפני מהפכה השקולה למהפכת גילוי הדנ"א בנוגע ל"בִּיוֹם" בגופנו, אותה אוכלוסיה מגוונת של חד-תאיים, פטריות ואולי אפילו וירוסים החיים בתוכנו במספרים העולים לכלל כמה קילוגרמים ממשקל גופנו, ואחראים לכמה מפעולות החיים הבסיסיות ביותר בגופנו כגון העיכול והחיסון. הרבה מהיצורים האלה עוברים אלינו בתורשה מהורינו, אם כי בצורה הרבה פחות מדויקת מאשר הגנום, אבל מתברר שהם משפיעים על התפתחותנו ובריאותנו במידה לא פחותה מאשר הגנים שבתוך תאי הגוף.
כל אוכלוסייה של יצורים פשוטים, אם כן, כבר מציגה בצורה ראשונית תפקוד שבבוא היום יהפוך למנגנון משוכלל ביצור המורכב. חיידקים ו-וירוסים, בהיותם אוכלוסיות, רואים, שומעים, זוכרים, לומדים, ובצורה פשוטה אפילו עושים חישובים.
צירפתי טבלה עם כמה דוגמאות של אנלוגיות בין אוכלוסיות לאורגניזמים בודדים. למען ההגינות צירפתי גם דוגמה הפוכה: החרקים החברתיים התפצלו מחרק בודד למושבה שלמה שמתפקדת כאורגניזם בודד, כשהמלכה היא הרחם, החיילים הם תאי הדם הלבנים וכו'.
אשמח להערות ודוגמאות נוספות שיוכלו להשתלב בהשערה או להפרכות של כל המודל.
