האבולוציה של הכרומוזומים אינה חוזרת לאחור: כך נוצרו “כבישים” גנטיים בבעלי החיים

הממצא המרכזי: לאבולוציה של הכרומוזומים יש כיוון

כרומוזומים אינם רק “חבילות” של חומר גנטי, אלא מבנים שעברו שינויים מצטברים לאורך מאות מיליוני שנים. מחקר בהובלת חוקרים מאוניברסיטת וינה בחן 5,821 גנומים ברמת הכרומוזום, השייכים ל-4,454 מינים ב-19 מערכות של בעלי חיים.

באמצעות מסגרת ניתוח שכונתה “טופולוגיה אבולוציונית של הגנום”, החוקרים יצרו מפה של האופן שבו מבנה הכרומוזומים השתנה לאורך עץ החיים. המפה מצביעה על כך שמינים רבים עדיין נושאים עקבות של יחידות כרומוזומליות שמקורן באב קדמון של בעלי החיים, שחי לפני יותר מ-600 מיליון שנה.

מהו “איחוי עם ערבוב” — ולמה הוא בלתי הפיך?

אחד התהליכים החשובים הוא איחוי עם ערבוב: שני כרומוזומים נפרדים מתאחדים, ובמהלך האיחוי הגנים שהיו מסודרים בשתי יחידות נפרדות מתערבבים זה בזה. שינויים נוספים שמתרחשים בהמשך מטשטשים עוד יותר את הגבול הקדום בין הכרומוזומים.

מרגע שהיחידות התערבבו, האבולוציה אינה יכולה פשוט “ללחוץ על כפתור אחורה” ולהחזיר את הסידור המדויק שהיה קודם. לכן, כל שינוי כזה משאיר מעין זיכרון מבני ומצמצם את האפשרויות להמשך הדרך.

“כבישים אבולוציוניים” במקום רשת פתוחה

המסקנה היא שאבולוציית הכרומוזומים אינה נעה באופן חופשי בין כל הסידורים האפשריים. במקום זאת, שושלות של בעלי חיים נוטות להתקדם לאורך מספר מסלולים מוגבלים — “כבישים אבולוציוניים”, בלשון החוקרים.

המסלולים האלה מסתעפים, אך אינם מאפשרים בהכרח חזרה לנקודת ההתחלה. במילים אחרות, שינוי כרומוזומלי מוקדם עשוי לסגור מסלולים מסוימים ולכוון את השינויים הבאים. כך נוצרה היסטוריה מסועפת, שבה המבנה הנוכחי של הגנום תלוי גם באיחויים בלתי הפיכים שהתרחשו בעבר.

מדוע קבוצות שונות מופיעות באזורים נפרדים במפה?

במפת “מרחב המבנה הכרומוזומלי” מופיעות שושלות מרכזיות של בעלי חיים באזורים שונים. ספוגי זכוכית, יתושים ותולעי אדמה, למשל, נושאים היסטוריות כרומוזומליות שהתפתחו במסלולים שונים של איחוי וערבוב. לכן הסידורים הנוכחיים שלהם אינם חלק מרשת אחת שבה אפשר להפוך כל שינוי בקלות, אלא משקפים מסלולים ייחודיים לשושלות שלהם.