כניסה
הרשמה לניוזלטר

פרופ׳ דורון לנצט מציע הסבר לאחת השאלות המורכבות בסוגיית התפתחות החיים: כיצד הופיעו החיים הראשונים. "בעזרת טיפות השומן האלו הקטנו את הבעיותיות של הפתרון בשלושה סדרי גודל, אם לא בחמישה", אומר פרופ׳ לנצט

רקפת תבור | 12 באוגוסט 2015 | מדע וטכנולוגיה | 4 דק׳

אולי החיים בכלל התחילו מטיפת שומן?

בגיליון אוגוסט הבאנו את דבריהם של מדענים המעלים שאלות וספקות לגבי תורת האבולוציה של דארווין, וקראנו למדענים ולקוראינו להגיב לשאלות ולהציע תשובות. תשובה אחת הגיעה מפרופ׳ דורון לנצט, המציע הסבר לאחת השאלות המורכבות המתלוות לתורת האבולוציה: כיצד הופיעו החיים הראשונים.

"כל הנושא של ראשית החיים הוא נושא לא פשוט, מאוד לא פשוט", פותח את השיחה פרופ' דורון לנצט, ראש מרכז קראון לחקר הגנום במכון ויצמן, שבמשך 12 שנה ניהל את האגודה הישראלית לאסטרוביולוגיה ולחקר ראשית החיים.

ולמה זה כל כך לא פשוט? כי אנחנו מדברים על השלבים הראשונים, ממש ראשונים. "ברור שבלי שכפול והעברת מידע מדור לדור קשה מאוד לראות איך החיים מתחילים. בלי סוג מסוים של אבולוציה קשה לראות איך זה קורה". והוא מסביר, שקשה להסביר כיצד הופיעה בפעם הראשונה ישות שיודעת לשכפל את עצמה ומסוגלת לעבור שינויים אקראיים ולעבור דרך מנגנוני הברירה הטבעית של דארווין. אם תופיע, משם היא כבר תצליח לשפר בהדרגה את עמידותה לסביבה ולהתפתח לאט לאט לרמת מורכבות גבוהה יותר.

לכן אנשי חקר ראשית החיים מחפשים את היישויות הפשוטות ביותר שיתכן שהצליחו לשכפל את עצמן. לאורך השנים קמו מספר אסכולות שכל אחת מהן מציעה ישות פשוטה אחרת שממנה התחילו החיים. אחת מהאסכולות, מהחשובות ביניהן, מציעה שהדבר הראשון שידע לשכפל את עצמו היה מולקולה שנקראת RNA וכיום אנחנו מכירים אותה בעיקר בתור זו שמעתיקה את המידע הגנטי שלנו מה-DNA ומעבירה אותו למפעלי הייצור של החלבונים הפזורים ברחבי התא.

אבל יש כאן בעייתיות מסוימת. מולקולות ה-RNA, אף על פי שהן פשוטות ממולקולות ה-DNA כי הן קצרות מהן במידה נכרת, הן עדיין מורכבת מאוד ונדרשים תהליכים כימיים מסובכים כדי לייצר אותן. בדומה לחלבונים ולמולקולות ה-DNA, גם ה-RNA מורכב מרצף של אותיות כימיות, ולשמירת סדר האותיות במולקולה יש חשיבות מכרעת. "במולקולת RNA אופיינית בגופנו יש סדר גודל של 100 עד 1,000 בסיסים, ואם נשנה סדר של שתי אותיות, בחלק מהמקרים כבר לא יתקבל השכפול העצמי". וכיוון שמדובר כאן בתהליכים ספונטניים בלבד, הסבירות שיווצר רצף של אלף אותיות בסדר יחיד ומדויק היא כמעט אפסית. "RNA, ולו גם קצר, הוא מולקולה מורכבת מאוד. נדרש שכלול גדול מאוד כדי שהאותיות הכימיות הבודדות יתחברו זו לזו וייצרו את השרשרת הנכונה".

פרופ' לנצט ועמיתיו לאסכולה מציעים לנו לחשוב על יישות פשוטה הרבה יותר שהצליחה לאגור מידע כלשהו ולשכפל אותו מדור לדור. והרעיון שלהם מגיע מכיוון מפתיע – מולקולות שומן. אמנם אנחנו מכירים אותן ככאלו שהיינו רוצים להמנע מהן, אך פרופ' לנצט מציע שהן מסוגלות לעשות דברים מעניינים מאוד. "אלו מולקולות קטנות שיוצרות ספונטנית מבנים גדולים ומסובכים", הוא מסביר. כך למשל, הן יוצרות קרומים המקיפים כל תא בגופנו.

כפי שהוא מציע, מולקולות שומן הצליחו באותם תנאים מוקדמים ליצור כדוריות זערוריות שהצליחו להשתכפל וליצור סוג מסוים של צאצאים – טיפות שומן שדומות להן בהרכבן. וכמו שמסביר פרופ' לנצט, יש למולקולות השומן האלו שני יתרונות משמעותיים: הראשון – בניגוד ל-RNA שבו כל היחידות קשורות ביניהן בקשרים כימיים חזקים, את מולקולות השומן בכדורית מחברים קשרים כימיים חלשים יותר, כך שנדרשת פחות אנרגיה כדי לייצר ולפרק את המבנה בזמן השכפול.

יתרון משמעותי נוסף הוא פשטות תהליך השכפול. כבר לא חייבים להעתיק את סדר האותיות, כמו ב-RNA. מספיק שמועתק מדור לדור רק ההרכב הכימי. ופרופ' לנצט נותן דוגמה להבדל המשמעותי הזה: "בשומנים זה לא מידע סדרתי כמו שאנחנו מכירים בטקסט, אלא מידע הרכבי, כמו ברשימת מכולת. לא אכפת לנו אם שני מוצרים מחליפים ביניהם את המקומות שלהם ברשימה – עדיין נקבל את אותו סל קניות".

אז איך יודעות כדוריות השומן האלו להעביר מידע הרכבי ל"צאצאים" שיתפצלו מהן? נניח לדוגמה, שבתוך המבנים הקדם תאיים האלו, אותן כדוריות שומן פשוטות, יש פי חמישה מחומר מסוג א' מאשר מחומר מסוג ב'. כפי שמסביר פרופ' לנצט, אם מהירות הכניסה אל ה'תא' של מולקולה מסוג א' תהיה גבוהה פי חמישה מזו של מולקולה מסוג ב', הרכב החומרים בתוך הכדורית השומנית יישמר בזמן שהיא תגדל לה בהדרגה. מאוחר יותר היא גם תשתכפל לשני צאצאים שונים, שגם הם מצליחים לשמור על אותו הרכב כימי.

"סימולציות מחשב שערכנו הוכיחו שבהרכבים מסויימים של טיפות שומן תהליך כזה אכן קורה, ומתברר שהסיכוי שזה יקרה ספונטנית גדול בהרבה מהסיכוי שיופיע ספונטנית רצף RNA שמסוגל לשכפל את עצמו", מוסיף לנצט.

אז השגנו שכפול של "קרומי תאים" כאלו – זה כבר משתכפל יופי ועובר מדור לדור. אבל עדיין נדרש שלב כלשהו שבו יווצרו המולקולות המורכבות יותר כמו ה-DNA

"נכון. כאן נכנס דארווין לתמונה", מסביר פרופ' לנצט. "דארווין אמר דבר כזה: 'תפסיקו לשאול על פרטי התהליך שבו מחידק נוצר פיל, כי אני מראה לכם חוק טבע עקרוני שמאפשר גידול וסיבוך' ". כפי שמסביר פרופ' לנצט, בעזרת מנגנוני המוטציות והברירה הטבעית, אותו יצור פשוט שמשכפל את עצמו יכול בהדרגה לפתח עמידות גדולה יותר לתנאי הסביבה ולשפר את היכולת שלו לייצר צאצאים, וכנראה תוך כדי כך גם לפתח את המולקולות הסדרתיות המורכבות האלו. "לדעתי RNA הוא תוצר של אבולוציה ממושכת, לא תנאי מקדים להתרחשות האבולוציה הראשונה".

"בעזרת טיפות השומן האלו הקטנו את הבעייתיות של הפתרון בשלושה סדרי גודל, אם לא בחמישה", הוא מסכם.

שתפו את הכתבה:

אולי החיים בכלל התחילו מטיפת שומן?

פרופ׳ דורון לנצט מציע הסבר לאחת השאלות המורכבות בסוגיית התפתחות החיים: כיצד הופיעו החיים הראשונים. "בעזרת טיפות השומן האלו הקטנו את הבעיותיות של הפתרון בשלושה סדרי גודל, אם לא בחמישה", אומר פרופ׳ לנצט

רקפת תבור | 12 באוגוסט 2015 | מדע וטכנולוגיה | 15 דק׳

בגיליון אוגוסט הבאנו את דבריהם של מדענים המעלים שאלות וספקות לגבי תורת האבולוציה של דארווין, וקראנו למדענים ולקוראינו להגיב לשאלות ולהציע תשובות. תשובה אחת הגיעה מפרופ׳ דורון לנצט, המציע הסבר לאחת השאלות המורכבות המתלוות לתורת האבולוציה: כיצד הופיעו החיים הראשונים.

"כל הנושא של ראשית החיים הוא נושא לא פשוט, מאוד לא פשוט", פותח את השיחה פרופ' דורון לנצט, ראש מרכז קראון לחקר הגנום במכון ויצמן, שבמשך 12 שנה ניהל את האגודה הישראלית לאסטרוביולוגיה ולחקר ראשית החיים.

ולמה זה כל כך לא פשוט? כי אנחנו מדברים על השלבים הראשונים, ממש ראשונים. "ברור שבלי שכפול והעברת מידע מדור לדור קשה מאוד לראות איך החיים מתחילים. בלי סוג מסוים של אבולוציה קשה לראות איך זה קורה". והוא מסביר, שקשה להסביר כיצד הופיעה בפעם הראשונה ישות שיודעת לשכפל את עצמה ומסוגלת לעבור שינויים אקראיים ולעבור דרך מנגנוני הברירה הטבעית של דארווין. אם תופיע, משם היא כבר תצליח לשפר בהדרגה את עמידותה לסביבה ולהתפתח לאט לאט לרמת מורכבות גבוהה יותר.

לכן אנשי חקר ראשית החיים מחפשים את היישויות הפשוטות ביותר שיתכן שהצליחו לשכפל את עצמן. לאורך השנים קמו מספר אסכולות שכל אחת מהן מציעה ישות פשוטה אחרת שממנה התחילו החיים. אחת מהאסכולות, מהחשובות ביניהן, מציעה שהדבר הראשון שידע לשכפל את עצמו היה מולקולה שנקראת RNA וכיום אנחנו מכירים אותה בעיקר בתור זו שמעתיקה את המידע הגנטי שלנו מה-DNA ומעבירה אותו למפעלי הייצור של החלבונים הפזורים ברחבי התא.

אבל יש כאן בעייתיות מסוימת. מולקולות ה-RNA, אף על פי שהן פשוטות ממולקולות ה-DNA כי הן קצרות מהן במידה נכרת, הן עדיין מורכבת מאוד ונדרשים תהליכים כימיים מסובכים כדי לייצר אותן. בדומה לחלבונים ולמולקולות ה-DNA, גם ה-RNA מורכב מרצף של אותיות כימיות, ולשמירת סדר האותיות במולקולה יש חשיבות מכרעת. "במולקולת RNA אופיינית בגופנו יש סדר גודל של 100 עד 1,000 בסיסים, ואם נשנה סדר של שתי אותיות, בחלק מהמקרים כבר לא יתקבל השכפול העצמי". וכיוון שמדובר כאן בתהליכים ספונטניים בלבד, הסבירות שיווצר רצף של אלף אותיות בסדר יחיד ומדויק היא כמעט אפסית. "RNA, ולו גם קצר, הוא מולקולה מורכבת מאוד. נדרש שכלול גדול מאוד כדי שהאותיות הכימיות הבודדות יתחברו זו לזו וייצרו את השרשרת הנכונה".

פרופ' לנצט ועמיתיו לאסכולה מציעים לנו לחשוב על יישות פשוטה הרבה יותר שהצליחה לאגור מידע כלשהו ולשכפל אותו מדור לדור. והרעיון שלהם מגיע מכיוון מפתיע – מולקולות שומן. אמנם אנחנו מכירים אותן ככאלו שהיינו רוצים להמנע מהן, אך פרופ' לנצט מציע שהן מסוגלות לעשות דברים מעניינים מאוד. "אלו מולקולות קטנות שיוצרות ספונטנית מבנים גדולים ומסובכים", הוא מסביר. כך למשל, הן יוצרות קרומים המקיפים כל תא בגופנו.

כפי שהוא מציע, מולקולות שומן הצליחו באותם תנאים מוקדמים ליצור כדוריות זערוריות שהצליחו להשתכפל וליצור סוג מסוים של צאצאים – טיפות שומן שדומות להן בהרכבן. וכמו שמסביר פרופ' לנצט, יש למולקולות השומן האלו שני יתרונות משמעותיים: הראשון – בניגוד ל-RNA שבו כל היחידות קשורות ביניהן בקשרים כימיים חזקים, את מולקולות השומן בכדורית מחברים קשרים כימיים חלשים יותר, כך שנדרשת פחות אנרגיה כדי לייצר ולפרק את המבנה בזמן השכפול.

יתרון משמעותי נוסף הוא פשטות תהליך השכפול. כבר לא חייבים להעתיק את סדר האותיות, כמו ב-RNA. מספיק שמועתק מדור לדור רק ההרכב הכימי. ופרופ' לנצט נותן דוגמה להבדל המשמעותי הזה: "בשומנים זה לא מידע סדרתי כמו שאנחנו מכירים בטקסט, אלא מידע הרכבי, כמו ברשימת מכולת. לא אכפת לנו אם שני מוצרים מחליפים ביניהם את המקומות שלהם ברשימה – עדיין נקבל את אותו סל קניות".

אז איך יודעות כדוריות השומן האלו להעביר מידע הרכבי ל"צאצאים" שיתפצלו מהן? נניח לדוגמה, שבתוך המבנים הקדם תאיים האלו, אותן כדוריות שומן פשוטות, יש פי חמישה מחומר מסוג א' מאשר מחומר מסוג ב'. כפי שמסביר פרופ' לנצט, אם מהירות הכניסה אל ה'תא' של מולקולה מסוג א' תהיה גבוהה פי חמישה מזו של מולקולה מסוג ב', הרכב החומרים בתוך הכדורית השומנית יישמר בזמן שהיא תגדל לה בהדרגה. מאוחר יותר היא גם תשתכפל לשני צאצאים שונים, שגם הם מצליחים לשמור על אותו הרכב כימי.

"סימולציות מחשב שערכנו הוכיחו שבהרכבים מסויימים של טיפות שומן תהליך כזה אכן קורה, ומתברר שהסיכוי שזה יקרה ספונטנית גדול בהרבה מהסיכוי שיופיע ספונטנית רצף RNA שמסוגל לשכפל את עצמו", מוסיף לנצט.

אז השגנו שכפול של "קרומי תאים" כאלו – זה כבר משתכפל יופי ועובר מדור לדור. אבל עדיין נדרש שלב כלשהו שבו יווצרו המולקולות המורכבות יותר כמו ה-DNA

"נכון. כאן נכנס דארווין לתמונה", מסביר פרופ' לנצט. "דארווין אמר דבר כזה: 'תפסיקו לשאול על פרטי התהליך שבו מחידק נוצר פיל, כי אני מראה לכם חוק טבע עקרוני שמאפשר גידול וסיבוך' ". כפי שמסביר פרופ' לנצט, בעזרת מנגנוני המוטציות והברירה הטבעית, אותו יצור פשוט שמשכפל את עצמו יכול בהדרגה לפתח עמידות גדולה יותר לתנאי הסביבה ולשפר את היכולת שלו לייצר צאצאים, וכנראה תוך כדי כך גם לפתח את המולקולות הסדרתיות המורכבות האלו. "לדעתי RNA הוא תוצר של אבולוציה ממושכת, לא תנאי מקדים להתרחשות האבולוציה הראשונה".

"בעזרת טיפות השומן האלו הקטנו את הבעייתיות של הפתרון בשלושה סדרי גודל, אם לא בחמישה", הוא מסכם.

שתפו את הכתבה:

כתבות נוספות שעשויות לעניין אותך
הוא נחשב לגאון מתמטי. הבעיה היחידה: כמעט ואין לו מוח

רקפת תבור

מכשיר ה-CT שפותח בראשית שנות ה-70 של המאה הקודמת, אפשר לחוקרים לסרוק את המוח וחולל מהפכה במדע. הגילויים החדשים היו כה...

"איפה אין פרסומות? בחלומות". אז זהו, כבר יש

רקפת תבור

כשנדיר האקרמן, יזם ההייטק הישראלי ומייסד חברת וובוס (WEBOS), נדרש להציג למשקיעים היפנים את המוצר החדש שעליו עובדת...

ההוביטים – דמויות בדיוניות או מין אנושי חי וקיים?

רקפת תבור

המפגש המפתיע אירע לקראת סוף שנות ה-90 באי פלורס שבדרום אינדונזיה – הנמצא לא הרחק מחופיה הצפוניים של אוסטרליה. בארה,...

מדוע מדענים בנאס"א רוצים לשלוח לחוצנים מסר הכולל את מבנה הדי-אן-אי שלנו?

מאיה מזרחי

אם הייתה לכם הזדמנות לתקשר עם חייזרים, מה הייתם אומרים להם? האם הייתם מנסים להתחבב עליהם או...

"מצאנו שיותר מרבע מהבחירות הלאומיות במדינות שונות בעולם הוכרעו על ידי אלגוריתם החיפוש של גוגל. זו עובדה מפחידה"

יאן יקיאלק

ד"ר רוברט אפשטיין, פסיכולוג בכיר ב"מכון האמריקני...

"אתם מה שאתם אוכלים": כיצד מזון יכול להשפיע על המנגנון הגנטי שלנו

רקפת תבור

ברבדוס הוא אי במזרח הקריביים שאוכלוסייתו מתמודדת עם נטייה להשמנה ובעבר התמודדה גם עם רעב. ב-1967...

תמיד חשבנו שאנחנו רואים במדויק את המציאות העכשווית – חוקרי מוח טוענים שהטעו אותנו

רקפת תבור

בשנת 1996 ניתנה לשחקן הפוטבול ארני מילס הזדמנות לנצח משחק בליגת ה-NFL עבור קבוצתו...

"אנחנו עומדים מול משהו ממכר מאוד שסוגר עלינו מכל הכיוונים"

רקפת תבור

כבר מכיתה א' התקשה מתנאל לשבת בשקט במהלך יום הלימודים. בהמשך החלו המורים גם להתלונן שהוא אגרסיבי ומפריע....

שתפו: