הדרך לפארק היורה:
לא DNA – חלבון

עד סוף המאה ה-20, חקר האבולוציה של האדם ושל יצורים אחרים התבסס כמעט רק על השוואות אנטומיות של מאובני שלדים. מאז ריצוף הגנום האנושי בתחילת המאה הנוכחית ומהפכת הריצוף הגנטי בעשור הנוכחי, חוקרים יכולים גם להשוות בין רצפים של DNA עתיק שנמצא במאובנים אלו, והם תרמו רבות לידע שלנו. אולם מיצוי DNA עתיק מוגבל למאובנים בני כמה עשרות אלפי עד מאות אלפי שנים בלבד, בהתאם לתנאי השימור הסביבתיים (בעיקר תנאי הטמפרטורה), ולכן הסיכוי שנוכל בעזרתו להקים לתחייה את הדינוזאורים, או אפילו ללמוד עליהם, הוא קלוש. בשנים האחרונות, חוקרים מתחילים לנצל את המידע שנמצא בחלבונים פרה-היסטוריים ממאובנים – שנשמרים טוב יותר מ-DNA – כדי ללמוד עוד על יצורים שנכחדו לפני זמן רב.

DNA עתיק, אבל לא מאוד

הסרט "פארק היורה" (וכן הספר בשם זה שקדם לו) הציתו את דמיונם של מיליונים לגבי האפשרות לשחזר DNA דינוזאורי ולהשיב את הדינוזאורים לחיים. אולם כבר בתחילת שנות האלפיים היה ברור ש-DNA אינו משתמר במשך מיליוני שנים – והדינוזאורים, כידוע, נכחדו לפני עשרות מיליוני שנים. DNA עתיק אמנם עשוי ללמד אותנו רבות, אך רק על תקופות קרובות יותר. למשל, חוקרים מתחקים אחר הגנטיקה של המצרים הקדומים באמצעות מיצוי DNA ממומיות, אחר תושבי פקיעין בתקופה הניאוליתית והכלכוליתית, ואחר מוצאם של הפלשתים בארץ ישראל על סמך מיצוי DNA מקברי פלשתים באשקלון.

DNA עתיק עוזר גם בפענוח האבולוציה של האדם. כך, למשל, ריצוף הגנום המלא של האדם הניאנדרטלי בשנת 2014 גילה שהאדם המודרני מכיל כ-1-2 אחוזים של DNA ניאנדרטלי, תוצאה שמצביעה על כך ששני המינים העמידו צאצאים זה עם זה בתקופות שבהן חיו באזורים חופפים. דוגמאות אחרות מלמדות אותנו על מיני אדם אחרים, כגון האדם הדניסובי אשר חי במקביל לאדם הניאנדרטלי והאדם המודרני, ועל יחסי הגומלין בין שלושת המינים האלה. אולם למרות השימוש הנרחב ב-DNA עתיק לחקר האבולוציה והסביבה של האדם ושל חיות פרה-היסטוריות, ואפילו למחקרי תזונה ומחלות, נראה שגם בתנאי קרח-העד שבצפון, מולקולת ה-DNA אינה שורדת יותר מכמה מאות אלפי שנים. רוב הידע הגנטי שלנו על מיני אדם קדמונים מגיע מדגימות בנות כמה עשרות אלפי שנים בלבד. הבעיה קשה במיוחד בדגימות המגיעות מאפריקה ומאזור הים התיכון, שם הטמפרטורות הגבוהות גורמות לפירוק מהיר יותר של ה-DNA. אבל ייתכן שיש לכך פיתרון: חלבונים, כך נראה, הם עמידים יותר.

חלבונים בני מיליוני שנים

כבר בשנת 1954 פרסם פיליפ אבלסון (Abelson) ממצאים שלפיהם חומצות אמיניות, אבני הבניין של החלבונים, זוהו במאובנים בני מאות מיליוני שנים, ובכך העלה את האפשרות שמאובנים עשויים להכיל שאריות חלבונים. חצי מאה מאוחר יותר פרסמה מארי שוויצר (Schweitzer) מאוניברסיטת צפון קרוליינה שני מאמרים על זיהוי החלבון קולגן בעצם של טירנוזאורוס רקס בן 68 מיליון שנה והדרוזאור בן 80 מיליון שנה. קולגן הוא החלבון הנפוץ ביותר בגוף; סוגים שונים של קולגן נמצאים בעצמות, בגידים, בכלי דם, בסחוס, בעור ועוד. קביעת רצף חלבון הקולגן העתיק הראתה שהטירנוזאורוס רקס קרוב יותר לתרנגולת מאשר לתנין. זו הייתה העדות המולקולרית הראשונה לכך שהעופות התפתחו מהדינוזאורים. אולם המחקרים נתקלו בספקנות בקרב הקהילה המדעית באותה תקופה, למרות ניסיונותיה של שוויצר לספק הסברים כימיים להשתמרות החלבון.

בשנת 2015, חוקרים מאימפריאל קולג' בלונדון השתמשו במיקרוסקופ אלקטרונים ובכלים אחרים כדי להראות שרקמות רכות שהשתמרו במאובני דינוזאורים אינן נדירות כפי שניתן היה לצפות. בתמונות ניתן לראות מבנים דמויי סיבים של קולגן ואף תאי דם אדומים, ובניתוח מולקולרי של הדגימות זוהו מקטעים של קולגן וייתכן שגם חומצה פולית וכולסטרול. שנה מאוחר יותר, חוקרים ניתחו חלבונים משיניים מאובנות בנות 1.7 מיליון שנה ומביצי יען בנות 3.8 מיליון שנה. בעקבות מחקרים אלו, חזרה שוויצר אל אותן דוגמאות מאובן בן 80 מיליון שנה, הוציאה דגימות חלבון חדשות וניתחה אותן מחדש. כדי להימנע מזיהום של חלבונים בני זמננו – אחד המקורות האפשריים לממצאיה הקודמים, כפי שציינו מבקריה – דאגה שוויצר לפרק לגורמים את מכשיר ספקטרומטריית המסות המשמש לניתוח הדגימות, ולנקות היטב את כל החלקים למקרה שנותרו שאריות חלבונים ממחקרים אחרים. תוצאות הניתוח מחדש איששו את ממצאיה הקודמים.

בשנים האחרונות התפרסמו עוד מספר דוגמאות לשימוש בחלבונים פרה-היסטוריים למחקר. בשנת 2013, לדוגמה, קבוצת המחקר של מייק באקלי (Buckley) מאוניברסיטת מנצ'סטר עקבה אחר האבולוציה של הגמל בעזרת חלבון קולגן אשר מוצה ממאובן בן 3.4 מיליון שנים. קבוצת המחקר של אנריקו קפליני (Cappellini) – מומחה בעל שם עולמי בפליאופרוטאומיקה, חקר חלבונים פרה-היסטוריים – הצליחה לאחרונה להתחקות אחר האבולוציה של הקרנף באמצעות ניתוח חלבונים מתוך אמייל השן של מאובנים בני 1.8 מיליון שנים. מחקר זה חשוב במיוחד, שכן החוקרים לא הסתמכו על חלבון הקולגן, אלא על חלבונים אחרים הייחודיים לאמייל. כלומר, קולגן אינו החלבון העתיק היחיד שאפשר לחקור אותו, וככל שבודקים יותר חלבונים, כך ניתן להפיק מידע רב ומפורט יותר על האבולוציה של אותם בעלי חיים. בנוסף, האמייל הוא החלק החזק ביותר בשן, ולכן גם החלק שמשתמר בצורה הטובה ביותר במאובנים.

חוקרים הצליחו להפיק חלבונים עתיקים מביצי יען בן 3.8 מיליוני שנה. שבר של קליפה מאובנת | Matthew Collins

חלבונים והאבולוציה של האדם

העניין בחלבונים פרה-היסטוריים עלה לכותרות לאחרונה גם בהקשר לאבולוציה של האדם. ניתוח של חלבון קולגן בלסת בת כ-160 אלף שנה שהתגלתה במערה בטיבט, בגובה 3.3 קילומטרים מעל פני הים, העלה שהלסת שייכת ככל הנראה לאדם דניסובני. זהו הממצא הראשון של אדם דניסובני מחוץ למערת דניסובה בסיביר, והוא מחזק את הקשר הגנטי בין הדניסובנים לבין תושבי טיבט העכשוויים, שככל הנראה קיבלו מהאנשים הקדומים גן העוזר להם לחיות בגובה רב. העובדה שהחוקרים הצליחו לזהות את המאובן על סמך החלבון, ולא על סמך DNA, מראה את החשיבות של שיטות הפליאופרוטאומיקה בחקר המאובנים, ובייחוד מאובנים עתיקים מאוד, שהסיכוי למצות מהם DNA הוא אפסי.

מדענים מקווים שניתוח חלבונים בדגימות של מינים קדומים בשושלת האדם, כגון מאובן הומו ארקטוס שגילו 1.6 מיליון שנה או "לוסי" – שלד האוסתרלופיתקוס המפורסם שגילו 3.2 מיליון שנה, יאפשר לנו לדעת יותר על הפאזל של מוצא האדם.

עצם הלסת הזו שויכה לאדם הדניסובי, לפי חלבוני קולגן שנמצאו בה | דונג-ז'ו ז'אנג וז'אן ז'אק הובלן

ואולם, כדאי לזכור שעדיין קיים חשש גדול מזיהום הדגימות בחלבונים בני זמננו. אחת הבדיקות שחוקרים מבצעים כדי לשלול הימצאות חלבונים מודרניים בדגימות היא בדיקת שינויים כימיים במבנה החלבון, שמראים כיצד החלבון התפרק במהלך הדורות. אך לא די בבדיקה זו. מחקר חדש, שערכה קבוצת חוקרים מאוניברסיטאות שונות באנגליה ובארצות הברית, מעלה ספק נוסף באשר לחומר האורגני המצוי במאובנים. החוקרים בדקו מאובן בן כ-76 מיליון שנה של צנטרוזאור, ומצאו עדויות מיקרוסקופיות וביוכימיות לחיידקים שהתרבו בתוך העצם (אך לא באדמה שסביבה) לפני כמה עשרות אלפי שנים בלבד. החוקרים אף הצליחו למצות DNA עתיק מהדגימות ולזהות לאילו משפחות השתייכו החיידקים. התגלית הזאת, של חיידקים בתוך עצמות מאובנות, מראה שוב כמה מועט הידע שלנו על ההרכב הביוכימי של המאובנים, ועד כמה על החוקרים להיזהר בפירוש תוצאות המחקר הפליאופרוטאומי. אך תחום המחקר הזה עודנו בחיתוליו, ואם רק ננקוט את אמצעי הזהירות הדרושים, מצפה לנו דרך ארוכה ורצופה בתגליות מסעירות על החיים שהיו כאן לפני מיליוני שנים.