עכברים מהונדסים רואים את כל קשת הצבעים

מדענים יצרו מערך ראייה של כל צבעי הקשת בעיני עכבר, אותו הוסיפו לתערובת הצבע הדלה שהיוותה את עולם ראיית הצבע בעכברים עד כה, אשר כוללת גוונים של צהוב, כחול ואפור. הם עשו זאת פשוט ע“י החדרת מקטע דנ“א המקודד לפיגמנט של העין האנושית לתוך גנום העכבר.

ממצאים אלו ממחישים את גמישותו של מוח היונק ויכולתו לפרש אותות שאינו פוגש אותם בדרך כלל. הדבר מצביע גם על כך שייתכן שמוטציה גנטית בודדת גרמה להוספת גווני האדום והירוק לתוך מערך ראיית הצבע של אבותינו הקדמונים לפני עשרות מיליוני שנים.

ג‘רלד ג‘קובס מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה ועמיתיו הינדסו גנטית עברים כך שישאו גן המייצר פיגמנט אנושי בעיניהם, בנוסף לפגמנטים העכבריים הרגילים. החוקרים הראו שהחדרת הגן הקנתה לעכברים את היכולת לראות צבעים שלא ראו בעבר (שבדרך כלל אין לעכברים יכולת לראותם).

”ההשלכות הן כבירות“ אומר דיויד וויליאמס, מומחה לראייה באוניברסיטת רוצ‘סטר במדינת ניו-יורק. ”מדהים לחשוב שמערכת העצבים בעכבר התפתחה והסתגלה לעיבוד האותות והמידע החדש.“

הרשתית היא הרקמה הקולטת את האור בעין ומתרגמת את האותות לדחפים עצביים הנשלחים למוח. הרשתית מורכבת בחלקה משני סוגי תאים קולטי אור – תאים לראיית לילה שהם רגישים מאוד אך אינם מדויקים ואינם חשים בהבדלי צבעים, ותאים לראיית יום הדורשים יותר אור להפעלתם אך הם רואים במדויק ורואים צבעים. ראיית צבעים באדם מתאפשרת על ידי כך שיש שלושה סוגים שונים של תאי ראיית יום – חלקם רגישים לאור אדום, חלקם לירוק וחלקם לכחול. תחושת כל שאר הצבעים מקורה בהפעלת הרכבים שונים של שלושה סוגי תאי ראיית יום אלה.

ראייה דו-צבעית של העולם

למרבית היונקים יש תאי ראיית יום של שני צבעים בלבד, כלומר רק שני סוגים של פוטופיגמנטים ולכן אין הם יכולים לראות את הצבע האדום ומעט את הירוק. משמעות הדבר היא כי הם רואים את העולם בגוונים של צהוב וכחול. שני סוגי הפוטו-פיגמנטים ברשתית שלהם מקודדים ע“י שני גנים, גן אחד ממוקם על כרומוזום X, וגן השני ממוקם על כרומוזום אוטוזומלי (שאינו כרומוזום מין). אולם לפרימטים רבים, כולל לבני אדם, יש פוטו-פיגמנט שלישי, המקודד ע“י גן שני הממוקם על כרומוזום X. נוכחות הפוטופיגמנט השלישי מאפשרת ראיית צבע רחבה הרבה יותר.

בעת בחינת האבולוציה של הצבע, או הראייה הטרי-כרומטית, פונים רב המדענים לקופי העולם החדש, אשר להם מערך-ביניים-גנטי, בין מערכת דו-פיגמנטית למערכת תלת-פיגמנטית. לקופי העולם החדש יש רק גן אחד לפוטופיגמנט על-גבי כרומוזום X, אולם ישנן ורסיות (גרסאות) שונות לגן זה, האחראיות על ייצור פגמנטים שונים (ורסיות אלה הינן אללים שונים של אותו גן). כתוצאה מכך, קופות נקבות, הנושאות שני כרומוזומי X, יכולות באופן פוטנציאלי לשאת שני סוגים של גנים לפוטופגמנט, וכך להכיל שלושה סוגי פיגנטים בעינהן.

סביר להניח כי לפני מילוני שנים מוטציה יחידה הביאה לכך שנוצרו שתי ורסיות לגן לפוטופיגמנט הממוקם על גבי כרומוזום X. ייתכן שאירוע זה סלל את הדרך לראייה תלת-כורמטית הן בזכרים והן בנקבות בצאצאיהם הפרימטים, אומר ג‘רמי נת‘אנס, מדען שלקח חלק במחקר העכברים. אולם האם פוטופיגמנט נוסף הוא כל שנדרש לפיתוח ראייה טרי-כרומטית? או שמא התבוננות על העולם, על כל צבעיו, דורשת ”כוח עיבוד מוחי“ נוסף?

חיקוי ראיית קופי העולם החדש

כדי לבחון שאלה זו, ג‘יקובס ועמיתיו ייצרו עכבר מהונדס גנטית אשר מחקה באופן יעיל את מערך הראייה של קופי העולם החדש.

קבוצת החוקרים הנדסה נקבות עכבר בהן כרומוזום X אחד נושא את הגן הנורמלי לפוטופיגמנט עכברי ואילו כרומוזום X השני נושא את הגן האנושי לפיגמנט. כמו נקבות קופי העולם החדש, עכברים מהונדסים אלה מייצרים שלושה סוגים של פוטופיגמנטים, כפי שדיווחה קבוצת החוקרים בכתב העת Science.

מחקרים קודמים הראו כי פוטופיגמנטים אלה מסוגלים להגיב לאור. אולם האם העכברים יכולים לעשות בהם שימוש לראיית צבעים נוספים- שאלה זו נותרה ללא מענה. כדי לבדוק זאת החוקרים ערכו לעכברים מעין מבחן של עיוורון-צבעים.

הם הציגו לעכברים שלושה פנלים מעגליים, כל אחד מהם הואר ע“י אור עם אורך גל שונה בטווח של 500-600 ננומטר- זהו אותו טווח של ספקטרום הראייה שנראה לנו ירוק, צהוב ואדום. בכל ניסוי, פנל אחד הודלק באופן שונה מהשניים האחרים; לחיצה על הפנל השונה הניבה חלב סויה כפרס לעכבר.

רוב העכברים הטרנסגניים יכלו להבחין בקלות בהבדל כאשר האורות היו שונים מזה ביותר מ-10 ננומטר: שלושה מתוך חמישה מהם לחצו על הפנל הנכון עם אפם או כפתם ב-80% מ-10,000 הניסיונות שנערכו. באשר לשני העכברים הטרנסגניים האחרים, שלא הצליחו כל-כך טוב במבחנים, החוקרים משערים כי תערובת שלושת הפוטופגמנטים בעינהם אינה כה מוצלחת.

משמעות התוצאות היא כי מוח העכברים מסוגל ללא כל ספק לעבד ולפענח את זרם המידע החדש שמגיע דרך העיניים. ”זוהי הדגמה יפהפיה לכך שעיבוד יחסית מורכב של מידע יכול לנבוע משינוי יחיד בחזית הקדמית של מערכת הראייה“ אומר וויליאמס.

התוצאות מצביעות גם על כך שייתכן והסוג הנכון של פוטופיגמנטים הוא כל שנדרש לבני האדם כדי לסגל לעצמם ראיית לילה דמוית ראיית-ינשוף, או להיות מסוגלים לראות בצבעי אולטרה-סגול. יש לציין כי חלק מהנחשים רואים גם באינפרה-אדום, כך שהם למעשה רואים חום (שינויי טמפרטורה). תכונה זו אינה קיימת ביונקים- האם סיגול תכונות אלו הוא במרחק שינוי גנטי יחיד? ימים יגידו.

• מידע נוסף לכתבה זו עובד מכתבתו של פרופ‘ מיכאל בלקין, המכון לחקר העין, בית החולים שיבא. בשיתוף אתר "הידען"