על מקורו החיידקי של המיטוכונדריון, שאינו קרוב לריקציה.

מאמר חדש הראה כי "מפעל האנרגיה התאי" שלנו, המיטוכונדריה, אינם קרובי משפחה לחיידקי הריקציה כמו שחשבו עד כה. כך משתנה במקצת האופן בו סיווגנו את העץ האבולוציוני של התפתחות היצורים האיקריוטיים (בעלי מידור תוך תאי) - השושלת שהובילה בסופו של דבר לעליית האדם. 

המיטוכונדריון מחפש שורשים
איור: מולי יחבס - מדע גדול בקטנה

מיטוכונדריה (צורת הרבים, בלטינית. ביחיד – מיטוכונדריון) הינם צאצאי חיידקים הזקוקים לחמצן כדי לחיות (מכונים "חיידקים אווירניים"), שנהפכו לאברונים תוך תאיים בתוך כל הייצורים האיקריוטיים. המיטוכונדריה אחראים על המטבוליזם החמצני (מעגל קרבס והנשימה החמצנית) שאחראי על הפקת רוב האנרגיה בתאים שלנו, וגם מעורבים בתהליכים נוספים כמו מוות תאי מתוכנן (אפופטוזיס). הם מועברים כמעט אך ורק מהאם לכל צאצאיה, ולא מהאב.

המיטוכונדריה מכפילים את עצמם במקביל לגרעין, יש להם חומר תורשתי משלהם (מכונה mtDNA) ואתרי יצור חלבונים (ריבוזומים) משלהם. האם מעבירה לכלל צאצאיה את המיטוכונדריה, אך רק בנותיה יעבירו אותם הלאה בשושלת, ולכן מדובר כאן על תורשה אמהית.

ההסבר לתופעה לא ממש ברור: המיטוכונדריה נמצאים בכמות מאד גדולה (כ-100,000) בתא הביצית האנושית, ואילו בתא הזרע יש לרוב מעט (75-50) מיטוכונדריה. בעת ההפרייה, יש מקרים בהם חודר לביצית רק הראש של תא הזרע, ואילו הצוואר (המכיל את המיטוכונדריה) והשוטון (המניע את הזרע לעבר הביצית) נותרים בחוץ. אך במקרים אחרים חודר תא הזרע כולו לביצית ולא ברור כיצד, בתוך העובר המתפתח, "מחוסלים" המיטוכונדריה הזכריים.

האורקריוט (אבי האיקריוטים), שהיום מקובל לחשוב שהוא במקורו ארכאון אסגרדי (Asgard Archaeon, השם נלקח מהמיתולוגיה הנורדית) בלע את החיידק האווירני שמהווה את האב הקדמון של המיטוכונדריון. מיהו אותו אב קדמון של המיטוכונדריון?

קביעת הרצף של הגן המקודד את ה-RNA הריבוזומי שייכה את המיטוכונדריון בוודאות לתת-החטיבה אלפא-פרוטאובקטריה. הרבה זמן היה מקובל לחשוב שהחיידק האווירני הנבלע השתייך לסדרת ה-Rickettsiales. הסדרה הכוללת חיידקים תוך תאיים שחלקם, כמו מינים מהסוג ריקציה (Rickettsia) הינם חיידקים החיים בשיתופיות בתוך תאי המאכסן שלהם (אנדוסימביונטים) ושחלקם גורמים למחלות קשות כדוגמת טיפוס אפידמי וקדחת הכתמים. אך היו גם מחקרים שטענו שהוא משתייך לסדרה אחרת בתוך אותה תת-חטיבה, של חיידקים עצמאיים.

לאחרונה, צוות חוקרים מאוניברסיטת אופסלה בשוודיה, בראשות פרופ' תייס אטמה (Thijs Ettema), מיין מחדש את כל החיידקים המוכרים מהאלפא פרוטאובקטריה, וגם חיידקים נוספים מתת-החטיבה שמוכר רק הגנום שלהם. על סמך ההבדלים ברצפים הגנטיים חילק אותם לשנים עשר שבטים (Clades) שונים. לאכזבתם, המיטוכונדריון לא התאים לאף אחד מהשבטים, והוא כנראה משתייך לשבט אחר, שנציגיו שלו לא נמצאו במחקר.

החוקרים מתכוונים להמשיך ולחפש חיידקים בני ימינו שיהיו קרובים לאבי המיטוכונדריון. החוקרים, ששללו במחקרם הנוכחי את הקשר בין המיטוכונדריון ל-Rickettsiales, מסבירים שהדמיון המטעה ברצפים הגנטיים בין הריקציות למיטוכונדריון נובע מכך שגם הריקציות וגם המיטוכונדריון עברו התאמה לחיים בתוך תא מאכסן והדמיון ביניהם נובע לא ממקור משותף (כמו שחשבו בטעות) אלא מאבולוציה מתכנסת (Convergent evolution).

בסיס העץ האבולוציוני
איור: Joran Martijn, Uppsala University

זה אחד הדברים המופלאים בעולם המדע, בו גם דוגמות וטענות מושרשות במשך זמן רב יכולות להיזנח בהימצא ממצאים סותרים. העולם המיקרוביאלי טומן בחובו את התשובה לאחת החידות המרתקות בעברנו האבולוציוני, נמשיך לעקוב בעניין.


לקריאה נוספת

המאמר המקורי ב-Nature

 Joran Martijn, Julian Vosseberg, Lionel Guy, Pierre Offre & Thijs J. G. Ettema, 2018, Deep  mitochondrial origin outside the sampled alphaproteobacteria , Nature, 557, 101-105 

מוצא התא האיקריוטי

שלושה סוגי תאים

פורסם גם ב"מדע גדול, בקטנה" (גם בפייסבוק). החלק הראשון פורסם גם במדעי החיים באוניברסיטה הפתוחה לכבוד יום האם.