מי האוקיינוס יכולים להיות קרים יותר משאתם מדמיינים. עקב ריכוז המלח הגבוה, טמפרטורת מי האוקיינוסים הארקטי והאנטארקטי יכולה לצנוח אל מתחת ל2OC- , כלומר, מתחת לטמפרטורת הקיפאון הרגילה של מים (0OC). דג השן האנטארקטי (Dissostichus mawsoni), ששייך לקלייד Nototheniiformes, חי באוקיינוס האנטארקטי ומתמודד עם טמפרטורות כאלה על בסיס יומיומי. אם כך, כיצד דמו אינו  קופא? דגים החיים בטמפרטורות כה נמוכות שורדים בזכות פיתוח אבולוציוני שהיה מרשים כל מכונאי רכב: חומר נגד קפיאה.

אנחנו מכירים חומרים נגד קפיאה בעיקר בתעשיית הרכב, שם הם מונעים קיפאון של המנוע בחורף, אך החומר נגד קפיאה של דג השן האנטארקטי פועל בדרך אחרת. חומרים נגד קפיאה בתעשיית הרכב עשויים אלכוהול. החומר נגד קפיאה של דג השן נקרא גליקופרוטאין, והוא עשוי מסוכרים וחלבונים. החומר הזה מוסע במערכת הדם של הדג, מונע התגבשות גבישי קרח וכך שומר את הדם נוזלי.

כיצד מתפתחת התאמה כל כך לא שגרתית? במקרה של דג השן האנטארקטי, נראה שלפני זמן רב, חלקים של גן שמקודד באופן נורמלי לחלבון של הלבלב שקשור לתהליכי עיכול, שוכפלו. העותק החדש של הגן הזה כבר לא שימש בתהליכי עיכול ועבר ברירה טבעית לצורה שמאפשרת לדג לשרוד בטמפרטורות קיפאון. לבסוף, הגן העתיק הזה התפתח לצורתו המודרנית והוא מקודד לגליקופרוטאין שמונע את קיפאון הדם.

דג השן האנטארקטי (Dissostichus mawsoni). מקור: Census of Antarctic Marine Life. צילום: Stefano Schiaparelli, NZ IPY - CAML

דג השן האנטארקטי (Dissostichus mawsoni). מקור: Census of Antarctic Marine Life. צילום: Stefano Schiaparelli, NZ IPY - CAML

דג קוד ארקטי (Boreogadus saida). מקור: Arctic Ocean Diversity. צילום:  Sheiko & Mecklenburg

דג קוד ארקטי (Boreogadus saida). מקור: Arctic Ocean Diversity. צילום:  Sheiko & Mecklenburg 

מפתיע ככל שזה נשמע, דג השן האנטארקטי אינו הדג היחיד שמייצר חומרים מועילים כאלה. בקצה השני של כדור הארץ חי דג בשם קוד ארקטי, שמייצר גליקופרוטאין מונע קיפאון כמעט זהה. ישנם שני הסברים אפשריים לכפילות הזו: או ששני המינים הללו קרובים מבחינה אבולוציונית ושניהם ירשו את התכונה הזו מאב קדמון משותף, או שהחומר הזה התפתח באופן בלתי תלוי בשני המינים. כשבוחנים את העץ הפילוגנטי, התשובה ברורה: דג השן האנטארקטי והקוד הארקטי הם קרובים רחוקים מאוד ולאף אחד מהם אין קרוב משפחה קרוב שמייצר חומר דומה. נראה שזו דוגמה לאבולוציה מתכנסת – מצב שבו תכונה דומה מתפתחת בשתי שושלות בנפרד, מכיוון ששתיהן מתמודדות עם אתגרים סביבתיים דומים וחוות לחצים דומים של ברירה טבעית.

עץ אבולוציוני: שושלות שהתפתח בהם גליקופרוטאין נגד קפיאה

העדויות הגנטיות תומכות בהסבר הזה. גנים שונים אחראים על ייצור החומר נגד קפיאה בשני המינים. הגן שמקודד לחומר נגד קפיאה בקוד הארקטי אינו קשור כלל למיצי העיכול בלבלב, והוא התפתח במסלול אחר מזה של הגן של דג השן האנטארקטי. מדהים כיצד בשני המינים הללו, שחיים בשני הקטבים של כדור הארץ, הביאה הברירה הטבעית לאבולוציה של חלבונים דומים להפליא.

חזור לעץ

מקורות ומידע נוסף

התכנים עובדו מתוך:

A Fisheye View of the Tree of Life. Understanding Evolution .University of California Museum of Paleontology. 22 May 2016

המידע הפילוגנטי מתוך:

Wiley, E. O. and Johnson, G. D. 2010. A teleost classification based on monophyletic groups. In J. S. Nelson, H.-P. Schultze, & M. V. H. Wilson (eds) Origin and Phylogenetic Interrelationships of Teleosts. Pp. 123-182, Verlag Dr. Friedrich Pfeil, München, Germany.

Chen, L., DeVries, A. L., Cheng, C. H. C. (1997). Convergent evolution of antifreeze glycoproteins in notothenioid fish and Arctic cod. Proceedings of the National Academy of Science, USA. 94:3817-3822.

חזור לעץ

להבין אבולוציה