האב הקדמון הכולל
האב הקדמון הכולל (Last Universal Common Ancestor, LUCA), קרוי גם "האב הקדמון המשותף האחרון", הוא האב המאוחר ביותר המשותף לכל היצורים החיים כיום על פני כדור הארץ, על פי ההנחה שכל היצורים הללו הם צאצאיו של אב קדמון יחיד. משערים כי האב הקדמון הכולל (להלן אק"כ) חי לפני 3.5 מיליארד שנים או אפילו יותר. על פי תורת מיון עולם הטבע, הוא מרכיב קבוצה מונופילטית עם כל היצורים החיים כיום, מכל שלוש העל-ממלכות של עולם החי.
ההשערה
עריכה
בניית אילן היוחסין (או עץ פילוגנטי) של כל היצורים החיים, על בסיס המרחק הגנטי ביניהם, העלתה כי בשלב מוקדם למדי בהתפתחות החיים התרחש הפיצול בין החיידקים הקדומים (ארכאונים) ליתר היצורים החיים. הארכאונים משגשגים בתנאים סביבתיים קיצוניים, לרבות טמפרטורות ולחצים גבוהים, מליחות וחומציות. לכן הוצע כי אק"כ התפתח באזורי מחיה שבהם מתקיימים תנאים קיצוניים אלה, כגון נביעות תת-ימיות במעמקי האוקיינוסים. מאוחר יותר נמצא כי הפיצול הראשון בהתפתחות התרחש בין החיידקים ליתר היצורים החיים, ממצא השנוי אף הוא במחלוקת עם גילוי ההעברה הגנטית האופקית, כפי שמוסבר להלן.
על פי ההשערה, כל היצורים שחיו בזמנו של אק"כ נכחדו מאז, כמו גם צאצאיהם. רק המטען הגנטי של אק"כ מתבטא ביצורים החיים היום. קרל ווסה, אבי השערת עולם הרנ"א, הציע כי מקורו של המטען הגנטי של אק"כ בקהילה של יצורים ולא בפרט בודד.[1] זאת לאור היכולת של יצורים מסוימים להעביר ביניהם מידע גנטי גם ללא רבייה, כמוסבר להלן.
העברה גנטית אופקית
עריכההעברה גנטית אופקית, שבה יצור מעביר מטען גנטי ליצור אחר שאינו צאצא שלו, מקשה על הסקת הקרבה ההתפתחותית בין שני יצורים שונים מן המרחק הגנטי בין רצפיהם הגנטיים. למשל, העברת גן בודד בין שני מיני חיידקים רחוקים התפתחותית זה מזה תגרום להם להיראות קרובים התפתחותית זה לזה על אילן היוחסין שייבנה. זאת אף אם קיימת שונות גדולה בין הגנים האחרים שלהם. עקב כך, מוטב להעריך את הקרבה המשפחתית על בסיס נתונים נוספים, כמו הימצאותם או היעדרם של גנים מתוך מבחר גנים רחב ככל האפשר.
אם כן, כתוצאה מהעברה גנטית אופקית קיים יותר ממסלול יחיד המקשר בין היצורים החיים לאביהם הקדמון. ייתכן כי העברה אופקית התקיימה במרק הקדום עוד בטרם התרחש הפיצול בין החיידקים הקדומים ליתר היצורים. תחת הנחה זו, מצטיירת תמונה של קהילת יצורים חד תאיים המחליפים ביניהם גנים בחופשיות יחסית.
השגות
עריכההשערת קיומו של האב הקדמון הכולל ספגה ביקורת, הן לאור הנחותיה והן כתוצאה מפרשנות שגויה של עיקריה.
הנחות שגויות
עריכההאב הקדמון הכולל אינו נדרש להיות:
- צורת החיים הפשוטה ביותר העונה על כל מאפייני החיים. הנחה זו אינה הכרחית.
- היצור הראשון שחי אי-פעם עלי אדמות. בהחלט ייתכן כי יצורים חיים נוספים נוצרו זמן רב לפני הופעתו של אק"כ, כמו גם אחריו. מניחים רק כי צורות חיים אלה וצאצאיהן נכחדו לחלוטין.
- יצור שחי לבדו, ללא אח ורע. מניחים רק כי כל צאצאיהם של היצורים שחיו בזמנו של אק"כ נכחדו מאז.
- היצור הראשון שהעמיד צאצאים. ייתכן כי אק"כ הוא עצמו צאצא של יצורים קדומים יותר. מניחים רק כי כל צאצאיהם האחרים של יצורים קדומים אלה נכחדו.
לצורך המחשה, נדון באפשרות כי מוצא החיים עלי אדמות אינו מכדור הארץ אלא מהחלל, תאוריה הנקראת פנספרמיה. נניח כי יצורים א' וב' הובאו לכדור הארץ על גבי מטאוריט והעמידו בו צאצאים. נניח כי כל היצורים החיים כיום הם צאצאיו של יצור ג', שהוא עצמו אחד מצאצאיו של א'. במצב זה ג' יוגדר אב קדמון כולל, כזה שבילה את ימיו על פני כדור הארץ. לעומת זאת, אם אחד היצורים החיים כיום הוא מצאצאיו של יצור ב', אזי עלינו לחפש את האב הקדמון הכולל לא' ולב', שיכונה בהתאם ד'. ד' יוגדר אב קדמון כולל, כזה שמעולם לא ביקר בכדור הארץ.
הנחת המוצא המשותף
עריכהייתכן כי צורות חיים נוצרו ונכחדו באופן בלתי תלוי פעמים רבות במהלך העידנים. אם כן, מניין לנו כי לכל היצורים החיים בימינו יש אב קדמון משותף? אכן, בהיעדר תצפיות ישירות על כל מהלך החיים עלי אדמות, לא ניתן להוכיח הנחה זו. עם זאת, כל הנחה חלופית צריכה לתת מענה לדמיון המולקולרי העצום בין כל היצורים החיים הידועים, לרבות:
- אצירת המידע התורשתי בחומצות גרעין (RNA ולעיתים גם DNA).
- תרגום המידע התורשתי באמצעות אותו הקוד הגנטי לייצור חלבונים מאותן חומצות אמינו, עם אותה כיראליות. שינויים קלים בקוד הגנטי אותרו במיטוכונדריה וביצורים אחרים, אך רוב הקודונים מקודדים בדיוק לאותן חומצות אמינו בכל היצורים החיים בימינו.
- שימוש ב-ATP כ"מטבע אנרגיה".
- שימוש ב-NAD כנשא אלקטרונים.
- שימוש בריבוזומים להרכבת חלבונים.
- שימוש בתעלות יונים מולקולריות בררניות להולכת יוני נתרן, אשלגן, כלור וסידן דרך קרום התא.
קיימים חריגים שונים לנקודות דמיון אלה, אך כל היצורים החיים המוכרים למדע ניחנים לפחות בחלקן. בפרט, מימוש הקוד הגנטי, על יתרונותיו ומגרעותיו, בכל היצורים החיים המוכרים מהווה עדות חזקה למוצאם המשותף.
