בגיליון אוגוסט הבאנו את דבריהם של מדענים המעלים שאלות וספקות לגבי תורת האבולוציה של דארווין, וקראנו למדענים ולקוראינו להגיב לשאלות ולהציע תשובות. תשובה אחת הגיעה מפרופ׳ דורון לנצט, המציע הסבר לאחת השאלות המורכבות המתלוות לתורת האבולוציה: כיצד הופיעו החיים הראשונים.
"כל הנושא של ראשית החיים הוא נושא לא פשוט, מאוד לא פשוט", פותח את השיחה פרופ' דורון לנצט, ראש מרכז קראון לחקר הגנום במכון ויצמן, שבמשך 12 שנה ניהל את האגודה הישראלית לאסטרוביולוגיה ולחקר ראשית החיים.
ולמה זה כל כך לא פשוט? כי אנחנו מדברים על השלבים הראשונים, ממש ראשונים. "ברור שבלי שכפול והעברת מידע מדור לדור קשה מאוד לראות איך החיים מתחילים. בלי סוג מסוים של אבולוציה קשה לראות איך זה קורה". והוא מסביר, שמרגע שקיימת ישות שיודעת לשכפל את עצמה ומסוגלת לעבור שינויים אקראיים ולעבור דרך מנגנוני הברירה הטבעית של דארווין, משם היא כבר תצליח לשפר בהדרגה את עמידותה לסביבה ולהתפתח לאט לאט לרמת מורכבות גבוהה יותר.
לכן אנשי חקר ראשית החיים מחפשים את היישויות הפשוטות ביותר שיתכן שהצליחו לשכפל את עצמן. לאורך השנים קמו מספר אסכולות שכל אחת מהן מציעה ישות פשוטה אחרת שממנה התחילו החיים. אחת מהאסכולות, מהחשובות ביניהן, מציעה שבמקום שהיו אלו הגנים שלנו, מולקולות ה-DNA, הדבר הראשון שידע לשכפל את עצמו היה משהו שקצת דומה להן, אבל פשוט מהן במידה נכרת. מדובר במולקולה שנקראת RNA וכיום אנחנו מכירים אותה בעיקר בתור זו שמעתיקה את המידע הגנטי שלנו מה-DNA ומעבירה אותו למפעלי הייצור של החלבונים הפזורים ברחבי התא.
אבל יש כאן בעייתיות מסוימת. מולקולת ה-RNA, אף על פי שהן פשוטות ממולקולות ה-DNA כי הן קצרות מהן במידה נכרת, הן עדיין מורכבת מאוד ונדרשת אנרגיה רבה כדי לייצר אותן. בדומה לחלבונים ולמולקולות ה-DNA, גם ה-RNA מורכב מרצף של בסיסים, אותיות, ולסדר האותיות במולקולה יש חשיבות מכרעת בתפקוד החלבון שיווצר ממנה. "במולקולת RNA אופיינית בגופנו יש סדר גודל של 100 עד 1000 בסיסים, ואם נשנה סדר של שתי אותיות, בחלק מהמקרים כבר לא יתקבל החלבון שרצינו". וכיוון שמדובר כאן בתהליכים ספונטניים בלבד, הסבירות שיווצר רצף של אלף אותיות בסדר יחיד ומדויק היא כמעט אפסית. "RNA, ולו גם קצר, הוא מולקולה מורכבת מאוד. נדרש שכלול גדול מאוד כדי שהבסיסים הבודדים יתחברו זה לזה וייצרו את השרשרת הנכונה".
כך, פרופ' לנצט ועמיתיו לאסכולה מציעים לנו לחשוב על יישות פשוטה הרבה יותר שהצליחה לשכפל את עצמה ולאגור מידע כלשהו לגבי המבנה שלה. והרעיון שלהם מגיע מכיוון מפתיע – מולקולות שומן. אמנם אנחנו מכירים אותן ככאלו שהיינו רוצים להמנע מהן, אך פרופ' לנצט מציע שהן מסוגלות לעשות דברים מעניינים מאוד. "אלו מולקולות קטנות שיוצרות מבנים גדולים", הוא מסביר.
כפי שהוא מציע, מולקולות שומן גדולות דיין הצליחו באותם תנאים מוקדמים לתפקד כמעין קרומים של התאים הפשוטים ביותר והן הצליחו להשתכפל וליצור סוג מסוים של צאצאים – טיפות שומן שדומות להן בהרכבן. וכמו שמסביר פרופ' לנצט, יש למולקולות השומן האלו שני יתרונות משמעותיים: הראשון – בניגוד ל-DNA ול-RNA הן מורכבות מקשרים כימיים חלשים יותר, כך שנדרשת פחות אנרגיה כדי לייצר אותן. והיתרון הגדול והמשמעותי שלהן הוא שהן פשוטות הרבה יותר. כבר לא משנה סדר האותיות המרכיבות אותן. ופרופ' לנצט נותן דוגמה להבדל המשמעותי הזה: "זה לא מידע סדרתי כמו שאנחנו רואים בטקסט, אלא מידע הרכבי, כמו ברשימת מכולת. לא אכפת לנו אם שני מוצרים מחליפים ביניהם את המקומות שלהם ברשימה – עדיין נקבל את אותו סל קניות".
אז איזה מידע יודעות מולקולות השומן האלו להעביר ל"צאצאים" שיתפצלו מהן? מידע על הרכב החומר בתוכן. לדוגמה, מסביר פרופ' לנצט, אם בתוך "קרום התא" הפשוט הזה יש פי חמישה מחומר מסוג א' מאשר מחומר מסוג ב', אז מהירות הכניסה אל ה"תא" של מולקולה מסוג א' תהיה גבוהה פי חמישה מזו של מולקולה מסוג ב'. כך הרכב החומרים בתוך התא יישמר בזמן שהוא גדל לו בהדרגה ומאוחר יותר משתכפל לשני "צאצאים" שונים, שגם הם מצליחים לשמור על אותו הרכב כימי.
אז השגנו שכפול של קרומי תא כאלו – זה כבר משתכפל יופי ועובר מדור לדור. אבל עדיין נדרש שלב כלשהו שבו יווצרו המולקולות המורכבות יותר כמו ה-DNA.
"נכון. כאן נכנס דארווין לתמונה", מסביר פרופ' לנצט. "דארווין אמר דבר כזה: 'תפסיקו להתעניין בשאלה איך מחידק נוצר פיל. כי אני מראה לכם חוק טבע עקרוני שמאפשר גידול וסיבוך' ". כפי שמסביר פרופ' לנצט, בעזרת מנגנוני המוטציות והברירה הטבעית, אותו יצור פשוט שמשכפל את עצמו יכול בהדרגה לפתח עמידות גדולה יותר לתנאי הסביבה ולשפר את היכולת שלו לייצר צאצאים, וכנראה תוך כדי כך גם לפתח את המולקולות המורכבות האלו.
"בעזרת טיפות השומן האלו הקטנו את הבעייתיות של הפתרון בשלושה סדרי גודל, אם לא בחמישה", הוא מסכם.