הגן הלכה למעשה : מיקרוסקופים וכרומוזומים מחבר: קולין טאג'

חזרה3

במאה השבע-עשרה השתמש ההולנדי אנטון פן לוונהוק במיקרוסקופים פשוטים (של עדשה יחידה) וגילה את קיומם של יצורים זעירים - הוא כינה אותם "אנימלקולים" - ואלה כללו בלי ספק את הפרוטוזואות והחיידקים. אחר - כך, בשלהי שנות ה-30 של המאה התשע-עשרה, השתמשו הגרמנים מתיאס שליידן ותאודור שוואן במיקרוסקופים הרבה יותר מתוחכמים והוכיחו כי הרקמות החיות של בעלי-חיים, צמחים ופטריות, בנויות כולן מתאים - וכל תא מכיל גרעין. מאוחר יותר, בשנות ה-60 של המאה התשע-עשרה, התגלתה תגלית מכריעה: כאשר התאים מתחלקים, הגרעין נראה כאילו הוא נעלם זמנית; ובערך בזמן חלוקת התאים, מופיעים "גופים" נבדלים במקום שהיה הגרעין. היה אפשר לראות את ה"גופים" הללו משום שהם ספגו חומרי צביעה, ולכן הם נקראו כרומוזומים (דהיינו, "גופים צבעוניים").

בתחילה לא ידע איש מה טיבם של הכרומוזומים. ומנין יכלו לדעת? אבל עד מהרה התברר שהם מסקרנים ביותר, שלא לומר יותר מזה, ואולי גם חשובים מאוד. ראשית התברר כי לכל מין יש מספר אופייני של כרומוזומים; ותמיד מספרם זוגי (או אם אין הוא זוגי, הרי שקרה דבר-מה מוזר ביותר). שנית התברר שלמעשה, הכרומוזומים מופיעים בזוגות נבדלים: לכל אחד מהם יש שותף הומולוגי תואם. לבסוף, בפרוס המאה העשרים, מצאו שלושה ביולוגים אמריקנים שעבדו בנפרד איש מרעהו - קלרנס מקלנג, נטי סטיבנס ואדמונד וילסון - כי בחרגולים ובחרקים קרובים להם, לזוויגים השונים יש כרומוזומים שונים. לנקבות היה זוג תואם מסוים שנקרא בפי נטי סטיבנס כרומוזומי X, ואילו לזכרים היה רק כרומוזום Y אחד. מקלנג, סטיבנס ווילסון הוסיפו וטענו כי מתכונת זו של הכרומוזומים אינה סתם עולה בקנה אחד עם הזוויג, אלא בפועל מכתיבה את הזוויג. כיום מקובל עלינו שאכן כך הוא: לבעלי-חיים רבים (אם כי לא לכולם!) אמנם יש זוג מיוחד של כרומוזומי "זוויג", והוא שונה אצל הזכרים ואצל הנקבות (נתעמק בעניין זה בפרק 5). ומכאן התעוררה מאליה השאלה: אם הכרומוזומים מכתיבים את הזוויג, למה לא יכתיבו גם תכונות אחרות?

אבל המרתקת מכול היתה התנהגות הכרומוזומים במהלך חלוקת התא, כפי שנצפתה לראשונה בשלהי שנות ה-80 של המאה הקודמת. כי האופן שבו התחלקו הכרומוזומים עצמם נראה סדור להפליא - כמעט כמו תרגיל-סדר צבאי. אופן פעולה זה מוצג בתרשים 2.1. עקרונית, הוא מתנהל כדלקמן.

תרשים 2.1 : מיטוזה ומיוזה
קיומם של הכרומוזומים נתגלה לראשונה בשלהי המאה התשע-עשרה, ואז נתגלתה גם העובדה שהם מתחלקים בדייקנות צבאית. המיטוזה יוצרת שני תאים בנים, זהים לתא ההורה. המיוזה יוצרת ארבע גמטות, ובכל אחת מחצית ממספר הכרומוזומים של ההורה.

הסימן הראשון לחלוקת התא הוא היעלמות קרום הגרעין, ובה בעת הכרומוזומים, שאינם נראים לעין במשך רוב חיי התא, מופיעים כמקלות וכעיגולים קטנים. בהעדר קרום התא, הם נראים פשוט כמרחפים בציטופלסמה.

ואז, במהלך החלוקה ה"רגילה" של תאים רגילים, כל כרומוזום מתפצל לאורכו ויוצר שני חצאי כרומוזום, הקרויים כרומטידים. לכן, אם היו לנו תחילה (אצל האדם, למשל), 46 כרומוזומים (23 זוגות), יש לנו עתה 92 כרומטידים.

עכשיו, קבוצה שלמה אחת של 46 כרומטידים (אחד מכל כרומוזום) נודדת לאחד מקצות התא, והקבוצה השנייה נודדת לקצה השני. (אם כי כיום ידוע שהם אינם סתם "נודדים". הם נמשכים, פשוטו כמשמעו, על-ידי חוטים חלבוניים כוויצים.)

עכשיו צומח קרום תא חדש בין שתי הקבוצות השלמות של הכרומטידים, עד שנוצרים שני תאים, שכל אחד מהם מכיל מכלול שלם של כרומטידים. הכרומטידים - חצאי הכרומוזומים - הללו משכפלים עתה את עצמם שוב, באופן שיובהר בהמשך הדברים. מעתה יש לנו שני תאים בנים, ובכל אחד קבוצה שלמה של כרומוזומים שלמים; מכאן שכל אחד מהם הוא העתק של ההורה. חלוקה "רגילה" זו של התא נקראת מיטוזה.

תהליך היווצרותם של תאי הרבייה, הגמטות, דומה לזה, אבל שונה בכמה מובנים בולטים. הוא מתחיל כמו המיטוזה: קרום הגרעין נעלם, והכרומוזומים מתגלים לעין. אבל אז - וזה הבדל מכריע - כל כרומוזום מבקש את בן-הזוג ההומולוגי שלו, והשניים נערכים זה לצד זה. כך ש-46 הכרומוזומים שבגוף האדם מופיעים כ-23 זוגות תואמים (או ליתר דיוק, כ-22 זוגות תואמים, ועוד שני כרומוזומי זוויג).

עכשיו, כמו במיטוזה, כל כרומוזום מתפצל לאורכו ויוצר שני כרומטידים. הזוג המקורי של כרומוזומים הומולוגיים מופיע עתה כרביעייה: שתי קבוצות של שני כרומטידים, מונחים צד בצד.

מה שקורה עכשיו הוא עיקר מהותה של הזוויגיות. שני הכרומטידים המצויים בצד הפנימי של כל רביעייה מחליפים ביניהם קטעים של חומר: תהליך חיוני זה נקרא שחלוף. מעתה, כל רביעיית כרומטידים מורכבת משניים שלא השתנו, ומשניים שאפשר לתארם כמכלואים.

עכשיו נמשך תהליך הפרדת הכרומטידים וחלוקת התא כמו במיטוזה, ביסודו של דבר - מלבד זאת שהוא מתרחש פעמיים. התוצאה הסופית היא איפוא ארבעה תאים - גמטות - שבכל אחד מהם רק מחצית ממספר הכרומוזומים שבתא האב. הנה כי כן, הגמטה האנושית מכילה רק 23 כרומוזומים. אחדים מהם (לקט אקראי) יהיו זהים בדיוק לכרומוזום המתאים בתא ההורה, ואחדים (אלה שעברו שחלוף) יכילו חומר מכל אחד משני הכרומוזומים ההומולוגיים של ההורה, ולכן יהיו שונים איכותית מכל כרומוזום הורה.

אאוגוסט וייסמן, בשנות ה-80 של המאה התשע-עשרה, הוא שטען לראשונה כי חלוקה זו של הכרומוזומים קשורה להעברת מידע תורשתי. כמובן, הוא אמר זאת במרוצת אותן ארבעים שנים (ארבעת העשורים האחרונים של המאה התשע-עשרה) שבהן היתה עבודתו של מנדל שכוחה ונסתרת, חבויה בכתבי החברה לחקר הטבע של ברין. במבט לאחור, אנו רשאים להשתומם ולהתברך על שתמרוניהם אלה של הכרומוזומים מתאימים בדיוק למה שהיה אפשר לנבא על-פי חוקי מנדל - כלומר, בהנחה שאכן הכרומוזומים הם הנושאים את המידע התורשתי. כי לפי מנדל, ה"גורמים" המצויים ביסוד תכונותיו של אורגניזם הם בדידים ונבדלים, והם מועברים על-פי חוקים פשוטים. מן החוקים האלה משתמע כי במהלך הדברים הרגיל, כל תא בן אינו אלא העתק של הורהו, אבל הגמטות מכילות רק מחצית מהמידע המצוי בתאים ההורים.

אכן, היינו יכולים לשער כי כאשר נתגלו מחדש רעיונותיו של מנדל בתחילת המאה העשרים, קראו כל הביולוגים כאחד: "אוורקה! יש לנו התלכדות מושלמת של תיאוריה ותצפית!" אבל לא כך עשו הביולוגים. מטעמים שנשגבו מבינתי, סירבו אחדים מהם להשלים עם הרעיון שיש איזה קשר בין התנהגות הכרומוזומים לבין העברת המידע התורשתי. עד כמה שהדבר נשמע מוזר (ההיסטוריה של המדע מוכיחה שוב ושוב את אמיתות המימרה הנפוצה ביורקשייר, "הבנאדם זה הדבר הכי משונה מה שיש"), אחד מראשי הספקנים היה ויליאם בייטסון, שתרם כה רבות לביסוסו של מדע הגנטיקה. הגנטיקאי של האוכלוסיות הדגול, א' ב' פורד, העלה על הכתב את זעקתו של בייטסון, כשנאלץ להודות לבסוף כי הכרומוזומים נושאים את גורמיו של מנדל: "כל עמל חיי עלה בתוהו!"¹ פורד הוסיף וציין כי תגובתו של בייטסון נראתה לו מופרזת.

מילא. עובדת קיומם של הכרומוזומים, ותפקידם האפשרי כנושאיהם של גורמי מנדל, התבססו בעשורים האחרונים של המאה התשע-עשרה והראשונים של המאה העשרים. מכאן נבעו מאליהם שלושה סוגים של שאלות. ראשית, "כיצד משפיעה פעילותו של גן על אופיו הכללי של האורגניזם?" שנית, "מהו בדיוק טיבם של הגנים?" ושלישית, "כיצד פועלים הגנים הלכה למעשה?" נטפל בשאלות אלה לפי הסדר.

לפריטים נוספים מתוך הפרק:

הגן הלכה למעשה
הגן הלכה למעשה : מיקרוסקופים וכרומוזומים (פריט זה)
הגן הלכה למעשה : כיצד גורם הגן ל"תכונה"?
הגן הלכה למעשה : מהו הגן?
הגן הלכה למעשה : מבנה הדנ"א
הגן הלכה למעשה : כיצד פועל הדנ"א?
הגן הלכה למעשה : הגנום הסוער
הגן הלכה למעשה : בראשית...