8 באוגוסט 2024
כפיזיקאי, אני חוקר שנים רבות את הסימטריה הביולוגית כמשקפת את הסימטריה של חוקי הפיזיקה, אפילו זכיתי פעם בכבוד הגדול שמאמר מדעי יצטט מחקר שלי לצד זה של אחד מאבות תורת האבולוציה, ארנסט האקל:
(ראו הפניה מלאה בסוף המאמר.)
אבל היום, בעקבות חוות-דעת של רופא ישראלי בכיר, הגיע מחקרי לשוקת שבורה. אולי תעזרו לי?
א.
לווירוס הקוביד יש סימטריה כדורית המאפיינת הרבה אורגניזמים פשוטים. סימטריה כדורית מופיעה גם בטבע הדומם כתוצאה משוויון לחצים, כמו טיפות כדוריות בתרחיף, או צורת השמש וכדור הארץ. החיים חזרו ויצרו את הצורה הזאת ע"י הברירה הטבעית. לווירוסים אחרים יש צורות של מצולעים מושלמים כמו לגבישים. לא תמיד ברור לי עד כמה עוצבה צורה זו בידי כוחות הטבע שיוצרים את החומר הדומם ועד כמה אחראית לכך גם האבולוציה. לא במקרה יש ביולוגים עקשנים שמסרבים לקרוא לווירוס יצור חי.
נשוב אל הכדור. ביולוג גרמני גאוני וקצת שרלטן בשם ארנסט האקל, מחסידיו הראשונים של דארווין, היה גם צייר מחונן והשאיר ציורים מרהיבים (לפעמים יותר מדי מרהיבים, כי הוא אהב לעזור לטבע להיות יפה). הנה ציור של כמה מיני "רדיולאריה," מיקרו-אורגניזמים החיים במים. ליצור כזה הנסחף עם המים אין כיוון יציבה מועדף של "למעלה" או "למטה," ומכיוון שגם אין לו תנועה משלו אין לו גם כיווני "פנים" או "אחור."
מה סיבת הסימטריה הכדורית הזאת? בפשטות, משקפת את הסימטריה של חוקי הפיזיקה. חוקים אלה הם "אינווריאנטיים בפני סיבוב" ו"אינווריאנטיים בפני הזזה," לאמור, עומדים בעינם בכל כיוון ובכל מקום. לכן אין הבדל פיזיקלי בין תהליך כלשהו לבין השתקפותו בראי. הפיזיקאית הדגולה אמי נתר הייתה הראשונה להצביע על הקשר בין הסימטריות המתמטיות לבין חוקי היסוד של הפיזיקה כמו חוק שימור התנע וחוק שימור האנרגיה.
בעבר סברו שקיימת עוד סימטריה יסודית של חוקי הטבע, הסימטריה בזמן: נראה שתהליכים מיקרוסקופיים אינם מבחינים בין "עבר" ו"עתיד," ולכן אין הבדל בין התהליך המקורי לבין זה המתגלה בסרט שנריץ מהסוף להתחלה. לסימטריה זו התגלו עם השנים כמה הפרות, והיא הוחלפה בסימטריה גבוהה יותר המשלבת מרחב, זמן ומטען (ראו בהמשך). גם החיים, למרות האסימטריה הברורה בכיוון התפתחותם בזמן, מתקיימים בזכות הרבה מעגלים פנימיים בהם מתהפך התהליך מהסוף להתחלה וחוזר חלילה.
הסימטריה המרחבית של החיים, שנשמרה בצורה מושלמת בהרבה חד-תאיים כדוריים, נשברה עם הופעת ההתמחות האבולוציונית של הרב-תאיים: א) הצמחים למדו לנצל את כוח הכבידה, ו-ב) בעלי-החיים פיתחו גם את התנועה. לכן יש לצמחים שורש ופרחים, ולנו ראש ורגליים, כדי לנצל את כוח הכבידה, ובנוסף קיבלו בעלי החיים אסימטריה בין פנים ואחור כדי להפנות את הפה אל המזון ואת הגב אל מי שרואה בנו מזון.
אבל עכשיו מופיעה אצלנו סימטריה מוקפדת עוד יותר בכיוון הניצב לכיוונים אלה, זו הסימטריה הבילטראלית (שמאל-ימין) של בעלי-החיים העילאיים. גם סימטריה זו מנצלת את הסימטריה של חוקי הטבע כדי לאפשר לנו לחוש את הסביבה ביעילות בעזרת זוגות עיניים ואוזניים, ולנוע בה במהירות בעזרת זוגות רגליים או כנפיים.
ומעניין שכולנו התחלנו את חיינו העובריים כבלאסטולות, עם סימטריה כדורית כמעט מושלמת, ומשם החלה הסימטריה להישבר לגסטרולות קצת פחות כדוריות וכך הלאה עד שנותרה רק הסימטריה ימין-שמאל. הסימטריה הזאת משייכת אותנו לקבוצת הבילטראליים (דו-צדדיים) הכוללת את רוב בעלי החיים. המשותף לכולם הוא צינור עיכול בעל שני פתחים, בניגוד ליצורים בהם נעשית האכילה והפליטה דרך אותו פתח. קצת מוזר אבל הענף שלנו נקרא דאוטרוסטומיים כי אצלנו מתפתח תחילה פי הטבעת של העובר לפני הפה, לעומת הפרוטוסטומיים שאצלם זה הפוך ואכמ"ל.
בפיזיקה התגלו דוגמאות של שבירת הסימטריה המרחבית גם בחלקיקי-יסוד, וזה העציב הרבה אנשים טובים. אבל קיימות בעולם החלקיקים שבירות סימטריה נוספות, כמו שבירת הסימטריה בזמן. והנה מתברר שכל האסימטריות מאזנות זו את זו וחוקי הטבע נותרים סימטריים! משפט ידוע בשם CPT קובע כי כל תהליך יסודי מציית לאותם חוקי הטבע אם נהפוך בו את כיווני המרחב, את סימני המטענים החשמליים ואת כיווני הזמן. סיבוב הסביבון, למשל, אינו זהה להשתקפות הראי שלו, וגם לא לצילום הוידאו שלו כשהוא מורץ לאחור, אבל אם נבצע את שני ההיפוכים, לא חשוב באיזה סדר, נקבל שוב את הסיבוב המקורי!
משהו דומה מופיע בשבירת הסימטריה הביולוגית. הנה הסנאי: אמנם הוא אסימטרי לחלוטין בכיוון הוונטרו-דורסאלי (בטן-גב), אבל כל מי שניסה פעם להסתובב סביב החמוד הזה הבחין בשבירת הסימטריה המיקומית: הוא מקפיד להסתובב כך שתמיד יהיו פניו מופנות אלינו. שימו לב אם כן לסימטריה הכוללת בין סנאי וקיפוד:
i) הקיפוד נותר בשעת סכנה על מקומו ולא מסתובב, אבל עובר לצורת כדור סימטרי שקוציה מזדקרים במידה שווה לכל כיוון ממנו יבוא הטורף.
ii) הסנאי שומר על צורתו האסימטרית, אבל מקפיד להסתובב כך שתמיד אותו צד מופנה אל הטורף.
הנה בתמונות עוד צמד ניגודי סימטריה בעולם הציפורים:
i) לחרטומן יש מקור ארוך מאוד ביחס לגופו המקשה עליו לסובב את ראשו. אבל עיניו נמצאות בשני צדי הראש כך שהוא יכול לראות במידה שווה את מה שלפניו ומאחוריו בלי לזוז.
ii) לעומתו, עיני הינשוף קבועות רק בקדמת הראש, אבל הוא מסוגל לסובב את ראשו ב-180 מעלות כדי לראות לכל הצדדים.
גם כאן, שבירת הסימטריה במבנה מאוזנת ע"י שבירת הסימטריה במיקום. אני בטוח שביולוג עם חשיבה מתמטית טובה יוכל לנסח מעין CPT ביולוגי שיראה איך כל שבירות הסימטריה בעולם החיים מצייתות לסימטריה הכוללת של חוקי הפיזיקה. זה יכול להיות אפילו נושא לדוקטורט.
ג.
סימטריה היא אחד הקריטריונים החשובים במלאכת הטקסונומיה (תורת המיון). ככלל, צורות חיים גבוהות מצטיינות בצורות יותר מסובכות של סימטריה. לכל בעלי-החוליות, למשל, יש רק סימטריה בילטראלית (ימין-שמאל). שאר האסימטריות אינן אפשריות מפני שאברי החישה והאכילה שלנו חייבים להיות קבועים מלפנים ואברי ההפרשה מאחור. גם יכולת התנועה שלנו שוברת את הסימטריה האנכית כי היא מחייבת כיוון יציבה מועדף: ראש למעלה, רגליים למטה. נותרו הימין והשמאל, שעכשיו, עקב שבירת שתי הסימטריות הקודמות. חייבים להיות דווקא יותר ויותר סימטריים כאילוץ שמחייבת מהירות התנועה, ממש כמו במכוניות ומטוסים.
סימטריה בילטראלית זו היא אם כן נמוכה יותר מהסימטריה הרדיאלית (עיגולית) של התולעים, ועוד פחות מהסימטריה הספֶרית (כדורית) של יצורים חד-תאיים רבים. אבל, ממש כמו האסימטריות הפיזיקליות מרחב-מטען-זמן שמאזנות זו את זו ויוצרות סימטריה יותר גבוהה (CPT), גם האסימטריה המורפולוגית שלנו מאוזנת ע"י אסימטריה תנועתית: הדג, הזוחל או היונק מסוגלים להסתובב בכל רגע ולהפנות את פניהם לכיוון אותו הם תוקפים, או את אחוריהם לכיוון ממנו הם בורחים. התוצאה הכוללת היא סימטרית לחלוטין: המזון או בן/בת הזוג צריכים להיות לפניי (טוב, עד שאגיע אליהם), והטורף או ההפרשות – מאחוריי.
עד כאן תסכימו אתי שהכל די פשוט ומובן?
עכשיו בואו נרד אל צורה ירודה יותר של חיים, הספוגיים. זו תת-ממלכה (או על-מערכה) פרימיטיבית של יצורים רב-תאיים בעלי כושר תנועה ירוד או אף אפסי, כמו צמחים. יש טקסונומים המגדירים אותם בשם המזלזל "פַּרַזוֹאָה" (בעלי-חיים מדומים) בשל דמיונם לצמחים, אבל הרוב מעדיפים לכנותם בפשטות "אסימטריים." אסימטריה זו נובעת מהעובדה שהם "צומחים" במקום אחד ולכן מתאימים את עצמם לסביבתם הקבועה, שמדרך הטבע אינה סימטרית, בדומה לעץ הגדל על צלע הר, או שיח שצמח סמוך לסלע.
נחזור למעלה בסולם ההתפתחות. שתי העל-מערכות המפותחות יותר בממלכת בעלי-חיים, המצטיינות בכושר תנועה, מוגדרות אף הן על פי הסימטריה החלקית שלהן: "רדיאטה" (העגולים) ו"בילאטריה" (הדו-צדדיים). לרדיאטה שייכים כל מיני תולעים עגולות, בעוד אנחנו שייכים לענף המכובד יותר של הבילאטריה (טוב, "מכובד" זה עניין יחסי כי אנחנו חולקים את הענף הזה עם התולעים השטוחות, החרקים והרכיכות). גם בענף זה מופיעה חלוקה אריסטוקרטית נוספת: פרוקי-הרגליים (חרקים, סרטנים ותולעים עגולות) קרויים "פרוטוסטומיה" (פֶּה ראשון) ואילו אנו בעלי-החוליות (יחד עם קווצי-העור כמו שושנות הים ו...שוב עוד כמה מיני תולעים) מתהדרים בענף המכובד יותר "דאוטרוסטומיה" (פה שני). הסיבה לכינויים אלה היא קצת עדינה ולכן אבקש לא להשמיע קולות זעזוע.
זה הולך בערך כך: לרוב הבילאטריה יש מערכת עיכול משוכללת. לתולעים השטוחות, למשל, אין מערכת כזאת, וזו הסיבה שהן שטוחות: הן מבצעות את העיכול על פני שטח גופן. לחלקן יש מערכת עיכול, אבל עם פתח אחד בלבד, לאכילה וגם להפרשה. לנו, אם כן, יש מערכת עיכול עם שני פתחים: הפה לאכילה, ופי-הטבעת להפרשה.
איך מתפתחת מערכת זו? בשלב מוקדם מאוד של היותנו עוּבּרים, אנו כדור נחמד וסימטרי של תאים, שממנו נשברת הסימטריה בהדרגה. כאן ההבדל בין שתי הקבוצות: בעוברי הפרוטוסטומים (חרקים וכד') מופיע תחילה פתח הפה, שנעשה בהדרגה עמוק והופך למעי המתארך פנימה עד להיווצרות פי-הטבעת מהצד הנגדי, בעוד אנחנו הדאוטרוסטומים מתחילים דווקא עם פי-טבעת, ההולך ומעמיק לצד ההפוך עד שהוא נפתח בצורת פה.
(כן, לא ציפיתי שתאהבו לשמוע את זה. אבל ככל הזכור לי גם מהקטע של מוצאנו מאיזה קוף לא התלהבתם אבל בסוף הפנמתם, נכון? אז תתמודדו.)
ויחד עם זאת, אפילו ביונקים, ואפילו בפרימאטים, נראה לפעמים את חזרת הסימטריה הקדמית-אחורית. כך אצל החולד בעל צורת הגליל, המתקדם במחילות גם קדימה וגם ברוורס,
וכך אצל קוף המנדריל הזכר, שצריך להפגין את הדומיננטיות הצבעונית שלו לכל צד.
וכמובן מספר גדול של בעלי חוליות מפותחים שחזרו ונסוגו אל הצורה הכדורית במחיר הוויתור על התנועה.
ד.
היום התפרסמה חוות-דעת של פרופ' אלון פיקרסקי, מומחה לכירורגיה קולורקטאלית, לאמור, מתמצא היטב באנטומיה, בפיזיולוגיה ובפתולוגיה של החלחולת והרקטום על כל מדוויהם ותקלותיהם. העיתונים מדווחים כי פיקרסקי היה מעורב בניתוחים שעברו נתניהו ורעייתו ב"הדסה."
אבל חוות-דעתו של המומחה היום לא עוסקת בנתניהו או באשתו, שאותם בדק ללא ספק בקפדנות לפני שביצע בהם מה שביצע, אלא בפי-הטבעת והחלחולת של מחבל ורוצח-לכאורה, אסיר משדה-תימן, שהפציעות שעבר מידי סוהריו מדרדרים את שם ארצי לחרפה וביזיון בכל עיתוני העולם, וכל עיסוק בהם מקטין את הסיכוי שנזכה לראות אפילו אחד משבויינו בעזה שב אלינו בחיים.
את המסמך הזה פרסם הרופא הטוב בלי שטרח לראות את המטופל. הוא חתם עליו בצורה סימטרית:
פרופ' אלון פיקרסקי אלון.
והא אני העני תמה: תגיד פיקרסקי, דאוטרוסטום על פי ייחוסך הפילוגנטי ופרוקטולוג על פי הכשרתך המדיצינית, מאיפה אתה חושב, מהראש או מהתחת?
