עד כמה אנחנו קרובים ליום שבו נחזיר לחיים דינוזאורים וממותות? [מדע פופולארי]

יש לנו את הכלים להשיב חזרה לחיים בעלי חיים שנכחדו. הנה כיצד מדענים מתכננים לעשות זאת

(תמונה: מדע פופולארי)

(תמונה: מדע פופולארי)

הכתבה פורסמה לראשונה במגזין Popular Science ישראל בגיליון 254 שראה אור ביוני 2015 ונכתבה על ידי בת׳ שפירו.

השימוש הראשון במונח “השבה מהכחדה” היה, עד כמה שאני יכול לומר, בתחום המדע הבדיוני. בספרו משנת 1979 The Source of Magic, פייר אנתוני (Piers Anthony) מתאר חוקר שפתאום מוצא את עצמו בחברתם של חתולים, אשר עד אותו הרגע חשב שהם מזן שנכחד.

אנתוני כותב, “[החוקר] פשוט עמד שם ובהה בשיבה מהכחדה הפתאומית הזאת, ללא יכולת לנסח את משמעות העניין״. אני מתארת לעצמי שכך בדיוק רבים מאתנו היו מגיבים למפגש הראשון שלהם עם גרסה חיה של משהו שחשבנו שנכחד.

המחשבה ששיבה מהכחדה עשויה להיות אפשרית – שהמדע יוכל להתקדם עד לנקודה שבה הכחדה אינה נצחית – היא גם מרגשת וגם מבעיתה, אפילו בשבילי. אני ביולוגית, ואני מלמדת וגם מנהלת מעבדת מחקר באוניברסיטת קליפורניה שבסנטה קרוז. המעבדה שלי מתמחה בתחום ביולוגי שנקרא DNA עתיק. אנחנו ומדענים אחרים העובדים בתחום הזה מפתחים כלים לבידוד רצפי DNA מעצמות, שיניים, שיער, זרעים ורקמות אחרות של אורגניזמים שהיו פעם בחיים. אנחנו משתמשים ברצפים האלה כדי לחקור אוכלוסיות עתיקות. ה-DNA שאנחנו מפיקים מהשארים האלה הוא ברובו במצב נוראי, כך שלא נופתע אם נגלה שהוא בן 70,000 שנה.

במהלך הקריירה שלי חקרתי DNA של מגוון בעלי חיים נכחדים, כולל הדודו האפור, דובי ענק, ביזון ממין Bison priscus, גמלים צפון אמריקאיים וחתולים בעלי ניבי חרב. על ידי חיבור יחד של רצפי ה-DNA שמרכיבים את הגנומים האלה, אנחנו יכולים ללמוד כמעט הכול על ההיסטוריה האבולוציונית של בעל חיים מסוים: כיצד ומתי המין שאליו הוא השתייך התפתח לראשונה, כיצד התמודדה האוכלוסייה במקומות החיות שלו עם שינויי האקלים במהלך עידני הקרח, וכיצד עיצבה הסביבה שבה הוא חי את מראהו החיצוני ואת ההתנהגויות שהגדירו אותו. אני מרותקת ופעמים רבות נדהמת ממה שאנחנו יכולים ללמוד על העבר פשוט על ידי טחינת חתיכת עצם והפקת DNA ממנה. עם זאת, ללא קשר לכמה אני נרגשת לנוכח התוצאות האחרונות שלנו, השאלה הנפוצה ביותר שאני נשאלת בנוגע אליהן היא “האם זה אומר שאנחנו יכולים לשבט ממותה?”

״ומשום מה, תמיד אנחנו נשאלים על הממותה״

הבעיה עם השאלה הזאת היא שהיא יוצאת מתוך הנחה שכיוון שאנחנו יכולים ללמוד את רצף ה-DNA של מין נכחד, אנחנו יכולים להשתמש ברצף הזה כדי ליצור שיבוט זהה. למרבה הצער, זה רחוק מהאמת.
כדי לשבט את הכבשה דולי ב-1996, הסירו מדענים במכון רוזלין, שהוא חלק מאוניברסיטת אדינבורו בסקוטלנד, חתיכה קטנה של רקמת שד מכבשה בוגרת. הם השתמשו ב-DNA שבתאים האלה כדי ליצור שיבוט מדויק של הכבשה. התהליך הזה נקרא השתלת גרעין תא סומטי (somatic cell nuclear transfer – SCNT), או בפשטות, השתלת גרעין. אבל עבור בעלי חיים שנכחדו לפני זמן רב – היונה הנודדת, הדודו, הממותה – שיבוט באמצעות השתלת גרעין אינו אפשרות מעשית. לשם כך נדרשים תאים שלא ניזוקו. לא נמצאו תאים כאלה בשארים של מינים נכחדים מעידן הקרח.

התפרקות DNA תאי מתחילה מיד לאחר המוות. תאים של בני אדם ובעלי חיים מכילים אנזימים שתפקידם לפרק את ה-DNA. האנזימים האלה, הנקראים נוקלאזות, נמצאים בתוך תאים, בדמעות, ברוק, בזיעה ואפילו בקצות האצבעות שלנו. הנוקלאזות חיוניות בעודנו בחיים. הן משמידות פתוגנים פולשים לפני שהם יכולים לגרום נזק. הן מסירות DNA פגום כדי שהתאים שלנו יוכלו לתקן את מה שהרוס. אחרי שהתאים שלנו מתים, הן מפרקות את ה-DNA בתאים המתים האלה כדי שהגוף שלנו יוכל להיפטר מהם בצורה יעילה יותר. במעבדה, אנחנו עוצרים את הנוקלאזות מלפרק את ה-DNA שאנחנו מנסים לבודד, על ידי הטבלת דגימה טרייה בתמיסה של מעכבים כימיקליים או על ידי הקפאה מהירה. האזור הארקטי הוא מקום קר, אבל הוא לא יכול להקפיא משהו בגודל של ממותה צמרית מהר מספיק כדי להגן על ה-DNA שלה מפירוק.

בקרוב בגן החיות הקרוב לביתכם? (תמונה: flickr, cc-by, Mike Shaver(

בקרוב בגן החיות הקרוב לביתכם? (תמונה: flickr, cc-by, Mike Shaver)

פרט להשתלת גרעין, המסלול השני ליצירת אורגניזם חי מזכיר באופן מצמרר את הסרט פארק היורה. כפי שסביר שקורה בפרויקטים אמתיים של השבה מהכחדה, מדעני פארק היורה הצליחו לשחזר רק חלקים מהגנום של הדינוזאור – במקרה שלהם, מדם יתוש שהשתמר בענבר. כשהם נתקלו במרווחים בגנום של הדינוזאור, הם השתמשו ב-DNA של צפרדעים כדי להשלים את הרצף. למרבה הצער, הם לא יכלו לדעת מראש אילו מקטעי ה-DNA יסייעו לגרום לדינוזאור להיראות ולהתנהג כמו דינוזאור, ואילו מהם חסרי חשיבות. אנחנו יכולים להניח שהמדענים הבדיוניים האלה קיוו שהחורים שהם מילאו היו בעיקרם אזורים חסרי חשיבות. אבל הם כמובן טעו, וחלק מה-DNA של הצפרדעים אפשר לדינוזאורים ששבו מהכחדה לשנות את מינם באופן פלאי, עובדה שהובילה לאסון ולמיליארד דולר הכנסות בקופות בתי הקולנוע ברחבי העולם.

במדע האמתי של השבה מהכחדה, התכנית היא לקבוע אילו חלקים של הגנום חשובים בגרימה למינים נכחדים להיראות ולהתנהג כפי שהם היו. אז היינו מוצאים את החלקים התואמים של הגנום אצל קרוב משפחה חי, חותכים מקטעי מפתח ומחליפים אותם עם גרסאות מהמינים הנכחדים.

קל יותר להגיד מאשר לעשות

האב המשותף לממותות, הפילים האסיאתיים והפילים האפריקאים, חי לפני כשישה מיליוני שנים. פירוש הדבר הוא שהממותה בילתה מיליוני שנים רבים של התפתחות בנפרד. חלק מהמקטעים הקשים ביותר להרכבה בגנום של הממותה יהיו אלה ששינו את הממותות מאז שהן נפרדו מהפילים. למטרות ההשבה מהכחדה יהיה כנראה הכי חיוני לבצע את הרצפים האלה נכון. למרבה המזל, אנחנו לא צריכים לשבט ממותה כדי להחיות מאפיינים והתנהגויות של ממותה. אנחנו יכולים, לדוגמה, ללמוד את רצף ה-DNA שגרם לממותה להיות שְׂעירה, ואז לשנות את הגנום של פיל חי כדי ליצור פיל שעיר יותר. ברור שהחייאת מאפיין של ממותה היא לא אותו הדבר כמו השבת ממותה לחיים, אבל זה צעד בכיוון הזה.

מדענים יודעים היום הרבה יותר ממה שהם ידעו אפילו לפני עשור, כיצד לתפעל תאים, ואיך לרצף את הגנומים של בעלי חיים נכחדים, ולהנדס את הגנומים של אלה החיים. שלוש הטכנולוגיות האלה סוללות את הדרך לתסריט ההשבה מהכחדה הסביר ביותר, או לפחות אל השלב הראשון: יצירת פרט בריא.

איך זה עובד?

וכך זה עשוי לעבוד. ראשית אנחנו מוצאים עצם שמורה היטב שממנה אנחנו יכולים להפיק את רצף הגנום המלא של בעל חיים שנכחד, כמו הממותה הצמרית. אז אנחנו חוקרים את הגנום הזה, משווים אותו לאלה של בני משפחה קרובים. קרוב המשפחה החי הקרוב ביותר של הממותה הוא הפיל האסיאתי, לכן נתחיל שם. אנחנו מזהים הבדלים בין הגנום של הפיל לבין זה של הממותה, ואנחנו מתכננים ניסויים כדי לשנות בעדינות את הגנום של הפיל, תוך שינוי כמה בסיסי DNA בכל פעם, עד שהוא נראה דומה יותר לממותה. אז אנחנו לוקחים תא שמכיל אחד מהגנומים דמויי הממותה החדשים האלה, ומאפשרים לו להתפתח לעובר. בשלב האחרון אנחנו משתילים את העובר הזה אל תוך רחמה של פילה, וכשנתיים מאוחר יותר תלד הפילה הזאת גור ממותה.

מדענים כבר ריצפו את רוב הגנום של הממותה, אשר הורכב יחד ממקטעי DNA שהופקו מעצמות ממותה. חוקרים במעבדה של ג’ורג’ צ’ארץ’ באוניברסיטת הרווארד עשו את הצעד הבא. הם השתמשו בכלי עריכת גנום חדש כדי לאחות את ה-DNA שמצפין 14 מאפייני ממותה – ביניהם שיער צפוף יותר, שכבות שומן עבות יותר, ותאי דם שיכולים להעביר חמצן בצורה יעילה יותר בטמפרטורות קרות – אל תוך הגנום של פיל. עדיין לא ניתן לגדל את התאים האלה לאורגניזם שלם, אבל הצוות בהרווארד עובד כדי לפתח את הטכנולוגיה הזאת. אם הם יצליחו, העובר, שהגנום שלו מכיל חלקיק קטן מאוד של DNA של ממותה, יוכל להתפתח לבעל חיים חי ונושם.

אבל מה יהיה התוצר המוגמר של הניסוי הזה? האם יצירת פיל שהגנום שלו מכיל כמה חלקי ממותה קטנים זהה ליצירת ממותה? בסופו של דבר, בעל חיים הוא יותר ממחרוזת פשוטה של רצפי A, C, G ו-T – האותיות המייצגות את בסיסי הנוקלאוטיד שמרכיבים DNA. כיום, אנחנו לא מבינים לגמרי את המורכבות של המעבר משיבוץ פשוט של כל האותיות האלה בסדר הנכון, לייצור אורגניזם שנראה ומתנהג כמו הדבר האמתי. זה יהיה כרוך בהרבה יותר מסתם למצוא עצם שמורה היטב ולהשתמש בה כדי לרצף גנום.

כשאני מדמיין השבה מהכחדה מוצלחת, אני לא מדמיין פילה אסיאתית שמולידה פיל מעט יותר שעיר תחת עיניהם הבוחנות של וטרינרים ומדענים נלהבים. אני לא מדמיין את המחזה המופלא של היצור האקזוטי הזה במכלאת גן חיות, מוצג לעיניהם הבוהות של ילדים שהיו מעדיפים בכל מקרה לראות דינוזאור טי-רקס או ארכאופטריקס.

מה שאני כן מדמיין הוא את הסצנה הארקטית המושלמת, שבה משפחות של ממותות (או דמויי ממותות) מלחכות בטונדרת הממותות, חולקות את הנוף הקפוא עם עדרים של איילי צפון, סוסים ואיילי קורא – מישור שבו הממותות חופשיות לשוטט, לנבור ולהתרבות בלי הצורך בהתערבות בני אדם וללא פחד מהכחדה חוזרת. זה השלב השני של ההשבה מהכחדה, אשר בונה על היצירה המוצלחת של פרט כדי ליצור אוכלוסייה בגודל מספיק כדי לשרוד ולהתרבות, ובסופו של דבר לשחרר אותה אל הטבע. לדעתי, השבה מהכחדה לא יכולה להיות מוצלחת בלי השלב השני הזה.

הסצנה הארקטית האידאלית הזאת עשויה להתרחש בעתיד. אבל לפני כן, המדע צריך לסגור פערים עם הסרטים. על אף שהצלחנו לרצף כמעט את כל הגנום של הממותה, העבודה הזאת טרם הסתיימה. אנחנו גם רחוקים מלהבין אילו חלקים בדיוק של הרצף הזה חשובים כדי לגרום לממותה להיראות ולהתנהג ככזאת. זה קשה לדעת היכן להתחיל, וזה כמעט בלתי אפשרי לנחש כמה עבודה עוד לפנינו.

בעיה נוספת היא שהבדלים משמעותיים מסוימים בין מינים או פרטים, כמו מתי גן ספציפי מופעל במהלך ההתפתחות, עוברים בירושה באופן אפיגנטי. פירוש הדבר שההוראות להבדלים האלה אינן מקודדות אל תוך ה-DNA אלא נקבעות על ידי הסביבה שבה חי בעל החיים. מה אם הסביבה הזאת היא מתקן הרבעה בשבי? גורי ממותות, כמו גורי פילים, אכלו את הצואה של אמם כדי לבסס קהילה מיקרוביאלית שמסוגלת לפרק את המזון שהיא אוכלת. האם יהיה צורך לבנות מחדש מיקרובי קיבה של ממותות? גור ממותה יזדקק בסופו של דבר לשטח גדול ופתוח, שם הוא יכול מצד אחד לשוטט בחופשיות, ומצד שני להיות מוגן מפני ציד בלתי חוקי וסכנות אחרות. זה ככל הנראה ידרוש תצורה חדשה של שיתוף פעולה ותיאום בין-לאומי.

הדנ״א לא נשמר לאורך מיליוני שנים בשלמותו. (קרדיט: flickr, cc-by, Ryan Somma)

הדנ״א לא נשמר לאורך מיליוני שנים בשלמותו. (קרדיט: flickr, cc-by, Ryan Somma)

עניין של זמן

אני לא מתכוון לטעון שהשבה מהכחדה לא תתרחש ולא צריכה להתרחש. למעשה, אני כמעט בטוח שבשנים הקרובות מישהו יטען שהוא הצליח במשימת השבה מהכחדה. אבל אני כן אטען לסטנדרט גבוה שעל פיו ניתן לקבל את הטיעון הזה. האם אפשר להכריז על השבה מהכחדה אם גן אחד של ממותה מוחדר אל תוך עובר של פיל מתפתח, והפיל המתפתח הזה שורד עד לבגרות? טהרנים (שעומדים על קוצו של יוד) יאמרו שלא, אבל אני הייתי רוצה לדעת כיצד החדרת ה-DNA הזה של הממותה שינתה את הפיל. מה אם הפיל הזה נולד שעיר עם עמידות לאקלים קר העולה על זו של כל פיל חי? ומה אם הפיל הזה לא רק נראה יותר כמו ממותה אלא גם מסוגל להתרבות ולקיים אוכלוסייה במקום שבו ממותות חיו בעבר?
בעוד שלאחרים יהיו ללא ספק דרישות סף שונות להכרזה על השבה מהכחדה מוצלחת, אני טוען שלידתו של פיל שלאחר שהושתלו ב-DNA שלו מקטעים שהופקו מממותות – מסוגל לחיות היכן שממותות חיו פעם, ולהתנהג, בתוך הסביבה, כמו שממותה הייתה מתנהגת – היא השבה מהכחדה מוצלחת, אפילו אם הגנום של בעל החיים הוא בבירור יותר דמוי פיל.

השבה מהכחדה היא תהליך שמאפשר לנו ליצור באופן פעיל עתיד טוב יותר, ולא רק כזה שהוא פחות גרוע ממה שאנחנו מצפים לו. זה לא ממש חשוב אם לא נצליח להשיב יצור שהוא ממותה ב-100 אחוז או 100 אחוז יונה נודדת. מה שחשוב הוא – שהיום אנחנו יכולים להנדס תא פיל כך שהוא יבטא גן של ממותה. בתוך כמה שנים הגנים האלה של הממותה עשויים לייצר חלבונים בפילים חיים, והפילים הבנויים מהתאים האלה עשויים, כתוצאה מכך, לא עוד להיות מבודדים בכיסים של אזורי חיות מצטמקים באפריקה ובאסיה. במקום זה, הם יהיו חופשיים לשוטט בשטחים הפתוחים של סיביר, אלסקה וצפון אירופה, ולהשיב למקומות האלה אל היתרונות של אוכל עשב דינמי גדול שנעדר במשך כ-8,000 שנה. אוכלי עשב גדולים מפילים האוכלים עצים ודורסים שיחים, לדוגמה, ומעבירים זרעים וחומרים מזינים למרחקים גדולים. על ידי פינוי שלגים, ממותות – או ליתר דיוק פילים אסיאתיים עמידים לקור – היו עשויים גם לחשוף את קרח-העד לקור הכבד של החורפים הסיביריים. דבר כזה היה מוריד את הטמפרטורה של הקרקע ומאט את תהליך שחרור גזי החממה שלכודים בתוכה.

השבה מהכחדה היא גישה שונה במידה ניכרת מתכנון לקראת התמודדות עם שינויים סביבתיים עתידיים שכל אסטרטגיה אחרת שאנחנו, כחברה, הגינו. היא תגדיר מחדש את האפשרויות העומדות בפנינו.

הכתבה הזאת עובדה מספרה של בת’ שפירו How to Clone a Mammoth: The Science of De -extinction (כיצד לשבט ממותה: מדע ההשבה מהכחדה), שפורסם בחודש מאי.


אוהבים מדע ולא מקבלים מספיק ממנו בגיקטיים? Popular Science ישראל וגיקטיים יוצאים בשיתוף פעולה במיוחד במסגרתו יוכלו 100 הגולשים הראשונים להנות מגיליון חינם של Popular Science מתנה, ללא כל התחייבות.  לפרטים נוספים

מדע פופולארי

הגב

2 תגובות על "עד כמה אנחנו קרובים ליום שבו נחזיר לחיים דינוזאורים וממותות? [מדע פופולארי]"

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* היי, אנחנו אוהבים תגובות!
תיקונים, תגובות קוטלות וכמובן תגובות מפרגנות - בכיף.
חופש הביטוי הוא ערך עליון, אבל לא נוכל להשלים עם תגובות שכוללות הסתה, הוצאת דיבה, תגובות שכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, תגובות שחורגות מהטעם הטוב ותגובות שהן בניגוד לדין. תגובות כאלו יימחקו מייד.

סידור לפי:   חדש | ישן | הכי מדורגים
Roy
Guest

וואו מדהים!

iphone1000
Guest

אולי יהיה משהו בסיגנון פארק היורה

wpDiscuz

תגיות לכתבה: