RESEARCH

המחקר הוא הראשון מסוגו שנערך בעטלפים, וגם הפעם הראשונה ששאלת 'סביבה מול תורשה' נבחנת עבור תכונת התעוזה בבעלי חיים עירוניים. הוא בוצע בהובלת פרופ' יוסי יובל, ראש בית הספר סגול למדעי המוח, חבר בית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט, יחד עם ד"ר לי הרתאן, נסים גונצ'יר, מיכל הנדל ואורית דש ממעבדתו של פרופ' יובל, ופרופ' ה. בובי פוקידיס מאוניברסיטת אריזונה.

"ביקשנו לבדוק אם התעוזה מועברת מהאם, נלמדת באמצעות ניסיונו של הפרט, או נובעת מהורשה גנטית. תוצאות המחקר מרמזות כי התכונה מועברת לגור בדרך כלשהי מהאם שמגדלת ומיניקה אותו - גם אם אינה אימו הביולוגית", חושף פרופ' יובל, מוביל המחקר, שפורסם לאחרונה בכתב העת BMC Biology.

מסבירה ד"ר הרתאן: "מרבית בעלי החיים אינם חיים בסביבה העירונית, אך מינים מסוימים דווקא משגשגים בה, ואנחנו מנסים להבין כיצד הם עושים זאת. עטלפי פירות הם דוגמה מצוינת למין שהסתגל היטב לסביבה העירונית שיצר האדם. מושבות משגשגות של עטלפי פירות קיימות בתל אביב ובערים אחרות, וזאת במקביל למושבות שממשיכות להתקיים באזורים פראיים. ידוע כי אחת התכונות המאפיינות בעלי חיים שמסתגלים לחיים בעיר היא תעוזה ונכונות לקחת סיכונים. במחקר שלנו ביקשנו לבחון בתנאי מעבדה אם התנהגות זו היא גנטית או נרכשת."

עטלף העיר ועטלף הכפר

החוקרים הביאו למעבדה 86 צמדי גור ואם של עטלפי פירות וחילקו אותם לשתי קבוצות: 61 צמדים מ-4 מושבות עירוניות, ו-25 צמדים מ-3 מושבות שנמצאות באזור כפרי. בסדרת ניסויים הם בחנו הבדלים התנהגותיים בין הקבוצות, עם דגש מיוחד על נטייתם של העטלפים לקחת סיכונים, או אם תרצו, עד כמה הם נועזים.

בניסוי מקדים הניחו החוקרים מזון בתוך התקן שדרש מהעטלפים הבוגרים לנחות ולהיכנס פנימה כדי להגיע לאוכל הנחשק. הם מצאו כי עטלפי העיר התמודדו עם האתגר מיד וללא קושי, בעוד שבני הכפר היססו בתחילה, ולמדו כיצד להגיע למזון רק כעבור כמה ימים. "הבדלים דומים התגלו בעבר במחקרים על ציפורים: נמצא שציפורים שחיות בעיר הן נועזות יותר מבנות מינן שחיות מחוץ לעיר. המחקר שלנו הוא הראשון שבחן סוגיה זו בעטלפים", אומר פרופ' יובל.

כעת ביקשו החוקרים לבדוק אם אותה תעוזה (או היעדרה), היא תכונה מולדת או שהיא נרכשת במסגרת ההסתגלות של העטלף לחיים בעיר. לצורך כך הם ערכו את אותו מבחן בדיוק לגורי העטלפים הצעירים שעדיין הוזנו על ידי אימותיהם ומעולם לא חיפשו מזון באופן עצמאי בסביבה שבה נולדו. החוקרים גילו כי בדומה להוריהם, הגורים העירוניים נועזים יותר ולומדים מהר יותר ממקביליהם בני הכפר. פרופ' יובל: "ממצאים אלה רמזו לכאורה כי תכונת התעוזה היא מולדת, וכי הגורים העירוניים יורשים אותה באופן גנטי מהוריהם. עם זאת, גור צעיר נחשף לאימו, ולכן החלטנו לבדוק אם הוא מושפע או לומד ממנה גם לאחר הלידה."

כשתהיה גדול תהיה אמיץ ונועז כמוני. אימא וגור עטלפי פירות (צילום: יובל ברקאי)

חיי האתגר של העיר הגדולה

כדי לבחון זאת ביצעו החוקרים 'אימוץ מוצלב': גורים שנולדו לאימהות עירוניות גודלו על ידי אימהות כפריות, ולהפך. "מצאנו שהגורים מתנהגים כמו האם המאמצת, ולא כמו האם הביולוגית", מסבירה ד"ר הרתאן וממשיכה "המשמעות היא שמדובר בתכונה נרכשת ולא מולדת, המועברת מהאם לגור בדרך כלשהי. אנחנו משערים כי ייתכן שהתכונה מועברת לגור באמצעות מרכיב כלשהו בחלב האם." בניסוי נוסף מצאו החוקרים כי רמת ההורמון קורטיזול גבוהה יותר בחלב של אימהות העירוניות בהשוואה לכפריות, אך עדיין לא ניתן לקבוע בוודאות כי זהו מנגנון ההעברה הבין-דורי.

"הסביבה העירונית מציבה בפני בעלי חיים יותר אתגרים ומגוון רחב יותר של מצבים, ולכן עטלפים ובעלי חיים אחרים שבוחרים לחיות בעיר נדרשים לפתח תעוזה וכושר למידה גבוהים יותר" מסכם פרופ' יובל. "במחקר שלנו התמקדנו בגורי עלפים כדי לבחון אם ההתנהגות הנועזת היא תוצאה של גנטיקה, סביבה, או שילוב בין השתיים. לאור הממצאים אנחנו סבורים כי התכונה מועברת לגורים באמצעות מרכיב בחלב שהם יונקים מהאם בשלבי ההתפתחות הראשוניים". וד"ר הרתאן מוסיפה: "אנחנו סבורים כי הבנה עמוקה של הצרכים וההתנהגות של בעלי חיים עירוניים תסייע בעתיד לשמור עליהם ולהתאים את הפיתוח העירוני לצורכיהם".

איך לומדים גורי העטלפים לנווט?

מחקר חדש נוסף חושף לראשונה את השיטה שבה האמא העטלפה מלמדת את הגור שלה לנווט. על פי המחקר, מרגע לידתו האם נושאת אותו על גבה כל לילה לעץ מסוים, שבו הוא שוהה מספר שעות עד שהאם מסיימת ללקט את המזון ובאה לאסוף אותו בחזרה למערה. כך על ידי החזרתיות העטלף לומד לנווט בעצמו ובהמשך הוא מתחיל בשיטוט עצמאי והרחבת המעגלים באזור מוכר יחסית.

המחקר נערך בהובלת פרופ' יוסי יובל, בהשתתפות ד"ר איה גולדשטיין וד"ר לי הרתאן. המאמר פורסם בכתב העת Current Biology. במסגרת המחקר, החוקרים הצמידו מכשירי GPS זעירים, לצד מדי תאוצה המודדים את תנועת הכנפיים, לגורי עטלפים ולאימותיהם ועקבו אחר שניהם בו-זמנית. כך עלה בידם לזהות מספר שלבים בהתפתחות יכולת הניווט של העטלפים הצעירים.

"בעלי חיים רבים נדרשים לתפקד באופן עצמאי כבר בגיל צעיר מאוד כדי לשרוד. עבור בעלי חיים מעופפים, היכולת לנווט בכוחות עצמם אל מקורות מזון היא מרכיב חיוני בעצמאות." מסביר פרופ' יובל. "כך לדוגמה, עטלפי פירות צעירים - שבהם מתמקד מחקר זה, נדרשים לנווט מדי לילה, לעתים למרחק של עשרות קילומטרים, כדי להגיע לעץ או לקבוצת עצים הנושאים פירות למאכל. גם כשהם עומדים במשימה, עדיין עומד בפניהם האתגר של מציאת הדרך חזרה, אל המערה שבה שוכנת מושבת העטלפים. במחקר שלנו ביקשנו לברר כיצד הם לומדים לעשות זאת."

עץ הפעוטון

ד"ר הרתאן מוסיפה: "מצאנו שבשלב הראשון נושאת האם את הגור על גופה במשך כל הלילה. גם כשה-GPS הראה שהם נמצאים באותו מקום, מדי התאוצה של תנועת הכנפיים איפשרו לנו לקבוע בוודאות שהגור נישא על האם ולא עף בעקבותיה. לאחר מכן, עד גיל 10 שבועות בערך, נישא הגור על ידי אימו אל עץ מסוים, במרחק של עד כקילומטר מהמערה – מעין 'פעוטון'. כאן היא מניחה אותו, לעתים ביחד עם חבר נוסף, ממשיכה בדרכה אל מקורות המזון, ובדרכה חזרה היא אוספת אותו 'מהגן'. עם הזמן מתחיל הגור לשוטט בסביבת 'הפעוטון', ולעוף לעצים אחרים, במעגלים שהולכים ומתרחבים. אנחנו סבורים שהעץ המסוים נבחר על ידי האם כנקודת התחלה, מעין עוגן שאינו רחוק מדי מהבית, ממנו יוכל הגור להמשיך בעצמו ולנווט למקומות אחרים. בנוסף משמש העץ כנקודת מפגש לאם ולגור במקרים שבהם הגור הולך לאיבוד."

"בשלב הבא של תהליך החינוך לעצמאות משאירה האם את הגור במערה, בציפייה שהוא ייצא בעצמו, ואם הוא אינו מגלה יוזמה, היא חוזרת לשלב הקודם ושוב לוקחת אותו בעצמה ל'פעוטון'." אומרת ד"ר גולדשטיין. "בנוסף, בתום הלילה, היא דואגת שהוא ישוב למערה, ואם הוא מאחר לחזור, היא מחפשת אותו בעץ הפעוטון ומסייעת לו לחזור הביתה.  בשלב הסופי, שמתחיל סביב גיל 10 שבועות, הגור כבר עצמאי, ועף בכל לילה לבדו כדי למצוא לעצמו מזון. בתחילה הוא עף לעץ 'הפעוטון' המוכר לו, משם ממשיך בסביבה הקרובה, ובהדרגה מרחיב את מעגלי הניווט."

"אחת המסקנות המעניינות מהמחקר היא שבשום שלב גור העטלף אינו עף בעקבות אימו. בתחילה הוא נישא על ידה, וככל הנראה לומד לנווט 'מהמושב האחורי'. בהמשך הוא מתרגל בכוחות עצמו, במעגלים מתרחבים סביב העץ המוכר המשמש לו כעוגן או כציון דרך. חשוב לציין שלמידה מההורים יכולה לחסוך לאבולוציה מיליוני שנים. פעוטות אנושיים מסתמכים מאוד על למידה כזו ומחקר זה מגלה שגם בע"ח עושים זאת." מסכם פרופ' יובל.

לצד היתרונות הרבים של חיים בלהקה, כמו הגנה קבוצתית מפני טורפים, קרבה פיזית שמרגיעה במצב עקה, שמירה על חום גוף והעברת מידע על גילוי מקורות מזון חדשים, קיימים גם סיכונים, בהם העברת טפילים ומחלות בין הפרטים שמרכיבים אותה. נכון להיום, מספר המחקרים והמאמרים שעונים על השאלה כיצד מתמודדים בעלי החיים החברתיים עם הסיכון - מצומצם. ד"ר קלסי מורנו וד"ר מאיה ויינברג, בתר דוקטורנטית ודוקטורנטית במעבדתו של פרופ' יוסי יובל, ראש בית הספר סגול למדעי המוח, וחוקר מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, בשיתוף עם ד"ר לי הרתאן, עקבו אחר הדינמיקה הקבוצתית של מושבת העטלפים בגן הזואולוגי שבאוניברסיטת תל אביב, ומצאו התנהגות שלא נצפתה עד כה בקרב בעלי חיים חברתיים - ריחוק חברתי מתוך בחירה. המחקר החדש פורסם לאחרונה בכתב העת Annals of the New York academy of Science.

"הרעיון החל מתצפית סטנדרטית בבעלי החיים שאנחנו חוקרות", מסבירה ד"ר ויינברג. "שם עלתה השאלה האם העטלפים מוציאים את עצמם מהקבוצה".

"השערה המרכזית שלנו היא שהתנהגות בזמן מחלה מסייעת במניעת העברתה לפרטים אחרים", אומרת ד"ר הרתאן ומרחיבה "מדובר למעשה בסדרת שינויים התנהגותיים שהפרט מפתח ככל שהמחלה מתקדמת, שכוללים חרדה, דיכאון, איבוד תיאבון, ישנוניות, הפסקת ניקוי וטיפוח הגוף, צמצום התנועה למינימום ואיבוד עניין בסביבה. כל אלו משמשים כמנגנון, שהוא  הכרחי וחשוב לריפוי העצמי וגם למניעת הדבקה כשמדובר בקבוצות גדולות, ממש כמו אצל בני אדם. עם זאת, ההתנהגות הזו עלולה לעלות לפרט המתבודד בחייו".

"מה שמעניין הוא שעד כה, הבידוד חברתי אצל חולייתנים (כל בעלי החיים בעלי החוליות), הוגדר כך שפרטים בריאים הם אלה שנמנעים ממגע ומאינטראקציה עם פרטים חולים. אצל מינים רבים, נצפתה התנהגות של פרטים בריאים שממש יודעים להבחין באלו החולים ולהתרחק מהם. ואנחנו הוכחנו שאצל עטלפי הפירות החולים הם אלו ש'עושים צעד אחורה' ומתרחקים בעצמם מהקבוצה שלהם, וזו הייתה הפתעה גדולה, מפני שהרצון בא מהפרט ולא מהקבוצה", מסבירה ד"ר ויינברג.

^{ד"ר ויינברג וידיד}

שומרים על ריחוק חברתי

החוקרות עקבו אחר תגובות התנהגותיות ופיזיולוגיות של שתי קבוצות עטלפי פירות מצריים: קבוצה אחת נבדקה במתחם סגור והקבוצה השנייה פעלה בסביבה הטבעית שלה, במושבה פתוחה בגן הזואולוגי, המאפשרת כניסה ויציאה חופשית של פרטים. כמו כן, כדי לבדוק את ההתנהגות של העטלפים החולים, החוקרים הזריקו למספר עטלפים בכל קבוצה חלבון המדמה בקטריה, במטרה לעורר את המערכת החיסונית מבלי לסכן את העטלפים בהדבקה בקטריאלית עצמה.

בבדיקות דם שהחוקרים ביצעו לעטלפים "החולים" התגלו סימפטומים של מחלה, כגון עלייה בחום גוף, תשישות וירידה במשקל, ובאמצעות מגוון שיטות, בהן מכשירי GPS מובנים, חיישני תאוצה למעקב אחר תנועה, וידאו אינפרא אדום להקלטת התנהגות חברתית ועוד, בחנו את התגובות ההתנהגותיות של העטלפים "החולים".

התברר כי העטלפים "שנדבקו במחלה" בחרו להתבודד ולהתנתק מהקבוצה. בקבוצה הראשונה  הם עזבו את הקבוצה עצמונית, התבודדו ושמרו על מרחק מחבריהם ללהקה. בקבוצה השנייה הם נשארו במערה ולא יצאו עם ערב לשחר מזון במשך שני לילות ברציפות, ובכך צמצמו את העברת מחלתם למושבות שכנות.

חיסון עדר? לא תודה

"הבחירה המודעת של העטלפים להתרחק מהכלל היא התנהגות מאוד לא נורמלית בשבילם, שכן מדובר בבעל חיים מאוד חברתי שחי במערות בצפיפות גדולה", אומרת ד"ר ויינברג ומוסיפה כי "ההתנהגות שלהם מזכירה מאוד את ההתנהגות שלנו, בני האדם, כאשר אנחנו מתאוששים ממחלה. מסתבר שכמו שאנחנו מעדיפים כשאנחנו חולים לשכב בבית בשקט מתחת לשמיכה כך גם העטלפים, שמעדיפים להיות לבד ולחפש שקט כדי שיוכלו להתאושש".

ממצאי המחקר מעלים לא מעט שאלות וכיווני מחקר חדשים. "למשל, לא ברור לנו עדיין אם העטלפים לוקחים צעד אחורה מתוך התחשבות בקבוצה, כלומר האם מדובר בהתנהגות אלטרואיסטית, או שזו פשוט הדרך שלהם להתמסר לתהליך החלמה באורח חיים של להקה", אומרת ד"ר הרתאן.

פרופ' יובל מוסיף כי ממצאי המחקר מרמזים שהסיכוי להעברה של פתוגנים מעטלפים לאדם נמוכים מאוד, בגלל ההתנהגות של עטלפים חולים שנוטים להתבודד ולא לצאת מהמערה. "ראינו כי בזמן מצב של מחלה העטלפים בוחרים לבדל את עצמם מהסביבה ולא לצאת כלל מהמושבה. זה אומר שכדי להיתקל בעטלף חולה האדם צריך ממש לפלוש לסביבתם הטבעית של העטלפים או לחסל את שטחי המחייה שלהם. כלומר, אם נשמור עליהם, הם גם ישמרו עלינו".

^{מאות ואלפי פרטים. להקת עטלפים טיפוסית.}

פרופ' יוסי יובל, מבית הספר לזואולוגיה, ,ממוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט מבית הספר להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן וראש בית ספר סגול למדעי המוח, פרופ' אמיר אילי, גם הוא מבית הספר לזואולוגיה ומבית הספר סגול למדעי המוח, וד"ר בן מעוז מהפקולטה להנדסה ומבית הספר סגול למדעי המוח, רצו לדעת האם זה אפשרי לבנות מערכת ביו-היברידית, שתשלב מערכת ביולוגית בתוך רובוט. מי שהרימה את הכפפה היא עידן פישל, שעשתה תואר שני בהנחיית שלושת החוקרים והביאה את הפרויקט למאמר מדעי, שפורסם לאחרונה בעיתון Sensors.

לניסוי המהפכני בחרו החוקרים באוזן של חגב, חרק בעל אברי קול ושמע מפותחים. "רצינו להראות שאנחנו יכולים לעשות אינטגרציה בין מערכת ביולוגית ואלקטרונית, ובחוש השמיעה יש סנסורים חשמליים שמתאימים למשימה", מסביר ד"ר מעוז. "לחרקים יש מערכות שמיעה שהן פשוטות מבנית, אך עושות עיבוד נתונים מורכב. יחד עם זה, המערכת אדפטיבית, היא קלת משקל וקטנה בממדים שלה, וקלה יותר לשימוש מאשר אוזן של יונק למשל", מוסיפה עידן פישל, שהובילה את המחקר.

במחקר, שארך כשנתיים, לקחו חלק גם נטע שביל - דוקטורנית בהנחיה משותפת של השלושה, ד"ר אנטון שיינין ויוני עמית.

אוזן קשבת

החוקרים בודדו אוזן של חגב. אחרי שהוכיחו שהמערכת ממשיכה לעבוד באופן תקין, בנו פלטפורמת אוזן-על-שבב, שבעזרתה אפשר לקלוט את האותות שמגיעים לאוזן ולערוך הקלטה אלקטרו-פיזיולוגית של פעילותה, וחיברו אותה לרובוט. התוצאה: כשמשמיעים צליל, האוזן הביולוגית שומעת, ממש כפי שקורה בגוף האדם. האות הקולי הופך לאות חשמלי ומגיע לרובוט, שיודע להגיב בהתאם.

"גלי הקול גורמים לתזוזה של עור התוף של החגב, שמפעיל את המכנו-רצפטורים של אוזן החגב, בדומה לשערות האוזן שקיימות אצלנו. הן יודעות להמיר את הוויברציה המכנית לאות חשמלי, שיוצא דרך עצב השמיעה, מגיע אל המוח ומעביר את המידע", מסבירה עידן. "אחרי שהוכחנו שהמערכת ממשיכה לעבוד באופן תקין, שמנו אותה על שבב ומיקמנו אותה על הרובוט".

את השבב שתומך באוזן, בנה צוות החוקרים בעזרת תוכנה ומדפסת תלת ממד. "הייתי צריכה לתכנן שבב שיהיה מודולרי, כדי שאפשר יהיה לשים אותו על הרובוט, שהוא יוכל לחוש את הפעילות החשמלית של מערכת השמיעה, ושמבחינה פיזיולוגית ומבחינה מבנית הוא יתאים למערכת השמיעה של החגב. כלומר, שהוא יאפשר מצד אחד סביבה מימית, אך מצד שני יאפשר כניסה של אוויר ושל גלי הקול, בדומה לאיך שהדבר קורה אצל בעל החיים", מפרטת עידן את תהליך המחקר.

את הרובוט, תכנן ובנה יוני עמית, יחד עם עזרתו של ד"ר אנטון שיינין. הרובוט תוכנן כך שיהיה מודולרי ויוכל בקלות להיות מתוכנת להגיב לצלילים שונים.

^{מכינה מקום לאוזן על השבב. עידן פישל}

רובוט ביו-היברידי בהאזנה

"האתגר העיקרי היה להפוך את המערכת הקיימת לדבר מודולרי. הפלטפורמה קטנה מאוד, והרעיון הוא שאפשר יהיה להרכיב אותה על משהו בגודל של טלפון סלולרי", מסכימים ד"ר מעוז, פרופ' יובל ופרופ' אילי. "כמו כן, שילוב הכוחות ביננו הוביל לגישור על 'פערי שפה' שקיימים בין תחומי המחקר שלנו ואיתגר את הסטודנטים והסטודנטיות, שהסכימו להשתתף במחקר ולהיות פתוחים לשגעונות חדשים", מוסיף פרופ' אילי בחיוך.

"חשוב לזכור שהאתגר הוא אדיר. לכן כשהחלטנו להתחיל בחרנו ללכת על משהו שקל להשוות אותו למערכות קיימות, כמו למשל מיקרופון או רמקול, אבל אנחנו בטוחים שניתן לקחת את הפרויקט למקומות נוספים, כמו למשל איברי שמיעה של חרקים נוספים, ריח, ראייה – חושים אחרים ששם לחרקים יש יתרונות אדירים," אומר ד"ר מעוז.

היות והתחום ההיברידי נושא הבטחה גדולה, גופים רבים מתעניינים במחקר. "השלב הבא יכלול שילוב של machine learning, גם בצד שקורא את הסנסור הביולוגי וגם בצד שמפעיל את המנועים. כלומר, נחקה את הטבע גם באלגוריתמיקה," מגלה פרופ' יובל. "בעתיד, רובוט כזה יוכל לגלות חומרי נפץ או אנשים שאבדו. אולי יהיו נחילים של רובוטים, שידברו ביניהם וכל אחד מהם יהיה מצויד בחיישנים, כיד הדמיון הטובה", אומר פרופ' אילי.

"בנינו מערכת שהיא ביו-היברידית: יש בה גם רכיבים ביולוגיים וגם רכיבים חשמליים. כשהקונספט הזה של שילוב עובד – אין סוף לאפשרויות. ניתן יהיה לעשות אפליקציות עתידניות, כמו לדוגמא לחבר שתי אוזניים לצ'יפ לצורך איכון, נוכל ליצור רובוטים שמשלבים מספר חושים, לדוגמא מערכת שמיעה וראייה על גבי אותו הרובוט. יכול מאוד להיות שאפילו השמיים הם לא הגבול", מסכמת עידן.

^{מחיאות כפיים! הוא שומע! הרובוט הביו-היברידי מגיב לקול}

מעבדתו של פרופ' רכבי גילתה בעבר שתולעים מורישות לצאצאיהן מולקולות מסוג רנ"א קטנות אשר מכילות מידע לגבי סביבת ההורים, כמו מצב תזונתי, הידבקות בנגיפים ואפילו הפעילות מוחית של ההורים, ובכך תורמות להישרדות הדורות הבאים. במחקרם הנוכחי, פרופ' רכבי וצוותו ניסו להבין האם ישנם חוקים להורשה אפיגנטית של רנ"א קטנים לאורך הדורות או שמדובר בהורשה פאסיבית ואקראית. החוקרים חשפו שלושה חוקים שמכתיבים הורשה אפיגנטית, כלומר הורשה שלא דרך שינויים ברצף הדנ"א, לאורך הדורות. את המחקר, שהתפרסם בכתב העת היוקרתי Cell, הובילו פרופ' רכבי ותלמידתו ד"ר לאה חורי-זאבי מהמחלקה לנוירוביולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס.וייז ובית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב.

לדברי פרופ' רכבי, "חיית המודל המועדפת למחקר אפיגנטי בין-דורי היא C.elegans, כי זמן הדור של התולעים האלו הוא שלושה וחצי ימים, כך שאפשר לחקור הרבה דורות בזמן קצר, וכל תולעת כזאת מולידה מאות צאצאים – מה שמקנה עוצמה סטטיסטית. אפשר לשלוט בצורה מושלמת בחשיפה הסביבתית ובנוסף, התולעת מפרה את עצמה, ולכן גם ההבדלים הגנטיים (בדנ״א) מנוטרלים כמעט לחלוטין."

ד"ר חורי-זאבי מציינת שמעבדות רבות הבחינו בכך שהורשה אפיגנטית של רנ"א קטנים נמשכת ברוב התולעים באוכלוסייה כשלושה עד חמישה דורות. לדבריה, במחקר קודם שנערך במעבדתם, חשפו החוקרים את המנגנון ששולט במשך ההורשה, ולמעשה הוכיחו שההורשה הזו היא תהליך מבוקר. אלא שגם לאחר חשיפה זו, נותרה השאלה מדוע חלק מהתולעים יורשות את התגובות המורשות בצורה חזקה, בעוד שאחרות לא ירשו את האפקט האפיגנטי כלל, וזאת על אף שכל הצאצאים כמעט זהים מבחינה גנטית. "למרות שההורשה החלקית הזאת הייתה ידועה, אופן החלוקה של החומר האפיגנטי באוכלוסיית הצאצאים נשאר מסתורי לחלוטין. אנחנו רצינו לדעת אם יש איזשהו דפוס הורשה, שמסביר ומנבא מי יירש את התכונות האפיגנטיות – ולכמה זמן", היא מוסיפה.

חוק וסדר בדפוסי ההורשה

לצורך הניסוי השתמשו החוקרים בתולעת מהונדסת גנטית, אשר נושאת גן שמייצר חלבון פלואורסצנטי וגורם לתולעת לזהור תחת אור פלואורסצנטי. החוקרים הפעילו תגובת השתקה מורשת על ידי רנ"א קטנים כנגד הגן הפלואורסצנטי ובחנו אילו צאצאים ירשו את תגובת ההשתקה והפסיקו לזהור, ואילו צאצאים "שכחו" את התגובה ההורית וחזרו לבטא את הגן לאחר מספר דורות. על התהליך הזה חזרה ד"ר חורי-זאבי שוב ושוב, בניסיון להבין את החוקיות שמאחורי האפקט האפיגנטי.

"לאה בדקה עשרות שושלות של תולעים ובסך הכול יותר מ-20,000 תולעים בודדות", מספר פרופ' רכבי, "אבל החלק המאתגר באמת בעבודה היה הפענוח של דפוסי ההורשה השונים, וההבנה מה עומד מאחוריהם". בסופו של דבר ותוך העמקה במנגנון ההורשה גילו החוקרים שלושה חוקים שבעזרתם ניתן להסביר ואפילו לחזות מי ירש את המידע האפיגנטי:

1. החוק הראשון: ההורשה אחידה בין תולעים שהגיעו מאותה אמא, כלומר מאותה שושלת. החוקרים הופתעו לגלות שההבדלים בהורשה שנצפו עד כה במחקרים קודמים למעשה 'מוסכו' על ידי בחינה של אוכלוסיות של תולעים במקום בחינה של שושלות מובחנות.
2. החוק השני: ההורשה שונה מאוד בין תולעים שמגיעות מאימהות שונות, אף על פי שלכאורה גם האימהות אמורות להיות זהות ביניהן, כי התולעת מפרה את עצמה. החוקרים אפיינו את המנגנון שמייצר את ההבדל בין אימהות זהות גנטית, ומצאו שהבדלים בין צאצאים שונים נובעים מ'מצבים פנימיים' שונים שאימהות שונות – אך זהות גנטית – מאמצות באקראי. למעשה, המצב הפנימי של האמא, מידת הפעילות של מנגנון ההורשה אצל כל אחת ואחת, הוא שקובע את משך ההורשה ומכאן גם את גורל הדורות הבאים.
3. החוק השלישי: החוקרים מצאו שככל שהורשה האפיגנטית נמשכת דורות רבים יותר בשושלת מסוימת, כך גדל הסיכוי שההורשה תמשיך גם לדור הבא – "במעין מומנטום בין-דורי, כמו 'חוק היד החמה' בכדורסל".

לדברי פרופ' רכבי, עוד לא ידוע אם הורשה אפיגנטית בין דורית מתקיימת גם בקרב בני אדם: ״אנחנו מקווים שהמנגנון שגילינו קיים גם באורגניזמים אחרים, אבל נצטרך לחכות בסבלנות. צריך לזכור שגם המחקר הגנטי התחיל ממחקריו של הנזיר גרגור מנדל באפונה – והיום אנחנו משתמשים בחוקים של מנדל כדי לנבא אם לילדינו יהיה שיער חלק או מתולתל".

"הרעיון של תכונות נרכשות שעוברות בירושה הוא רעיון עתיק כשם שהוא שערורייתי. עוד לפני דארווין ולאמארק, היוונים התווכחו עליו, והוא אינו עולה בקנה אחד עם ההורשה הגנטית על פי דנ"א", מוסיף פרופ' רכבי. "התולעים שינו את הכללים בכך שהן הראו לנו שישנה הורשה מחוץ לרצף הגנטי, הורשה של רנ״א קטנים, שבעזרתה ההורים מכינים את הצאצאים לקשיים שאליהם נחשפו. ממחקר למחקר אנחנו שופכים אור על המנגנונים המולקולרים ועל הדינמיקה המסתורית של ההורשה האפיגנטית, והמחקר הנוכחי מספק חוקים ו-"סדר בכאוס"".

המחקר הובל על ידי חוקרי אוניברסיטת תל אביב, פרופ' תלמה הנדלר, פרופ' יצחק פריד, ד"ר תומר גזית וד"ר טל גונן מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר, מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית ספר סגול למדעי המוח, מהמרכז הרפואי תל אביב ע"ש סורסקי (איכילוב) ומבית הספר לרפואה של אוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס. המחקר התפרסם ביולי 2020 בכתב העת היוקרתי Nature Communication.    

פרופ' הנדלר מסבירה שכדי לאבחן את התגובות במעמקי המוח, המחקר בוצע בקרב אוכלוסייה ייחודית של חולי אפילפסיה, בזמן שאלקטרודות הוחדרו למוחם לצורך בדיקות לקראת ניתוח להסרת המוקד האפילפטי. המטופלים התבקשו לשחק במשחק מחשב הכולל סיכונים מול הזדמנויות, והאלקטרודות אפשרו לחוקרים להקליט בדיוק רב פעילות של נוירונים באזורים שונים במוח שקשורים לקבלת החלטות, רגש וזיכרון.

רווח מול הפסד

במהלך המשחק הקליטו החוקרים את הפעילות החשמלית בתאי העצב של הנבדקים מיד לאחר שהרוויחו או הפסידו את כספם במשחק. הנבדקים התבקשו לפעול להשגת רווח כספי תוך לקיחת סיכון להפסד כספי מהמאגר שלהם, ומצאו כי תאי עצב באזור קליפת המוח הקדם-מצחית הפנימית הגיבו הרבה יותר להפסד ((punishment מאשר לרווח (reward) של מטבעות.

יתרה מכך, לחוקרים התברר שההימנעות מלקחת סיכון במהלך הבא, הושפעה בעיקר מפעילות לאחר הפסד באזור ההיפוקמפוס, הקשור ללמידה וזיכרון אבל גם לחרדה. ממצא זה מלמד על הקשר ההדוק בין תהליכי זיכרון וקבלת החלטות תחת סיכון (מצבי סטרס). כלומר, ההפסד קודד בהיפוקמפוס (אזור של זיכרון), והמשתתף שפועל במצב סטרסוגני של סיכון גבוה העדיף להיות זהיר ולהימנע מלהשיג את המטבע (ויתור על רווח).

חוויית הרווח, לעומת זאת, לא קודדה בזיכרון באופן שהשפיע על בחירת התנהגות עתידית מול אי ודאות. הדבר המעניין הוא שהתופעה נמצאה רק כאשר הנבדק השפיע על התוצאה במשחק ורק נוכח סיכון גבוה בצעד הבא, מה שמצביע על קשר אפשרי לתופעת החרדה.

פרופ' הנדלר מסכמת: "במהלך החיים אנו לומדים לאזן בין החשש מסיכון להפסד והשאיפה לרווח, ולומדים מהו הסיכון הסביר ביחס לרווח נחשק על סמך ניסיונות קודמים. האיזון בין שתי הנטיות הללו הוא מאפיין אישיותי, והפרעה שלו גורמת להתנהגות לא אדפטיבית כמו נטייה גבוהה ללקיחת סיכונים או הימנעות מוגזמת.

"המחקר שלנו מראה לראשונה כיצד המוח האנושי מושפע מחוויה של כישלון או הפסד כשהוא באחריותנו, וכיצד הטייה זו מייצרת התנהגות של הימנעות תחת אי-ודאות מלחיצה במיוחד. הבנת המנגנון המוחי עשויה בעתיד לכוון ולמקד טיפולים נוירו-פסיכיאטריים בהפרעות של הימנעות-יתר - כמו דיכאון, חרדה ופוסט-טראומה או הפרעות הקשורות לנטילה מוגזמת של סיכונים – כמו התמכרויות ומאניה".