שילוב מנגנוני התמודדות של מערכות אקולוגיות מאפשר להתמודד עם תנאי יובש
שינויי אקלים והתפתחות של תנאי אקלים יבש מאיימים על המערכות האקולוגיות ועל השירותים שהן מספקות לבני אדם. מחקר שהוביל פרופ’ אהוד מירון מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב מנתח את דפוסי הצומח המסתוריים המכונים “עיגולי פיות” ומגלה את המפתח לעמידות מערכות אקולוגיות בתנאי יובש.
צמחים מתאפיינים ביכולת הסתגלות גבוהה לסביבות משתנות, באמצעות שינוי תכונותיהם. תופעה זו המכונה “הסתגלות פנוטיפית” מאפשרת לצמח בודד להתמודד עם לחץ סביבתי כמו מחסור חמור במים. לאוכלוסיה גדולה של צמחים יש מנגנון נוסף להתמודדות עם עקת מים: ארגון עצמי במרחב בדרך של תמותה חלקית של האוכלוסיה. “עיגולי פיות” הן דוגמה מרתקת לארגון מסוג זה שבו תמותת הצומח מוגבלת למערך מסודר של עיגולי קרקע חשופה. עיגולים אלה משמשים כמקור מים נוסף עבור הצמחים השכנים ובכך משפרים את עמידות המערכת בעקת המים.
מה השאלה? כיצד הטבע לומד להסתגל לתנאי יובש? ומה אפשר ללמוד מהתהליך הזה?
התורה הקיימת של דפוסי צומח, המבוססת על ניתוח מודלים מתמטיים ותצפיות אמפיריות, חוזה הופעה של עיגולי קרקע חשופה במשטחי צומח בדפוס משושים מסודר (“דפוס חורים”) עם התפתחותם של תנאי יובש. תחזית זו מסבירה את היווצרותם של עיגולי הפיות ואת התארגנותם המרחבית, כך שכל עיגול מוקף בשישה עיגולים שכנים בממוצע. הידע הקיים בתחום חוזה, בנוסף, שהחמרת תנאי היובש תוביל להתמזגות עיגולי הקרקע החשופה לכדי דפוס של פסי צומח ופסי קרקע חשופה לחילופין (“דפוס פסים”), ובהמשך לשבירת פסי הצומח וליצירת דפוס של עיגולי צומח בקרקע חשופה (“דפוס נקודות”). דפוסי פסים ונקודות אכן נצפו במקומות שונים בעולם אך לא בעיגולי פיות. כשכמות המשקעים קטֵנה, דפוס החורים של עיגולי פיות נשמר אך לצדו מופיע דפוס נוסף: כיסוי הצומח שבין העיגולים חדל להיות מלא ובמקומו מופיע דפוס נקודות של עיגולי צומח שגודלם קטן מאוד בהשוואה לעיגולי הפיות. התוצאה היא מעין דפוס רב-סקלות, שמאופיין בשתי סקלות אורך שונות. עיגולי פיות בנמיביה בעונה גשומה. צילום: ד”ר סטפן גצין.
פרופ’ אהוד מירון מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, יחד עם הפוסט-דוקטורנטים ד”ר ג’יימי בנט, ד”ר בידש ברה וד”ר מישל פרה, ובשיתוף עם פרופ’ חזי יצחק וד”ר סטפן גצין, מציעים הסבר חדשני להתנהגות הייחודית הזאת של תופעת עיגולי הפיות: שילוב של הסתגלות פנוטיפית ברמת הצמח הבודד, בדרך של העמקת שורשי הצמחים לשכבות קרקע לחות וקומפקטיות יותר, ושל ארגון עצמי במרחב ברמת האוכלוסיה.
באמצעות מודל מתמטי המשלב לראשונה את שני סוגי התגובה הללו, הצליחו פרופ’ מירון ושותפיו למחקר, לפתור את חידת העדר דפוסי פסים ונקודות לאורך מפל הגשם, ואת הופעתו של דפוס רב-סקלות. הופעת דפוס עיגולי הצומח הקטנים לצד עיגולי הפיות הגדולים היא תוצאה של שכבת הקרקע הקומפקטית יותר שהצמחים עמוקי השורש חווים.
החוקרים, שזכו במענק מחקר מהקרן הלאומית למדע, מצאו שהשילוב של הסתגלות פנוטיפית ושל יצירת דפוסים מרחביים משפר במידה ניכרת את עמידות המערכת בתנאי יובש קיצוניים, בהשוואה לעמידות שכל אחד מסוגי התגובות מספק בנפרד. חקר עיגולי הפיות ממחיש את הצורך בהרחבת הידע הקיים של דפוסי צומח באמצעות הבאה בחשבון של שינויים אפשריים של תכונות הצמח, ושיקלול החשיבות של הרחבה כזאת בקבלת אומדן מהימן יותר של עמידות מערכות אקולוגיות בלחצים סביבתיים.
עיגולי הפיות בנמיביה מבטאים תרחיש אחד של שילוב סוגי תגובה אלו, אך המודל חושף את היתכנותם של מסלולי תגובה נוספים המובילים לדפוסים רבי-סקלות אחרים אשר גם הם מתאפיינים בעמידות גבוהה.
עיגולי הפיות בנמיביה מבטאים תרחיש אחד של שילוב סוגי תגובה אלו, אך המודל חושף את היתכנותם של מסלולי תגובה נוספים המובילים לדפוסים רבי-סקלות אחרים אשר גם הם מתאפיינים בעמידות גבוהה. ממצאים אלה מציעים שלמערכות אקולוגיות יש מגוון מסלולי תגובה אלטרנטיביים המתאפיינים בעמידות שונה ללחצים סביבתיים.
“הבנת התגובה המורכבת של מערכות אקולוגיות לאקלים יבש עשויה לספק רמזים כיצד לשפר את חוסנן באמצעות זיהוי מסלולי התגובה המתאפיינים בעמידות גבוהה, והסטת מערכות אקולוגיות בסיכון למסלולי חוסן אלו”, מסכם פרופ’ מירון.
החיים עצמם:
פרופ’ אהוד מירון, נשוי לליאורה, אב לבת ובן, סב לארבע נכדות. “אני מחובר למדע ולאמנות מגיל 15, כשאימי הציירת פינתה מחצית מהסטודיו שלה לצורך מעבדה ביתית לכימיה שהקמתי. חרוט בזיכרוני ניסוי הפקת מימן באמצעות אלקטרוליזה של מים, והדלקתו – ניסוי ‘פיצוץ’, תרתי משמע. המדע – בעשייה, והאמנות – בהתבוננות, משולבים מאז בחיי. פעילות שכלתנית מאתגרת לצד חוויה בלתי אמצעית משחררת. מלבד זאת, אני חובב ג’אז ואוהב לקרוא. נמשך בין היתר לספרות עם אלמנטים סוריאליסטיים כמו ספריו של ז’וזה סאראמאגו ושל הרוקי מורקמי. לא מאמין אבל גם לא אתאיסט. אוהד מכבי חיפה”.
עוד בנושא באתר הידען:
