חוה המיטוכונדרית

במדע הגנטיקה, חוה המיטוכונדרית או חוה המיטוכונדריאלית (באנגלית: Mitochondrial Eve) הוא כינוי פופולרי לאישה שהייתה האם הקדמונית המשותפת המאוחרת ביותר של כל בני האדם החיים כיום, דרך שושלות אמהיות בלבד. מחקר השושלות של רצפי הגנום המיטוכונדרי, אשר עובר בתורשה רק מצד האם, בשלמותו וללא שחלוף למעט מוטציות, מעלה שחוה המיטוכונדרית חייתה לפני כ-100,000 עד 200,000 שנה, ככל הנראה בדרום או במזרח אפריקה. קיום האם הקדמונית המשותפת של רצפי הגנום המיטוכונדרי האנושיים הודגם לראשונה בשנת 1987, במאמר מדעי מפורסם בכתב העת המדעי Nature, על ידי הגנטיקאים האבולוציונים רבקה קאן (אנ'), מארק סטונקינג (אנ') ואלן וילסון (אנ'), ממעבדתו של וילסון באוניברסיטת ברקלי. החוקרים מיצו דנ"א מיטוכונדרי מתוך שליות מ-147 נשים יולדות מרחבי העולם, פיענחו חלק מן הרצף שלו, ושחזרו את השושלות של הרצפים. הם העריכו כי האם הקדמונית של כל השושלת חיה לפני כ-200 אלף שנה, קרוב לוודאי באפריקה. אמצעי התקשורת המציאו לאשה זו את הכינוי הפופולרי "חוה המיטוכונדרית", אף כי החוקרים עצמם לא קראו לה כך. כינוי פופולרי נוסף הוא חוה האפריקאית. מונח טכני המקובל בספרות המדעית הוא mtDNA-MRCA, ראשי תבות באנגלית של Mitochondreal DNA Most Recent Common Ancestor. אך המונח "חוה המיטוכונדרית" משמש כיום גם בפרסומים מדעיים רשמיים רבים. תגלית חוה המיטוכונדרית איששה את השערת "המוצא האפריקני" ("Out of Africa" או Recent African Origin), לפיה האנושות המודרנית הופיעה באפריקה, ומשם התפשטה אל שאר היבשות במשך תקופה קצרה יחסית, כמאה אלף השנים האחרונות, תוך החלפת האוכלוסיות העתיקות יותר של בני-אדם קדומים באותן יבשות. השערת המוצא האפריקני הועלתה עוד לפני תגלית חוה המיטוכונדרית, על ידי מספר פלאואנתרופולוגים כמו כריס סטרינגר, שסברו כי מאובני האדם העתיקים ביותר הזהים אנטומית לבני-אדם בני-ימינו הם אלו שנמצאו באפריקה. עם זאת, תגלית חוה המיטוכונדרית היא זו שסיפקה להשערת המוצא האפריקני את התמיכה העיקרית, והפכה אותה למקובלת יותר מן ההשערה היריבה של "המשכיות אזורית" (Regional Continuity), לפיה מוצא בני אדם בכל אזור גאוגרפי הוא בעיקר מבני-אדם קדומים יותר מאותו אזור. על השערת המוצא האפריקני יש כיום קונצנזוס מדעי נרחב, המסתמך גם על ראיות גנטיות רבות נוספות. עם זאת, נמצא לאחרונה כי אחוז קטן מתוך השונות הגנטית בבני-אדם, מקורו בהכלאות פוריות של המהגרים מאפריקה עם בני-אדם מקומיים קדומים, האדם הניאנדרטלי והאדם הדניסובי. מכאן שבני-אדם אלו אף הם במידה מסוימת אבות קדמונים של חלק מן האנושות בת-ימינו, והשערת ההמשכיות האזורית אינה מוטעית לחלוטין. ערך מורחב – גנום מיטוכונדריאלי הגנום המיטוכונדרי (באנגלית: Mitochondrial genome) הוא חלק זעיר מתוך הגנום של אורגניזמים איקריוטיים (כמו בני-אדם), אשר איננו נמצא בגרעין התא, אלא באברוני המיטוכונדריה. המיטוכונדריות משתכפלות באופן עצמאי, בנפרד מן הגרעין, ויוצרות אוכלוסייה בתא, אשר מתפצלת בין תאי הבת שלו כאשר הוא מתחלק. במצב של הפריה, תא הביצית הוא תא גדול מאוד המכיל מספר רב של מיטוכונדריות, בעוד שתא הזרע הוא תא קטן מאוד, המכיל מספר קטן שלהן, ולכן הזיגוטה הנוצרת מהתמזגותם מכילה בעיקר מיטוכונדריות מן הביצית. כתוצאה מכך הגנום המיטוכונדרי עובר בתורשה אך ורק מצד האם, ואיננו עובר שחלוף כלשהו. תכונה זו מקלה מאוד על שחזור שושלות באמצעות רצפי גנום מיטוכונדרי, משום שניתן להביא בחשבון רק שושלות אמהיות, ולהתאים להן עצים פילוגנטיים שענפיהם מתפצלים בלבד, ולעולם אינם מתמזגים. הגנום המיטוכונדרי של כל יצור זהה למעשה לזה של אמו, למעט מוטציות נדירות. הגנום המיטוכונדרי האנושי מורכב מ-16,569 זוגות נוקלאוטידים, וכיום כל אחד מהם ידוע במספרו הסידורי. רצף זה כולל 13 גנים של אנזימים, 22 גנים של tRNA, שני מרכיבי rRNA, וכמה אזורי בקרה קטנים שיש להם תפקיד בחלוקת המיטוכונדריות. בנוסף כ-7% מן הגנום המיטוכונדרי כולל דנ"א שאינו מקודד לתפקוד כלשהו (Control Regions או Hypervariable Regions). מוטציות המתרחשות באזורים הבלתי-מקודדים אינן מנופות בברירה טבעית, כיוון שאינן יכולות להזיק לנושא אותן, ומשום כך יש להן סיכוי טוב יותר להשתלט על האוכלוסייה בסחף גנטי. לכן מרבית השונות הגנטית בין גנומים מיטוכנדרים באוכלוסייה האנושית כיום מרוכזת באזורים אלו. מוטציות המשתלטות על חלק משמעותי מן האוכלוסייה הן נדירות ביותר, וכיום מוכרות כ-50 מהן בגנומים המיטוכונדרים של בני-אדם מכל רחבי העולם. לכן כל מוטציה כזו מייסדת שושלת (Haplogroup) מיטוכונדרית חדשה. את ההשתלשלות של השושלות זו מזו מקובל לשחזר על ידי חישוב העץ הפילוגנטי הפשוט ביותר, כלומר זה המסביר את התוצאות באמצעות המספר הקטן ביותר של מאורעות מוטציה. ה"שורש" של עץ זה מוגדר כרצף של חוה המיטוכונדרית. תאורטית, העץ הפילוגנטי המגדיר את חוה המיטוכונדרית עשוי להשתנות מאוד כתוצאה מנתונים חדשים, ובכל רגע עשוי להתגלות רצף גנום מיטוכונדרי של אדם כלשהו מרחבי העולם אשר שונה מאוד מאלו המוכרים, ואינו ניתן להתאמה לעץ הקיים. ואולם בפועל, לא חלו שינויים משמעותיים בעץ הקיים מאז פרסום המאמר המקורי מ-1987, על אף שהרצפים של אלפי גנומים מיטוכונדריים מרחבי העולם כבר מופו במדויק, ומספר גדול בהרבה נבדקו חלקית. אפילו גנומים מיטוכונדריים ששוחזרו משרידי בני-אדם שמתו לפני אלפי שנים, כמו אצי איש הקרח, שייכים לשושלות המוכרות כיום והם ללא ספק צאצאיה של חוה המיטוכונדרית. רק משרידי האדם הניאנדרטלי והאדם הדניסובי, מלפני כ-40 אלף שנה, מוצה גנום מיטוכונדרי שונה מאוד ברצף שלו, ובני-אדם אלו משתייכים ללא ספק לשושלת מיטוכונדרית שלא השתלשלה מחוה המיטוכונדרית. גם לאחר שפוענח העץ הפילוגנטי הפשוט ביותר אשר מחבר את כל השושלות המיטוכונדריות הקיימות כיום באנושות, אין דרך יחידה וחסינה מטעויות לקבוע מהו ה"שורש" של עץ זה, כלומר מיהי השושלת המקורית אשר ממנה הסתעפו כל שאר השושלות. ואולם כבר במחקר המקורי בשנת 1987 הבחינו החוקרים כי השושלות שנמצאו בבני-אדם מאפריקה שמדרום לסהרה הן השונות ביותר מן השושלות של שאר האנושות. חלקו האפריקאי של העץ הוא בצורת ענפים ארוכים, בעוד שהעץ של כל שאר היבשות יחד מסועף בדמות שיח. בנוסף, המגוון הגנטי (nucleotide diversity, היינו מספר הגרסאות השונות בכל אתר גנטי) באוכלוסיות האפריקאיות גדול כמעט פי שניים מן המגוון הגנטי באוכלוסיות של כל שאר האנושות. מכאן מסיקים שלשושלות האפריקניות היה זמן רב בהרבה להתפתח, והן העתיקות ביותר. המחקרים המעודכנים כיום מעריכים כי השושלות העתיקות ביותר הן אלו המסומנות L0, אשר נפוצות בעיקר בדרום-אפריקה, בשבטי הסאן, והשושלת המסומנת L1 ונפוצה בעיקר במזרח-אפריקה. מכאן ניתן להסיק כי שושלות אלו הסתעפו ישירות משורש העץ, השושלת המוגדרת כחוה המיטוכונדרית ומסומנת באות L. שושלת L אינה קיימת כיום ולכן הרצף שלה אינו ידוע בביטחון מלא אלא רק בקירוב, כרצף הנמצא בין הרצפים של L0 ו-L1. מסקנת השורש האפריקני מאוששת במחקר בלתי-תלוי של רצפי כרומוזום Y (אשר עובר בתורשה רק מאב לבן), ברצפי שאר הגנום (העובר בתורשה גם מן האם וגם מן האב), ובממצאי המאובנים. ממחקר שושלות הגנום המיטוכונדרי ושאר סוגי הגנום ניתן אף להסיק את מסלול הגירת האנושות מאפריקה לשאר יבשות כדור הארץ. לאחר קביעת השורש של העץ הפילוגנטי, ניתן להעריך את הזמן בו חייתה חוה המיטוכונדרית בהסתמך על המודלים המקובלים של שעון מולקולרי, כלומר על ידי ספירת המוטציות שחלו ברצף המיטוכונדרי וחלוקתן בקצב המוטציות הידוע כיום. הערכת המחקר המקורי הייתה כ-200 אלף שנה לפני זמננו. הערכה זו לא השתנתה בהרבה מאז, למרות שיפור גדול שחל בשיטות המיפוי והחישוב, ולמרות התווספותם של רצפי גנום מיטוכונדרי רבים מרחבי העולם. מחקר משנת 2010 נקב בתיארוך של 174 אלף שנה לפני זמננו. עם זאת, להערכות כאלו יש שולי טעות רחבים, כתוצאה מגורמים שאינם ידועים בוודאות כמו הדמוגרפיה של האוכלוסיות העתיקות וקצב המוטציות המדויק. במחקר משנת 2010, שולי הטעות מכומתים באמצעות רווח בר-סמך של 95%, אשר מוערך בין 449 אלף ל-96 אלף שנה לפני זמננו. היינו, ישנו סיכוי של 95% שחוה המיטוכונדרית חיה בפרק הזמן שבין תאריכים אלו. זוהי הערכה זהירה במיוחד הכוללת מודלים ותסריטים דמוגרפיים שונים מאוד זה מזה. נמצא כי תיארוך חווה המיטוכונדרית מושפע מעט מבחירת המודל הספציפי, ושולי הטעות הרחבים נובעים בעיקר מאי הוודאות לגבי קצב המוטציות ומשך הדור. במחקר בשנת 2013, צוות חוקרים בינלאומי גדול, כולל חוקרי מכון מקס פלאנק לגנטיקה אבולוציונית בלייפציג בראשות סוונטה פבו, מיצה ומיפה גנומים מיטוכונדריים מעשרה מאובני אדם המתוארכים לתקופות של עד 40 אלף שנה לפני זמננו, והוסיף אותם לניתוח השושלות המיטוכונדריות. היתרון בחקר דנ"א ממאובנים הוא היכולת לכייל במשך תקופות אלו את קצב המוטציות ומשך הדור, ובאופן זה להקטין את אי הוודאות בהערכתם. נמצא כי כל הגנומים שנבדקו שייכים לשושלות מוכרות מצאצאיה של חוה המיטוכונדרית. המחקר סיפק הערכה מעודכנת לתיארוך חוה המיטוכונדרית - 157 אלף שנים לפני זמננו, וכן שולי טעות קטנים משמעותית - רווח בר סמך של 95% בין 197 אלף ל-120 אלף שנה לפני זמננו. מיפוי הגנום המיטוכונדרי של הניאנדרטלים, שהושלם בשנת 2008, מספק תמיכה נוספת לתיארוך המקובל של חוה המיטוכונדרית. זאת משום שהוא מראה בבירור שהאם הקדמונית המשותפת האחרונה לגנומים המיטוכונדרים של ניאנדרטלים ושל בני-אדם בני-ימינו היא אם קדמונית של חוה המיטוכונדרית, ולכן קדומה ממנה משמעותית. תיארוך שעון מולקולרי של האם המיטוכונדרית האנושית-ניאנדרטלית אשר חושב בשנת 2009 הוא 511 אלף שנה לפני זמננו, ובשנת 2013 עודכן ל-482 אלף עד 326 אלף שנה לפני זמננו. השם "חוה" ניתן לאם הקדמונית של הרצפים המיטוכונדרים על שמה של חוה המקראית, שעל פי הדתות המונותאיסטיות הייתה אם כל האנושות. אך שלא כמו בסיפור המקראי, חוה המיטוכונדרית לא הייתה האם היחידה של האנושות. מוערך כיום שהאוכלוסייה האנושית בתקופת חוה המיטוכונדרית מנתה אלפי עד עשרות אלפי נפשות בכל דור, כמחציתן נשים, ורבות מנשים אלו עשויות להחשב כאמהות קדמוניות משותפות של כל האנושות המודרנית דרך שושלות מעורבות של גברים ונשים. מודלים גנאלוגיים אף מראים כי רבות מן האמהות הקדמוניות הללו מאוחרות בהרבה מחוה המיטוכונדרית. המייחד את חוה המיטוכונדרית הוא רק שהשושלת שלה הולידה במהלך הדורות יותר בנות מכל שושלת אחרת, וכתוצאה מכך השתלטה בסחף גנטי על רצפי הגנום המיטוכונדרי (אך לא על כל שאר סוגי הגנום) של כלל האנושות, כך שכל אדם בן-ימינו הוא צאצא שלה דרך שושלת של אמהות בלבד. ניתן להסיק כי לחוה המיטוכונדרית היו שתי בנות לפחות, שכן אילו הייתה לה בת אחת בלבד, בת זו הייתה נחשבת בעצמה לחוה המיטוכונדרית. ערך מורחב – אדם כרומוזום Y מונח מקביל לגברים הוא אדם כרומוזום Y, האב הקדמון המשותף המאוחר ביותר של כל רצפי כרומוזום Y הנמצאים בגברים החיים בעולם כיום. כרומוזום Y עובר בתורשה מאב לבן, אם כי באמצעות מנגנון שונה מן המנגנון שבו גנום מיטוכונדרי עובר בתורשה מאם לבת, כך שניתן להשתמש בו למעקב אחר שושלות זכריות באופן שקול לאופן שבו גנום מיטוכונדרי משמש למעקב אחר שושלות נקביות. אין שום סיבה שאדם כרומוזום Y יהיה בן-זוגה של חוה המיטוכונדרית, ולמעשה על פי הערכות שונות הוא חי בתקופה אחרת. עד לאחרונה הוא תוארך ל-140 אלף עד 70 אלף שנה לפני זמננו, כלומר דורות רבים אחרי חוה המיטוכונדרית. ואולם בשנת 2013 התגלתה שושלת כרומוזום Y שונה מאוד המקדימה את אדם כרומוזום Y לתאריך של 338 אלף שנה לפני זמננו (עם רווח בר-סמך של 95% בין 581 אלף ל-237 אלף שנים), כלומר קרוב לוודאי קדום מחוה המיטוכונדרית. המונח "חוה המיטוכונדרית" נטבע ופורסם על ידי העיתונות, ולא על ידי הגנטיקאים, אם כי לא ברור מי היה הראשון שהשתמש בו. בינואר 1988 פרסם השבועון האמריקאי ניוזוויק כתבת שער על התגלית, מלווה בציור שער של אדם וחוה המקראיים בדמות ילידי אפריקה שחורי-עור. גיליון זה נמכר במספר שיא של עותקים. המחקר לעיתים קרובות לא הובן כראוי, וכן התקבל בהתנגדות בציבורים שונים, לעיתים מסיבות גזעניות כאשר אנשים ממוצא אירופי בעיקר חשו לא בנוח עם מוצאם המקורי האפריקאי. הועלתה אף טענה שהתגלית היא קונספירציה של מדענים תומכי תקינות פוליטית בארצות הברית. הגנטיקאית רבקה קאן, המחברת הראשונה של המאמר המדעי המקורי, סיפרה בראיון כי התרגלה במהלך חייה לפניות מטרידות רבות בדואר ובטלפון בנושא זה. השערת המוצא האפריקאי של האנושות מזוהה בתקשורת ובציבור עם תגלית חוה המיטוכונדרית (אף שלמעשה היא הועלתה עוד קודם לתגלית, על פי ממצאי מאובנים, והיא נתמכת גם בממצאים גנטיים אחרים), ולעיתים קרובות היא מכונה "תאוריית חוה האפריקאית". הגנטיקאי מאוניברסיטת אוקספורד בריאן סייקס חקר שושלות מיטוכונדריות ופרסם אותם בספרו הפופולרי "שבע בנות חוה". הוא הציע שמות כגון "הלנה" ו"אורסולה" לאמהות של השושלות העיקריות מצאצאי חוה המיטוכונדרית. השמות מתחילים באותיות האנגליות שנבחרו כסימון המדעי של שושלות אלו. חוה המיטוכונדרית ממלאת תפקיד מפתח בעלילת סדרת המדע הבדיוני הטלוויזיונית "בטלסטאר גלקטיקה". אבולוציה של האדם גנטיקה אבולוציונית אנושית האב הקדמון הכולל ערש המין האנושי אדם כרומוזום Y בריאן סייקס, שבע בנות חוה, עם עובד, 2001 מדיה וקבצים בנושא חוה המיטוכונדרית בוויקישיתוף אתר האינטרנט הרשמי של חוה המיטוכונדרית ריאיון עם רבקה קאן, (באנגלית) ריאיון עם רבקה קאן ומארק סטונקינג (באנגלית) שני האנשים שכולנו קרובים שלהם. סרטון בערוץ PBS, באתר יוטיוב (באנגלית) Cann, R. L. et al (1987) Mitochondrial DNA and human evolution Nature, Vol. 325, pp. 31-36, doi:10.1038/325031a0 Ingman, M. et al (2000) Mitochondrial genome variation and the origin of modern humans Nature, Vol. 408, pp. 708-713, doi:10.1038/35047064 Cyran, K. A. and Kimmel, M. (2010) "Alternatives to the Wright-Fisher model: the robustness of mitochondrial Eve dating"Theoretical population biology. Vol. 78(3), pp. 165-172 Fu, Q. et al. (2013) "A Revised Timescale for Human Evolution Based on Ancient Mitochondrial Genomes"Current Biology. DOI: 10.1016/j.cub.2013.02.044 Briggs A. W. et al (2010) "Targeted retrieval and analysis of five Neanderthal mtDNA genomes"Science. Vol. 325, pp. 318-321