המקור האבולוציוני של השיער שלכם הגיע מהצפרדעים

כל בעלי החוליות החיים על היבשה – היונקים, הזוחלים והעופות – שייכים לקבוצה אבולוציונית אחת. כולם צאצאים של אותם בעלי חוליות ראשונים שיצאו מן הים והחלו לחיות על היבשה. תכונה ייחודית שמאפיינת כמעט אך ורק חולייתנים יבשתיים היא נוכחותם של מבנים קרטיניים הצומחים על העור – שיער, פרווה, נוצות, טפרים וציפורניים. כל המבנים הללו בנויים מחלבוני קרטין, אותה משפחת חלבונים שמעניקה להם את חוזקם ועמידותם.

קרובי המשפחה הקרובים ביותר של החולייתנים היבשתיים הם הדו-חיים – צפרדעים, קרפדות וסלמנדרות. עובדה זו מרמזת שאבות אבותינו הקדומים, עוד לפני שעלו לגמרי ליבשה, חיו חיים כפולים – חלק מהזמן בתוך המים וחלק אחר על היבשה. באופן מפתיע, קיימים מיני צפרדעי עצים מסוימים שפיתחו טפרים העשויים מחלבוני קרטין. עם זאת, מכיוון שמדובר במקרים חריגים ורוב הדו-חיים חסרים איברים קרטיניים, החוקרים האמינו עד כה שהטפרים של צפרדעי העצים התפתחו באופן עצמאי ונפרד, ללא קשר להתפתחות השיער, הציפורניים והטפרים אצל החולייתנים היבשתיים.

מחקר פורץ דרך שפורסם לפני כשנה וחצי מערער על התפישה המקובלת ומציע סיפור אבולוציוני שונה לחלוטין. החוקרים פנו לבחון את הבסיס הגנטי של התופעה. ידוע שאצל יצורים הקרובים מבחינה אבולוציונית קיים דמיון רב בקוד הגנטי שלהם, בעוד שאצל יצורים רחוקים הדמיון קטן בהרבה. לדוגמה, הגנים האחראים ליצירת כנפיים אצל חרקים שונים דומים מאוד זה לזה, משום שכולם התפתחו ממקור משותף. לעומת זאת, כנפי העופות התפתחו באופן בלתי תלוי, ולכן הבסיס הגנטי שלהן שונה לחלוטין מזה של כנפי החרקים.

כשהחוקרים השוו את הגנים המייצרים קרטין בצפרדעים לאלה הקיימים אצל חולייתנים יבשתיים, הם גילו להפתעתם דמיון מדהים. הגנים כמעט זהים – ממצא המעיד על מקור משותף.

אך הגילוי המרתק ביותר קשור למנגנון הבקרה של גנים אלה. הגנים המייצרים קרטין אינם פועלים באופן עצמאי, אלא נתונים לבקרה הדוקה של חלבון בשם HOXC13. חלבוני משפחת HOX הם "פקטורי שעתוק" – מולקולות המסוגלות להפעיל או לכבות גנים ספציפיים בזמן המתאים. חלבונים אלה פעילים כבר בשלב העוברי ומכוונים את ההתפתחות התקינה של חלקי הגוף השונים. הגנים ממשפחת HOX ממוספרים על פי מיקום פעילותם בגוף, מהראש ועד הזנב. כך למשל, HOXA1 חיוני להתפתחות המוח, הממוקם בראש. HOXC13, כפי שאפשר לצפות מהמספור, פעיל בקצה הנגדי של הגוף ומשחק תפקיד מרכזי בהתפתחות הזנב אצל חולייתנים רבים.

במהלך האבולוציה התרחש תהליך מרתק. הגן ה"זנבי" HOXC13 החל למלא תפקידים נוספים והפך להיות מעורב גם ביצירת סנפירים קדמיים אצל מינים מסוימים של דגים. כאשר חלק מהדגים הללו התפתחו לדו-חיים ולאחר מכן לחולייתנים יבשתיים, הסנפירים הללו הפכו לגפיים – הזרועות והרגליים שלנו. HOXC13 המשיך להיות חיוני להתפתחותן. מכאן הדרך הייתה קצרה להראות שאותו גן מעורב גם ביצירת המבנים הקרטיניים על העור. ואכן, במחלות גנטיות נדירות שבהן יש פגם בגן HOXC13, מתגלים ליקויים חמורים בהתפתחות השיער והציפורניים – עדות נוספת לתפקידו המרכזי.

הממצא המפתיע ביותר הוא ש-HOXC13, אותו "גן על" השולט בצמיחת המבנים הקרטיניים אצל יונקים, מבקר באותו אופן בדיוק גם את יצירת הטפרים אצל צפרדעי עצים. המנגנון האבולוציוני זהה. יתרה מכך, החוקרים גילו שגם אצל דו-חיים אחרים כמו האקסולוטל (סלמנדרה מקסיקנית), שאינם מצוידים בטפרים, קיימים אותם מנגנונים גנטיים – הם פשוט אינם מופעלים. ממצא זה מוכיח שהבסיס הגנטי ליצירת שיער וציפורניים אכן התפתח כבר אצל הדו-חיים הקדומים.

כיצד התרחש התהליך האבולוציוני המלא? החוקרים משרטטים את השלבים: לפני מאות מיליוני שנים שחו במים דגים קדומים שהיו אבות אבותיהם של מרבית בעלי החוליות החיים כיום, הן בים והן ביבשה. אצל דגים אלה, הגן HOXC13 היה אחראי בעיקר על התפתחות הזנב. בשלב מסוים, אצל חלק מהדגים, הגן החל להיות מעורב גם ביצירת סנפירי הצד.

חלק מאותם דגים בעלי המנגנון החדש התפתחו לדו-חיים. אצלם, HOXC13 כבר שלט בהתפתחות הגפיים, ובמקביל הופיעו לראשונה חלבוני הקרטין שיצרו טפרים אצל מינים מסוימים. כאשר חלק מהדו-חיים המשיכו בדרך האבולוציונית והפכו לחולייתנים יבשתיים, אותם חלבוני קרטין ומנגנוני הבקרה שלהם היוו את הבסיס למגוון עצום של מבנים – שיער, ציפורניים, טפרים, נוצות, קרניים ועוד.

המסקנה המפתיעה: השיער שצומח על ראשנו, הציפורניים שבקצות אצבעותינו והנוצות של העופות – כולם חולקים מקור אבולוציוני משותף שהתחיל דווקא אצל צפרדעים קדומות או דו-חיים דומים שחיו לפני מאות מיליוני שנים. הטבע, כרגיל, מפתיע בחסכנותו ובשימוש החוזר שהוא עושה במנגנונים מוצלחים.

הצטרפו לרשימת התפוצה של הבלוג וקבלו את התכנים ישירות למייל