המיקרואופטיקה העתיקה של כוכבון הים

היצור הימי מסתייע בעדשות מיקרוסקופיות גבישיות כדי להימלט מטורפים

מרית סלוין

עדכון – 23/08/2001

בתמונה: כוכבון ים. מערכת ה”ראייה” שלו היא הראשונה והיחידה מסוגה שהתגלתה עד כה בבעל חיים הקיים כיום על פני כדור הארץ

מערכת אופטית מתוחכמת המורכבת מעדשות מיקרוסקופיות גבישיות, שגילו חוקרים ישראלים ואמריקאים במין מסוים של כוכבוני ים, מאפשרת ליצורים אלה להבחין מבעוד מועד בטורף מתקרב. מבנה אופטי ברמת תחכום זהה פותח רק לפני שנים ספורות ומשמש במיקרואופטיקה. התגלית מתפרסמת היום בכתב העת .””Nature

ראשיתו של המחקר בסדרת ניסויים שביצעו הפרופסורים ליאה אדדי וסטיב ויינר מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן – עם ד”ר ז'נה אייזנברג (שהיתה אז תלמידת המחקר) – בשיתוף עם גורדון הנדלר מהמוזיאון לחקר ההיסטוריה של הטבע בלוס אנג'לס. שני החוקרים הישראלים עובדים יחד שנים רבות על פענוח המנגנונים שבהם משתמשות חיות ימיות לבניית השלד החיצוני שלהן. גבישי סידן פחמתי המכונים קלציט הם המרכיב העיקרי של השלד. חומרי השלד נבנים על גבי מצע של חלבונים ומולקולות אחרות, המפקחים על שקיעת הקלציט ומשמשים מעין תבניות שבהן נוצרים הגבישים.

“לפני כעשר שנים שהינו בקליפורניה נפגשנו עם גורדון הנדלר”, מספרת אדדי. “הנדלר סיפר לנו על מין מסוים של כוכבוני ים (Ophiocoma wendtii) שבהם גילה רגישות גדולה לאור, המאפשרת להם לזהות שינויי אור הנגרמים על ידי טורף מתקרב ולברוח”. כוכבוני הים מתגוררים בין הסלעים, הם מצוידים בחמש זרועות ארוכות (כעשרה סנטימטרים אורך הזרוע) המשתרבבות החוצה ותופסות את המזון. כשעובר במקום טורף פוטנציאלי, הוא מטיל צל על הזרועות, שכוכבוני הים מזהים ומגיבים עליו במהירות.

הנדלר חשד שגבשושיות זעירות הממוקמות על פני שטח הזרועות מתפקדות כעדשות, המעבירות את האור מהסביבה אל מערכת העצבים של הכוכבונים. חשד זה התחזק לאחר שנוכח כי מתחת לגבשושיות נמצאות פקעיות עצבים. ייתכן, כך חשב, שבתוך גבישי הקלציט המרכיבים את הגבשושיות נמצא מנגנון המרכז את האור על העצבים.

אדדי, ויינר ואייזנברג החלו לחקור את התופעה. “גילינו שכל גבשושית היא גביש של קלציט, שהגיאומטריה שלו מצביעה על מבנה של הרבה עדשות המרכזות את האור. אם מכירים את אופי העדשה ואת החומר שממנו היא בנויה, אפשר לחשב היכן היא תרכז את האור”, אומרת אדדי. על פי המדדים האלה מצאה אייזנברג כי המבנה הגיאומטרי של העדשות גורם לכך שמיקום מישור המוקד שלהן תואם את מיקום העצבים העוברים מתחת לגביש. אבל האם זה אכן מה שקורה בטבע?

התשובה ניתנה לאחר כשבע שנים. אייזנברג הסירה עדשות קלציט משלד חיצוני של כוכבון ים, התקינה אותן במעין מסכה שמתחתיה הניחה חומר רגיש לאור, ומצאה שמישור המיקוד של העדשה (שבו היא מרכזת את האור בשיעור של פי 50) מצוי בדיוק בעומק שבו מצויות פקעיות העצבים.

מערכת ה”ראייה” של כוכבוני הים היא הראשונה והיחידה מסוגה שהתגלתה עד כה בבעל חיים הקיים כיום על פני כדור הארץ. מערכת דומה עמדה כנראה לרשותם של הטרילוביטים, סדרה של בעלי חיים ימיים שחיו לפני כ-350 מיליון שנה. “אי אפשר לקרוא לזה ממש עיניים, כי אין לנו הוכחה שכוכבוני הים מעבדים את נתוני הראייה. אנחנו גם לא יודעים אם הם רואים תמונה. ברור שהם רגישים לאור”, אומר ויינר.

במאמר נלווה ב””Nature כותב הפיסיקאי רוי סמבלס מאוניברסיטת אקסטר שבאנגליה, שמבנה ותפקוד כה מדויקים של עדשות מיקרוסקופיות גבישיות מצריך מערכת בקרה מדויקת מאוד, המפקחת על צמיחת גבישי הקלציט עד להיווצרות העדשה. לדבריו, בני האדם הצליחו לפתח מערכי עדשות מיקרוסקופיות דומות, ברמת תחכום זהה, רק לפני שנים ספורות. “פעם אחר פעם”, הוא כותב, “אנו מוצאים שהטבע הקדים בתחכומו את ההתפתחויות הטכנולוגיות שלנו”.

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~382180146~~~198&SiteName=hayadan