[עושים היסטוריה] 169: ההיסטוריה של הגנטיקה, או – טיפול 10,000 לארנבת (ש.ח)

לגרגור מנדל הייתה בעיה: לחץ. בכל פעם שעמד בפני אתגר מלחיץ, מנדל התמוטט ולא תיפקד. בלית ברירה 'היגלה' את עצמו מרצון למנזר שקט ונידח ושם, הרחק מעיני שאר העולם, ערך ניסויים באפונה. איש לא ידע זאת, אך מנדל היה הגנטיקאי הראשון.

[עושים היסטוריה] 169: ההיסטוריה של הגנטיקה, או – טיפול 10,000 לארנבת (ש.ח)
00:00 / 01:04
  • Facebook
  • Twitter
  • Instagram

חסויות הפרק

0600: פרנסיס גלטון (Gelton) עושה טיפול עשרת-אלפים לארנבות ומפריך תיאוריית הורשה מימיו של אריסטו. 1230: גרגור מנדל עורך ניסויים גנטיים על זרעי אפונה, וחושף את הבסיס הסטטיסטי של הדנא. 2430: מוטציה אקראית בדנא של ויקטוריה, מלכת אנגליה, גורמת למחלת ההמופיליה אצל בית המלוכה הרוסי ומחוללת שרשרת של מאורעות שתרמה, בדיעבד, להתמוטטותה של האימפריה הרוסית והמהפכה הבולשביקית. ההיסטוריה של הגנטיקה, או טיפול עשרת אלפים לארנבת כתב: רן לוי זה תמיד אותו הסיפור הישן והמוכר. בחור פוגש בחורה. בחור ובחורה מתאהבים. בחור קונה לבחורה טבעת אירוסין. בחורה לא ממש מתלהבת מהטבעת אבל מעמידה פנים כדי לא להעליב את הבחור. בחור ובחורה מתחתנים. בחור ובחורה נכנסים למיטה, עושים את מה שעושים ואחרי תשעה חודשים יוצא תינוק. אבל רגע. עיצרו את הסוסים. למה יוצא תינוק? זאת אומרת, למה דווקא תינוק אנושי? למה לא…סוס? או דג? או כל יצור אחר. ברור ששני ההורים הם בני אדם, אבל כיצד התכונה המסתורית הזו- 'להיות אדם'- מועברת אל הדור הבא? זאת ועוד, למה הצאצא דומה להוריו או, במקרים מסוימים, לשכן? מהו בדיוק המנגנון שמאפשר להורים להוריש את התכונות שלהם אל הילדים? אריסטו ופילוסופים יוונים אחרים שיערו שהדם הוא זה שנושא את התכונות התורשתיות: מכאן מגיעים אלינו ביטויים כמו 'קשרי דם' או 'דם כחול'. לחוקרים הקדמונים לא הייתה דרך להוכיח או להפריך את התיאוריה הזו, והיא נותרה על כנה במשך יותר מאלפיים שנים. במאה ה-19 הופיעה תיאוריה חדשה בשם פאן-גנסיס. הפאן-גנסיס שימרה את הרעיון המקורי של תורשה באמצעות הדם, ואף הרחיבה אותו. על פי תאוריה זו, כל איבר בגוף מפריש חלקיקים זעירים שמכילים את התכונות שלו: כמו זרעי צמחים קטנים, אם תרצו. החלקיקים הללו מועברים- כנראה בתוך זרם הדם- אל איברי המין ומשם אל התינוק המתפתח, שם הם צומחים והופכים לאיברים הבוגרים והשלמים. אחד מתומכיה המפורסמים של תאוריית הפאן-גנסיס היה צ'ארלס דארווין. למרבה האירוניה, מי שהפריך את התאוריה הזו, בשנת 1870, היה החוקר פרנסיס גלטון (Galton), שהיה בן-דוד רחוק של דארווין. גלטון ביצע סדרה של ניסויים פשוטים וחכמים. הוא לקח ארנבות משני גזעים שונים: גזע אחד שהייתה לו פרווה אפורה ואוזניים זקופות, וגזע שני בעל פרווה לבנה ואוזניים שמוטות. גלטון שאב דם מארנבת בעלת פרווה אפורה והזריק אותו לארנבת בעלת אוזניים שמוטות. הוא הזריק לארנבת עוד ועוד דם, עד שהיה משוכנע שכל הדם שבארנבת שמוטת האוזניים הוא למעשה דם של ארנבת אפורת פרווה. במילים אחרות, הוא עשה לארנבת טיפול עשרת-אלפים. הוא ביצע את אותו הדבר לארנבות נוספות, ואז אפשר להן להתרבות. גלטון בחן בקפידה את הצאצאים, אבל לא מצא שום שינוי מהגזע המקורי: הפרווה לא הפכה לאפורה בעקבות עירוי הדם, והאוזניים נותרו זקופות כמקודם. מכאן, הסיק גלטון, ששום תכונה של הארנבת לא מועברת באמצעות הדם. אז אם הדם אינו מעביר את התכונות, כיצד בכל זאת הן מועברות מדור לדור? הבה נתקוף את השאלה הזו מכיוון אחר. שני ההורים בדרך כלל שונים מאוד זה מזה. האב יכול להיות נמוך, מכוער ועשיר והאם גבוהה, נאה ומאותגרת כלכלית. מה קובע אילו תכונות יקבל הילד מאביו ואילו מאימו? רוב המדענים במאה ה-19 האמינו שהתכונות של הצאצא הן מיזוג של תכונות ההורים. הכוונה כאן למזיגה חלקה, באותו האופן שבו צבע כחול מתערבב עם צהוב ליצירת צבע ביניים, ירוק. זאת אומרת שאם האב מכוער והאם יפיפייה, הילד ייצא בסדר, סביר. התיאוריה הזו קיבלה חיזוק מכמה תופעות שהיו מוכרות לכולם. אם אחד ההורים היה לבן והשני שחור, למשל, הילד בדרך כלל היה מקבל גוון ביניים- מה שמכונה בדרך כלל 'צבעוני'. אבל פה ושם היו תכונות שתיאורית מזיגת התכונות פשוט לא הצליחה להסביר. אם לאב יש עיניים חומות ולאם יש עיניים כחולות, העיניים של הילד אף פעם לא יקבלו צבע-ביניים! הן תמיד יהיו בצבע חום או כחול. עוד יותר גרוע- מבחינת התאוריה- לפעמים לשני ההורים היו עיניים חומות, והילד עדיין היה יוצא עם עיניים כחולות. המדענים במאה ה-19 שברו את הראש בניסיונות להסביר את ההתנהגות התורשתית המשונה הזו. סודות הגרעין באותו הזמן בערך החל מתפתח המדע הצעיר של חקר תאי בעלי החיים. המדענים שחקרו את התאים עבדו במנותק מהביולוגים שהתחבטו בשאלות התורשה והאבולוציה- איש לא דמיין, באותם הימים, שיכול להיות קשר כלשהו בין שני תחומי מחקר כה שונים. עוד מימי המיקרוסקופים הראשונים, במאות ה-17 וה-18, חוקרי התאים הבחינו בעובדה שבתאים רבים, אם כי לא בכולם, ישנו מבנה מרכזי קטן. הם כינו אותו 'גרעין'- אבל לא הצליחו להבין מה תפקידו בתא. ב-1871 בחן מדען שוויצרי בשם יוהאן מיישר מוגלה- אותו נוזל לא סימפטי הבוקע מתוך פצעים. הוא גילה שהמוגלה מכילה המון תאי דם לבנים, ושגרעיני התאים הלבנים מכילים אטומי זרחן. זו הייתה הפתעה גדולה: באף מקום אחר בתא, ככל שידע מיישר, אין זרחן. מה שונה בגרעין התא, שמביא לכך שדווקא שם נמצאים אטומי זרחן? למיישר לא הייתה תשובה לשאלה הזו. הוא ותלמיד שלו המשיכו לחקור את תכונותיו של הגרעין וגילו שהזרחן הוא חלק מתרכובת כימית בעל חומציות קלה. הם כינו את התרכובת הזו 'חומצת גרעין'. חלפו עוד שלושים שנה, אבל איש לא הצליח לפצח את סודות הגרעין. המדענים שבחנו אותו מתחת למיקרוסקופ ראו בגרעין מבנים מעניינים ומשונים- למשל, סיבים ארוכים ודקים שקיבלו את השם 'כרומוזומים'- אבל לא הצליחו להצמיד להם תפקיד ספציפי בתוך התא. השינוי המשמעותי התחולל בשנת 1901, כששלושה מדענים שונים הגיעו, בנפרד אחד מהשני, לתובנות מהפכניות לגבי מנגנון התורשה- תובנות שהפכו את תפיסת עולמם של הביולוגים. כשדיווחו אותם המ…יעדר הצאר, השפעתו של הנזיר על הצארינה רק הלכה וגברה. הוא שכנע אותה שלא להסכים לרפורמות שדרשו נציגי הפרלמנט, והסירוב המתמשך הזה הוביל בסופו של דבר למהפכה הבולשביקית של 1917, הוצאתה להורג של משפחת המלוכה ועליית המשטר הקומוניסטי של ברית המועצות. מי יודע- אולי אם לא הייתה מתרחשת המוטציה אצל המלכה ויקטוריה, רספוטין לא היה נקרא להציל את אלקסיס, הצאר היה מסכים לרפורמות והמהפכה לא הייתה מתממשת… גם גורלו של רספוטין לא שפר עליו. הוא נרצח בידי חבורת אצילים שנה לפני המהפכה, ב-1916. סיפור ההתנקשות ברספוטין אינו קשור כל כך לנושא של הפרק אבל הוא כל כך מוצלח עד שאי אפשר להתעלם ממנו. האגדה האורבנית טוענת שהאצילים פיתו את רספוטין להגיע לאחד מבתיהם והשקו אותו יין מורעל בכמויות אדירות של ציאניד. באופן מפתיע, רספוטין לא מת: הוא היה מעט מטושטש אבל לא יותר. אחד מהקושרים ירה בו כדור בגב, ורספוטין עדיין סירב למות- ואפילו ניסה לחנוק את רוצחו. עוד שלושה כדורים, ורספוטין נפל לריצפה- עדיין חי! האצילים היכו אותו באלות ולבסוף חנקו אותו. כשהיו משוכנעים שרספוטין סוף סוף הואיל בטובו ללכת לעולמו, קשרו אותו וזרקו את הגופה לנהר קפוא. כשנתגלתה הגופה שלושה ימים מאוחר יותר, הנתיחה שלאחר המוות גילתה שרספוטין אכן מת- אבל לא מיריה, הרעלה או חנק כי אם מטביעה… סיפור מותו של רספוטין כל כך מוצלח עד שאין ספק שהוא מופרך לחלוטין. מומחים שבחנו את הסיפור טוענים שסביר להניח שרספוטין החשדן כלל לא טעם מהיין, וקרוב לוודאי שהכדור הראשון שפגע בו- במצח, דרך אגב- עשה את העבודה הרבה לפני שנזרק למים. אבל אגדה כל כך מוצלחת, אתם יודעים, אי אפשר להרוג- אולי רק לפצוע. איך הכל מתחבר בחזרה אל התורשה והגנטיקה. בשנות השלושים של המאה העשרים כבר ידעו החוקרים שחומצת הגרעין מורכבת מארבעה סוגים של מולקולות המכונות 'בסיסים': A, T, G ו-C. עדיין, לא הייתה כל הוכחה שחומצת הגרעין קשורה לתורשה- ואולי אפילו ההפך. החוקר שגילה אותן הסיק, בטעות, שהבסיסים מסודרים בשרשרת ארוכה החוזרת על עצמה: ATGCATGCATGC וכו', ואם כך הדבר הרי שהיא אינה מקודדת שום מידע תורשתי, באותו האופן שבו אם אכתוב על הדף אבגדאבגדאבגד וכן הלאה, לא ייצא מזה משפט אינטליגנטי. היה סביר יותר להניח שהחלבונים בתוך התא, שהם מולקולות הרבה יותר מגוונות ומתוחכמות, שומרים את המידע אצלם. מי שסלל את הדרך אל האמת היה ארווין שארגאף. בשנות הארבעים והחמישים הוא חקר את חומצות הגרעין לעומקן והגיע לשתי מסקנות מפתיעות המכונות היום 'חוקי שאראגף'. הגילוי הראשון היה שהבסיסים בחומצת הגרעין אינם חוזרים על עצמם בשרשרת. זה היה רמז משמעותי לכך שיכול להיות שחומצת הגרעין בכל זאת מכילה בתוכה את הגנים. גילוי זה דירבן את חוקרי התא והיה יריית הפתיחה של המירוץ הקדחתני בין המדענים שהתחרו ביניהם על הזכות להיות הראשון לפענח את המבנה התלת-מימדי של חומצת הגרעין, הדי-אן-איי. כולם הבינו שהדי-אן-איי עשוי להיות המפתח לסודות התורשה…לקוד החיים. הגילוי השני של שארגאף היה אפילו דרמטי יותר. שארגאף מצא שבכל דגימת חומצת גרעין שבדק, בכל היצורים החיים, כמות מולקולות ה-A זהה לכמות ה-T, וכמות ה-C זהה ל-G. אבל שארגאף לא ידע מה לעשות עם הקשר החדש והמפתיע שמצא בין הזוגות, וחיפש מישהו שישפוך עליו אור. בשנת 1952 הוא פגש את ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק וסיפר להם על תגליתו. המידע הזה פקח את עיניהם של שני החוקרים. שנה מאוחר יותר, בעזרת צילומי רנטגן שהשיגו בדרך לא-דרך ממדענית אחרת, רוזלינד פרנקלין, פענחו את מבנה הדי אן איי סופית. אז איך הכל מתחבר? הנה התמונה המלאה של התורשה. הדי אן איי הוא מולקולה ארוכה שנראית כמו סולם לולייני. העמודים של הסולם הם מולקולות ארוכות שמכילות אטומי זרחן, אותם אטומים שגילה יוהאן מיישר. כל שלב בסולם יכול להיות מסוג AT, TA, CG או GC, צמדי הבסיסים שזיהה שארגאף. רצף השלבים הוא קוד, ממש כמו שרצף אותיות על דף הוא מילה: ה'מילים' במקרה הזה הן גנים, וכל גן הוא רצף של כמה אלפי שלבים בסולם. מנגנונים מיוחדים מפענחים את רצף השלבים ובונים מהם חלבונים ארוכים- למשל, החלבון שקובע את צבע העיניים, או החלבון שממנו עשויות הציפורניים שלנו. המולקולה הארוכה של הדי אן איי מתפתלת סביב עצמה ויוצרת כרומוזומים. תא זרע מכיל מחצית מכמות הכרומוזומים הדרושה ליצירת אדם, והביצית את המחצית השניה. כשהם מתמזגים, התוצאה המתקבלת היא תינוק שירש מחצית מהגנים של אביו, ומחצית מאימו. חלק מהגנים יהיו דומיננטיים וחלק רצסיביים, וחלוקה זו היא שתקבע את התכונות שיפגין העולל בהמשך חייו. כשתא מבקש להשתכפל, הוא פורם את הדי-אן-איי שבגרעין לשני גדילים נפרדים ואז בונה מכל גדיל די-אן- איי חדש. הוא יכול לעשות כן מכיוון שלכל בסיס יש רק בסיס אחד אחר שמתחבר אליו כמו שני פיסות פאזל: A ל-T ו-C ל-G. התוצאה היא שני עותקים זהים של המקור. או ליתר דיוק, כמעט זהים. לעיתים נדירות- כמו במקרה של המלכה ויקטוריה- מתרחשות שגיאות בהעתקה. במקרים אחרים, מפגש עם חומרים כימיים תוקפניים, קרינה רדיואקטיבית וגורמים מזיקים אחרים יכולים ליצור שברים וקמטים בסולם הדי-אן-אי. אלו הן המוטציות: שינויים פתאומיים וחדים בקוד הגנטי. המוטציה יכולה להיות מזיקה ולגרום להמופיליה, למשל, או להיות מועילה ולהעניק לאורגניזם חלבון חדש שיאפשר לו להיות חכם יותר, יפה יותר, גבוה יותר. המוטציות המועילות מאפשרות לאורגניזם להתחרות טוב יותר ביצורים אחרים ולהתרבות על חשבונם- זו הברירה הטבעית, הכוח הדוחף שמאחורי האבולוציה. פתרון חידת התורשה היא המהפכה המדעית הגדולה ביותר בחמישים השנים האחרונות, ואולי בכל ההיסטוריה האנושית. בתוך זמן קצר מהרגע שהבנו את מנגנוני התורשה, כבר התחלנו לשנות ולשחק עם הקוד הגנטי שלנו ושל היצורים החיים סביבנו. הנדסה גנטית של מוצרי מזון, שיבוט, סינון עוברים, הסוף למחלות תורשתיות…האפשרויות הן כמעט אין סופיות. מה נעשה עם הידע הזה? זו כבר שאלה אחרת לגמרי.