דג הריאה הוא אגרן כפייתי של זבל גנטי - ועכשיו זה משתלם לאנושות

אפרת הוא יזם ובעל חברות בתחום האנרגיה הירוקה וחובב טבע. במדור "תרבות חיות" הוא כותב על התנהגותם של בעלי החיים.

במשך עשורים, מדענים הביטו בדג הריאה הדרום-אמריקאי (Lepidosiren paradoxa) בתערובת של כבוד ותסכול. מצד אחד, מדובר ב"מאובן חי"- יצור שנראה כמעט בדיוק כפי שנראו אבותיו לפני מאות מיליוני שנים, ומצד שני, המטען הגנטי שלו היה כה עצום ומסורבל, שעד לאחרונה היה פשוט בלתי אפשרי לפענח אותו. כעת, פריצת דרך טכנולוגית חשפה את הגנום הגדול ביותר שרוצף אי פעם בעולם בעלי החיים, והתוצאות משנות את הדרך שבה אנחנו מבינים אבולוציה.

● המפגש הבלתי צפוי עם הפומה לימד את הפינגווין לחשוש לא רק מהים, אלא גם מהיבשה
● כמו חזירי הבר והצבועים: החיות שגילו את היתרונות של העיר - ובייתו את עצמן

דג הריאה הוא יצור מוזר לכל הדעות. הוא חי במים מתוקים, אך בניגוד לרוב הדגים, יש לו ריאות מתפקדות המאפשרות לו לנשום אוויר אטמוספרי - ממש כמו כל היצורים החיים על היבשה. תכונה זו חיונית עבורו, היות שהוא חי בביצות ובנהרות שבהם רמות החמצן עלולות לצנוח. כאשר מקור המים שלו מתייבש, הוא מסוגל להתחפר בבוץ, להוריד את קצב חילוף החומרים שלו ולשרוד חודשים ארוכים במצב של תרדמת.

אך חשיבותו האמיתית של דג הריאה אינה בכושר ההישרדות שלו, אלא במיקומו על עץ האבולוציה.

דגי הריאה הם "קרובי המשפחה" החיים הקרובים ביותר לבעלי החוליות בעלי ארבע רגליים - הטטרופודים, אותה קבוצה הכוללת דו-חיים, זוחלים, ציפורים ויונקים (כולל בני אדם). הבנת הגנטיקה שלהם היא למעשה הצצה אל העבר הרחוק, אל אותה נקודה שאפשרה לחיים לצאת מהאוקיינוס ולהתחיל לנוע ביבשה.

כרומוזום אחד יותר גדול מהגנום האנושי כולו

כדי להבין את גודל התגלית, צריך להסתכל על המספרים. הגנום האנושי מורכב מ-3.2 מיליארד "אותיות" (בסיסי DNA). זה נשמע המון, עד שמשווים אותו לדג הריאה הדרום-אמריקאי, שהגנום שלו מכיל כ-91 מיליארד בסיסים.

במילים אחרות: אם היינו מדפיסים את הגנום של דג הריאה על דפים וכורכים אותם לספרים, הספרייה הזו הייתה גדולה פי 30 מזו של האדם. למעשה, כרומוזום אחד של הדג הזה גדול יותר מכל הגנום האנושי כולו.

השאלה המתבקשת היא כמובן למה. האם דג הריאה הוא יצור מורכב פי 30 מאדם? התשובה היא לא. המורכבות של יצור חי לא נקבעת לפי כמות ה-DNA שלו, אלא לפי האופן שבו הוא מנוצל.

הסיבה העיקרית לנפח הקיצוני הזה היא מה שמדענים מכנים "אלמנטים ניידים", המוכרים גם כ"גנים קופצים". אלו הם מקטעי DNA שמשכפלים את עצמם ומשתבצים מחדש במקומות שונים בגנום. ברוב בעלי החיים, קיימים מנגנונים ביולוגיים שמרסנים את ה"טרמפיסטים" הללו כדי שלא יגרמו נזק, או במילים אחרות - מרוקנים את הזבל.

אלא שאצל דג הריאה, המנגנונים הללו פשוט הפסיקו לעבוד בצורה יעילה.

במשך מיליוני שנים, הגנום שלו הלך ותפח כתוצאה מהצטברות של "DNA זבל" (מקטעים שאינם מקודדים לחלבונים). בעוד שחיות אחרות עברו "דיאטה" גנטית במהלך האבולוציה כדי לשמור על יעילות, דג הריאה פשוט המשיך לאגור עוד ועוד חומר גנטי, בלי לנקות אחריו.

כן, דג הריאה הוא פשוט אגרן כפייתי של זבל גנטי.

גנום ענק אינו בהכרח "חיסרון" אבולוציוני

הפענוח של הגנום המסיבי הזה אינו רק תרגיל בסטטיסטיקה. הוא מספק תשובות לשאלות עתיקות. ראשית, בנוגע למעבר ליבשה: החוקרים זיהו בגנום שלו את הגנים האחראים לפיתוח הריאות ולמבנה הסנפירים הבשרניים, שהפכו מאוחר יותר לזרועות ולרגליים.

שנית, גמישות גנטית: התגלית מראה שגנום ענק אינו בהכרח "חיסרון" אבולוציוני. דג הריאה שרד הכחדות המוניות שחיסלו את הדינוזאורים, עידני קרח ותמורות גדולות, מה שמעיד שהמטען העודף שלו לא הפריע לו לשגשג בסביבתו ולשרוד עד ימינו אנו בגלגולים רבים.

היכולת לרצף 91 מיליארד בסיסים היא עדות לכוחם של המחשבים והאלגוריתמים המודרניים. עד לפני חמש שנים, משימה כזו הייתה נחשבת למדע בדיוני. כעת, כשיש לנו את "הספר" המלא של דג הריאה, מדענים יכולים להתחיל להשוות אותו לדו-חיים כמו הסלמנדרה (שגם לה גנום ענק) ולנסות להבין מהו הגבול העליון של ה-DNA בטבע.

דג הריאה מזכיר לנו שהאבולוציה אינה תמיד קו ישר של התייעלות. לפעמים היא דווקא מסלול של צבירה, של ניסוי וטעייה, ושל יצורים משונים שנושאים בתוכם היסטוריה גנטית כבדה ומפוארת שמחברת אותנו אל העבר הרחוק ביותר של כדור הארץ. למזלנו, בני האדם, החליט אותו יצור משונה לפני 400 מיליון שנה שהספיקה לו הסביבה הימית והגיע הזמן לצאת קצת לחקור את היבשה.