מה היו החיות הראשונות? קרב הספוג-ג'לי העז שפשוט לא יסתיים

אילו חיות הגיעו קודם? במשך יותר ממאה שנה, רוב העדויות הצביעו על כך שספוגים, מזינים מסננים חסרי תנועה שחסרים שרירים, נוירונים ורקמות מיוחדות אחרות, היו שושלת החיות הראשונות שהופיעו. ואז, ב-2008, מחקר גנומי הצביע על יריבה מגרדת ראש¹: טורפים מסנוורים ושקופים הנקראים ג'לי מסרק, או קטנופורים, עם עצבים, שרירים ותכונות מתוחכמות אחרות.

ג'לי ים עתיק גורם לעץ החיים להתנדנד

המחקר היחיד הזה הצית ויכוח שהשתולל במשך כמעט 20 שנה, ועורר ויכוחים עזים על האופן שבו התפתחה המורכבות בבעלי חיים. אבל אחרי עשרות מחקרים – שחלקם ניתחו וניתחו מחדש את אותם נתונים והגיעו למסקנות שונות – הוויכוח התקבע, אומרים כמה חוקרים.

"היכן שהיה יכול להיות בריא עבור אנשים לעסוק בסקרנות ובעניין במציאת האמת ביחד, זה הפך לקרב", אומרת ניקול קינג, ביולוגית אבולוציונית מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, שהייתה שותפה לכתיבת מאמר בנובמבר האחרון שנחת בזהירות על 'ספוג הצוות'.².

מאז היא ביקשה לחזור בו מהעיתון בגלל פגמים שזוהו לאחר פרסומו, ושוקלת מחדש אם היא רוצה להיות חלק מהדיון בעתיד. מדענים, כולל קינג, טוענים שיש צורך בגישה אחרת: כזו שבה חוקרים משני הצדדים עובדים יחד כדי לענות על השאלה.

רעיונות טריים – וגישות – יזרזו את ההתקדמות, הם אומרים. "אנחנו חייבים לחשוב מחוץ לקופסה", אומר ליאוניד מורוז, מדען מוח מאוניברסיטת פלורידה בגיינסוויל, שעבודתו תמכה בג'לי מסרק כשושלת בשורש עץ המשפחה של בעלי החיים.³.

החיות הראשונות צצות

לפני כ-600 מיליון עד 800 מיליון שנים, הופיעו אורגניזמים שונים בתכלית. במקום להכיל תאים בודדים, כמו כל החיים הקודמים, היצורים הללו נוצרו מתאים מרובים בעלי אינטראקציה. הרב-תאית הצליחה כל כך עד שהיא עוררה פיצוץ בצורות גוף חדשניות ובדרכים חדשות לחוש ולהגיב לסביבות.

בהרף עין אבולוציוני – אולי בתוך עשרות מיליוני שנים – הופיעו חמש קבוצות עיקריות של בעלי חיים. כמו גם אבותיהם של ספוגים וג'לי מסרק של ימינו, היו שם פלקוזואה (המיוצגת כעת על ידי חסרי חוליות ימיים דמויי כתם); קנידיארים (החברים המודרניים בהם כוללים מדוזות ושושנות ים); ובילאטרים שמראים סימטריה של גוף בתמונת מראה בהתפתחות מוקדמת שתוליד חסרי חוליות, כולל כוכבי ים, חלזונות ועכבישים, ובעלי חוליות, כולל בני אדם (ראה 'עץ חיים – עכשיו עם שתי אפשרויות').

עדות מאובנים לבעלי החיים הקדומים ביותר הוא דליל וקשה לפענוח – חלל נקבובי כאן או צינור מסועף שם. זיהוי שושלת החיות הראשונה, יחד עם הידע על צאצאיה המודרניים, היא דרך נוספת להשיג תובנה לגבי היצורים המוקדמים הללו. "הידיעה הזו תגיד לנו משהו, לא הכל, על איך החיות הראשונות האלה אולי נראו", אומר מקס טלפורד, ביולוג אבולוציוני מאוניברסיטת קולג' בלונדון. ביולוגים אבולוציוניים מכנים לפעמים את החיה הראשונה הזו 'האחות' לקבוצות חיות אחרות, משום שהיא חולקת הורה משותף עם כולן.

במשך יותר ממאה שנה, רוב המדענים הציבו את שושלת הספוג בבסיס עץ החיות, בעיקר בגלל שלספוגים של ימינו אין הרבה מהתכונות שמגדירות חיות אחרות, כולל רקמות מיוחדות כמו שריר, עצב ומעי, שנחשבו שהתפתחו מאוחר יותר. "אם עץ הספוג היה נכון, הכל פשוט היה מעדיף ליפול למקומו", אומר טלפורד. אבל כשמדענים פנו לרצף גנום מהיר כדי לאשר את התמונה המבוססת לכאורה, היא התפרקה.

הקרב האפי של הביולוגיה האבולוציונית

קייסי דאן, ביולוג אבולוציוני כעת באוניברסיטת ייל בניו הייבן, קונטיקט, מעולם לא תכנן לפתוח בדיון בן עשרות שנים. אבל הגעתם של טכנולוגיות רצף DNA מהירות וזולות יותר בתחילת שנות ה-2000 נתנה השראה לדן ועמיתיו לבנות את עץ החיים של בעלי החיים באמצעות נתוני גנום – אחד המאמצים הראשונים מסוג זה.

הם ניתחו אלפי רצפי גנים מ-77 אורגניזמים – מספוגים ועד עכבישי ים, ותרנגולות ועד אלמוגים. המחקר היה הראשון שכלל נתוני גנום מסרק-ג'לי, אומר דאן, אבל "כשנכנסנו לזה לא היה לנו מושג שנקבל תוצאה מלבד ספוגים שהם אחות לשאר החיות". המסקנה שלהם משנת 2008 שג'לי מסרק, לא ספוגים, היו קבוצת החיות הראשונה¹ נחת כמו פצצה.

הממצא גרר שני סוגים של תגובות, אומר דאן. אחד מהם היה סקרנות עם ראש פתוח. "אולי החוכמה הנפוצה שנמצאת בפרקים הראשונים של ספרי לימוד זואולוגיה אינה נכונה", הוא אומר. "היתה תגובה נוספת שבה מגוון אנשים אמרו, 'היי, ספוגיות תמיד היו האחות ותמיד יהיו'".

עשרות מאמרים נוספים הגיעו בעקבותיהם, חלקם השתמשו במערכות נתונים חדשות, בשיטות ניתוח שונות או בשניהם. חלקם נתנו תמיכה נוספת בג'לי מסרק בתור השושלת בשורש עץ המשפחה של בעלי החיים, אחרים הקימו מחדש את הספוגים כאחות לכל בעלי החיים האחרים (ראה 'ניירות פינג-פונג'). כתבי עת פרסמו מאמרים, נקודות מבט וניתוחים מומחים אחרים, בעוד שהודעות לעיתונות מוסדיות וסיקור תקשורתי ציירו לפעמים כל התקדמות כמילה האחרונה. "זה נפל לסוג כזה הלוך ושוב של נסיונות להפריך אחד את השני, ואז עם כל הצהרה שאומרת שזאת התשובה", אומר קינג.

בניגוד להשערת הספוג-אחות, המשתלבת היטב עם הפשטות הנראית לעין של הספוגים של ימינו, הנחת ג'לי מסרק בשורש עץ החיות מעלה שאלות חדשות. האחת היא כיצד רקמות מורכבות כמו עצב, שריר ומעי יכלו להיות נוכחות בבעלי החיים הראשונים אך נעדרים בכמה שושלות מאוחרות יותר. אפשרות אחת היא שהרקמות הללו התפתחו לא רק פעם אחת, אלא באופן עצמאי במספר שושלות. אפשרות נוספת היא שתכונות אלה היו נוכחות בבעלי החיים הראשונים, אך אבדו בשושלות מאוחרות יותר, כולל ספוגים. יש ביולוגים שחושבים שאובדן דומה התרחש בשושלת הפלקוזואה, שגם חבריה המודרניים חסרים מערכת עצבים ושרירים.

סכסוך אחותי

שני המחנות נוטים להיפרד לפי משמעת, אומר אנטוניס רוקאס, גנטיקאי אבולוציוני מאוניברסיטת ונדרבילט בנאשוויל, טנסי. לתומכי האחיות הספוגיות יש בעיקר רקע בזואולוגיה ובביולוגיה אבולוציונית-התפתחותית. עבור מדענים אלה, הצבירה ההדרגתית והפיתוח של תכונות מורכבות היו משכנעות.

אלה שמתווכחים על אחות ג'לי מסרק, בינתיים, מאומנים לעתים קרובות בגנומיקה, ופתוחים יותר לרעיון שמורכבות יכולה להתפתח באופן עצמאי, והיא הושגה ואבדה באופן שגרתי. רוקאס מונה את עצמו בקבוצה הזו. "אני לא הולך להגיד שזו התשובה כי אני בסביבה מספיק זמן", הוא אומר.

המאבק להסתכל אחורה

האתגר של לחבר את מקורם של בעלי חיים שהיו קיימים לפני מאות מיליוני שנים באמצעות רצפי גנום מודרניים דומה לזה שעומד בפני אסטרופיזיקאים המבחינים בהיסטוריה המוקדמת של היקום משמי הלילה, אומר רוקאס. "האות נמוך, הוא עבר מרחק רב ויש מספר דברים שיכולים לשחוק את האות הזה."

כדי לקבוע אילו משתי השושלות – ג'לי מסרק או ספוג – נמצאים בשורש עץ המשפחה של בעלי החיים, מדענים מחפשים סימנים למספר הקטן של וריאציות גנטיות שהופיעו בחלון זמן מסוים מאוד: לאחר ששושלת החיות הראשונה התפצלה ולפני שהשושלת הבאה התפצלה. אלו הם כל מה שמבדילים את השושלת הראשונה מענפים עוקבים לפני שכל אחד מתחיל ללכת בנתיב האבולוציוני שלו.

אבל זה מסובך למצוא את האות הגנטי הזה. ייתכן שהחלון נמשך פחות מחמישה מיליון שנים, אומרים חוקרים, פחות מהזמן מאז בני אדם ושימפנזים (פאן טרגלודיטים) חלקו אב קדמון משותף, כלומר לא עבר זמן רב להצטברות שינויים רבים. ועקבות האות התפוגגו במהירות: לאחר ששושלות החיות החלו להתפתח באופן עצמאי, לפני כ-600 מיליון שנה, וריאציות גנים מוקדמות אלו היו הולכות לאיבוד או להסתיר במהירות בין שינויים חדשים יותר לאורך שושלות ספציפיות.

כאשר מחפשים אות כה חלש, החלטות קלות לכאורה יכולות להשפיע רבות על המסקנה. בניתוח 2021⁴למשל, Rokas ועמיתיו גילו שהאם מחקר מגיע למסקנה של אחות ספוג או מסרק-ג'לי-אחות יכולה להיות תלויה באילו בעלי חיים – המכונים קבוצות חוץ – נכללים בניתוח, כמו גם הנחות שונות לגבי האופן שבו רצפי גנים שונים מתפתחים.

"אלה אנשים טובים שמנסים ברצינות לקבל תשובה טובה, אבל החידה היא ממש קשה", אומר הביולוג האבולוציוני שון קרול מאוניברסיטת מרילנד, קולג' פארק.

שינוי נטייה