סיקור מקיף

נווה מדבר בים עמוק

סימביוזה עם חיידקים מאפשרת לתולעים ולצדפות להיזון מגז טבעי ומתרכובות גופרית – ומלמדת אותנו על דרכים להפקת אנרגיה

תולעי למליברכיה צמודות למסלע שנוצר בעקבות פעילות חיידקית בנביעות הגז בעומק של קילומטר מול חוף פלמחים. (צילום: ד"ר יצחק מקובסקי, אוניברסיטת חיפה, במסגרת פרויקט SEMSEEP)

רובוט מחקר הצולל לעומק של קילומטר בים התיכון חושף בפנינו עולם נסתר, מלא הפתעות. אור השמש אינו חודר למעמקים אלה, וצמחים אינם יכולים לקיים בו פוטוסינתזה. ובכל זאת, יש בהם חיים. "היצורים שחיים במעמקים שונים מאוד מכל מה שמוכר לנו", אומר ד"ר מקסים רובין-בלום מהמכון לחקר ימים ואגמים בחיפה. "אפשר לומר שזה הדבר הקרוב ביותר לחיים מכוכב אחר".

בשנת 1977 גילה הגיאולוג רוברט בלרד נביעות הידרותרמיות – מים לוהטים היוצאים מסדקים בקרקעית הים. נביחות אלה קרויות גם  "מעשנות שחורות" – הרי געש תת-ימיים הפולטים מים חמים וגזים רעילים ולוהטים, בעיקר תרכובות גופרית. למרבה ההפתעה, הסביבה הרעילה הזאת התגלתה כשופעת חיים, ובהם תולעי ענק בשם ריפטיה (Riftia), שאורכן מגיע למטר וחצי.

תולעת-ענק זו היא חסר-החוליות בעל קצב הגדילה המהיר ביותר המוכר לאדם – היא מגיעה לממדיה המלאים בתוך שנתיים בלבד. את הצמיחה המהירה הזאת היא משיגה ללא מערכת עיכול: מערכת העיכול של הריפטיה התנוונה במהלך האבולוציה, והיא תלויה לגמרי בהספקת מזון מחיידקים סימביונטיים החיים באיבר מיוחד בגופה. בכל תא באיבר זה, הנקרא טְרוֹפוֹזוֹם, חיים חיידקים ממין אחד מסוים, המפיקים אנרגיה מתרכובות כימיות אי-אורגניות. תהליך זה נקרא כֶמוֹסינתזה (על משקל "פוטוסינתזה"). במקרה זה, האנרגיה מופקת מתרכובות גופרית.

בחלקו המזרחי של הים התיכון אין נביעות הידרותרמיות, אך יש נביעות של גז טבעי, ומתברר שגם הן מפרנסות סביבה עשירה בחיים. גם בעלי-חיים אלה מאכלסים בגופם חיידקים סימביונטיים המפיקים אנרגיה מתרכובות כימיות.

קבוצת המחקר של ד"ר רובין-בלום חוקרת את בעלי-החיים האלה באזור שמול חוף פלמחים, בעומק של קילומטר. בני-אדם, כמובן, אינם יכולים לצלול לעומק כה רב, והמחקר מתבצע באמצעות רובוט תת-ימי. במחקר נמצא מגוון מרתק של בעלי-חיים, מצדפות ועד תולעים מן הסוג למליברכיה (Lamellibrachia), קרובות משפחה של הריפטיה הענקית – אמנם קטנות ממנה, אך מגיעות לגיל של עשרות ומאות שנים.

גופם של כל בעלי החיים האלה מכיל חיידקים סימביונטיים, שקצתם ניזונים מתרכובות גופרית וקצתם ממש מגז טבעי. חקר החיידקים האלה מגלה תעשייה כימית בזעיר אנפין: במין מסוים של צדפות קטנות נמצאו ששה (69 מינים שונים של חיידקים סימביונטיים, שכל אחד מהם מנצל מקור אנרגיה אחר.

חיידקים היברידיים

החיידקים מסוגלים גם לקבע פחמן בדרכים שונות. רוב החיידקים והצמחים קושרים פחמן מפחמן דו-חמצני במעגל מטבולי הנקרא מעגל קלווין; מעגל זה בזבזני באנרגיה, אך מסוגל לפעול היטב גם בסביבה עתירת-חמצן. מסלולים מטבוליים אחרים מקבעים פחמן באופן יעיל יותר, אך אינם פועלים בסביבה מחומצנת.

החיידקים החיים בסימביוזה עם התולעת למליברכיה נמנים עם החיידקים המועטים בעולם המסוגלים לקבע פחמן בשתי הדרכים, בהתאם לתנאי הסביבה: כאשר שיעור החמצן בסביבה גבוה, הם משתמשים במעגל קלווין, וכאשר שיעור החמצן נמוך – הם משתמשים במעגלים חלופיים. בכך הם דומים לרכב היברידי, המצויד בשני מנועים – מנוע בנזין ומנוע חשמלי, שכל אחד מהם נמצא במיטבו בתנאים שונים. ד"ר רובין-בלום – בסיוע מענק מחקר מהקרן הלאומית למדע – הצליח לגדל במעבדה חיידק מסוג זה, צעד חשוב בחקר המעגלים המטבוליים המסקרנים האלה.

שאלה של נאמנות

תולעת-הענק ריפטיה חיה בסימביוזה עם מין אחד ויחיד של חיידק; לצדפה מסוימת, יש שישה; ללמליברכיה, החיה בנביעות הגז, יש שני מינים שונים של סימביונטים. מה אפשר ללמוד ממידת הבלעדיות או הנאמנות ההדדית של הסימביונט והמאכסן?

מצב של מאכסן אחד וסימביונט אחד הוא יציב; לעומת זאת, שני מיני  חיידקים סימביונטיים המתחרים על מקום ומשאבים יוצרים לכאורה מצב בלתי יציב. כדי להפוך אותו ליציב דרוש שפע של משאבים, כך ששני הסימביונטים יחיו ברווחה ולא יתחרו זה בזה – וייתכן שאכן זהו המצב. מחקר ביואינפורמטי של החיידקים, כלומר חקר רצפי הדי-אן-אי והחלבונים שלהם, עשוי לגלות לנו מתי נאמנות גמורה בין מאכסן יחיד לסימביונט יחיד היא המצב הכדאי והיציב ביותר, ומתי יכול להיווצר איזון יציב בין כמה סימביונטים.

"מערכות פשוטות כאלה – תולעת ושני מיני חיידקים – יכולות לשמש כמפתח מחקרי להבנת מערכות מורכבות בהרבה, כמו המגוון העצום של חיידקי המעיים שלנו," אומר ד"ר רובין-בלום. "כדי שנוכל להמשיך לחקור את העולם המופלא של יצורים הניזונים מגז טבעי במעמקי הים, על הביוכימיה ומערכות היחסים הייחודיות שלהם, עלינו לשמור עליו מפני נזקיהן של תעשיות האנרגיה והדיג. בימים אלה מתקיימים דיונים על הקמת שמורה תת-ימית מול חוף פלמחים".

החיים עצמם:

ד"ר רובין-בלום מחזיק תולעת סימביוטית מהסוג אסקרפיה (Escarpia) מנביעות גז ונפט בעומק של כשלושה קילומטרים במפרץ מקסיקו. (צילום: ד"ר כריסטיאן בורובסקי)

ד"ר מקסים רובין-בלום אסף חרקים בילדותו. כיום, בעקבות ההכחדה הנרחבת של חרקים בשל פעילות האדם, הוא מעדיף לא לשפד חרקים על סיכות, אלא לצלם אותם.

עוד בנושא באתר הידען:

דילוג לתוכן