כיצד סייע חקר מאובנים למחקר גנטי בנושא התפתחות מבנה הגוף של פרוקי הרגלים?
חקר מאובנים מסייע למחקר גנטי בנושא התפתחות מבנה הגוף של פרוק
באדיבות פרופ' אריאל צ'יפמן מן המחלקה לאקולוגיה, אבולוציה והתנהגות במכון למדעי החיים.
מבנה הגוף של פרוקי הרגליים (חרקים, סרטנים, עכבישים וקרוביהם) מורכב מרצף של פרקים (סגמנטים), המהווים יחידות חוזרות לאורך הגוף. הפרקים הללו מאורגנים למקטעים מורכבים יותר, שכל אחד מהם מכיל מספר פרקים. לדוגמה, בחרקים הגוף בנוי משלושה מקטעים: ראש, חזה ובטן, ואילו בעכבישים הגוף בנוי משניים בלבד: ראשחזה ובטן.
למרות הבדלים בארגון הגוף, לכל פרוקי הרגליים יש בקצה הקדמי ביותר שלושה פרקים מיוחדים המכונים הפרקים הפרה-גנתליים. בפרקים אלה נמצא המוח של פרוקי הרגליים, המכיל שלושה גנגליונים (צברים של תאי עצב), אחד בכל פרק.
במחקר שפרסמנו בעבר בדק תלמיד המחקר אורן לב את הרשת הגנטית האחראית ליצירת הפרקים הפרה-גנתליים. הוא הראה שקבוצת גנים שמורים מאוד המכונים segment polarity genes, ומוכרים כגנים המעורבים בתהליך יצירת הפרקים, מתבטאים באופן שונה בפרקים הפרה-גנתליים במגוון פרוקי רגליים, בהשוואה לפעילותם בכל הפרקים האחרים. מתוך כך הסקנו שפרקים אלה שונים מהותית מן הפרקים האחרים, דבר המעיד על כך שמוצאם האבולוציוני שונה.
במחקר המשך, אליו הצטרף חוקר המאובנים ד״ר גרג אדג׳קומב ממוזיאון הטבע בלונדון, בחנו את ההיסטוריה האבולוציונית של פרוקי הרגליים.
בעידן הקמברי, לפני כ-515 מיליון שנה, חיו קרובי משפחה של פרוקי הרגליים, להם היה ראש שהורכב מפרק אחד בלבד ובו מוח הכולל גנגליון אחד. זמן קצר מאוחר יותר הופיעו מינים אחרים, להם היה ראש המורכב משלושה פרקים ובו שלושה גנגליונים. בהתבסס על הממצאים מן המחקר ההתפתחותי ובשילוב עם הידע ממאובנים, אנו מציעים תרחיש חדש לאבולוציה של הראש בפרוקי הרגליים:
ראשם של אבות פרוקי הרגליים היה מורכב מפרק בודד ובו גנגליון בודד. בהמשך התרחב הגנגליון, והפרק המקורי נחלק לשלוש יחידות. בתהליך ההתפתחותי של היחידות הללו, שהן למעשה הפרקים הפרה-גנתליים, נעשה שימוש בחלק מן הגנים ששימשו גם ליצירת פרקי הגוף - ה-segment polarity genes, אך הרשת הגנטית שבה פעלו הייתה שונה.
במהלך האבולוציה המאוחרת של פרוקי הרגליים כעבור כמה עשרות מיליוני שנים, פיתחו קבוצות שונות ארגון גוף המורכב ממספר מקטעים , אך ללא קשר לאופי המקטעים הללו, כל פרוקי הרגלים משמרים שלושה פרקים קדמיים המתפתחים בצורה שונה מכל הפרקים האחרים. פרקים אלה הם הפרקים הפרה-גנתליים המהווים שריד לראש הקדום, בן שלושת הפרקים של אבות פרוקי הרגליים.
מחקר זה הוא דוגמה לגישה חדשה במחקר האבולוציוני ששואפת לשלב מידע מתחומים מדעיים שונים ולנצל את ההתקדמות הדרמטית בכלים לחקר מאובנים, את ההבנה המודרנית של תהליכי התפתחות עוברית ואת הכלים המולקולריים החדשים ביותר. כפי שלא ניתן להבין את הביולוגיה בלי להבין את האבולוציה, לא ניתן להבין אבולוציה בלי להשתמש בכל מקורות המידע העומדים לרשותנו.
קיראו את המאמר בכתב העת Integrative Organismal Biology -
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9128542/