התוכנית הגנטית של הטיסה: מחקר חדש חושף כיצד יונקים התפתחו לגלוש

זוהה גן מכריע המבהיר את ההופעה החוזרת ונשנית של יכולות גלישה לאורך האבולוציה של חיות הכיס.

אנשים אומרים "כאשר חזירים עפים" כדי לתאר את הבלתי אפשרי. אבל גם אם רוב היונקים הם עוזבי יבשה, היכולת לגלוש או לעוף התפתחה שוב ושוב במהלך האבולוציה של היונקים, ב מִין החל מעטלפים ועד סנאים מעופפים.

איך זה בא? במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת טֶבַעצוות חוקרים בראשות אוניברסיטת פרינסטון ומכללת ביילור לרפואה מסבירה את הבסיס הגנומי וההתפתחותי של הפטאגיום, קרום העור הדק שמאפשר לכמה מיני יונקים לרחף באוויר.

"אנחנו לא ממש מבינים כיצד מקורם של תכונות והתאמות חדשות מנקודת מבט מולקולרית וגנטית. רצינו לחקור כיצד נוצר חידוש אבולוציוני", אמר הסופר המתכתב ד"ר ריקרדו מלרינו, עוזר פרופסור לביולוגיה מולקולרית בפרינסטון.

כדי להבין טוב יותר את התפתחות הפטאגיום, הצוות התמקד בחיות כיס. הסיבה לכך היא שהיכולת לגלוש התפתחה שוב ושוב, תוך שימוש בשינויים אנטומיים דומים, בחיות כיס קרובות כמו רחפן הסוכר – חיית כיס זעירה מספיק קטנה כדי להיכנס לכיס שלך, ופופולרית כחיית מחמד אקזוטית.

תובנות גנטיות לגבי גלישה

צוות ביילור הוביל את רצף הגנום עבור 15 מיני חיות כיס, וקבע את DNA רצפים הן במינים הגולשים והן בקרוביהם הלא גולשים. השוואת הרצפים הללו גילתה אבולוציה מואצת ליד גן בשם Emx2.

"מה שמעניין הוא שנראה שהרצף של הגן עצמו לא נמצא במקום שבו מתרחשים השינויים הרלוונטיים ביותר. במקום זאת, השינויים העיקריים הם ברצפי DNA קצרים, הנקראים 'משפרים', שנמצאים בקרבת מקום בגנום. אלה המשפרים המשתנים שמשנים כיצד והיכן בגוף Emx2 פעיל, וזה מניע את התפתחות הגלישה", אמר הסופר המתכתב ד"ר ארז ליברמן איידן, פרופסור לגנטיקה מולקולרית ואנושית ומנהל המרכז לארכיטקטורת הגנום בביילור.

מנגנונים אבולוציוניים וגישות ניסויות

"הבנת השינויים הבסיסיים שקורים ברמה הגנומית ומובילים לתכונות מתכנסות אלו חשובה כי היא יכולה לומר לנו אם האבולוציה מכוונת לנתיב ההתנגדות הקטנה ביותר. אתה יכול לקבל את אותה תוצאה אבל דרכים שונות להגיע לשם", אמר הסופר הראשון חורחה מורנו, סטודנט לתואר שני במעבדה של מלרינו.

לאחר מכן, החוקרים רצו לבדוק את הרעיונות הללו. לשם כך, הם השתמשו באחד המאפיינים הייחודיים ביותר של חיות הכיס – הכיס שלהם. "חוצות כיס נולדות בשלב הרבה יותר מוקדם בהתפתחות מיונקים טיפוסיים", אמרה הסופרת הראשונה, ד"ר אולגה דודצ'נקו, פרופסור לגנטיקה מולקולרית ואנושית בביילר וחוקרת במרכז לפיזיקה ביולוגית תיאורטית באוניברסיטת רייס. "במקום להמשיך בהתפתחות ברחם אמם, הם זוחלים לתוך הכיס שלה, ונשארים שם עד שהם מוכנים לקחת על עצמם את העולם באופן עצמאי. העובדה שהם נמצאים ממש שם בכיס מקלה בהרבה על המחקר כיצד גנים בודדים, כמו Emx2, משפיעים על התפתחות חיית הכיס".

החוקרים הראו כי Emx2 מולידה את הפטאגיום של כיס באמצעות תוכנית גנטית שקיימת כנראה בכל היונקים. לדוגמה, Emx2 פעיל בעור בצדדים של עכברים וגלשני סוכר, אך בגלשני סוכר הוא מתבטא להרבה יותר זמן. כפי שמציין דודצ'נקו, גם במרכז לארכיטקטורת הגנום בביילור, "על ידי שינוי אותם משפרי Emx2 קריטיים, מין אחד אחרי השני התחבר לתוכנית האוניברסלית הזו על מנת לפתח את היכולת לגלוש."

חדשות מעודדות לחזירים שמקווים להגיע לשמיים.

עבודה זו נתמכה על ידי ה המכונים הלאומיים לבריאות (R35GM133758, UM1HG009375, RM1HG011016-01A1, F32 GM139240-01, T32GM007388, R01-AR079150); תוכנית החוקרים של סרל; קרן סלואן ותוכנית המלגות של ואלי; קרן Welch (Q-1866), הקרן הדו-לאומית למדע ארה"ב-ישראל (2019276); הקרן הלאומית למדע (DGE-2039656, NSF DBI-2021795, NSF PHY-2210291); קרן LEO (LF-AW-RAM-19-400008, LF-OC-20-000611); ו-WM Keck Foundation (WMKF-5634988).