היום שבו גיליתי שאני בעצם בדואי. חלק א' – חווה המיטוכונדריאלית

כתב: רן לוי

לפני כשנה הגיע שליח למקום העבודה שלי, ומסר לי קופסת קרטון קטנה. חזרתי לחדרי, ופתחתי אותה: בתוך הקופסא הייתה מבחנה קטנה. קמתי מהכסא וסגרתי את דלת המשרד. יש דברים שדורשים…מעט פרטיות.

החוברת המצורפת הסבירה לי שעלי למלא את המבחנה ברוק עד לקו המסומן. אני מוכרח לומר – זה היה הרבה יותר קשה מששיערתי לעצמי. אם מישהו מחברי לעבודה יפתח את הדלת ברגע הלא נכון וימצא אותי מרייר כמו בולדוג מעל המבחנה…לך תסביר. החשש גרם לגרוני להתייבש. אף על פי כן השלמתי את המשימה, והשליח אסף את המבחנה עוד באותו היום. שלושה שבועות לאחר מכן הגיע המייל המיוחל: המיפוי הגנטי הושלם. עושר אדיר של מידע חיכה לי באתר החברה שביצעה את המיפוי. תכונות גנטיות, מחלות פוטנציאליות, רגישות לתרופות – אלפי פריטי מידע מרתקים שגילו לי דברים על עצמי שלא ידעתי.

פרט אחד היה מפתיע במיוחד וגרם לי לגרד בראשי בתמהון מול המסך. שירות המיפוי הגנטי בו בחרתי מאפשר ללקוח להתחקות אחר אילן היוחסין שלו: למצוא קרובי משפחה מכל רחבי העולם, ולגלות מהיכן על הגלובוס הגיעו אבות אבותיו. כשקיבלתי את תוצאות המיפוי, גיליתי שמה שחשבתי שידעתי על העבר המשפחתי שלי – ומה שהורי, דודי ובני דודי חשבו שהם יודעים – הוא לא נכון. בפרק זה ובפרק הבא אספר על מה שהדנ"א שלנו יכול לגלות לנו על עברנו – גם כבודדים, כמו במקרה שלי, וגם על המין האנושי כולו. בשני המקרים, מדובר במידע מפתיע – ולעיתים, במידע בעל השלכות מטרידות ומעוררות מחשבה.

אמיל צוקרקנדל

אמיל צוקרקנדל (Zuckerkandl) נולד בוינה למשפחה יהודית בשנת 1922. כשהשתלטו הנאצים על אוסטריה ברח לאלג'יריה, ולאחר מלה"ע ה-2 השתקע בצרפת שם למד ביולוגיה והשלים את עבודת התזה שלו. עמיתיו בארצות הברית הציעו לו ליצור קשר עם מדען בשם לינוס פאולינג (Pauling) ולבקש ממנו שיזמין אותו להצטרף למעבדה שלו בקאלטק, המכון הטכנולוגי היוקרתי בקליפורניה.

אמיל לא לקח את ההצעה ברצינות. לינוס פאולינג היה אחד המדענים המפורסמים והחשובים בעולם באותם הימים. מחקריו בתחום הכימיה והרפואה המולקולארית היו פורצי דרך, והוא זכה בשני פרסי נובל: אחד בכימיה, והשני פרס נובל לשלום, בזכות פעילתו האנטי-מלחמתית. אמיל לא האמין שהמדען המפורסם יתעניין דווקא בו, חוקר צעיר ואלמוני לחלוטין – אך כששמע באחד הימים שפאולינג מגיע לביקור בפריז, החליט לנצל את ההזדמנות. הוא שלח לפאולינג מכתב, והשניים נפגשו בבית מלון. הפגישה הייתה הצלחה גדולה, והמדען האמריקני הזמין את אמיל להצטרף אליו בקאלטק.

אמיל ואשתו נחתו בקליפורניה ב-1959, אך השיחה הראשונה עם פאולינג הותירה את אמיל עם טעם לוואי מריר. בפריז חקר אמיל תרכובות כימיות מסוימיות המצויות בסרטנים: זו הייתה עבודה מרתקת ומאתגרת, שאמיל מצא בה עניין רב. פאולינג, עם זאת, המליץ לו לזנוח את כיוון המחקר הזה ולהתמקד בחקר ההמוגלובין – חלבון שמצוי בתאי הדם האדומים ושאחראי על הובלת החמצן אל תאי הגוף. 'אני חושב שיהיה לך קשה מאד להגיע לתוצאות חד-משמעיות במחקר על תרכובות לא מוכרות של סרטנים,' אמר לו פאולינג, 'כדאי לך לעבוד עם ההמוגלובין, שהוא הרבה יותר מוכר.'

אמיל לא אהב את ההמלצה הזו. מה הטעם לחקור חלבון שכבר ידוע עליו לא מעט – במקום חלבון שכמעט ולא ידוע עליו דבר? הרי תפקידו של המדען הוא לגלות דברים חדשים, הלא כן? אם פאולינג טועה, אמיל עלול למצוא את עצמו מבזבז שנים במחקרים חסרי תוחלת. פאולינג היה אמנם מדען מנוסה ומבריק, אבל אף אחד לא חסין מטעויות ושגיאות בשיקול הדעת – אפילו לא פאולינג עצמו. שנים מאוחר יותר פסל לינוס פאולינג על הסף תגלית מעניינת של מדען צעיר בשם דן שכטמן. שכטמן הישראלי גילה סוג חדש של גבישים, בשם 'גבישים קוואזי-מחזוריים'. פאולינג אמר עליו בעוקצנות – 'אין  קוואזי-גבישים, אבל יש קוואזי-מדענים'. זו הייתה טעות מוחלטת, כמובן – שכטמן, כידוע, זכה מאוחר יותר בפרס נובל בזכות תגליתו זו. אבל "המלצה" ממדען בעל שיעור קומה כלינוס פאולינג, במעבדה שהוא עומד בראשה, היא לא ממש המלצה, אם אתם יודעים למה אני מתכוון…ואמיל החל לעבוד על ההמוגלובין.

מוטציות בהמוגלובין

ההמוגלובין קיים לא רק בבני אדם, כי אם גם ביונקים אחרים כדוגמת קופים וסוסים. בכל המקרים מדובר על אותו החלבון, ברמה העקרונית – אבל פה ושם ישנם הבדלים זעירים: שינויים קטנים במבנה החלבון שאופייניים למין אחד אך לא למין אחר, כמו טביעות אצבעות של בני אדם שונים. שינויים אלה נוצרים בעקבות מוטציות אקראיות בדנ"א של בעל החיים: הגנים בדנ"א הם התוכנית – המתכון, אם תרצו – שעל פי מייצר התא את החלבונים, ושינוי קטן בדנ"א עשוי לגרום לשינוי גם בחלבון. אם המוטציה מתרחשת בדנ"א של תאי הזרע או הביצית – היא תעבור גם אל הדור הבא, וכך במרוצת מיליוני שנים יצטברו עוד ועוד שינויים בחלבון. מחקרו של אמיל התמקד בזיהוי אותם הבדלים ושינויים בחלבון ההמוגלובין בין המינים השונים. הטכניקות שהיו זמינות לאמיל באותה התקופה, שנות השישים של המאה העשרים, לא היו מתוחכמות מספיק כדי לאפשר לו למפות את ההבדלים בין החלבונים ברמת דיוק גבוהה – אך היו מדויקות מספיק בכדי שיבחין בדפוס ברור ומעניין בתוצאות המתקבלות.

אחת השאלות הבסיסיות בביולוגיה היא סיווג בעלי החיים למינים שונים, וזיהוי מידת הקרבה או הריחוק בין מינים אלה. תורת האבולוציה מלמדת אותנו, למשל, שלבני האדם והסוסים היה אב קדמון משותף. המדענים מעוניינים לגלות מתי התרחש אותו פיצול שהפריד בין המינים: לפני כמה מיליוני שנים חי אותו אב קדמון משותף?

דרך אחת לזהות את נקודת הפיצול היא לבחון את ממצאי המאובנים, ולזהות 'חוליות ביניים' – בעלי חיים שמכילים תכונות משותפות לסוס ולאדם. דרך אחרת היא 'אנטומיה משווה': סקירת המאפיינים הגופניים הנוכחיים של האדם והסוס, ואיתור נקודות דימיון מסוימות כגון שרירים, עצמות או איברים פנימיים שיכולים ללמד אותנו על מידת הקרבה האבולוציונית בינינו. שתי השיטות הללו שירתו את המדענים נאמנה במשך שנים ארוכות.

מחקרו של אמיל הראה לו בברור שכמות ההבדלים בין ההמוגלובין של שני מינים שונים קשור באופן הדוק לזמן שחלף מאז התפצלו שני המינים מאביהם הקדמון המשותף. הקופים ובני האדם, למשל, התפצלו זה מזה לפני מיליוני שנים ספורות, וההמוגלובין שלהם דומה למדי. בני אדם וסוסים, לעומת, התפצלו לפני כמעט מאתיים מיליון שנה, וההבדלים בין ההמוגלובין שלנו ושל הסוסים רבים יותר. אמיל החל לשאול את עצמו אם ייתכן וניתוח כזה, של הבדלים בין בעלי חיים ברמה המולקולרית, יכול להוות שיטה חדשה לתארך את נקודת הפיצול האבולוציונית שבין שני מינים שונים. האם האפשר לספור את ההבדלים בין חלבונים דומים אצל שני המינים, ולהסיק ממנו כי נפרדו זה מזה לפני כך וכך מיליוני שנים?

בשנת 1961 עמד אמיל לפרסם את מאמרו המדעי הראשון בקאלטק, והציע לפאולינג שיפרסמו את המאמר במשותף. פאולינג עצמו כבר היה שקוע באותה התקופה בפעילות אנטי-מלחמתית ולא היה לו זמן להשתתף במחקר ממש – אבל אמיל ידע שגם אם תרומתו המעשית של פאולינג תהיה מינורית, אף פעם לא מזיק ששמו של זוכה פרס נובל מתנוסס על המאמר שלך… פאולינג הסכים, ואפילו הייתה לו הצעה מעניינת לאמיל. המאמר המדובר היה אמור להתפרסם בגיליון חגיגי של מגזין מדעי לכבוד יום הולדתו של מדען הונגרי כלשהו – ולכן לא היה עתיד לעבור ביקורת עמיתים נוקבת ונוקשה, כפי שעוברים מאמרים מסוג זה בדרך כלל. אולי ננצל את ההזדמנות, הציע פאולינג, ונכניס למאמר טענה יוצאת דופן…משהו שערורייתי, שיכה קצת גלים בבריכה. אמיל הסכים, והוסיף למאמר רעיון בלתי שגרתי שעלה במוחו.

שעון מולקולארי

על פניו, תארוך נקודת הפיצול בין שני מינים שונים על פי מספר המוטציות שהתחוללו בחלבון כלשהו אמור להיות בלתי אפשרי. מוטציות, מטבען, הן אקראיות לחלוטין. מי יודע מתי ואיפה תפגע קרן רדיואקטיבית במקטע דנ"א מסוים? מי יודע מתי ישתחל לו וירוס כלשהו אל גרעין התא ויגרום לשינוי בדנ"א? מוטציות הן כמו אוטובוסים. אתה יכול לחכות בתחנה שלוש שעות ואף אוטובוס לא עובר, ואז שלושה מהם עוברים בזה אחר זה.

אך ההברקה של אמיל, הרעיון ה'שערורייתי' במאמר, היה שאין כל חובה לדעת במדויק מתי התרחשה כל מוטציה בחלבון כדי להסיק מכך על משך הזמן שחלף מאז התפצלו שני המינים הנבדקים. מכיוון שמדובר על פרקי זמן ארוכים מאד- מאות אלפים עד מיליוני שנים – אפשר לצאת מנקודת הנחה שקצב התרחשות המוטציות הוא פחות או יותר קבוע. אם, לצורך הדוגמא, אנחנו יודעים שבמהלך יממה חולפים בתחנה עשרים וארבעה אוטובוסים – אפשר להניח שבממוצע, אוטובוס מגיע כל שעה.

תחת ההנחה הזו, מתקבל מה שנהוג לכנות בשם 'שעון מולקולארי'. מחוגי השעון הן המוטציות שגורמות לשינויים בחלבון הנבדק: כל שינוי הוא כמו 'טיק' שמקדם את המחוג צעד אחד קדימה. נקודת האיפוס של השעון, הרגע בו הוא מתחיל לתקתק, היא הרגע שבו שני המינים מתפצלים מהאב הקדמון המשותף – שכן מאותה נקודה ואילך אין ביניהם קשר, וכל אחד מהמינים חווה מוטציות שונות.

כשהוא הוא עומד בפני עצמו, השעון המולקולארי אינו מועיל במיוחד – וזאת כיוון שקשה לדעת כל כמה זמן, בממוצע, מתרחשת מוטציה. כשאתה מביט על חלבון כלשהו ומבחין במספר גבוה של הבדלים בין המינים, למשל, אתה יודע שהשעון המולקולארי שלהם תקתק במשך זמן רב ושנקודת הפיצול האבולוציונית שלהם התרחשה בעבר הרחוק – אבל אם אינך יודע לומר מה פרק הזמן הממוצע שחולף בין כל שתי מוטציות, שני 'טיקים' של השעון, אינך יכול לומר מתי בדיוק התרחש אותו פיצול.

על כן על החוקרים 'לכייל' את השעון המולקולארי: לאתר נקודת זמן ידועה שחושבה בשיטות אחרות, ולהעזר בה כ'עוגן' שבעזרתו ניתן למדוד את קצב התרחשות המוטציות. למשל, אנחנו יודעים לומר – על פני עדויות מאובנים – שבני האדם והסוסים התפצלו מהאב הקדמון המשותף שלהם לפני כמאה ושלושים מיליוני שנה, פחות או יותר. אם, לצורך הדוגמא, אנחנו מזהים שמונה עשרה הבדלים בין ההמוגלובין שלנו ושל הסוסים – חישוב פשוט יראה לנו שבממוצע, מוטציה מתרחשת בהמוגלובין בכל 14.5 מיליוני שנים. כעת ניתן להעזר במספר הזה כדי לתארך התפצלויות אבולוציוניות אחרות בהיסטוריה של הסוסים ובני האדם, אל מול מינים אחרים.

במילים אחרות, השעון המולקולארי שהציע אמיל הוא כלי חדש – שמתווסף לניתוח המאובנים ולאנטומיה המשווה – המאפשר לנו להעריך בצורה מושכלת כיצד נראה עץ ההתפתחות האבולוציוני של כמעט כל יצור חי על פני כדור הארץ, על סמך מידע שזמין ונגיש בקלות יחסית בתוך הגוף עצמו.

במרוצת הזמן הלכה והתבררה עד כמה הייתה חכמה ההמלצה שהעניק לינוס פאולינג לאמיל ביומו הראשון בקאלטק. העובדה שההמוגלובין נחקר בצורה אינטנסיבית על ידי המדענים איפשרה לאמיל לזהות בקלות רבה יותר את המוטציות שחיפש, וסייעה לו לשכנע את עמיתיו בתקפות רעיונותיו: לו היה מבסס את מאמרו על חלבון עלום-שם בסרטנים, ייתכן וחוקרים רבים – שלא התעניינו במאכלי ים – היו מפספסים את חשיבותם. זאת ועוד, הביולוגיה המולקולארית עמדה באותם הימים בפני קפיצה גדולה בטכניקות ובכלים שעמדו לרשות המדענים, ואיפשרו להם לחקור את צפונותיהם של החלבונים בקלות רבה יותר. כל אלה סייעו לסחוף חוקרים רבים לתחום חדש ומסעיר זה של המדע – אבולוציה מולקולרית.

חוסר אמון

אחד המדענים שהוקסמו מרעיונותיו של אמיל צוקרקנדל היה הניו-זילנדי אלן וילסון. וילסון נטל את רעיונותיו של אמיל, שהיו תיאורטיים ברובם, ויישם אותם על התחום שעניין אותו באופן אישי: הקשר שבין בני אדם וקופים, ובמיוחד קופי האדם – שימפנזות, גורילות ואורנ-גוטן. באמצעות ניתוח הבדלים בין מערכות החיסון שלנו ושל הקופים, הצליח וילסון להראות שבני האדם והקופים התפצלו מאביהם הקדמון המשותף 'בסך הכל' לפני שלושה עד חמישה מיליוני שנים – ולא לפני עשרה או שלושים מיליון שנה, כפי שהיה מקובל לחשוב אז. טענותיו של וילסון היו שנויות במחלוקת, עד שבראשית שנות השבעים נתגלו באפריקה מאובנים שתאמו את תוצאות אלה.

אך למרות הפוטנציאל המסעיר והמפתה של טכניקת השעון המולקולארי לחשוף מידע חדש אודות העבר, חוקרים רבים סירבו עדיין לתת בה אמון מלא, ובחנו אותה בחשש ובאי-אמון. הסיבה לכך היא ש'כיול' השעון המולקולארי הוא תהליך קשה ומורכב, שיש בו פוטנציאל גדול לאי דיוקים. קצב ההתרחשות המוטציות בחלבון מסוים הוא פונקציה של כמה וכמה גורמים, שעשויים להשתנות בין מינים שונים של בעלי חיים – וגם בתוך אותו מין. למשל, אצל הציפורים מתרחשים שינויים שכאלה בקצב מהיר, ואצל הצבים קצב השינויים איטי מאד. מהירותו של השעון המולקולארי תלויה בגודל האוכלוסיה של בעל החיים, הסביבה בה הוא חי, לחצי הברירה הטבעית שפועלים עליו ובכל רגע ורגע ועוד גורמים דומים שעשויים להשתנות לאורך השנים, וקשה להעריך אותם במדויק. מבלי לדעת כמה מהר מתקתק השעון המולקולארי אצל בעל החיים הנבדק, כל הערכה לגבי משך הזמן שחלף מאז פיצול אבולוציוני כזה או אחר היא לא יותר מניחוש. חוקר שרוצה להשתמש בטכניקת השעון המולקולארי חייב לעשות מעל ומעבר כדי להוכיח שכייל את השעון בצורה אמינה על סמך נתונים אובייקטיביים כגון ממצאי מאובנים. חוסר האמון הזה מתעצם עוד יותר כשהשימוש בשעון המולקולארי חושף אמיתות מפתיעות, שעומדות בניגוד לתיאוריות קיימות. את הלקח הזה למדה על בשרה גנטיקאית צעירה בשם רבקה קאן (Cann).

רבקה קאן

קאן סיימה את לימודי הגנטיקה שלה באוני' ברקלי שבקליפורניה, בשנת 1972. חקר הדנ"א היה אז תחום צעיר ומרתק, ורבקה הייתה נלהבת לחקור את הקשר שבין הגנטיקה של בני האדם והתנהגותם – אבל המציאות טפחה על פניה. הטכנולוגיה שעמדה לרשות החוקרים באותם הימים כדי למפות את הדנ"א ולפענח את צפונותיו הייתה ראשונית ופרימיטיבית יחסית, ורבקה ראתה את עצמה מבלה שנים ארוכות במעבדה עם זבובים ועכברים במקום בני אדם. היא החליטה לעזוב את האקדמיה ומצאה עבודה כטכנאית מעבדה בחברת תרופות גדולה.

אך הסקרנות הטבעית שלה לא כבתה. המעבדה בה עבדה ניצבה בסמוך לחדר הדואר של המפעל, ורבקה רפרפה מדי פעם בירחונים מקצועיים שהיו ממוענים למדעני החברה. דרך הכתבות בירחונים נחשפה לטכניקות חדשות שפותחו בתחום הגנטיקה, ולפוטנציאל הגדול שהביאו עימן. בשנת 1974 החליטה רבקה שהגיע הזמן לחזור אל הלימודים ואל האקדמיה, ומצאה את עצמו במעבדתו של אלן וילסון, חלוץ השימוש בטכניקת השעון המולקולארי.

דרך וילסון נחשפה רבקה לרעיון השעון המולקולארי, ובפרט לפוטנציאל שלו בכל הנוגע לתיארוך שינויים אבולוציוניים בדנ"א האנושי. מאמרו המקורי של אמיל צוקרקנדל עסק, כזכור, בניתוח מוטציות שהופיעו בחלבון – ההמוגלובין, במקרה הזה – אך אלן וילסון הראה שאין כל מניעה עקרונית ליישם את אותם הרעיונות ממש גם על מולקולות אחרות, שאינן חלבונים. גם הדנ"א הוא, אחרי הכל, לא יותר מאשר מולקולה ארוכה – ומי יודע אילו פרטים מרתקים אודות עברה של האנושות מסתתרים בה…

אך לדנ"א חסרה תכונה חיונית שקיימת בחלבונים: יציבות. לחלבון כמו המוגלובין יש מבנה קבוע, פחות או יותר, שאינו משתנה מדור לדור ולכן קל לזהות שינויים שמתחוללים בו – כמו חרוז צבעוני בודד בשרשרת של חרוזים לבנים. הדנ"א האנושי, לעומת זאת, משתנה כל הזמן. בכל פעם שביצית וזרע מתאחדים מתקבל עובר בעל דנ"א חדש וייחודי, תוצאה של ערבוב אקראי של הגנים משני ההורים – וערבוב זה הופך את התיארוך באמצעות שעון מולקולארי לבלתי מעשי.

למרבה המזל, חלק מהדנ"א שמצוי בגופנו לא מתנהג באופן שתיארתי לעיל. למעשה, חלק מהדנ"א שבגופנו…הוא לא ממש 'אנושי' במלוא מובן המילה – ועובדה זו נתנה בפני אלן וילסון ורבקה קאן הזדמנות לנצל בכל זאת את שיטת השעון המולקולארי.

המיטוכונדריה

רובו המכריע של הדנ"א שלנו מרוכז בגרעין התא – אך לא כולו. תאי גופנו מכילים גם אברונים בשם 'מיטוכונדריה', גופים זעירים שמוקפים בממברנות שמפרידות אותם משאר חלקי התא. למיטוכונדריה יש דנ"א משלהם שהוא לא רק נפרד מזה שבגרעין התא ברמה הפיזית, אלא גם ניחן במאפיינים ייחודיים ויוצאי דופן שמביאים את המדענים להאמין שהמיטוכונדריה החלו את דרכם כחיידקים רגילים. הסברה המקובלת היא שאי שם בערפילי הזמן, לפני מיליוני שנים רבות, נבלע מיטוכונדריון על ידי תא כלשהו – אך במקום שהמיטוכונדריון יעוכל על ידי התא הבולע ויושמד, כפי שקורה בדרך כלל, הוא הצליח לפתח יחסי סימביוזה עם המארח שלו. המיטוכונדריון מייצר מולקולה בשם ATP שהתא מנצל כחלק מתהליך אספקת האנרגיה הדרושה לו – ובתמורה, המארח מספק למיטוכונדריון חומרי הזנה חיוניים. הסידור הזה עבד טוב כל כך, עד שהתלות של התאים במיטוכונדריה והמיטוכונדריה בתאים הפכה להיות מוחלטת, וכיום אפשר למצוא את המיטוכונדריה בכמעט כל היצורים החיים – מאצות פשוטות ועד בני אדם.

הפרט החשוב לענייננו הוא שכתוצאה מעברה העצמאי של המיטוכונדריה, תהליך הרבייה שלהם שונה לחלוטין מזה של בני האדם. אצל המיטוכונדריה אין זכר ונקבה, אלא כל מיטוכונדריון נחצה לשני חלקים זהים – כמו אצל החיידקים – וכך מתקבלים גם שני עותקים זהים לחלוטין של הדנ"א המיטוכונדרילאי, ללא הערבוב האקראי שחווה הדנ"א שבגרעין התא. העובדה שדנ"א מיטוכונדריאלי עובר שכפול ללא ערבוב, פרושה שהוא עומד בדרישה ההכרחית כדי שניתן יהיה להפעיל עליו את טכניקת השעון המולקולארי: הדנ"א שבמיטוכונדריה הוא מולקולה קבועה ובלתי משתנה, פרט למוטציות אקראיות שמתחוללות בה לאורך השנים.

אלן וילסון כבר צבר ניסיון מסוים בחקר הדנ"א המיטוכונדריאלי, ורבקה קאן החליטה להמשיך את כיוון מחקר זה. באותה התקופה, סוף שנות השבעים של המאה העשרים, עדיין אי אפשר היה 'לדלות' דנ"א מתוך דגימת דם, רוק או שיער כפי שניתן לראות בכל דרמה משטרתית בטלוויזיה. רבקה נאלצה לכתת את רגליה בין כיתות של קורסי הכנה ללידה ברחבי סן פרנסיסקו, ולשכנע נשים לאשר לה לקחת דגימה מהשליה שלהן מיד לאחר הלידה. בתי חולים מחוץ לארה"ב סיפקו לה דגימות שליה של נשים נוספות, מכל רחבי העולם. את הדגימות הכניסה רבקה למערבל מיוחד שאיפשר לה למצות את הדנ"א המיטוכונדריאלי. רבקה סיפרה שבילתה כל כך הרבה זמן מול המערבל ודגימות השליה המסתחררות, עד שבמשך שנים רבות לאחר כך לא הייתה מסוגלת להביא את עצמה לשתות מרגריטה על בסיס תות-שדה…ודי לחכימא ברמיזה.

מטרתה של רבקה קאן הייתה לנסות ולזהות את האזורים על פני הגלובוס שבהם חיו אבות אבותינו לאורך ההיסטוריה, מאז נפרדנו מהקופים לפני מספר מיליוני שנים. כיצד ניתן לעשות זאת?

חווה המיטוכונדריאלית

למיטוכונדריה שבתאינו יש תכונה שימושית נוספת: היא עוברת אל העובר אך ורק דרך האם. הביצית של האם מכילה הרבה מאד מיטוכונדריה – בעוד שבכל זרע קטנטן ישנם רק מעט מאד מהם. לאחר ההפרייה מושמדים המיטוכונדריה שהיו בתוך הזרע, וכתוצאה מכך הביצית המופרית מכילה אך ורק מיטוכונדריה שמקורם מהאם. אני יכול לומר בודאות מוחלטת שהמיטוכונדריה שנמצאים ברגע זה ממש בגופי הגיעו אלי מאמי, שקיבלה אותם מאמא שלה. אשתי יכולה להאשים אותי כמה שהיא רוצה שהגנים שלי הם אלו שאחראים להתנהגות הפרועה של הילדים שלנו, אבל בסוף כל ויכוח אני תמיד יכול לשלוף את הקלף המנצח: 'את האנרגיות האינסופיות שלהם, גברת, הם קיבלו מהמיטוכונדריה שלך."

העובדה שהמיטוכונדריה עוברת אך ורק דרך נשים, נותנת בידי החוקרים אפשרות לבנות אילן יוחסין על סמך המוטציות שהתחוללו לאורך השנים בדנ"א המיטוכונדריאלי – אותה 'טביעת אצבע' שנוצרת כתוצאה ממוטציות אקראיות.

למשל, נניח שמולנו ניצבות שלוש נשים. אנחנו בודקים את הדנ"א שלהן, ומגלים שלשתים מהן יש בדיוק את אותן המוטציות בדנ"א המיטוכונדריאלי שלהן. קל להסיק מכך ששתי הנשים הן קרובות משפחה: הדנ"א שלהן הגיעו מאותה האם או מאותה הסבתא. כעת אנחנו בודקים את הדנ"א של האישה השלישית, ומגלים שיש לה חלק מהמוטציות שיש לשתי הנשים הראשונות – אבל גם עוד מספר מוטציות שונות וייחודיות. מכאן שסביר להניח שהאישה השלישית חולקת אם משותפת עם שתי הנשים הראשונות, אי שם בעבר הרחוק – אבל העובדה שיש לה גם מוטציות ייחודיות מלמדת אותנו שאילן היוחסין שלה נפרד משלהן לפני זמן רב מספיק בכדי שהמיטוכונדריה שלה תספיק לצבור מוטציות ייחודיות משלה.

אלן וילסון ורבקה קאן בחנו את הדנ"א המיטוכונדריאלי של נשים מכל רחבי העולם, והבחינו בתבנית מעניינת: למרות שרוב הדגימות היו שונות זו מזו, ובכל זאת היו מוטציות מסוימות שהופיעו בדנ"א של כל הנשים הנבדקות, ללא יוצא מן הכלל. מוטציות אלה היו מעין חוט שני שאיחד את כל הנשים – בדומה לאופן שבו משיכות המכחול הייחודיות של ואן-גוך מאפשרות לך לזהות תמונה שלו גם אם לא נתקלת בה מעולם. המשמעות היא שכל הנשים שבדקה רבקה – ולמעשה, כל בני האדם החיים כיום על פני כדור הארץ, נשים וגברים כאחד – חולקים ביניהם אם קדמונית משותפת אחת ויחידה. לא 'אם קדמונית' במובן המטאפורי של המילה, כי אם אישה אמיתית, שחיה לפני שנים רבות מאוד, שהיא הסבתא-רבא-רבא-רבא (ועוד כמה 'ראבות' שכאלה) של כולנו.

זו מסקנה מרתקת, אבל היא לא בהכרח מפתיעה. הרי כולנו שייכים לאותו מין, וההגיון אומר שכולנו חולקים את אותו אב או אם קדמונים. אך מחקרה של רבקה העלה מסקנה מרתקת נוספת, שדווקא כן היו לה השלכות מפתיעות – השלכות שנגעו ישירות בויכוח סוער שהתנהל בין שני מחנות יריבים בעולם הפלאואנתרופולוגיה, המדע העוסק בחקר האבולוציה של האדם. השאלה סביבה נסוב הויכוח היא – היכן ומתי הופיע לראשונה האדם המודרני, ההומו-ספיאנס.

'ריבוי אזורים' נגד 'היציאה מאפריקה'

בגדול, המחנות היריבים מסכימים ביניהם על שתי עובדות מרכזיות.

הראשונה היא שממצאי המאובנים מראים בצורה ברורה למדי כי לפני כמיליון וחצי שנים לערך הופיע באפריקה יצור דמוי-אדם, שמוחו אמנם היה קטן יותר ממוחנו שלנו אך מבנה גופו היה דומה לזה של האדם המודרני והוא הלך על שני רגליים, זקוף. ה'הומו ארקטוס', כפי שמכונה אב קדמון זה של בני האדם, עזב את אפריקה לפני קצת יותר ממיליון שנים, התפשט בכל רחבי העולם מאסיה ועד אירופה, והתפצל למספר מינים ותתי-מינים אנושיים אחרים – כמו האדם הניאנדרטלי, למשל.

העובדה המוסכמת השניה היא שהיום, אין עוד מגוון של מינים אנושיים. מבחינה גנטית, בני האדם החיים כיום דומים מאד זה לזה ואין צל של ספק שלא מדובר בכמה מינים שונים של אדם אלא במין אחד בלבד: הומו ספיינס, האדם הנבון. השאלה שעומדת במרכז הדיון היא: איך הגענו מהמצב הראשון, אל המצב השני? מה התרחש במהלך אותם מיליון וקצת שנים שהביא לכך שכל מיני האדם השונים שחיו מאז ההומו-ארקטוס נעלמו, ונשארנו רק אנחנו, ההומו-ספיאנס?

התיאוריה השלטת בשנות השבעים והשמונים, התקופה בה ערכו אלן וילסון ורבקה קאן את מחקריהם, הייתה שהמינים האנושיים השונים התערבבו ביניהם במרוצת הזמן. למשל, גבר ממין הומו-ארקטוס לקח לעצמו אישה ניאנדרטלית, השניים עשו את מה שעשו והביאו לעולם צאצאים שהדנ"א שלהם היה שילוב של שני המינים השונים. במרוצת הזמן הטשטשו כל ההבדלים בין המינים השונים, ונוצר האדם המודרני – כמו שתי פיסות פלסטלינה בצבעים שונים, שלשים ומועכים אותם יחד שוב ושוב עד שמתקבלת פלסטינה בעלת גוון ביניים אחיד. גישה זו מכונה 'תיאוריית ריבוי האזורים' (Multiregional), שכן המסקנה המתקבלת ממנה שאין מקום אחד ויחיד על פני כדור הארץ שעליו ניתן להצביע ולומר: 'כאן נמצא מקורו של האדם המודרני'.

הגישה השניה, הפחות מקובלת אז, מכונה תיאוריית 'היציאה מאפריקה'. על פי השערה זו, הומו-ספיאנס אינו ערבוב של מספר מיני אדם קודמים – אלא הופיע באפריקה כתוצאה מהתפצלות ממין אנושי קודם לפני כמה מאות אלפי שנים. לפני כשבעים אלף שנה החליטו חלק מההומו-ספיאנס לעזוב את אפריקה. הם נדדו אל שאר חלקי העולם, השתלטו על האזורים שבהם חיו הניאנדרטלים ושאר מיני-האדם הקדומים – והכחידו אותם. במילים אחרות, אפשר בהחלט להצביע על נקודה במפה – ככל הנראה מזרח אפריקה – ולומר: 'כאן נמצא מקורו של האדם המודרני'. על פי תיאוריית היציאה מאפריקה, אם הייתה התערבבות גנטית עם הניאנדרטלים ודומיהם – היא הייתה מינורית מאד, וכיום כמעט שאי אפשר להבחין בתוצאותיה, אלא אם אתה מזדמן למשחק של בית"ר ירושלים.

תיאוריה מנצחת

כשבחנה רבקה קאן את הדנ"א המיטוכונדריאלי של נשים מכל רחבי העולם, היא ראתה בברור שהמיטוכונדריה של נשים אפריקניות מכילות מוטציות ייחודיות ושונות מאלו של נשים בשאר העולם. נשים אירופיות, אסיאתיות ואמריקניות דומות אחת לשניה, מבחינת הדנ"א המיטוכונדריאלי שלהן, בעוד שהנשים האפריקניות שונות מהן. עובדה זו לא מסתדרת עם תיאורית 'ריבוי האזורים': אם בני האדם התערבבו זה בזה בצורה אינטנסיבית לאורך ההיסטוריה, לא אמורים להיות הבדלים משמעותיים שכאלה בדנ"א. אך אפשר להסביר את הממצאים בקלות אם מניחים שהאם הקדמונית המשותפת לכולנו חיה באפריקה, ושחלק מהצאצאים שלה עזבו את אפריקה והיגרו לשאר העולם, בעוד שחלק אחר נשאר מאחור. אלו שנשארו באפריקה היו מבודדים משאר העולם ולמיטוכונדריה שלהם היה די זמן לצבור מוטציות ייחודיות, בעוד שאלו שהיגרו לעולם הגדול התפצלו זה מזה מאוחר יותר, ולכן הם דומים יותר זה לזה. במילים אחרות, תיאורית היציאה מאפריקה היא הנכונה.

זו הייתה תגלית חשובה מאין כמותה, אך וילסון וקאן עדיין היססו לפרסם אותה. כדי לנסות ולערער על תיאוריה קיימת המקובלת על מדענים רבים, יש להציג עדויות חותכות ואמינות – ואילו שיטת השעון המולקולארי, כאמור, לא נחשבה לשיטה מהימנה דיה. לקאן לא היו מספיק דגימות דנ"א מנשים בכל רחבי העולם כדי לאשש במידה גבוהה של ודאות את המסקנה לגבי תיאורית היציאה מאפריקה.

למזלה של רבקה קאן, באותו הזמן בערך – שנת 1982 – הצטרף לצוות המעבדה של אלן וילסון סטודנט צעיר בשם מארק סטונקינג (Stoneking). סטונקינג התעניין מאד באנתרופולוגיה ובפונציאל של הדנ"א לחשוף מידע חדש על האבולוציה של האדם, והמשיך את מחקרה של רבקה קאן מהנקודה בה הפסיקה. הוא הצליח להשיג דגימות של דנ"א מיטוכונדריאלי גם מנשים אבורג'יניות באוסטרליה ופפואה-גיניאה החדשה, ודגימות חדשות אלה סיפקו את המידע המשלים שהיה חסר לקאן ולווילסון. כעת יכלו לומר במידה גבוהה של ודאות שהאם הקדמונית המשותפת שלנו חיה באפריקה לפני כמאתיים אלף שנים, פחות או יותר – עובדה שתואמת את תיאוריית היציאה מאפריקה כמו פיסה של פאזל שמתיישבת בדיוק במקום הנכון…ב-1987, אחרי התלבטויות, היסוסים וארבעים טיוטות עמוסות בתיקונים – פירסמו וילסון, קאן וסטונקינג מאמר שבו הסבירו את ממצאי מחקרם ואת מסקנותיו.

הסערה פורצת

למרות כל ההתלבטויות, ההיסוסים והעבודה המחושבת והזהירה שהובילה לפרסום המאמר – רבקה קאן מספרת שלא הייתה מוכנה לעוצמת הסערה שחולל המחקר. תיאוריית 'ריבוי האזורים' הייתה מבוססת מאד ורבים מהמדענים לא היו מוכנים לנטוש אותה בכזו קלות. מבין המתנגדים, היו מדענים שהעבירו ביקורת לגיטימית על המחקר וניסו לאתר בו פרצות וחולשות – אך היו גם כאלה שלא היו מוכנים לקבל אותו, ולא משנה אלו עובדות הוצגו בפניהם. אלן וילסון נהג להשתעשע במשחק פרטי שהמציא: הוא ניסה לנחש מה תהיה תגובתו של מדען מסוים למאמר, אך ורק על סמך מבנה האישיות שלו והדעות הקדומות שהחזיק בהן עוד קודם…

תוצאות המחקר עוררו הדים רבים גם בקרב הציבור הרחב, מחוץ לקהילה המדעית. דיווחים על התגלית הופיעו בכל כלי התקשורת, כשאת מרבית תשומת הלב משכה דמותה של האם המשותפת הקדמונית שקיבלה את השם 'חווה המיטוכונדריאלית'. שם זה, 'חווה', שלא הופיע במאמר המקורי אלא הומצא על ידי התקשורת – השליך את המדענים היישר אל תוך הקלחת הרותחת של ויכוח אמוציונלי וסוער מאד שהתנהל בארצות הברית, בעד ונגד תורת האבולוציה.

ישנו ציבור גדול מאד של אזרחים אמריקנים – נוצרים אדוקים, ברובם – שאינם מאמינים בתורת האבולוציה. הם מכנים את עצמם 'בריאתנים', ומפרשים את הכתוב בתנ"ך כלשונו: כל בני האדם הם צאצאים של אדם וחווה, שנבראו על ידי האל לפני ששת אלפים וקצת שנים. רבקה קאן קיבלה אינספור מכתבי שטנה, איומים ושיחות טלפון מטרידות מאנשים שלא הבינו איך מעיזה לערער על דברי אלוהים, ולטעון שבני האדם הופיעו לפני מאתיים אלף שנים. מאידך, היו בריאתנים שדווקא אימצו את המחקר לחיקם. נכון שמסקנות המחקר אינן תואמות במלואן את הכתוב בספר בראשית – אבל בכל זאת, יש כאן צעד ברור בכיוון 'הנכון': אחרי הכל, הנה סוף סוף סיפקו המדענים הוכחה מדעית לכך שחווה המקראית אכן הייתה קיימת!

טיעון זה שגוי לחלוטין, כמובן, ומעיד על הבלבול שנוצר בציבור בניסיון לפרש את תוצאות המחקר. קל לטעות ולחשוב שמכיוון שחווה המיטוכונדריאלית היא האם הקדמונית המשותפת לכולנו – היא גם האם הקדמונית היחידה שלנו…וזה לא נכון. חווה לא הייתה הנקבה היחידה ממין ההומו-ספיאנס שחיה באפריקה לפני מאתיים אלף שנים. היו עוד נשים סביבה – אולי אפילו נשים רבות– שגם להן היו צאצאים שהם אבות אבותינו. חישבו על זה כך: הדנ"א המיטוכונדריאלי שבגופי הגיע אלי מסבתי סימה, דרך אימי. אבל הייתה לי עוד סבתא: שפרה, אמה של אבי – וברור שחלק מהדנ"א שלי מגיע ממנה – שהרי חצי מהדנ"א שלי הגיע אלי מאבי. אותן נשים אלמוניות שחיו לצידה של חווה המיטוכונדריאלית הן סבתות-רבא-רבא-רבא שלנו, בדיוק כמו חווה המיטוכונדריאלית.

עכשיו ודאי חלק מהקוראים מגרדים בראשם ושואלים את עצמם – 'אז, רגע…אם היו עוד נשים פרט לחווה המיטוכונדריאלית, וגם הן אמהות קדמוניות שלנו – אז מה מיוחד בחווה המיטוכונדריאלית?'

התשובה לשאלה הזו טמונה בשם שנתן לאישה הזו אלן וילסון: הוא לא כינה אותה 'חווה המיטוכונדריאלית', אלא 'האם ברת המזל' – Lucky Mother. היא ברת מזל מכיוון שבאילן היוחסין שנובע ממנה יש שרשרת רציפה של אם-בת-אם-בת-אם-בת…דהיינו, לחווה הייתה בת שהייתה לה לפחות בת אחד, ולנכדה הזו הייתה לפחות בת אחד, וגם לנינה הזו הייתה לפחות בת אחת וכן הלאה וכן הלאה, שרשרת שנשמרה לאורך מאתיים אלף שנים. אנחנו יודעים זאת בודאות מכיוון שכזכור המיטוכונדריה עוברת דרך נשים בלבד, ואם היה דור כלשהו שבו כל הצאצאים שלה היו בנים – המיטוכונדריה של חווה לא הייתה עוברת הלאה. למעשה, זה בדיוק מה שקרה לכל שאר הנשים שחיו לצידה של חווה המיטוכונדריאלית באותו שבט עלום של הומו-ספיאנס צעיר באפריקה. הן לא היו כה ברות מזל: סביר להניח שלמרביתן היו צאצאים, אבל באחד הדורות שחלפו מאז ועד היום רצה הגורל וכל הצאצאים ששרדו היו זכרים, ללא אף נקבה שתעביר את המיטוכונדריה הלאה. דמיינו לעצמכם סבתא, שכל הנכדים שלה הם בנים: הדנ"א שלה חי וקיים בגופם של הנכדים, אבל המיטוכונדריה שלה כבר לא תעבור אל הדור של של הנינים. לחווה המיטוכונדריאלית היה מזל יוצא דופן בכל שלכל אורך ההיסטוריה, אלפים רבים של דורות על גבי דורות, לצאצאיות שלה תמיד נולדו לפחות בת אחת.

בזכות מחקרם של וילסון, קאן וסטונקינג, ועל אף הביקורות והיסתייגויות, תיאורית היציאה מאפריקה התבססה בימינו כתיאוריה המובילה לגבי מקור האדם, והחליפה את תיאוריית ריבוי האיזורים. טכניקת השעון המולקולארי עדיין נחשבת לבעייתית ומורכבת מאד לישום, אבל בימינו פריצות הדרך הטכנולוגיות בתחום הגנטיקה נותנות בידי החוקרים גישה למאות אלפי דגימות דנ"א של בני אדם מכל רחבי העולם – כדוגמת הדנ"א שלי, כחלק מהמיפוי הגנטי האישי עליו סיפרתי בפתיחת הפרק – ולא רק למאות בודדות, כפי שהיו בידיהם של החוקרים בשנות השמונים. אמנם לא מן הנמנע שאי שם בעתיד תצוץ דגימת דנ"א מפתיעה שאולי תערער את תפיסת העולם העכשווית שלנו, אך משנה לשנה עולה רמת הביטחון שלנו בתיאורית היציאה מאפריקה, ומחקרים עדכניים מאששים אותה.

הדנ"א מיטוכונדריאלי האישי שלי, אגב, מדגים בברור את השורשים האשכנזיים שלי. תבנית המוטציות בדנ"א שלי מעידה על כך שאני צאצא של אישה שככל הנראה חיה באזור גרמניה או צפון איטליה לפני כ-1500 שנים. אותה אישה הייתה אחת מתוך קבוצה של ארבע נשים, שהן האמהות הקדמוניות של כל היהודים האשכנזים החיים כיום, כ-3.4 מיליון בני אדם.

אבל זה לא סוף הסיפור….למעשה, רק חצי ממנו. עד עכשיו דיברנו על חווה המיטוכונדריאלית ועל נשים בכלל – אך מה לגבי גברים? האם יש חלק 'גברי' בדנ"א שלנו שיכול לספק לנו מידע נוסף על עברנו? התשובה היא כן, ומה שמגלה לנו אותו חלק 'גברי' של הדנ"א עשוי להיות, במקרים מסויימים…מטריד. לפחות במקרה האישי שלי, מדובר במידע מפתיע ובלתי צפוי. בפרק הבא נכיר את המקבילה הגברית של חווה המיטוכונדריאלית, 'אדם כרומוזום Y', נדבר על ג'ינג'ס חאן, על אהרון הכהן – וננסה להבין מהי הדרך הנכונה לפרש את את כל המידע החדש הזה על העבר, ואיך אפשר להעזר בו כדי להביט קדימה, אל העתיד.

ביבליוגרפיה ומידע נוסף

http://blogs.discovermagazine.com/gnxp/2009/09/the-adventure-of-the-cohen-modal-haplotype/#.VHD2RYuUe18
http://www.nature.com/scitable/content/out-of-africa-versus-the-multiregional-hypothesis-6391
http://embryo.asu.edu/pages/mitochondrial-dna-and-human-evolution-1987-rebecca-louise-cann-mark-stoneking-and-allan
http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1000959
http://io9.com/5879991/the-scientists-behind-mitochondrial-eve-tell-us-about-the-lucky-mother-who-changed-human-evolution-forever
http://io9.com/5791530/why-humans-all-much-more-related-than-you-think
http://freethoughtblogs.com/singham/2006/09/29/the-most-recent-common-ancestor-of-all-humans-living-today/
http://tedlab.mit.edu/~dr/Papers/Rohde-MRCA-two.pdf
http://www.sciencedaily.com/releases/2004/09/040930122428.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Most_recent_common_ancestor#mediaviewer/File:MtDNA-MRCA-generations-Evolution.svg
http://www.yourgeneticgenealogist.com/2013/03/citizen-science-helps-to-rewrite-y.html
http://theconversation.com/albert-and-adam-rewrite-the-story-of-human-origins-15835
https://www.youtube.com/watch?v=OLGXvraRmPc
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1180246/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1839142/
http://www.radiolab.org/story/91519-genghis-khan/
http://authors.library.caltech.edu/5456/1/hrst.mit.edu/hrs/evolution/public/clock/zuckerkandl.html#pauling
https://genographic.nationalgeographic.com/
http://heb.wis-wander.weizmann.ac.il/%D7%9E%D7%93%D7%A2%D7%A0%D7%99%D7%9D-%D7%90%D7%95%D7%A8%D7%97%D7%99%D7%9D-%D7%A7%D7%A8%D7%9C-%D7%A1%D7%A7%D7%95%D7%A8%D7%A6%D7%A7%D7%99#.UtUATfRdVi8
http://musaf.bac.org.il/article/khan-gdvl
http://cafe.themarker.com/post/1493108/module/blog_post/?plasma=true
http://www.rambam.org.il/Home+Page/About+Us/Press+Room/Rambam+On+Call/Issue+No.2+June+2008/Interview+Professor+Karl+Skorecki.htm
http://www.aish.com/ci/sam/48936742.html
http://failedmessiah.typepad.com/failed_messiahcom/2009/10/scientist-works-with-stem-cells-during-days-solves-jewish-genealogical-riddles-at-night-456.html
http://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/pauling-linus.pdf
http://scarc.library.oregonstate.edu/coll/pauling/blood/quotes/emile_zuckerkandl.html
http://paulingblog.wordpress.com/2013/12/20/emile-zuckerkandl-1922-2013/
http://books.google.co.il/books?id=dI3XDI7gcBEC&pg=PT203&lpg=PT203&dq=Zuckerkandl+horse+gorilla&source=bl&ots=FJY__qc6NF&sig=1-hFiNAjP6xQm2sHVp57x1KHa-Y&hl=iw&sa=X&ei=PvPaUrHoF-fa4ATRsYH4AQ&ved=0CH8Q6AEwDzgK#v=onepage&q=Zuckerkandl%20horse%20gorilla&f=false
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1839142/