החיה של דרווין

מאז ימי דרווין מנסים לגלות לאיזו קבוצת בעלי חיים קרוב הטוקסודון - חיה קדומה שדרווין כינה "אחת החיות המוזרות ביותר שהתגלו אי פעם". כעת ייתכן כי התעלומה נפתרה

ב־26 בנובמבר, 1834, יצא צ'רלס דרווין לרכיבה קצרה לא הרחק ממונטווידאו, שבאורוגוואי. הוא הגיע לשם במסעו המפורסם על הספינה ביגל, וכשתושבי המקום שמעו כי הוא מתעניין במאובנים, הם שלחו אותו אל בית חווה סמוך, שם היו כמה "עצמות ענקיות". תמורת 18 פני, הצליח דרווין לרכוש גולגולת של אותה חיה ענקית – הטוקסודון (Toxodon). מעצמות אלו היה ברור שמדובר בפרסתן גדול ושונה מכל מה שנראה לפני כן. דרווין העיר כי נראה שתכונות של קבוצות שונות של בעלי חיים החיים כיום מופיעים בחלקים שונים של המאובן – דבר שהקשה על שיוכו לקבוצה מסוימת. גם לאחר שנמצאו עצמות נוספות והשלד כולו שוחזר, נראה כי במקום לספק תשובות ממצאים אלו רק העלו עוד ועוד שאלות.

הטוַקסוֹדוֹן הופיע לפני כ־2.6 מיליון שנה והיה נפוץ למדי ברחבי דרום אמריקה, עד שנכחד לפני כ־16.5 אלף שנה. גודלו היה כשל קרנף, רק קצת פחות רזה ואלגנטי. היו לו שיניים חותכות שהזכירו במראן שיניים של מכרסמים, והעיניים והנחיריים היו ממוקמים גבוה בראשו – דבר המרמז בדרך כלל על אורח חיים מימי, ונמצא ביונקים דוגמת היפופוטמים ופרות ים. הטוקסודון הוא אחד מ־280 סוגים של פרסתנים דרום אמריקאיים, בהם חיות מוזרות נוספות שעברו מן העולם, כגון המַקרוּקֶניה (Macrauchenia), שנראתה כמו הכלאה בין גמל לשנבוב. ההיסטוריה של כל הפרסתנים הללו הייתה נתונה בוויכוח מאז ימיו של דרווין ועד ימינו: האם מוצאם מקבוצה אחת או מכמה קבוצות נפרדות? איך הם קשורים זה לזה? ומה קרבתם לפרסתנים ביבשות אחרות? גם כאשר מין מראה תכונות הדומות למדי לאלו הקיימות במינים אחרים, קשה לדעת אם הדמיון נובע ממקור משותף, או שתכונה דומה התפתחה במקביל בשני מסלולי אבולוציה מנותקים זה מזה. תופעה זו נקראת אבולוציה מתכנסת, והיא נפוצה למדי. לדוגמה, קיפודים ודורבנים דומים זה לזה במבט ראשון אך הם אינם קרובי משפחה, ושתי הקבוצות פיתחו את הקוצים שעל גבם בנפרד. במקרה של הטוקסודון, המיקום של העיניים והנחיריים עשוי להעיד על קרבה להיפופוטמים, אך קיימת גם אפשרות שהטוקסודון פיתח אותם בנפרד כהתאמה לאורח חיים דומה. המגוון המוזר של התכונות מקשה עוד יותר על הסיווג – שהרי הטוקסודון לא יכול להיות קרוב גם להיפופוטם, גם לקרנף וגם לעכבר.

במקרים כגון אלו, שבהם תכונות אנטומיות אינן מספיקות כדי לקבוע את ההיסטוריה האבולוציונית של המין, אפשר להשוות את רצף הגנים של המינים השונים – ככל שהמינים קרובים יותר זה לזה, כך הגנים שלהם יהיו דומים יותר. ואולם אבולוציה מתכנסת אינה נראית בגנים: לכל מין ישנם שינויים ברצף הדנ"א הייחודיים לו, שמקורם במוטציות אקראיות. שיטה זו יושמה בהצלחה פעמים רבות ופתרה חידות שהשוואה אנטומית לא הצליחה לפתור – במינים הקיימים כיום. כאשר מדובר במאובנים, הדבר מסובך בהרבה. דנ"א מתחיל להתפרק כאשר בעל החיים מת, ואף בתנאים אידיאליים – הכוללים סביבה קרה שבה ההתפרקות אטית יותר – הוא נהיה בלתי שמיש לחלוטין כעבור כמיליון וחצי שנה. המאובנים של הפרסתנים הדרום אמריקאיים הם בני לפחות עשרות אלפי שנים, ולרוב בילו את הזמן הזה בסביבה טרופית חמה, הרחק מטווח הטמפרטורות האידיאלי לשימור. לפיכך, הסיכוי להשיג מהם דגימת דנ"א שאפשר יהיה לעבוד איתה הוא אפסי.

אבל גם במאובנים שבהם אי אפשר להשיג דנ"א אפשר לעתים להשיג משהו אחר – חלבונים. זה היה הרעיון מאחורי המחקר שהתפרסם לאחרונה במגזין Nature, על ידי פרידו וולקר (Welker) מאוניברסיטת יורק שבבריטניה, ועוד 30 מדענים מרחבי אירופה, מארצות הברית ומארגנטינה. החוקרים הפיקו את החלבון קולגן ממאובנים של טוקסודון ומקרוקניה והשוו אותם לחלבונים של 76 יונקים מודרניים (וכביקורת – לחלבונים של תרנגולת). קולגן הוא חלבון נפוץ מאוד – יותר מרבע מתכולת החלבון בגופנו הוא קולגן. הוא נמצא בעיקר בעור ובגידים, אך גם ברקמות רבות נוספות, כולל באופן חשוב לענייננו בעצמות. קולגן גם עמיד יותר בהשוואה לדנ"א וגם נמצא בעצמות בכמות גדולה הרבה יותר. כמו כל החלבונים, הקולגן בנוי כשרשרת של חומצות אמינו, והסדר המדויק של חומצות האמינו נקבע על ידי הגן שמקודד לחלבון זה. מוטציות בגן גורמות לשינוי בשרשרת חומצות האמינו של החלבון: ככל ששני מינים רחוקים יותר אבולוציונית זה מזה, כך יש יותר מוטציות שהתרחשו לאחר שמינים אלו נפרדו, וכך גם החלבונים יהיו שונים יותר אלה מאלה.

בעזרת השוואה בין החלבונים, הראו החוקרים כי הטוקסודון והמקרוקניה הם קרובי משפחה, ומחוץ לדרום אמריקה הם קרובים ביותר למפריטי הפרסה – קבוצה הכוללת את הסוסים, הטפירים וגם הקרנפים. הטוקסודון מתברר אינו קרוב של ההיפופוטם, והדמיון במיקומם של עיניו ונחיריו הוא ככל הנראה אכן תוצאה של אבולוציה מתכנסת. כך גם הדמיון בין המקרוקניה לגמל, ששייך למשפחה אחרת – מכפילי הפרסה (גם השנבוב אינו קרוב של המקרוקניה, והטוקסודון אינו קרוב למכרסמים – אבל זה היה ברור למדי כבר קודם).

השוואת חלבונים במקום השוואת דנ"א היא שיטה חדשה ומבטיחה למדי. כאמור, קל יותר להפיק חלבונים מסוימים מעצמות מאובנים וכך להרחיב את כמות המינים שעליהם אפשר לערוך השוואות מולקולריות. אך כמו לכל שיטה – גם לזו יש חסרונות, והמאמר כבר הספיק לגרור תגובות מחוקרים המצביעים על בעיות בהשוואת חלבונים. קולגן הוא חלבון שנמצא בכל ממלכת החי ויש לו תפקידים חשובים מאוד. הוא אמנם שונה במקצת ממין ביולוגי אחד למשנהו אבל לשוני הזה יש גבול ברור: אם החלבון ישתנה יותר מדי הוא לא יוכל לבצע את תפקודיו כראוי. מוטציה שתגרום לשינוי כזה לא תתפשט באוכלוסייה שכן בעל החיים הנושא את החלבון המוטנט יסבול מקשיים תפקודיים. כאשר חוקרים משווים רצפי דנ"א, הם יכולים לבחור אזורים שבהם למוטציות אין השפעה על החלבונים, ולכן הן יכולות להצטבר שם בקצב קבוע פחות או יותר. כאשר משווים את החלבונים עצמם, אין אפשרות כזו. אלן קופר (Cooper), חוקר המתמחה בדנ"א עתיק מאוניברסיטת אדלייד, התייחס לכך בראיון לאד יונג (Yong), בעל הבלוג Not Exactly Rocket Science. הוא העלה בעיה נוספת הנובעת מאותו מקור: גם כאשר החלבון כן משתנה, הוא עשוי להשתנות בצורה מסוימת, כתגובה ללחצים אבולוציוניים חיצוניים שנובעים ממבנהו או מאורח חייו של בעל החיים. בעל חיים אחר, שאינו קרוב משפחה של הראשון, עשוי לפתח אותם שינויים בחלבון משום שהוא בעל מבנה או אורח חיים דומה. זוהי אותה אבולוציה מתכנסת המקשה על סיווג מינים ביולוגיים לפי תכונות אנטומיות, ועשויה להוות בעיה גם בהשוואות בין חלבונים.

בעיות אלו ניתנות לפתרון – למשל, על ידי השוואה בין חלבונים רבים ושונים הלקוחים מאותו בעל חיים. אם שורה ארוכה של חלבונים יצביעו על כך שהטוקסודונים והמקרוקניה הם קרובים של מפריטי הפרסה, נוכל להיות בטוחים הרבה יותר שהתוצאה אכן נכונה – ושהשיטה עובדת. כתמיד, נאלץ לחכות למחקרים נוספים שיעשו שימוש בשיטה הזו, כדי לדעת עד כמה היא אמינה ועל אילו מאובנים אפשר ליישם אותה. אז גם נדע בביטחון היכן למקם את הטוקסודון, ונוכל לסגור את החקירה שהחל בה דרווין, באותו יום בנובמבר, 1834.