כיצד עובּרים של דגים יודעים מהו הזמן הנכון ביותר לבקוע מהביצה? ומה זמן הדגירה הארוך ביותר? מחקר חדש מצא את ההורמון האחראי לתהליך, ומצביע על קשרים אבולוציוניים מרתקים
אם נדמה לכם שתשעה חודשי היריון הם זמן ארוך להתפתחות, חכו שתשמעו על בעלי חיים שהעובּרים שלהם לא ממהרים לצאת מהביצה. כרישים ממין חסחוסן צלופחי (Chlamydoselachus anguineus), למשל, יכולים להישאר בתוך הביצה עד כ-3.5 שנים, ותמנונות מהמין Graneledone boreopacifica מחזיקות בשיא הדגירה של עולם החי – כ-4.5 שנים. זהו פרק זמן כה ארוך עד שהוא מצדיק קריאת "בשעה טובה" כשהביצים בוקעות.
במחקר התברר מהו ההורמון שאחראי לתזמון הבקיעה בדגי זברה ובמין נוסף. שלבי התפתחות עובר דג הזברה מביצה מופרית, וכעבור 48 שעות, עד לפגית | מקור: Joe Brock, Research Illustration, Francis Crick Institute / Science Photo Library
עובּרים עם סבלנות
אז נכון, יש לעוברים סיבות טובות לרצות להישאר בביצה, אבל בסופו של דבר מגיע היום שבו הגוזלים צריכים לפרוש כנפיים - או לפחות לבקוע. שאלת העיתוי והדרך שבה הם יעשו זאת היא לא פשוטה ואף גורלית. עוברי בעלי חיים רבים מתזמנים את בקיעתם לרגע שבו התנאים הסביבתיים מיטביים עבור הישרדותם: שעות האור או החושך, הגאות או השפל, עונות השנה ואפילו קולות אזהרה מסביבתם. אף שהמידע החושי חודר באופן מעומעם לתוך הביצה, מוחו של העובר מעבד אותו, וכשמגיע הרגע הנכון הוא משחרר אותות כימיים שמתחילים את תהליך הבקיעה. עד לאחרונה חוקרים לא ידעו מהם בדיוק אותם אותות, ואיך העובר יודע לזהות אותם. אך כעת, במחקר חדש של האוניברסיטה העברית בירושלים ומינהל המחקר החקלאי – מכון וולקני, גילו החוקרים את ההורמון האחראי לבקיעת ביצי דגים.
בתחילה החוקרים כלל לא חיפשו את מנגנון תזמון הבקיעה, אלא התמקדו בהורמון משחרר-תירוטרופין, שנקרא בקיצור Trh, ולו תפקיד חשוב אצל בני אדם ויונקים אחרים. ה-Trh מופרש מאזור ההיפותלמוס במוח, ומשפיע על יצירת חלב אם, על תפקוד בלוטת התריס ועל ויסות חילוף החומרים בגוף. החוקרים רצו ללמוד אם להורמון זה תפקידים מעניינים נוספים גם בקבוצת החולייתנים הגדולה ביותר – הדגים. כדי לבדוק זאת הם יצרו מוטציה בדגי זברה (Danio rerio) באמצעות טכנולוגיית CRISPR, כך שצאצאיהם לא יוכלו לייצר את ההורמון.
בניגוד לציפיות לא נוצרו צאצאים חדשים שנושאים את המוטציה, מה שהוביל להשערה שההורמון כה חיוני עד שהעוברים פשוט לא יכולים להתפתח בלעדיו. כמובן שללא התפתחות עוברית די קשה לחקור את תפקידו של ההורמון בדג בוגר, וייתכן שמכשול זה היה סותם את הגולל על המחקר, אבל אז נכונה להם הפתעה: הם הבחינו שבאקווריום דווקא כן הופיעו ביצים עם המוטציה, ובהן עוברים – אלו נקראים פַּגִיוֹת, Larvae; שלב התפתחותי בין העובר לבוגר במחזור החיים הדגי – אלא שהעוברים פשוט לא הצליחו לבקוע! תגלית זו עוררה את חשדם כי ההורמון שבו פגעו מעורב במנגנון הבקיעה, ולכן ערכו ניסוי נוסף שהניב תוצאות מהירות במיוחד: החוקרים הזריקו לביצים את ההורמון באופן מלאכותי והפגיות בקעו תוך 90 שניות בלבד!
כדי שהבקיעה תתרחש בצורה מוצלחת, עובר הדג צריך לעכל את השכבה החיצונית של הביצה – קרום בשם עטיף הסיסים (chorion) – שמספקת לו הגנה. הוא עושה זאת באמצעות הפרשת אנזימים מפרקי חלבונים מתאים מיוחדים בבלוטת הבקיעה בביצה, שיודעים לחתוך את סבך חלבוני עטיף הסיסים ולאפשר לפגית לצאת החוצה. כדי להבין את השפעת ההורמון על תהליך הבקיעה עקבו החוקרים אחר התנועה של הורמון ה-Trh בגוף הפגיות. הם מצאו כי כמו אצל יונקים, גם אצל הדגים ה-Trh מופרש מאזור במוח השולט בייצור ההורמונים – ההיפותלמוס. כמו כן, הם גילו כי לתאים המפרישים את ההורמון יש שלוחות שיוצרות מגע עם כלי דם באזור המוח האחורי, שם הוא נכנס למחזור הדם, מגיע לבלוטת הבקיעה, ומעורר בה את התאים שמשחררים את אותם אנזימי החיתוך שמעכלים את עטיף הסיסים ומאפשרים בקיעה.
החוקרים הזריקו לביצים את ההורמון באופן מלאכותי והפגיות בקעו תוך 90 שניות בלבד! הזרקה לתוך עובר של דג זברה | Micha Weber, Shutterstock
שונים ודומים
ואם אתם תוהים אם מנגנון זה ייחודי רק לדגי הזברה, את זה בדיוק שאלו גם החוקרים. כדי לבדוק זאת, בחלקו האחרון של המחקר הם מצאו רמזים לקיום מנגנון דומה גם במין דג אחר, הרחוק אבולוציונית מדגי הזברה. הדג ממין Oryzias latipes הוא קרוב-רחוק מאוד של דגי הזברה: האב הקדמון המשותף שלהם חי לפני יותר מ-200 מיליון שנה ויש ביניהם הבדלים אנטומיים ומולקולריים רבים, בין היתר במבנה בלוטת הבקיעה והאנזימים המעורבים בתהליך. עם זאת, נראה כי ההורמון השפיע באופן דומה גם במין זה: הזרקת חלבון ה-Trh הוביל לריקון דומה של בלוטת הבקיעה, ובשלב השני לבקיעת הפגיות תוך פחות מ-2 דקות.
ממצאים אלו מצביעים על כך שמנגנונים ביולוגיים עתיקים ושמורים אבולוציונית אחראים לתזמון שלבים קריטיים בהתפתחות החיים, כמו הבקיעה מהביצה. אך על אף שהתגלה ההורמון האחראי על הפעלת תהליך הבקיעה, השאלה "מתי לבקוע" עדיין לא נפתרה - והתשובה לכך שונה ככל הנראה ממין למין. מהמחקר אף עולות כמה שאלות מטרידות: האם ההורמון יפעל כשורה בעולם שבו תנאים המשתנים במהירות? מחקרים הראו שגורמים כמו שינויי אקלים, זיהום או שינויים בטמפרטורת המים עשויים להשפיע על תהליכי הבקיעה במיני דגים רבים. הבנה מעמיקה יותר של המנגנונים המאפשרים בקיעה תוכל לסייע בפיתוח שיטות לשימור מינים שעלולים להיות בסכנת הכחדה בעתיד.
