מימין: פרופ' אורי אלון וד"ר ארז דקל. אבולוציה במבחנה
הישרדות, על-פי תורת האבולוציה של דארווין, היא טעם החיים. האורגניזמים חיים כדי לחיות, להעמיד צאצאים, ולהעביר את הגנים שלהם אל העתיד. זה הפרס שהטבע מעניק לבעלי התכונות ה"טובות" והמועילות. המנגנון המאפשר את "הישרדות העמידים" הוא הברירה הטבעית, המעוררת מחלוקות זה כ150- שנה. אחד משורשי המחלוקת בעניין זה היה נעוץ בקושי לבחון את התכונות המסייעות להישרדות באופן כמותי, במעבדה. בנקודה הזאת נכנס לתמונה החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר ארז דקל, מקבוצת המחקר של פרופ' אורי אלון מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא במכון ויצמן למדע. הם הצליחו - לראשונה -למדוד את התכונות המסייעות להישרדותו של אורגניזם פשוט על-פי כמות החלבון שהוא מייצר. כלומר, כמה צאצאים הוא יכול להפיק, והאם הוא באמת האורגניזם ה"עמיד ביותר" אשר שורד ומעביר ביעילות הרבה ביותר את המטען הגנטי שלו "במכונת הזמן" אל הדור הבא.
המדענים חקרו את החיידק Escherichia coli ואת החלבונים שבאמצעותם הוא מפיק אנרגיה מסוכר הלקטוז ("סוכר החלב"), תהליך שמסייע לו בתהליך ההתרבות. מתברר, שהחיידק מייצר כמות קבועה - 60,000 - של מולקולות חלבון אלה.
מדוע דווקא 60,000? מדוע לא, למשל, 50,000 או 70,000? האם 60,000 הוא, באמת, מספר מולקולות החלבון המתאים ביותר להתרבות מרבית של החיידק?
תוצאות המחקר, שהתפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי "Nature", הראו שכמו שבסיפור על זהבה ושלושת הדובים, שבו הדייסה הראשונה שהילדה טעמה הייתה חמה מדי, השנייה קרה מדי והשלישית מתאימה בדיוק, כך יש גם כמות אופטימלית של חלבונים שהחיידק מפיק כדי שיוכל לפעול במיירב היעילות ולזכות במירב הרווחים. "מדובר במאזן של עלות מול תועלת", מסביר פרופ' אלון. "כשהחיידק משקיע מאמץ יתר ומייצר יותר מדי חלבון, היכולת שלו לנצל את החלבון הזה להטמעת הסוכרים נפגעת במידה מסוימת. לעומת זאת, הפקת כמות קטנה מדי של חלבון תגרום לכך שהחיידק לא יוכל לנצל כראוי את כל כמות הסוכר הנחוצה לו לצמיחה. רק כשהוא מייצר כמות נכונה של חלבון, יכול החיידק להתפתח יפה ולממש את מלוא הפוטנציאל שלו בגידול צאצאים".
במחקרם הוכיחו פרופ' אלון וד"ר דקל, שלחיידקים בעלי התכונות ה"טובות ביותר", כלומר, אלה שמפיקים כמות אידיאלית של חלבונים, יש יותר סיכויים לשרוד. בשלב השני של המחקר הם ביקשו לבחון אם רמת הפקת החלבון של החיידק משתנה במהלך האבולוציה במטרה להגיע לאידיאל הזה. כדי לעשות זאת, גידל דקל את החיידקים בשבע מבחנות נפרדות, שבכל אחת מהן גידל מאות דורות של חיידקים, תוך מעקב אחר השינויים המתחוללים בחלוף הזמן בכמות החלבונים שהם מפיקים, בהשוואה לרמת הצמיחה והריבוי שלהם. כך התברר, שבתהליך אבולוציוני שנמשך כמה מאות דורות, הגיעו החיידקים לרמה אופטימלית של הפקת חלבונים, ולמיצוי פוטנציאל ההתרבות שלהם.
פרופ' אלון: "בסדרת הניסויים הזאת הצלחנו לחזות בתהליכים אבולוציוניים, לרבות ברירה טבעית שהובילה להישרדות החזקים ביותר - במבחנה".
