– שיחה עם פרופ' דורון לנצט המחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע.

1953 הייתה שנה מאוד דרמטית בביולוגיה של המאה העשרים. ואטסון וקריק הדהימו את העולם במאמרם על מבנה הצופן הגנטי, ואילו סטנלי מילר עורר התרגשות רבה כאשר יצר בתנאי מעבדה תרכובות אורגניות, לאחר ששחזר את הרכב הגזים ששרר באטמוספירה של כדור הארץ לפני ארבעה מיליארד שנה והעביר בהם התפרקויות חשמליות. בעקבות הצלחתו הצהיר מילר, כי “תוך 25 שנה נדע בוודאות איך התחילו החיים”.

חלפו 45 שנים מאז, ולא רק שאיננו יודעים איך התחילו החיים, איננו יודעים אפילו איך להגדירם. כדי להבין מערכת חיה צריך להבין את תוכנית הפעולה שלה, ומבחינה זו אין הבדל בין אורגניזם חי למכונה. לדוגמה: מחלקיה של מכונת כתיבה לא ניתן להבין את יעודה. רק אחרי שיודעים את תוכנית הפעולה שלה ורק אחרי שמבינים לאיזו מטרה נוצרה אפשר להבין את משמעותם של הרכיבים והמנגנונים הפועלים בה. תפיסה זו, שדוברה המרכזי בארץ היה ישעיהו ליבוביץ המנוח, ושותף לה פרופ' שניאור ליפסון ממכון ויצמן, גרסה שהתכליתיות היא סימן ההיכר היסודי ביותר של החומר החי, והיא שמבדילה אותו מהדומם. יש גם הסבורים אחרת, והשאלה מה עושה את ההבדל בין מערכות חיות, מצד אחד, לבין מכונות וחומר דומם – מצד שני, עדיין לא יושבה.

פרופ' לנצט: שמת מערכות חיות ומכונות באותו צד של המתרס, ואני חושב שעשית נכון, למרות שרוב האנשים היו שמים את המכונות והדומם בצד אחד ואת החיים בצד השני. הגישה המטריאליסטית לחיים, שבה אני דוגל, אומרת שיצור חי הוא בעצם מכונה, ושההבדל בינה לבין מכונות אחרות, כמו מכונת כתיבה או אפילו מחשב, הוא בדרגת הסיבוך. יצור חי הוא ישות מסובכת מאוד, הרבה יותר מסובכת ממה שאדם מן השורה יכול לתפוס בחושיו או בשכלו.

ינאי: כלומר, אם נכניס למכונת כתיבה רמות סיבוך, היא תהפוך למשהו חי.

פרופ' לנצט: נכון, אלא מאי, הכנסת רמות סיבוך כאלו איננה דבר פשוט. מדובר בתהליך מסובך וקשה ביותר – כבר בשלב הראשוני, המולקולרי. צריך לזכור, שפרודות (מולקולות) הן גופים זעירים מאוד. גופנו מורכב ממספר אסטרונומי של פרודות, מהן מורכבים התאים, ואלה מעבירים ביניהם מסרים מורכבים, באמצעות הורמונים ותשדורות כימיות אחרות – בתוך התאים, בין התאים ובקשר בין האברים. בל נשכח, התא החי הזעיר – שמיליארדים כמותו מרכיבים את הגוף – הוא מסובך יותר ממחשב גדול. המכלול הזה כך עצום, שאת פרטיו אנחנו מנסים לברר, ואולי בדרך זו נבין את החיים.

ינאי: אתה מציב את המורכבות ביסוד האבחנה בין חומר חי לדומם. אבל גם החומר הדומם מצטיין במבנים מאוד מסובכים, וזה לא עושה אותו חומר חי. מה שאין לו הוא תוכנית פעולה. לדוגמה, הר לא נוצר כדי להוביל את הנחלים לים. להר ולנחל אי־אפשר ליחס תוכנית פעולה, אבל למכונה ולמערכות חיות כן. האם לא תוכנית הפעולה מזהה את החומר החי?

פרופ' לנצט: התוכנית, לדעתי היא בְּעֵינֵי המתבונן החיצוני. למעשה, יש להסתכל על הדברים במבט הדרגתי. יש בעולם ישויות פשוטות מאוד, ואחרות סכוכות יותר, ולכולן ניתן לייחס תוכנית פעולה ניקח לדוגמה כוכב מסוג השמש שלנו. ניתן לומר שיש לה תוכנית פעולה: להפוך מימן להליום, ובהמשך ליסודות כבדים יותר, ואגב כך לייצר אנרגיה.

ינאי: האם יש לכוכב תוכנית פעולה, או אנחנו גוזרים מתהליכי הבערה שלו כאילו יש לו תוכנית פעולה?

פרופ' לנצט: כן, יש לו תוכנית ואפשר לומר אותם הדברים גם על ישויות סבוכות יותר. אף שאינן חיות. נסתכל על גלאקסיה. מיליארדי שמשות מסתובבות שם אחת סביב השניה, או סביב מרכז משותף, ויוצרות מבנה ספירלי יפהפה. אנחנו יודעים שהתופעות העומדות ביסוד הגלאקסיה נובעות מהמהות של הכוכב עצמו ומכוחות הכבידה הפועלים בין הכוכבים. הגלאקסיה היא, אפוא, תופעה מסובכת שנובעת מחוקים בסיסיים הפועלים בין חלקיה. כך גם היצור החי.

ינאי: ברשותך, אני נשאר בשלי, ואפילו אקשה עליך, על־ידי השוואה בין תוכנית פעולה של כוכב לבין תוכנית פעולה של מערכת אורגנית פרימיטיבית מאוד, שצצה במרק הקדום של חומרים לפני ארבעה מיליארד שנה בערך. הייתכן שגם לה אנחנו מייחסים תוכנית פעולה, כפי שאנחנו עושים לשמש? איך ניתן לתאר את מערכת החיים הראשונה, את מעגל החיים הראשון?

פרופ' לנצט: אחת ההסכמות הבסיסיות ביותר בין כל המדענים היא שהחיים נוצרו מכימיה, מריאקציות כימיות בין מרכיבים חומריים שהיו באוקיינוס הקדום. גם היום מוסיפים החיים להיות כימיה. רוב המדענים מסכימים, שיצור חי הוא אוסף של חומרים כימיים בעלי התנהגות מסוימת, הנובעת מהאינטרקציה שלהם. לתופעות החיים הראשונות הייתה “תוכנית כימית”.

ינאי: באותו אוקיינוס קדום התחוללו מיליארדי ריאקציות כימיות. מה היה מיוחד באותן ריאקציות אשר הביאו להיווצרות החומר החי הראשון? מה הבדיל בינן לבין ריאקציות כימיות שיצרו חומר דומם?

פרופ' לנצט: השאלה המרכזית היא איך החומרים הכימיים האלה יוצרים מבנים שבהם מתנהלת שיחה מסודרת. קרי, מערכות בעלות קטליזה (זירוז כימי) הדדית, או אינטרקציות הדדיות, שתוצאתן היא תופעה חדשה. התופעה החדשה מציגה מורכבות שיש לה גם התכונה לעבור סלקציה, לעבור אבולוציה. כך התחילו החיים, לדעת מדענים מסוימים, זמן רב לפני הופעת הדנ"א או החלבונים.

ינאי: אני רוצה להציג לך פרדוקס מסוים, בהמשך לקַו המחשבה של ז’ק מונו, בספרו המפורסם המקרה וההכרח. מונו מסביר את התהוות החיים באמצעות המקריות הדארווינית, המאפיינת את השינויים שחלים בחומר הגנטי של האורגניזם, וההכרח הכימי של הריאקציות. לידם, הוא מעמיד שני עקרונות המהווים תנאי לקיום החיים: יציבות החומר – שאחראי לה מנגנון התורשה – ויכולתו של האורגניזם להשתכלל על־ידי הברירה הטבעית.

פרופ' לנצט: הדברים מקובלים עלי, אבל לא ברמה הפרטנית. נותר עוד לברר כיצד עקרונות אלה מיושמים לראשית החיים.

ינאי: אני מבקש שתתייחס לפרדוקס הבא: כדי שהמערכת הראשונית של החומר החי תשכפל את עצמה – לפני שהסביבה העוינת תפרק אותה – היא זקוקה לשני זרזים: אחד שיאיץ את שכפול החומר, והשני שיחיש את הסינתזה שלו. בלי הזרזים האלה, מערכת החיים הראשונית לא הייתה יכולה להשתמר. מצד שני, כדי שהזרזים האלה יעמדו לרשותה בעת השכפול, הקוד הגנטי שלהם צריך להיות כלול מראש בחומר הגנטי שלה. אינך חושב שיש כאן צירוף מקרים בלתי מתקבל על הדעת?

פרופ' לנצט: ייתכן שיש דרך להיחלץ מהפרדוקס הזה. אחדים מאתנו, העוסקים בשאלה הגדולה של היווצרות החיים, טוענים שההתרכזות בפרודות מסוג דנ"א ורנ"א, בעלות יכולת של שיכפול עצמי, הנה מוטעית. זאת, בשל הסיכוי הזעום להיווצרות פרודות ארוכות ומסובכות מעין אלה בתהליך ספונטני. השאלה מהי האלטרנטיבה. האלטרנטיבה היא חומרים שאינם בהכרח קשורים בשרשרות כימיות ארוכות, כמו הדנ"א והרנ"א, אלא אוסף של חומרים רבים ומגוונים, המחוברים זה לזה באינטרקציות חלשות, כמו למשל פרודות השומן בקרום התא. מדובר כאן ב"אסיפה" של חומרים, שניתן לפרק ולהרכיב אותה בקלות. בתוך האסיפה הזאת מתחילות להיווצר אינטרקציות לא חזקות, גם לא מאוד מדויקות, אבל כאלה המגלות יכולת התחלתית של צבירת אינפורמציה והתחלה של יכולת שיכפול. כלומר, ישות כימית קטנה זאת יכולה ליצור שתיים דומות לה למדי, בתהליך הדומה להתפרקות של טיפת שומן לשתי טיפות קטנות יותר.

ינאי: לדבריך, אם כן, יש אוסף של פרודות המסוגלות לשכפל את עצמן, והדרך הטובה ביותר להגן על עצמן מפני הסביבה המאוד עוינת היא על־ידי קרומית. השאלה היא היכן מוצא אוסף זה של פרודות את הקרומית המתאימה ואיך הקוד הגנטי של מבנה הקרומית נבנה באופן אקראי ואחר כך משתלב בקוד הגנטי של אוסף הפרודות. אין כאן מקריות גדולה מדי?

פרופ' לנצט: במקרה זה, האוסף עצמו הוא גם הקרומית המגינה, שכן הוא עשוי מחומרים דומים לאלה מהם מורכבת הקרומית היום. ולגבי האינפורמציה הראשונית, ייתכן שהייתה גלומה בהרכב הכימי של הטיפה, ולא בהכרח בסדר של היחידות הכימיות בשרשרת מסוג הדנ"א.

ינאי: כ יצד יכולה טיפת שומן לשכפל את עצמה ללא קוד מבנה הרשום על שמה בדנ"א?

פרופ' לנצט: זוהי שאלה טובה מאוד, כיוון שהיא מייצגת את אחת הבעיות הקשות ביותר הקשורות להיווצרות החיים. אין בידינו כל התשובות, אבל אני רוצה לומר את הדבר הבא: כאשר תא בודד מתחלק לנגד עינינו מתחת למיקרוסקופ, אנחנו רואים שיש העתקה מדויקת של כל הדנ"א בגרעינו, אבל התהליך הזה כולל גם ריאקציות כימיות נוספות המייצרות העתקים של קרומית התא ושל החלבונים התאיים. במלים אחרות, שיכפול איננו רק דנ"א המעתיק את עצמו, אלא גם יצירת עותקים נוספים מהפרודות הצפות בחלל התא, בדרך של סינתזה כימית. ייתכן מאוד שהחיים התחילו בצורה כזאת. פרודות צפות בחלל התא, ועל־ידי רשת של אינטרקציות הדדיות נוצרה תקשורת בין הפרודות והתפתחה רשת של הנחיות הדדיות שהביאה ליצירת עותקים של ה"אסיפה" בכללותה, וזאת ללא דנ״א.

ינאי: הסתכלות בתא בן ימינו מגלה דברים מוזרים. התא מכיל מיטוכונדריות, שהיו בעבר הרחוק גופים עצמאיים, ולהן דנ"א משלהן, נפרד מהדנ"א בגרעין התא, למרות שהמיטוכונדריות מהוות חלק בלתי נפרד מהתא זה מאות מיליוני שנים.

פרופ' לנצט: זה נכון, וזהו שלב קריטי בהתפתחות החיים – סימביוזה של תאים קטנים ליצירת תא גדול וסבוך יותר, המציגה שילוב שאי־אפשר לפרקו בין המרכיבים השונים. המיטוכונדריה לא יכולה, למשל, לבנות את עצמה אך ורק מתוך הדנ"א שלה.

ינאי: יש עוד דבר מוזר בלוח הזמנים האבולוציוני. לאבולוציה נדרשו יותר משני מיליארד שנה כדי לעבור מתא בלי גרעין (פרוקריוטי) לתא שהחומר הגנטי שלו מרוכז בגרעין (אאוקריוטי). ואילו כדי להתפתח מתולעת זעירה לפיל ולאדם נדרשו בסך הכול 700 מיליון שנה.

פרופ' לנצט: ראשית, מעניין לציין שרק לאחרונה התפרסם מאמר המראה שהעידן הפרוקריוטי התקצר אולי למיליארד שנים “בלבד”. שנית, אנחנו מסתכלים על העולם מנקודת תצפית של יצור מסדר גודל של מטר בערך. אילו היינו הרבה יותר קטנים היינו רואים תופעות שאנחנו לא מסוגלים לשער אלא דרך הביוכימיה והגנטיקה המולקולרית. ייתכן שהשינוי מחיידקים ליצורים אאוקריוטים דמויי שמרים דורש זמן ארוך ביותר בשל המורכבות הכימית של התהליכים. מאידך גיסא, צריך להבין שהשינוי מתולעת בגודל מילימטר, כמו הנמטודה, לאדם, הוא אמנם מעבר מאלף תאים לאלף מיליון מיליוני תאים, אבל מבחינה קונצפטואלית המהפך לא גדול. כמעט לכל הגנים שנמצאים בנמטודה יש מקבילים בבני־האדם, ומה שמותר האדם מהנמטודה הוא בעותקים נוספים, קצת שונים, בקרב משפחות של גנים. כלומר יש כאן יותר מאותו דבר.

ינאי: יש לנמטודה מערכת עצבים מרכזית?

פרופ' לנצט: ודאי. כמעט כל מנגנון ביולוגי בסיסי בבני־האדם קיים גם בנמטודה, אבל ברמה פשוטה יותר. לאדם יש פי ארבעה יותר גנים (80 אלף לעומת 20 אלף), אך ייתכן, שכל רביעייה של גנים באדם הן ואריאציה על נושא של גן מסוים בנמטודה.

ינאי: בכל זאת, לנמטודה אין רגלים.

פרופ' לנצט: רגלים אין לה, גם לא עיניים, אבל הנקודה המעניינת היא לא מספר האיברים הזהים, אלא המורכבות הביוכימית. חשוב לחזור ולהדגיש בהקשר זה את רמת הסיבוך הבלתי משוערת של התא. ההתייחסות למעבר מחיידק לֹשֶׁמֶר כאל מעבר למשהו דומה שרק נוסף לו גרעין, היא ראייה של המאה התשע־עשרה. אנשים הסתכלו במיקרוסקופ ועל כן לא יכלו לדעת ממה בדיוק מורכבים התאים. היום, בעזרת הגנטיקה המולקולרית, אנחנו יודעים שכל תא הוא ישות מורכבת מאין כמוה. המעבר מחדֿתאים חסרי הגרעין ליצורים בעלי גרעין אמיתי הוא מהפך אדיר, שכדי להבין אותו צריך לצלול לתוך הפרודות.

ינאי: אני רוצה לדבר איתך על המהפך הזה ולחזור לשאלה היכן בתא נמצאת תוכנית המיתאר של הקרומית. לעניין זה, אני רוצה לצטט את דבריו של ישעיהו ליבוביץ, שאמר בנחרצות הידועה שלו, שהוא לא מכיר בשום מנגנון כימי היכול ליצור ממברנה.

פרופ' לנצט: הוא צדק. הוא לא הכיר, אבל היום אנחנו כן מכירים. ראה, אנחנו מחפשים תוכנית בתא, כי אנחנו רגילים לחשוב במושגים של מכונות כתיבה. מכונת כתיבה מורכבת ממקשים, כפתורים, מסגרת, סרט, ממסרים וכן הלאה. כל החלקים האלה מונחים בקופסאות מסודרות על מדפים, והמפעל מספק ספר הדרכה המנחה את פועלי ההרכבה: קח שני חלקים כאלה, שלושה חלקים כאלה, חבר אותם עם בורג בגודל כזה, ובסופו של דבר מקבלים מכונת כתיבה. לחיים יש תוכנית, אבל היא נמצאת בתוכם. היא תוכנית לייצור חלקים היודעים לבנות את השלם בעצמם, באופן ספונטני.

ינאי: השאלה שלי היא היכן נמצאת תוכנית הבנייה הזאת. כפי שאמרת, במפעל למכונות כתיבה היא כתובה בספר ההדרכה, היכן היא כתובה אצלנו ובאיזו שפה? הרי בחומר הגנטי אין יותר מאשר קוד לבניית חלבונים. איש לא מצא שם קוד לבניית הקשת של הבוהן ולא הנחיות מפורטות על רוחב הקשת, גובהה, או על מקום ההתחלה והסיום של הציפורן.

פרופ' לנצט: הניסיון להבין את החיים באמצעות חלקיהם קשור במערכות מורכבות, שיש בהם חוקים מיקרוסקופיים המכתיבים לחלקים איך להיקשר זה עם זה. התופעה השלמה, השלמות, נוצרה כתכונה מתהווה (Emergent Property), כלומר תכונה של מערכת שנוצרת מעצמה על בסיס החוקים המיקרוסקופיים. קשה מאוד לחזות מראש איך מאותם חוקים יכולה להיווצר פרודה סבוכה כמו הדנ"א, אבל עובדה היא שכך הדבר. על מנת להבין את יצירת הבוהן אתחיל בהתייחסות נוספת לממברנה עליה שאלת קודם. זו דווקא דוגמה פשוטה יחסית וקלה לעיכול. הממברנה מורכבת מפרודות שומניות קטנות, 100 אטומים בכל יחידה, ובממברנה יש אלפי פרודות כאלו המרכיבות את הקרומית. העובדה שמפרודות כאלו נוצרת קרומית נובעת מהתכונות הכימיות הספציפיות של הפרודה הבודדת. די לשנות בה אטום אחד, והיא עשויה כבר לא ליצור קרומית, כי הקרומית היא מבנה גיאומטרי הנגזר מגודל הפרודה ומהיחסים המרחביים בין הפרודות השכנות. על־ידי שינויים קטנים ניתן לעבור מקרומיות בעלות צורה כדורית לקרומיות שצורתן שטוחה. הצורניות הזאת היא תכונה, שנוצרת מהיחסים המיקרוסקופיים בין הפרודות.

ברמה הרבה יותר מסובכת ניתן גם לבנות בוהן. תוכנית הבוהן לא רשומה בחלבון אחד, אלא באוסף של חלבונים, מאה ואולי אפילו יותר. חלבון יושב על שטח הפנים של תא ואומר לו בשפה כימית לדבוק בתא ב', לתא ב' לדבוק בתא ג', וכך הלאה בדרך ליצירת שכבות שונות ומשונות של תאים במהלך ההתפתחות העוברית, כשההוראות באות מאתרי הצמדה שנמצאים על־פני התא. כל חלבון נוצר מהוראות המתקבלות מהגנום של התא. מצד שני, אם נסתכל על הגנום עצמו לא נראה שם בוהן. ובכל זאת, אם ניתן לגנום להתבטא, בסביבתו הטבעית, כלומר בתוך תא חי שיודע להתחלק ולבנות איברים ולבנות אורגניזם שלם, בסופו של דבר נקבל בוהן.

ינאי: אני מוכרח לומר לך שזה נשמע כמעט כמו צופן סתרים. בוא ניקח דוגמה מבניין. מלבנים אפשר לבנות מגדלים עגולים ובנינים שטוחים. מה שקובע אם המבנה יהיה עגול או שטוח, גבוה או נמוך, היא התוכנית הארכיטקטונית. הכול יודעים שמהיכולת של מולקולת דנ"א להשתכפל יכול להיווצר גוש ענק של דנ"א, אבל כדי ליצור בוהן – ולא סתם גוש בשר – צריך לרתום את כושר השכפול לתוכנית ארכיטקטונית ספציפית.

פרופ' לנצט: אני מוכן להמשיך את ההקבלה הזאת בין לבנים לפרודות המרכיבות את הגוף החי. לסוכר ולסכרין יש טעם מתוק. שניהם נקשרים לקולטנים על־פני הלשון, ואלה מעבירים למוח תשדורת על מתיקות. למה דווקא שני החומרים האלה יוצרים את התחושה המתוקה ולא אלף חומרים אחרים? התשובה העמוקה היא זיהוי. זיהוי הצורה, המטענים והקונפיגורציות. המשל הטוב ביותר לעניין זה הוא המפתח והמנעול. מבין כל המפתחות האפשריים יש מפתח מסוים המתאים למנעול מסוים. אם נבנה בניין מלבנים דמויות מפתחות ומנעולים, שבו כל מפתח מכיר רק את המנעול שלו ולהיפך, ניווכח שהחלקים יכולים ליצור ישויות־על מכוח עצמם, מכוח הזיהוי ההדדי.

ינאי: האם השאלות שעלו במהלך השיחה עשויות למצוא תשובה בפרויקט “גנום האדם” שאתה עומד בראש הסניף הישראלי שלו?

פרופ' לנצט: התשובה חיובית. אנחנו מנסים במסגרת פרויקט בינלאומי זה לקרוא אות אחר אות את כל האותיות בחומר התורשתי שלנו, ולדעת מה צפון בתוכו. הדבר משול לקריאת האנציקלופדיה – כרך אחר כרך. זה כמובן לא מספיק. אם נקרא את האנציקלופדיה העברית מתחילתה ועד סופה, האם נדע אחר כך לבנות מטוסים? ליצור חברות אנושיות? כמובן לא. אבל לולא קראנו את האנציקלופדיה לא הייתה לנו הבנה – ולוּ גם חלקית – של המבנים המסובכים הכרוכים בבניית הישויות האלו. קריאת האנציקלופדיה הגנטית של גופנו תיתן לנו את האינפורמציה הגולמית הדרושה כדי להבין מהו יצור חי. ייתכן גם כדי להבין איך נוצרו יצורים חיים.

ינאי: אם קריאת הגנום האנושי תסתיים בשנת 2003, כמה זמן יעבור עד שנוכל להשיב על שאלות היסוד הקשורות בהגדרת החיים, במיקומה ובשפתה של התוכנית הארכיטקטונית וכדומה?

פרופ' לנצט: הקריאה תסתיים כנראה בשנה הבאה, מוקדם מהצפוי, ותהליך ההבנה יהיה הדרגתי. ייתכן שהוא יימשך אפילו מאה שנה, שזה לא הרבה זמן במונחים היסטוריים. בסופו של דבר, ברגע שנדע את התוכנית הגנטית של האדם ושל הרבה יצורים אחרים, נשב על המדוכה, נשתמש במחשבי־על, ננסה לחבר את החלקים אלה עם אלה, ננסה להבין איך החלבונים מגיבים זה כלפי זה במנגנון שאפשר לכנותו “הלבנים החכמות” הלבנים שמכירות זו את זו ויוצרות את המבנה הכולל. כל זה, בסופו של דבר, יאפשר לנו להבין את החיים.