Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
תגלית חדשה פורסם: 29 באוקטובר, 2020

טיפות ירוקות וחיות טֶרֶף: רמזים לרב-תאיוּת

תַקצִיר

הסתכלו על השתקפותכם במים. מה אתם רואים? הסתכלו קרוב יותר ויותר, ואפילו עוד יותר. אתם מורכבים ממיליוני תאים. אולם לא תמיד הייתם כך. בואו למסע חזרה בזמן, למעמקי הקיום שלנו, ונראה לכם כיצד חיות טורפות יכלו לשנות את היסטוריית האבולוציה שלכם, אשר הובילה למיליארדי תאים שמסייעים זה לזה וכלואים בתוך יצור חי. אתם!

חזרה בזמן...

לפני כמעט 3.5 מיליארדי שנה, לפני שהיו בני אדם, עצים ואפילו דינוזאורים, הדברים החיים היחידים על פני כדור הארץ היו חד-תאים. ככל שהשנים חלפו התאים האלה התרבו, התחלקו שוב ושוב ומילאו את כדור הארץ בהרבה חד-תאים. הם חיו על האדמה ובים, אולם הם נשארו קטנים מאוד במשך מיליונים ומיליונים של שנים.

אולם אז לפתע פתאום התחילו להופיע יצורים שמורכבים מתאים רבים. כיום אנו רואים את היצורים ה“רב-תאיים” בכל מקום. פשוט הביטו סביבכם – ישנם חתולים וכלבים, סוסים, לטאות, פטריות ועצים. אתם אפילו יכולים לראות אותם כשאתם מסתכלים על ההשתקפות שלכם... העולם מלא בהם.

אולם חכו, בהתחלה היו רק יצורים חד-תאיים פשוטים ואז, לפתע, הם הפכו ליצורים רב-תאיים? מה? מה קרה? מה גרם לחד-תאים ליצור יצור רב-תאי?

האם ידעתם שתאים יכולים להיות חברותיים?

לעיתים תאים חיים לבדם. למעשה, מרבית הזנים שחיים כיום בכדור הארץ הם פשוט חד-תאים, אולם הם כל כך קטנים שאיננו יכולים לראות אותם. האורגניזמים החד-תאיים האלה כוללים חיידקים שאתם יכולים למצוא למשל על ידיים מלוכלכות, ואצות שאתם יכולים למצוא בנהרות. אולם התאים האלה גם יכולים לחיות יחד בקבוצות שיכולות לסייע להם לשרוד [1]. הם יכולים לתקשר זה עם זה, ממש כמו שאנו עושים, וגם לסייע זה לזה למצוא מזון, להגן על עצמם מפני טורפים ולהתרבּוֹת [24]. כאשר הם מסייעים זה לזה, אנו קוראים לכך שיתוף פעולה.

האם תאים יוצרים קבוצות כשנמצאים טורפים בסביבה?

אם ישנוֹ טורף בסביבה, תא מסוים עשוי לעזור לתא אחר על-ידי הידבקות אליו ויצירת קבוצה. הקבוצה הזו עשויה להיות גדולה מדי עבור הטורף, והוא לא יוכל לטרוף אותה – כמו נמר שמנסה לטרוף פיל! באופן הזה, התאים בקבוצה יכולים להגן על עצמם מפני היטרפות.

ערכנו ניסוי כדי לראות אם זה יכול להיות נכון. בחנו אם חד-תאים יוצרים קבוצות כשיש טורפים בסביבה. מחקרים קודמים רמזו שחיות טורפות ואצות חד-תאיות שחיים בנהרות ובבריכות עשויים להיות מערכת מודל טובה. לכן הוספו שלושה טורפים שונים (איורים 1D-F) לשלוש אצות שונות (איורים 1A-C). לאצות האלה אין “רגליים” כך שהן לא ניידות. לדוגמה, לטורף אחד (איור 1D). יש רגליים קצרות שנקראות שׁוֹטוֹנִים. לטורף השני (איור 1E) יש כ-500 “רגליים” על פני השטח שלו, שנקראות ריסים, והטורף הגדול ביותר מִבֵּין השלושה (איור 1F) יכול להזיז את ה“אנטנות” שלו ואפילו את כל גופו.

איור 1 - אצות וטורפים.
  • איור 1 - אצות וטורפים.
  • שלושת זני האצות (A-C) והטורפים (D-F) השונים שהשתמשנו בהם במחקר הזה. הסקאלה מצוינת בראש האיור. מיקרומטר (m) אחד הוא 1/1000 המילימטר. האיור שוחזר ממאמר המקור [1].

כאשר הוספנו כל אחד מהטורפים האלה לאצות שלנו ראינו שהאצות תמיד התקבצו יחד. לעיתים יכולנו אפילו לראות את הקבוצות בעין בלתי מזוינת (איור 2). מה שהיה אפילו יותר מגניב זה שהקבוצות הרב-תאיות האלה הופיעו בכל מיני צורות וגדלים שונים (איור 3).

איור 2 - קבוצות של אצות שהתקבצו בתגובה לנוכחות של טורפים.
  • איור 2 - קבוצות של אצות שהתקבצו בתגובה לנוכחות של טורפים.
  • במכל A לא חשפנו את האצות לטורף. במכל B חשפנו את האצות לטורף. אנו רואים שהאצות במכל B יצרו קבוצות בתגובה לטורף (מוקפות בעיגולים לבנים). האיור שוחזר ממאמר המקור [5].
איור 3 - דוגמאות לקבוצות שנוצרו על-ידי אצות בניסויים שלנו.
  • איור 3 - דוגמאות לקבוצות שנוצרו על-ידי אצות בניסויים שלנו.
  • (A, D) קבוצות שמורכבות מ-3 תאים, (B, C, E) קבוצות שמורכבות מ-4 תאים. הסקאלה מוצגת בפינה ימנית תחתונה של האיור. האיור שוחזר ממאמר המקור [5].

חלקכם אולי זיהה את הבעיה בניסוי הזה. כיצד אנו יודעים האם האצות עצמן יצרו קבוצות, האם תנועת הטורף יצרה את המקבצים האלה או אפילו האם הטורף אכל את החד-תאים והשאיר את הקבוצות בנוזל? כדי לענות על השאלה הזו לקחנו נוזל מהתרבית עם הטורף ולחצנו אותו דרך מכשיר שהסיר את התאים ואת הכימיקלים הגדולים. כל מה שעבר דרך המכשיר היו הרבה מולקולות קטנות – תוצרי הפסולת, או ה“צואה”, של הטורפים. הוספנו את המולקולות הקטנות האלה לאצות וראינו שלעיתים האצות עדיין יצרו קבוצות רב-תאיות. זה אמר לנו שלפעמים אצות יוצרות קבוצות כשהן חושבות שיש טורפים בסביבה. הקבוצות אפילו התפרקו כשהאצות הבינו שאין טורף בסביבה.

כמה שאלות פתוחות על רב-תאיות

אתם עשויים לתהות מדוע אצות יוצרות קבוצות בתגובה לטורפים. האם הקבוצות מגינות עליהן מהיאכלות על-ידי הטורף? או האם הן עדיין נאכלות? האם הן מסוגלות לשרוד בתוך בטנו של הטורף? יש לנו תוצאות מלהיבות לחלוק איתכם בפרסום הבא שלנו. הוא יגיע בקרוב, אז עקבו אחריו!

מילון מונחים

רב-תאי (Multicellular): קבוצה של שלושה תאים או יותר שנמצאים במגע בין תא לתא.

טורף (Predator): אורגניזם שמשיג את מזונו באמצעות הריגה של אורגניזמים אחרים וצריכתם.

שיתוף פעולה (Cooperation): פעולה שמספקת תועלת לפרט אחר (נמען), אשר האבולוציה שלו הייתה תלויה בהשפעה החיובית שלו על הנמען.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

תודות

אנו מודים למועצת המחקר האירופית, למועצה למחקר הסביבה הטבעית, לקרן המלגות המלכותית של יוון, למלגת הקרן לתועלת הציבור על שם Alexander S. Onassis ומלגת הקרן על שם מ A. G. Leventis עבור מימון המחקר שנערך בפרסום המקורי [5].


מאמר המקור

Kapsetaki, S. E., Fisher, R. M., and West, S. A. 2016. Predation and the formation of multicellular groups in algae. Evol. Ecol. Res. 17:651–69. Available online at: http://zoo-web02.zoo.ox.ac.uk/group/west/pdf/Kapsetaki_etal_16.pdf


מקורות

[1] West, S. A., Fisher, R. M., Gardner, A., and Kiers, E. T. 2015. Major evolutionary transitions in individuality. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112:10112–9. doi: 10.1073/pnas.1421402112

[2] Grosberg, R. K., and Strathmann, R. R. 2007. The evolution of multicellularity: a minor major transition? Annu. Rev. Ecol. Evol. S 38:621–54. doi: 10.1146/annurev.ecolsys.36.102403.114735

[3] Koschwanez, J. H., Foster, K. R., and Murray, A. W. 2013. Improved use of a public good selects for the evolution of undifferentiated multicellularity. eLife 2:e00367. doi: 10.7554/eLife.00367.001

[4] Smith, J., Queller, D. C., and Strassmann, J. E. 2014. Fruiting bodies of the social amoeba Dictyostelium discoideum increase spore transport by Drosophila. BMC Evol. Biol. 14:105. doi: 10.1186/1471-2148-14-105

[5] Kapsetaki, S. E., Fisher, R. M., and West, S. A. 2016. Predation and the formation of multicellular groups in algae. Evol. Ecol. Res. 17:651–69. Available online at: http://zoo-web02.zoo.ox.ac.uk/group/west/pdf/Kapsetaki_etal_16.pdf