חד תאיים שמשתפים פעולה

חוקרי האבולוציה תוהים כבר שנים רבות איך התפתחו בעלי החיים המורכבים מיצורים חד-תאיים פשוטים. אחרי הכול, לבני האדם ולבעלי חיים רב תאיים אחרים יש רקמות שונות ומגוונות, והם מסוגלים לשנות את צורתם (למשל במהלך ההתפתחות העוברית) ולנוע לכיוון משותף. לעומת זאת, יצורים חד-תאיים נעים כל אחד בעצמו, או יוצרים מושבה נייחת.

ידועים כ-200 אלף מינים של יצורים חד-תאים בעלי גרעין (אֵיקריוטיים) שנקראים פְּרוֹטִיסְטִים, למשל אַמֶבּוֹת וסַנְדָלִיוֹת. בתוכם נמצאת משפחה שנקראת כוֹאַנוֹפְלַגֶלַאטִים (Choanoflagellate; מיוונית: "משפך זנבי"), שחבריה הם הפרוטיסטים הקרובים ביותר מבחינה גנטית לבעלי החיים המורכבים.

המשפחה כוללת כ-380 מינים מוכרים, שחיים בסביבה מימית וניזונים מחיידקים. חלקם מתקיימים במושבות של פרטים רבים. סימן ההיכר שלהם הוא קבוצה של שוטונים קצרים (איברי תנועה דמויי זנב או שוט) שמקיפים שוטון מרכזי ארוך, כמעין צווארון. בשל פשטותם, הכוֹאַנוֹפְלַגֶלַאטִים יכולים ללמד אותנו על העקרונות ביולוגיים של התנהגות יצורים רב-תאיים, ועל האבולוציה של בעלי חיים מורכבים.

קבוצת המחקר של ניקול קינג (King) מאוניברסיטת קליפורניה בבֶּרְקְלִי אספה דגימות של כוֹאַנוֹפְלַגֶלַאטִים מבריכות מים רדודים לחופי האי הקריבי הקטן קוּרָאקָאוֹ. במחקר, שפורסם בכתב העת Science, דיווחו קינג ועמיתיה על מין חדש שקיבל את השם כוֹאָנוֹאֶקָה פְלֵקְסָה (Choanoeca flexa). חבריו יוצרים מושבות דמויות גביע, שדפנותיהן עשויים משכבה אחת של מאות תאים.

הממצא שהסב את תשומת ליבם של החוקרים לייחודו של המין הוא שהשוטונים פנו פנימה לתוך הגביע, בדומה לתאים שנמצאים על הדפנות הפנימיות של צינור ההזנה של ספוגים רבים. אולם מה שבאמת הדהים אותם היה שבעיצומה של התצפית מבעד למיקרוסקופ המושבה התהפכה מבפנים החוצה - תוך 30 שניות היא הפכה למעין כדור שבו השוטונים פנו החוצה ואיפשרו לה לשחות. "זאת הייתה התנהגות מטורפת, שלא ראינו דומה לה אצל כוֹאַנוֹפְלַגֶלַאטִים", אמרה קינג בראיון לאתר ScienceNews, "והיינו צריכים לפענח איך הם עושים את זה".

סרטון של מכון הווארד יוז באוניברסיטת ברקלי מראה כיצד מושבת כוֹאַנוֹפְלַגֶלַאטִים מתהפכת מצורת כדור לצורת גביע:

אוכלים יחד, שוחים יחד

כשבחנו את התנהגות המושבה גילו החוקרים שכאשר השוטונים פונים כלפי פנים המושבה כמעט אינה נעה. לעומת זאת, כשהם פונים החוצה המושבה שוחה במהירות. אולם כשזה קורה יותר מ-90 אחוז מהתאים אינם ניזונים כלל, ואילו כשהמושבה נייחת יותר מ-75 אחוזים מהתאים ניזונים מחיידקים. החוקרים גילו כי כאשר השוטונים פונים פנימה נוצרת זרימה של נוזל לתוך גביע המושבה, והזרם מביא איתו חיידקים שמהם המושבה ניזונה.

החוקרים גילו ששינוי הצורה מגיע בתגובה לשינויים בתאורה, ושהמושבה שוחה מאזורים חשוכים לאזורים מוארים. זו דוגמה ראשונה למין של כוֹאַנוֹפְלַגֶלַאט שמגיב לאור. סדרה של בדיקות גנטיות וביוכימיות העלו שהמין הזה משתמש בחלבוני רוֹדוֹפְּסִין – משפחה של חלבונים רגישים לאור שנמצאים אצל יצורים רבים, החל בחיידקים וכלה בעין האדם. החלבונים האלה גורמים אצלם לכיווץ השלד התוך-תאי המקיף את השוטונים במעין טבעת, או לשחרורו. קינג ועמיתיה זיהו מבנים דומים גם במינים אחרים של כואנופלגלטים, אך הם משמשים לכיווץ השוטונים בתאים בודדים ולא לתנועה מתואמת של המושבה כולה.

החוקרים משערים שהטבעת המתכווצת הזאת בשלד התוך-תאי, שקיימת גם אצל בעלי חיים רב-תאיים, מעידה שהמנגנון היה קיים כנראה כבר אצל אחד האבות הקדמונים של הכוֹאַנוֹפְלַגֶלַאטִים ושל שאר בעלי החיים. התנהגות המין הזה מעלה את ההשערה שגם אבותינו הקדומים מאוד החלו כמושבה של תאים שפיתחו יכולת תנועה מתואמת, שהובילה בהמשך להתפתחות של בעלי חיים מורכבים. המחקר מראה גם שהחיפוש אחרי יצורים מיקרוסקופיים חדשים יכול לשפוך אור על האבולוציה של בעלי החיים בכלל.