תַקצִיר
כל הדברים החיים בכדור הארץ מכילים בתוכם קוד ייחודי, בשם דנ“א. מבנה הדנ”א יוצר גֶּנִים, בדומה לצורה שבה ארגון של אותיות יוצר מילים. הגֶּנים מְספּקים לגוף האדם הוראות לתפקוד. עם זה קוד הדנ“א המדויק משתנה בין פרט אחד למשנהו, אפילו כשהפרטים הם בני אותו הזן. אנו מכנים זאת ’מִגוון גנטי’. המגוון הגנטי הוא הגורם להבדלים בצורת המקור של ציפורים; בטעמי העגבניות, ואפילו בצבע השיער של כל אחד ואחת מאיתנו! המגוון הגנטי חשוב, משום שהוא מגביר את סיכויי ההישרדות של הַזַּנים השונים. אולם הוא עלול להיעלם כאשר אוכלוסיות מצטמצמות ונהיות מבודדות יותר, מה שמקטין את יכולֶת הזן להסתגל ולשרוד. במאמר זה נבין את חשיבוּת המגוון הגנטי. נדון בדרך שבה הוא נוצר ונִשמר באוכלוסיות בטבע, בסיבות להיעלמותו ובסכנות הכרוכות בכך, וכן בדברים שביכולתנו לעשות כדי לשמֵּר את המגוון הגנטי.
מדוע כל הדברים וכל האנשים אינם בדיוק אותו הדבר?
כדור הארץ מאכלֵס מיליוני זנים שונים שנראים אחרת זה מזה. בעוד שישנם זנים הדומים זה לזה יותר מלאחרים, כמו למשל אריות וטיגריסים, עדיין קיימים ביניהם הבדלים. אפילו בתוך אותו זן ישנם פרטים דומים, אך לא זהים. ביטויי השוני והדמיון נובעים מריבוי הבדלים קטנים בין הגֶּנִים של הפרטים. לכל האורגניזמים יש דנ”א, והדנ“א של כל פרט מסודר בגֶּנים. אלו מכילים את ההוראות לבניית הגוף, בדומה לשילוב האותיות לכדי מילים, שבתורן, יוצרות סיפור. ניתן להסתכל על הדנ”א כעל אותיות, על גֶּנים כמילים, ועל ההוראות שהם מְספקים כעל סיפור. הבדלים קטנים בדנ“א עשויים להפוך עיניים כחולות לירוקות, או כנפיים של פרפר משחורות ללבנות, כפי שמילה יכולה להשתנות כשמחליפים בה אות.
שילוב ההבדלים בדנ”א של כל הפרטים בזן מסוים יוצר את המגוון הגנטי של אותו הזן. מגוון גנטי הוא הגורם להבדלים במאפיינים השונים של הפרטים. ניתן לראות זאת אפילו במוצרים שאנו צורכים. כך, למרות שכל העגבניות שייכות לאותו הזן, הרי שהן מגוונות מאוד – הָחֵל בעגבניות לב השור הענקיות, וכָלֶה בעגבניות שֶׁרִי קטנטנות. יש גם מאות סוגים של תפוחי עץ (איור 1) במִּנְעָד שבין אדומים לירוקים, חמצמצים למתוקים, ואפילו תפוחים שבשרם ורוד! המגוון הגנטי הוא שגורם לסוגי העגבניות הללו להיראות שונים מאוד זה מזה, וכך גם למינֵי התפוחים [1]. ניתן לראות מגוון גנטי גם בחיות. לדוגמה, ישנם כלבים גדולים מספיק כדי לסחוב מזחלות, ולעומתם ישנם כלבים כה קטנים שממדיהם מאפשרים להם לָשֶׁבֶת בנוֹחוּת בחיקכם. כל הכלבים הם מאותו הזן, אך נראים שונים הודות למגוון הגנטי! על אף שלעיתים קרובות קשה יותר לראות זאת, ישנהּ חשיבוּת רבּה ביותר למגוון הגנטי גם בקֶרֶב חיות פרא וצמחי בר.
- איור 1 - דוגמה למגוון גנטי במזון שאנו אוכלים.
- כל התפוחים הללו משתייכים לזן אחד. אָלֶלִים (רְאוּ להלן בהמשך המאמר ובמילון המונחים) שונים של גֶּנים האחראים על צבע התפוחים, גורמים להם להיות ירוקים, צהובים, אדומים או כמעט סגולים. הבדלים באָלֶלִים השולטים בטעם התפוחים יוצרים טעם שונה המאפיין כל אחד מהסוגים.
כיצד המגוון הגנטי נוצר?
שינויים המתחוללים בדנ“א של הפְּרט מכונים מוּטַצְיוֹת (איור 2). מוטציות עשויות להיווצר כאשר מתרחשות טעויות בעת שהדנ”א מועתק, בדומה לביצוע טעות איוּת כשמעתיקים מילה. המוטציות הללו מרכיבות את המגוון הגנטי של זן מסוים. במרוצת הדורות מתרחשות יותר ויותר טעויות המובילות למוטציות נוספות. רוב המוטציות אינן מזיקות או שאין להן כלל השפעה. לעיתים מוטציות יכולות לגרום לשינויים מועילים עבור הזן. לפרטים בעלי מוטציות מועילות עשוי להיות סיכוי טוב יותר לשרוד, וכתוצאה מכך הם עשויים ללדת יותר צאצאים [2]. תופעה זו מכונה הסתגלוּת, ונרחיב עליה בהמשך. כאשר אם ואב מולידים צאצאים, הדנ“א של התינוק הוא שילוב של הדנ”א של ההורים. לצאצאים יש שני עותקים של כל גֶּן בדנ“א שלהם – אחד מכל הורה. עותקים של אותו הגֶּן עם מוטציות שונות נקראים אָלֶלִים. כשהאב מייצר זֶרַע והאם מייצרת ביצית, האָלֶלים של כל הורה מתערבבים ומשתלבים מחדש, ורק אָלֶל אחד מכל גֶּן מגיע לכל תא זרע או תא ביצית. כאשר אללים מהאם ומהאב, שעברו ערבוב מחדש, משתלבים בזמן שהזרע והביצית מתחברים, תערובות חדשות של אללים נוצרות בצאצאים [2, 3]. ערבוב האללים מאפשר שילובים חדשים של מוטציות ושל מאפיינים, המעשירים את המגוון הגנטי של הזן (איור 2).
- איור 2 - מגוון גנטי – היווצרות, היעלמות ושימור.
- (A) מגוון גנטי מתהווה כאשר מוטציות יוצרות אָלֶלים חדשים במרוצת הזמן. ערבוב האללים של ההורים יוצר שילובים חדשים של אללים בצאצאיהם. אורגניזמים המסוגלים לשכפל את עצמם, כמו חיידקים, יכולים להעביר אללים זה לזה. כל נקודת צבע מייצגת אלל שונה. מקרא (מלמעלה למטה ומשמאל לימין): Generation = דור; Sexual reproduction and recombination = רבייה מינית ושִׁחְלוּף; Male = זכר; Female = נקבה; Baby = תינוק; Time = זמן; Mutations = מוטציות; Gene transmission (bacteria) = העברה גֶּנית (של חיידקים). (B) המגוון הגנטי עלול להיעלם כאשר אובדן בית הגידול מחלֵּק את האוכלוסייה, או כאשר בניינים או כבישים ראשיים מבודדים אותה. מקרא: Loss = אובדן; Reduced population size = הפחתה בגודל האוכלוסייה; Habitat fragmentation = ריסוק בתי הגידול. (C) כדי לעזור לזן לשמֵּר את המגוון הגנטי שלו, ניתן ליצור אזורים מוגנים שבהם פרטים מאוכלוסיות שונות יכולים לנדוד ולהפיץ את הגֶּנים שלהם. מקרא: Maintenance = תחזוקה; Dispersal = תפוצה; Wildlife corridor = מסדרון אקולוגי.
לא כל הזנים זקוקים לאם ולאב כדי להוליד תינוק. חיידקים מסוגלים לשכפל את עצמם (איור 2), ולהעביר את האללים שלהם ישירות מההורה לשכפול הזהה שלו [3]. כל טעות שמצויה בדנ”א של ההורה, תעבור לשכפול שלו. באופן מדהים, חיידקים יכולים גם להעביר אללים זה לזה, אפילו אם אינם מקורבים! זו דרך ייחודית שבה זן פשוט כמו חיידק יכול להגביר את המגוון הגנטי שלו, בלי להסתמך על ערבוב אללים מאם ואב [4].
מדוע המגוון הגנטי חשוב?
כאשר ישנם הבדלים רבים בדנ“א של זן מסוים, ניתן לומר שהמגוון הגנטי שלו רחב [2]. בזנים כאלה, ישנן מוטציות רבות בדנ”א הגורמות להבדלים בנראוּת הפרטים, כמו גם להבדלים במאפיינים חשובים שאין ביכולתנו לראותם [2]. זה מכונה הסתגלות, שאותה הזכרנו קודם לכן. לדוגמה, זנים מסוימים של תפוחים יכולים לגדול בצורה טובה יותר בסביבות חמות יותר, הודות לגֶּנים שלהם. ריבוי המאפיינים בזנים בעלי מגוון גנטי רחב, משמעוֹ שיש להם סיכוי טוב יותר להתמודד בהצלחה עם השינויים בסביבתם. סיפורו של העָשׁ המנוקד (peppered moth) בתקופת המהפכה התעשייתית מהווה דוגמה טובה לכך [4]. המגוון הגנטי הטבעי בקֶרֶב זן זה הוביל לכך שפרפרי עשׁ שונים הציגו צבעי כנפיים שונים, מבּהירים ועד לכהים. לפני המהפכה התעשייתית, עשׁים מנוקדים בעלי כנפיים בהירוֹת היו נפוצים יותר, כיוון שההסוואה שלהם הייתה המיטבית על רקע גזעֵי העצים הלבנים. המהפכה התעשייתית גרמה לזיהום אוויר גבוה שהֵחֵל לכסות את גזעי העצים והפך אותם שחורים. עשים בעלי כנפיים בהירות כבר לא יכלו להסוות את עצמם והפכו טֶרֶף לציפורים, אך העשים בעלי הכנפיים הכהות הצליחו כעת להתחבא! כך, לעשים הכהים היה יתרון שהקנה להם סיכוי רב יותר לִחיות מספיק זמן כדי לייצר צאצאים. גם הצאצאים של העשים הכהים היו כהים, הודות לאללים שירשו מהוריהם, ולכן אף להם היה סיכוי גבוה יותר לשרוד. העשים הכהים הסתגלו טוב יותר למצב, וכתוצאה מכך היו לנפוצים יותר [4].
מה קורה כשהמגוון הגנטי מצומצם?
כאשר ישנן מוטציות מעטות בדנ“א של זן כלשהו, המגוון הגנטי של אותו זן נחשב מצומצם [2]. משמעות הדבר היא שיש מגוון מוגבל של אללים עבור גנים בתוך אותו הזן, ולכן אין הבדלים רבים בין הפרטים. ההשלכה של מצב דברים זה עשויה להיות פחות הזדמנויות להסתגל לשינויים סביבתיים. מגוון גנטי מצומצם מתרחש לעיתים קרובות בשל אובדן בית גידול. למשל, כאשר בית הגידול של זן מסוים נהרס או מתפצל לשטחים קטנים, האוכלוסיות נהיות קטנות. אוכלוסיות קטנות ומופרדות עשויות להוביל למצב של אובדן מגוון גנטי כיוון שיש פחות פרטים המסוגלים לשרוד בבית הגידול הנותר, ולכן ישנם פחות פרטים שמתרבים ומעבירים הלאה את האללים שלהם. באוכלוסיות קטנות, מבחר בני הזוג אף הוא מוגבל; במרוצת הזמן כל הפרטים יהיו מקורבים וייאלצו להזדווג עם בני משפחתם. תופעה זו מכונה רְבִיַּת שְׁאֵרִים. פרטים מזנים כאלה לעיתים קרובות נושאים בגנים שלהם שני אללים זהים, כיוון ששני הוריהם העבירו אליהם אותו גֶּן. אם באלל זה יש מוטציה מזיקה, ייתכן שהצאצא לא יהיה בריא. תופעה זו מכונה כֶּשֶׁל שְׁאֵרִים [2].
אם המגוון הגנטי מצטמצם מדי, הזן עלול להיכחד ולהיעלם לעד. דבר זה מתרחש בשל השְׁפעות משולבות של כֶּשֶׁל שארים ושל כֶּשֶׁל בהסתגלות לסביבה. במקרים כאלו, הכנסה של אללים חדשים עשויה להציל אוכלוסייה שלמה. פעולה זו מכונה הצלה גנטית [2]. בשנות ה-90’ של המאה הקודמת, מדעני שימור ביולוגי נאלצו להשתמש בהצלה גנטית כדי להציל את פּוּמַת פלורידה, שעמדה בפני סכנת הכחדה בשל מגוון גנטי מצומצם (איור 3) [5]. נשארו מעט מאוד פומות מזן זה, והמגוון הגנטי שלהן היה מצומצם ביותר. רבים מצאצאי פומת פלורידה היו חולים בשל כשל שארים. ההצעה שעמדה על הפרק הייתה להביא פומה דומה מאוד עם מגוון גנטי רחב, שחייתה בטקסס. וכך, פומות מטקסס הובאו לפלורידה במטרה לזווגן עם הפומות המקומיות. באופן זה המגוון הגנטי גדל, הודות לעירוב האללים שבו דנו קודם לכן. זמן לא רב לאחר הגעַת הפומות מטקסס נולדו גורים בריאים רבים [5].
- איור 3 - תהליך ההצלה הגנטית של פומת פלורידה.
- (A) בעבר, אוכלוסיית פומת פלורידה הייתה נפוצה, ובעלת מגוון גנטי גבוה. (B) ציד ואובדן בית הגידול הפחיתו את גודל האוכלוסייה של זן זה, מה שהוביל למגוון גנטי נמוך ולרביית שארים. (C) שמונה נקבות מזן פומת טקסס הועברו לפלורידה כדי לזווגן עם זכרים מזן פומת פלורידה. (D) כאשר זה התרחש, אללים חדשים נכנסו לאוכלוסייה, וסייעו לאוכלוסיית פומת פלורידה להפוך גדולה יותר ובריאה יותר לאורך הזמן. מקרא (מלמעלה למטה ומימין לשמאל): (A) אוכלוסיית פומת פלורידה נקטעת – פומת פלורידה (Puma concolor) – בית הגידול ההיסטורי של פומת פלורידה לפני 1900 – בשנות ה-80’ של המאה הקודמת, בית הגידול מוגבל לאזור קטן יותר בארה”ב. (B) צמצום האוכלוסייה מוביל לרביית שארים – האוכלוסייה המקורית מתאפיינת במגוון גנטי גבוה – האוכלוסייה שמתפתחת בעקבות רביית שארים מתאפיינת במגוון גנטי נמוך – רביית שארים מובילה לבעיות בריאותיות. (C) הצלה גנטית באמצעות גֶּנים של פומת טקסס – פרטים מפומת טקסס מתרבים עם פרטים מפומת פלורידה – נולדים גורי תערובת. (D) המגוון הגנטי עולה בקֶרֶב האוכלוסייה המעורבת – אוכלוסייה בריאה מתאפיינת שוב במגוון גנטי גבוה. Years = שנים.
מה קורה למגוון הגנטי ברחבי העולם?
אנו שומעים רבות על אודות אובדן זנים בעולם, אך בד בבד אנו עדים לאובדן המגוון הגנטי גם בקֶרֶב הזנים. מספר האנשים ההולך וגדל על פני כדור הארץ, והשימוש הגובר שלנו במשאבים טבעיים, צִמצמו את מרחב המחיה של חיות הבר ואת המשאבים הזמינים להן. במרוצת הזמן, אוכלוסיות רבות של חיות בר ושל צמחי בר הפכו קטנות יותר או מבודדות יותר. זנים רבים עברו גם הכחדה מקומית. דבר זה הוביל לאובדן כלל-עולמי של מגוון גנטי. מדענים סבורים כי מאז המהפכה התעשייתית, המגוון הגנטי בקֶרֶב זנים ברחבי העולם הצטמצם בשיעור של עד 6% [6]. המשמעות היא שיכולֶת ההסתגלות של זנים רבים פחותה כאשר הם עומדים בפני אתגרים חדשים כמו שינויי אקלים, זיהום ומחלות חדשות. אם חלק גדול מדי מהמגוון הגנטי אובד, בריאותם של עוד ועוד זנים נפגעת, ואותם זנים זקוקים לפעולות שימור, בדומה לפומת פלורידה. עם זה ניתן לנקוט בכמה צעדים כדי לשמֵּר את המגוון הגנטי ולשקֵּם אותו בקרב זנים רבים.
כיצד ביכולתנו לבלום את אובדן המגוון הגנטי?
אנו מוכרחים לשמֵּר את המגוון הגנטי ולהגן עליו. ניתן לעשות זאת באמצעות שימור אוכלוסיות הבר הנותרות [2]. נוכל להשתמש במשאבים טבעיים ובגשרים לַטֶּבַע כדי לחבֵּר מחדש אוכלוסיות שהופרדו על ידי הערים שבָּנינו והכבישים המהירים שסללנו. אנו גם יכולים לשקֵּם בתי גידול, וכך לאפשר לאוכלוסיות של חיות הבר להתרבּוֹת. לפעמים ביכולתנו אפילו להסיר גורמים מלחיצים ומזיקים כדי שהאוכלוסיות יוכלו לגדול חזרה בצורה טבעית. באפשרותנו גם להחזיר לבתי גידול זנים שחיו בהם בעבר, ונעלמו. כשנוקטים באסטרטגיות הללו בו בזמן, הן עשויות לסייע לנו לעצור את אובדן המגוון הגנטי. חשוב להגֵן על המגוון הגנטי כיוון שהוא תנאי יסוד לבריאותם של הזנים השונים. זנים בריאים הכרחיים לבריאות האדם ולבריאות עולמנו!
מילון מונחים
גֶּן (Gene): ↑ מִקְטַע דנ“א המכיל הוראות לתכונה מסוימת.
מגוון גנטי (Genetic Diversity): ↑ הגיוון הכולל בדנ”א של פרטים מאותו זן.
מוטציה (Mutation): ↑ שינוי בדנ“א של אורגניזם. השינוי יכול להתרחש באות בודדת, או בהיקף גדול בהרבה – להתרחש בכמה מאות אותיות בו בזמן.
הסתגלות (Adaptation): ↑ תהליך השינוי שֶׁזַּן עובר במטרה לשרוד בסביבתו בצורה טובה יותר.
אָלֶלִים (Alleles): ↑ גרסאות שונות של גֶּן הנגרמות על ידי מוטציות. לזנים רבים יש שני אללים לכל גן – עותק אחד מכל הורה.
רְבִיַּת שְׁאֵרִים (Inbreeding): ↑ רבייה בין פרטים בעלי קִִִרבה משפחתית גבוהה מתרחשת בדרך כלל כאשר האוכלוסיות קטנות, וישנן מעט אפשרויות להזדווגות. צאצאים של רביית שארים לרוב פחות בריאים.
כֶּשֶׁל שְׁאֵרִים (Inbreeding Depression): ↑ לצאצאי רביית שארים הורים משותפים או סבים משותפים, וישנוֹ סיכוי רב יותר שלצאצאים יהיו עותקים זהים של גֶּנים. אם הגנים הללו מכילים מוטציות מזיקות, יהיה להן ביטוי והן יובילו לבריאות ירודה של הצאצאים.
הצלה גנטית (Genetic Rescue): ↑ אסטרטגיית שימור שבמסגרתה מכניסים פרטים חדשים לאוכלוסייה מסוימת במטרה להגדיל את המגוון הגנטי ולשפר את בריאות האוכלוסייה.
הצהרת כלי בינה מלאכותית
טקסט חלופי הנלווה לאיורים במאמר זה נוצר על ידי פרונטירז בסיוע כלי בינה מלאכותית, ונעשו מאמצים על מנת להבטיח את דיוקו, כולל בדיקה על ידי כותבי המאמר כאשר הדבר התאפשר. אם ברצונכם לדווח על בעיה, אנו צרו איתנו קשר.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כל המחקר נערך בהעדר כי קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מקורות
[1] ↑ Meyer, R., and Purugganan, M. 2013. Evolution of crop species: genetics of domestication and diversification. Nat. Rev. Genet. 14:840–52. doi: 10.1038/nrg3605
[2] ↑ Frankham, R., Ballou, J. D., and Briscoe, D. A. 2002. Introduction to Conservation Genetics. Cambridge: Cambridge University Press. p. 617.
[3] ↑ Emamalipour M., Seidi K., Zununi V. S., Jahanban-Esfahlan A., Jaymand M., Majdi H., et al. 2020. Horizontal gene transfer: from evolutionary flexibility to disease progression. Front. Cell. Dev. Biol. 8:229. doi: 10.3389/fcell.2020.00229
[4] ↑ Cook, L. M., and Saccheri, I. J. 2013. The peppered moth and industrial melanism: evolution of a natural selection case study. Heredity 110:207–12. doi: 10.1038/hdy.2012.92
[5] ↑ Johnson, W. E., Onorato, D. P., Roelke, M. E., Land, E. D., Cunningham, M., Belden, R. C., et al. 2010. Genetic restoration of the Florida panther. Science. 329:1641–5. doi: 10.1126/science.1192891
[6] ↑ Leigh, D. M., Hendry, A. P., Vázquez-Domínguez, E., and Friesen, V. L. 2019. Estimated six per cent loss of genetic variation in wild populations since the industrial revolution. Evol. Appl. 12:1505–12. doi: 10.1111/eva.12810