הסודות של חפרפרת הכיס

חפרפרות הכיס חיות מתחת לאדמה באזורים המדבריים של אוסטרליה. בדומה לקנגורו ולקואלה, הן נושאות את צאצאיהן בכיס, ובדומה לחפרפרות המוכרות לנו, הן מותאמות במובהק לתנאים תת-קרקעיים. במשך שנים מיקומן של חפרפרות הכיס בעץ החיים של המינים היה בגדר תעלומה, ואורח חייהן הִקשה על חוקרים להתחקות אחריהן: הן מתחפרות בחול ו”שוחות” דרכו מבלי להותיר מנהרות קבועות. 

בהיעדר נתונים מהימנים על היקף אוכלוסיית חפרפרות הכיס בהווה ובעבר, האיגוד הבינלאומי לשימור הטבע ומשאבי הטבע הגדיר את מצב השימור של המין “ללא חשש” – מין שלא נשקפת לו סכנת הכחדה. עם זאת, טורפים כמו חתולים, שועלים ודינגו מאיימים על חפרפרות הכיס, וללא מידע נוסף על היקף האוכלוסייה קשה להעריך אם מצב השימור שנקבע אכן משקף את המציאות. במחקר שפורסם בתחילת השנה בכתב העת Science Advances, קבוצת חוקרים ריצפה לראשונה את הגנום של חפרפרת הכיס הדרומית (Notoryctes typhlops). פענוח הגנום אִפשר לחוקרים למקם באופן חד-משמעי את חפרפרת הכיס בעץ האבולוציוני, להתחקות אחר אירועי הכחדה בהיסטוריה של המין ולחשוף מנגנונים גנטיים שמאפשרים לבעל החיים המיוחד הזה לחיות בתנאי קיצון.

איחוד משפחתי

האבוריג’ינים, העמים הילידיים של אוסטרליה, הכירו את חפרפרות הכיס במשך מאות שנים ואף הזכירו אותן בסיפורי העם שלהם, הצו’קורפה (Tjukurpa). לעומת זאת, המדע המודרני תיעד את חפרפרת הכיס והחל להתחקות אחר ההיסטוריה האבולוציונית שלה רק בסוף המאה ה-19, כאשר דגימה מרקמה של חפרפרת כיס דרומית נחקרה לראשונה. המחקרים המוקדמים לא זיהו את המין כחלק מיונקי הכיס, אלא סברו שהוא שייך לקבוצת בעלי חיים שקדמה לפיצול האבולוציוני בין יונקי הכיס ליונקי השליה. נקבות יונקי השליה (Eutheria) נושאות את העוברים ברחם בעזרת שליה – איבר מורכב שאחראי לחילוף החומרים של העובר ומגן עליו עד ללידה. לעומת זאת, נקבות יונקי הכיס (Metatheria) יולדות ולדות לא מפותחים, שממשיכים להתפתח מחוץ לרחם לאחר הלידה, לרוב בכיס עור. נתונים שנאספו מאוחר יותר לימדו שהחפרפרות כנראה קרובות יותר ליונקי כיס אחרים, אך הממצאים לא היו חד משמעיים.

במחקר הנוכחי, החוקרים הצליחו לחלץ DNA מדגימה של חפרפרת כיס דרומית שהשתמרה במוזיאון, ולרצף לראשונה את הגנום שלה. לאחר הריצוף חיפשו החוקרים “טביעות אצבע” גנטיות – מקטעים יציבים יחסית בגנום שלא משתנים בקלות לאורך הדורות, ונוטים להיות ייחודיים למין הנחקר. השוואה בין “טביעות האצבע” של מינים מאפשרת להעריך את מידת הקרבה ביניהם: ככל שטביעות האצבע של שני מינים דומות יותר, כך סביר שהם קרובים יותר מבחינה אבולוציונית. בהתאם להשוואה, החוקרים הראו שחפרפרות הכיס קשורות באופן הדוק ביותר לבילבים ובנדיקוטים, מינים מסדרת הבנדיקוטאים (Peramelemorphia), וכי הן אינן קבוצה טקסונומית מבודדת נטולת קרובי משפחה – סוגיה שהייתה במחלוקת ארוכת שנים בקרב טקסונומים, מדענים העוסקים בסיווג, זיהוי ומיון של יצורים.

היסטוריה שנכתבה ב-DNA

החוקרים השתמשו בשיטה חישובית שבודקת איך השתנה גודל האוכלוסייה לאורך זמן, לפי השוואות ברצפי DNA. בעזרת השיטה הזו אפשר גם להעריך מתי אוכלוסיות שונות נפרדו זו מזו, ולשחזר את ההיסטוריה האבולוציונית שלהן. ה-DNA מאורגן במבנים צפופים שנקראים כרומוזומים; לרוב בעלי החיים יש שני עותקים מכל כרומוזום – אחד שירשו מהאם ואחד שהוריש להם האב. אם מניחים שבמהלך התפתחות המין נוצרים מדי פעם שינויים אקראיים ב-DNA, אפשר להשוות בין שני העותקים של אותו כרומוזום ולהעריך מתי בעבר הם היו זהים. ככל ששני העותקים דומים יותר – כך גדֵל הסיכוי שהם הגיעו מאב קדמון משותף שחי לא מזמן, עדות לכך שהאוכלוסייה באותו זמן הייתה קטנה. ככל שהשוני בין העותקים רב יותר – כך מקורם המשותף קדום יותר, מה שמעיד על אוכלוסייה גדולה יותר. בהתאם לכך אפשר לשחזר את דפוסי השינוי בגודל האוכלוסייה של חפרפרת הכיס לאורך מאות אלפי שנים.

הניתוח הגנטי אִפשר לחוקרים להציץ לעבר הרחוק של חפרפרות הכיס. כך התגלה שלפני כ-70 אלף שנים, אלפי שנים לפני הגעת בני האדם ליבשת אוסטרליה, קטנה האוכלוסייה במידה דרסטית. עידני קרח ארוכים ושינויים בגובה פני הים אילצו את החפרפרות להתמודד עם סביבות שהפכו פחות ופחות מתאימות לאורח חייהן, והחוקרים מעריכים שמאז האוכלוסייה הולכת ומצטמצמת.

מי צריך ראייה?

לבסוף החוקרים בחנו את השינויים הגנטיים שמסייעים לחפרפרת הכיס לחיות חיים דלי חמצן וחשוכים מתחת לחול. במהלך האבולוציה הפסיקו כל המרכיבים הדרושים לראייה לתפקד אצל חפרפרות הכיס, והניתוח הגנטי הראה שהתהליך ארך זמן ממושך: לפני כ-16 מיליון שנים הפסיקו לתפקד עדשות העין, שאחראיות על שבירת האור וריכוזו; לפני כ-9 מליון שנים הופסק תפקוד המדוכים, התאים שמבחינים בין צבעים; ולבסוף, לפני כ-3 מיליון שנים, הקנים, התאים שדרושים לראיית לילה, הפסיקו לפעול. הסדר הכרונולוגי הזה מעיד על אובדן הדרגתי של יכולת הראייה. החוקרים משערים שאובדן הראייה ההדרגתי של חפרפרת הכיס הוא תהליך אופייני, שדומה לאובדן הראייה אצל בעלי חיים נוספים שחיים מתחת לאדמה, ומציעים שפגיעה בגֵנים האחראים על פעילות עדשת העין היא אולי סממן מקדים לאובדן ראייה אצל מינים נוספים. 

הסקירה הגנטית העלתה גם שאצל חפרפרות הכיס מוכפל גֵן שאחראי לייצור החלבון המוגלובין אומגה (ω-hemoglobin), שממלא תפקיד מרכזי באספקת חמצן לעוברים בראשית התפתחותם, וכך הן מתמודדות עם הסביבה הדלה בחמצן. לבסוף, החוקרים מצאו ששק האשכים הפנימי של חפרפרות הכיס קשור למוטציה בגֵן RXFP2. ההתאמה הזו מאפשרת להן לנוע בצורה חלקה בתוך האדמה, מבלי שהאשכים ייפגעו או יפריעו לתנועה בחול. 

המחקר חושף הידלדלות ניכרת באוכלוסיית חפרפרות הכיס הדרומיות, שהחלה עוד לפני הגעת בני האדם לאוסטרליה אך נמשכת מאז ועד היום. החוקרים מעריכים שנותרו כאלף פרטים בוגרים של חפרפרות כיס דרומיות, והמידע הזה יכול לסייע לאיגוד הבינלאומי לשימור הטבע בהגדרה מחודשת של סטטוס השימור שלהן. לאור מספרן הנמוך ייתכן שהחפרפרת תוגדר כמין סכנת הכחדה ואפילו בסכנת הכחדה חמורה. בנוסף, המחקר ממחיש היטב שהאבולוציה אינה רק תהליך של רכישת תכונות חדשות – אלא גם גריעת תכונות שאינן נחוצות עוד. חפרפרות הכיס הן דוגמה למין שהותאם לסביבה משתנה לא דרך התפתחויות דרמטיות, אלא באמצעות שינוי ארוך והדרגתי ביכולות קיימות.