זו עין זו?

ליצור חד תאי טורף יש מבנה דמוי עין המורכב בעצם ממיטוכונדריון וכלורופלסט. 

עין, איבר הראיה, מורכבת מתאים רבים ונחשבת לפיתוח מורכב ובלעדי של יצורים רב תאיים. לכן, די מפתיע למצוא מבנה דמוי עין ביצורים חד תאיים. אך האם זו באמת עין? האם היא מבחינה באור? למה היא משמשת? לא על כל השאלות יש תשובה.

גרג גווליס (Gavelis), דוקטורנט בקבוצת המחקר של הזואולוג הימי בריאן לינדר (Leander) מהמחלקה לבוטניקה של אוניברסיטת קולומביה הבריטית, צפה דרך מיקרוסקופ בצלחת פטרי המכילה מים מהאוקיינוס השקט. להפתעתו, הוא מצא שם ייצור פלנקטוני טורף, שקוף, דמוי צלצל (warnowiid, מקבוצת הדינופלגלטים, שהן אצות חד תאיות), שעליו כתם דמוי עין, המכונה Ocelloid, כלומר יש בו מרכיבים המזכירים עדשה, קשתית, קרנית, ורשתית (ראו איור). החשד הראשוני היה שמדובר בעין של יצור רב תאי (למשל מדוזה) ש"נדבקה" אליו.

משמאל - כך נראה היצור הפלנקטוני במיקרוסקופ - ה"עין" בולטת בפינה הימנית התחתונה.
מימין - תרשים של ה"עין" על "חלקיה" השונים.
המקור: Hoppenrath and Leander

העין - במבט מקרוב - במיקרוסקופ אלקטרונים סורק. Hoppenrath and Leander

warnowiid בתנועה 

גווליס ועמיתיו לא היו הראשונים שראו את היצורים המוזרים האלה. כבר ב-1884, בתחנת מחקר בנפאל, גילה הזואולוג הגרמני אוסקר הרטוויג (Hertwig) יצור כזה בצלחת פטרי שבה צפה. הוא שאב את היצור מהמים בעזרת קש, והכניס אותו לתמיסת כוהל אתילי. להפתעתו ואכזבתו - היצור התפרק למספר מרכיבים שהוא לא ידע מה הם. הוא לא מצא יצורים נוספים כמוהו, אך הוא תאר את מה שראה - יצור בעל עין. התאור של היצורון שאותו כינה Erythropsidinium, שלא גובה בעדויות ממשיות, נחשב אז כלא אמין על-ידי הזואולוג קרל ווגט (Vogt). צ'רלס קופואיד (Kofoid) ואוליב סוויזי (Swezy) מצאו וציירו את היצורים אלה שוב ב-1921 לאורך החוף של האוקיינוס השקט בצפון אמריקה. הם לא הצליחו לגדל אותם, ומיעוט הממצאים לא איפשר מחקר מסודר שלהם.

עברו עוד 94 שנים עד שקבוצת המחקר של לינדר, בשיתוף עם קבוצות אחרות, מצאה אותם שוב, ולא בכמות רבה - והם נמצאו גם בצד השני של האוקיינוס השקט - בחופי יפן. - גם עכשיו הם לא הצליחו לגדל אותם במעבדה, אך הם יכלו לחקור אותם מבחינה גנטית (היום מספיק תא אחד כדי לרצף את כל הגנום). החוקרים ריצפו את הגנום של שני מינים שונים (של  Erythropsidinium, אותו תאר הרטוויג ושל מין נוסף, Warnowia). 

גווליס הצליח גם לבודד DNA מהגופיף שנראה כמו רשתית (retinal body). - הוא חשב שהוא פלסטיד (כמו הכלורופלסטידות שאחראיות לפוטוסינתזה בתאי האצות והצמחים - שמקורם בחיידקים כחוליים שנבלעו על ידי האב הקדמון של האצות הירוקות והצמחים). גם לדינופלגלטים יש כלורופלסטים - אך מקורן בחיידקים כחוליים אחרים, שנבלעו על ידי האב הקדמון של האצות האדומיות. אבי הדינופלגלטים בלע אצה אדומית, ו"אימץ" לעצמו את הכלורופלסטים שלה. אך ה-warnowiids איבדו את הכלורופלסטים שלהם במהלך האבולוציה, ולכן הם טורפים. 

ואכן,בתוך הגופיף נמצאו גנים הקשורים לתהליך הפוטוסינתזה. האם יתכן שמדובר בעצם בכלורופלסט חיצוני, שהעדשה מרכזת עבורו את האור? האם קליטת האור היא לשם פוטוסינתזה או לצרכי ראיה? או שתחושת אור כלשהי שקשורה באיתור הטרף (דינופלגלטים אחרים)?

ומהי הקשתית? - הסתבר שהיא בעצם מיטוכונדריון - אותו גופיף שבמרבית היצורים האיקריוטיים נמצא בתוך התא - ומקורו בחיידק מחטיבת הפרוטאובקטריה. התפקיד המקורי של המיטוכונדריון - ביצוע תהליך הנשימה האווירנית (בנוכחות חמצן). מה תפקידו כאן? הקשתית מקיפה את העדשה - שהיא אוסף של ממברנות צפופות ומקבילות. האם העדשה מקבלת מהמיטוכונדריון אנרגיה לביצוע פעולה כלשהי?

מיטוכנדריונים נמצאים כמעט בכל המינים של היצורים האיקרוטיים. כלורופלסטים נמצאים בכל המינים האיקריוטיים המבצעים פוטוסינתזה. בכל אלה המיטוכונדריה והכלורופלסטים הם אברונים פנימיים. ה-warnowiids המתוארים כאן "מחזיקים" במיטוכונדריון ובכלורופלסט כחלק ממבנה חוץ תאי שיתכן שמשמש לתחושת אור ויתכן שלצרכים אחרים.

האבולוציה לא מפסיקה להפתיע אותנו.

לקריאה נוספת

הודעה לעיתונות - של אוניברסיטת British Columbia

המאמר ב-Nature

Gavelis, Hayakawa, White, Gojobori, Suttle, Keeling & Leander. 2015. Eye-like ocelloids are built from different endosymbiotically acquired component.

כתבה בנושא מ-National Geographic, ממנה הרקע ההיסטורי.

רשומה זו פורסמה ככתבה ב"גליליאו" 204, ספטמבר 2015.