מחקר חדש של פרופ' אריאל צ'יפמן וקבוצת המחקר שלו, ממכון סילברמן למדעי החיים ואוספי הטבע הלאומיים באוניברסיטה העברית, שופך אור על האבולוציה של מבנה הגוף הייחודי של חרקים, עכבישים, סרטנים ופרוקי רגליים אחרים. המחקר מציג מודל חדש להבנת ההתפתחות והאבולוציה של דגמי גוף בפרוקי-רגליים (arthropoda) - ובפרט, הארגון של חלקי הגוף כסגמנטים (מקטעים), הידועים בשם טאגמטה (tagmata).

פרוקי רגליים, קבוצה הכוללת חרקים, סרטנים, עכבישנים ונדלים, מייצגים את מערכת בעלי החיים המגוונת ביותר על פני כדור הארץ. כל קבוצה בתוך פרוקי רגליים מוגדרת על-ידי סידור ייחודי של טאגמטה: לדוגמה, לחרקים שלוש חטיבות (ראש, חזה, ובטן) בעוד שאצל עכבישים יש רק שתי חטיבות (ראשחזה ובטן). למרות שדגמי הגוף הללו מוכרים וידועים, הדרך שבה הם התפתחו אבולוציונית הייתה תעלומה במשך זמן רב.

המחקר של פרופ' צ'יפמן וחובריו, שראה אור בכתב העת המדעי Proceedings of the Royal Society B, מציע מודל התפתחותי חדש שמשרטט את המקור האבולוציוני של דגמי הגוף הללו כתולדה של תהליכים מובחנים אשר מתרחשים בעת ההתפתחות של העובר. בהסתמך על ביולוגיה התפתחותית השוואתית, מחקר עוברי קלאסי, ומידע מתוך הרקוד של פרוקי רגליים מאובנים, המחקר מזהה שלושה אזורים התפתחותיים קדמוניים מהם התפתחו כל הטאגמטה של פרוקי הרגליים. הללו כוללים סט סגמנטים קדמי ייחודי, אזור של מרכז הגוף שנוצר בתוך שדה התפתחותי שקיים מראש, ואזור אחורי אשר נוצר ברצף מתוך שטח צמיחה מיוחד.

לא זו בלבד שהמודל החדש קורא תיגר על הבחנות מסורתיות בין התפתחות קצרת-נבט (short-germ) וארוכת-נבט (long-germ) - מונחים המתייחסים לכמות הסגמנטים שמוגדרים בשלב מוקדם של חיי העובר - אלא שהוא אף ממסגר מחדש את תפקידם של גורמי בקרה גנטיים ידועים היטב כגון Hox genes בהגדרת זהות הסגמנט והטאגמה.

בקושרו מנגנונים התפתחותיים אל ההיסטוריה של פרוקי רגליים מאובנים, המחקר מציע הסבר נרחב למגוון העצום של צורות גוף בפרוקי רגליים בני זמננו ובכלל. הוא מספק מסגרת בהירה ומאוחדת להבנה כיצד עלו לאורך האבולוציה דגמי גוף כה מורכבים ומגוונים.

פרופ' צ'יפמן מדגיש ש"התובנות הללו מעלות שאלות וכיווני מחקר חדשים, במיוחד לזיהוי של המנועים הגנטיים והמלקולריים של יצירת טאגמה במינים שונים".

המחקר הוא פרי עבודה של מעל עשור במעבדתו של פרופ' צ'יפמן על דגמי התפתחות בפרוקי רגליים שונים. הוא מייצג סינתזה של הרבה מאד נקודות מידע אשר חוברות על מנת להראות תמונה רחבה. המחקר גם מדגיש את החשיבות של גישות רב-תחומיות - גישור של ביולוגיה התפתחותית, פליאונטולוגיה, ותיאוריה אבולוציונית - על מנת לחשוף את הדגמים העמוקים שעיצבו את הקבוצה המגוונת ביותר של יצורים בעולם החי.

המאמר מופיע באתר של המוציא לאור: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2024.2950

צילומים: לאה חננשווילי