כמו מגלי ארצות, מדעני מכון ויצמן הרימו עוגן, ויצאו אל הים לחפש תובנות חדשות על האדם, ועל מקומו במערכת האקולוגית העולמית
על הסיפון המתנדנד, בלילה, כשרסס הגלים המתנפצים אל דופן הספינה חודר לעיניים, במרחק אלפי קילומטרים מהחוף הקרוב, אפשר להבין שכל היצורים עלי אדמות, מהאצות המיקרוסקופיות ועד בני-האדם, כולנו בסירה אחת. 30 מדענים מחמש קבוצות מחקר, ועוד כמספר הזה ימאים ואנשי צוות, יצאו באחרונה למסע בעקבות מעגלי החיים המיסתוריים של טריליוני יצורים זעירים, חד-תאיים, דמויי צמחים, הצפים במי הים. אלה הם היצורים המכונים פיטופלנקטון, שעליהם מושתת מארג המזון הימי: ללא הפיטופלנקטון לא היו חיים באוקיינוסים, ולא היה חמצן באוויר.
ספינת המחקר שיצאה מפונטה דלגדה שבאיים האזוריים פנתה צפונה, ו”חתכה” את האוקיינוס האטלנטי לאורכו, עד לרייקיאוויק שבאיסלנד. בין המדענים על סיפונה היו גם ד”ר אסף ורדי, וכמה מחברי קבוצתו במחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע. במובן מסוים הייתה ההפלגה, שנועדה לבחון את מערכת יחסי הגומלין בין הפיטופלנקטון לסביבה הימית ולאטמוספירה, גם ניסוי מורכב בבני-אדם. ד”ר ורדי: “קח כמה עשרות אנשים מכמה ארצות, תכניס אותם לשטח קטן, מתנדנד, תחום היטב בלב האוקיינוס, תוסיף מתח, סקרנות מדעית, דחף להצלחה. מה קיבלת?”.
לעיתים, מסיבות לא ידועות, יצורי הפיטופלנקטון מתרבים במהירות. כתוצאה מכך נוצרות פריחות של אצות (blooms). המכסות מאות ואלפי קילומטרים הנראים מלוויינים בחלל. אבל אז מתחוללת קריסה מתוזמנת המביאה להיעלמות הפריחה. הפיטופלנקטון ממלא תפקיד מרכזי בייצור החמצן בעולם, סופג כמויות ניכרות של פחמן דו-חמצני, ופריחתו שקולה לפעולתו של יער גשם. בכך הוא “שואב” את הפחמן הדו-חמצני מהאוויר, מפחית את שיעור ההתחממות הגלובלית, ומספק כמות אדירה של מזון לכל מארג החיים בים.
בין אצות לבני-אדם
ד”ר ורדי ושותפיו למחקר גילו בעבר, שנגיפים מסוימים אחראים לקריסת פריחת האצות. מתברר, שכאשר הנגיפים תוקפים את הפיטופלנקטון, הם מביאים איתם גנים שבאמצעותם הם מאלצים את היצורים הימיים לייצר בגופם אנזימים היוצרים מולקולות שומן (ספינגוליפידים), הדומות מאוד לאלה הגורמות מחלות שונות בבני-אדם. ד”ר ורדי: “מעניין לראות עד כמה מנגנוני הייצור האלה שמורים באבולוציה, ומתקיימים במיגוון גדול כל-כך של יצורים”.
ד”ר ורדי וד”ר פרדה עם השלל היומי
ד”ר ורדי גילה עדויות לקיומו של מנגנון תאי הפועל בפיטופלנקטון, אשר בתגובה להצטברות הספינגוליפידים מוביל למוות מתוכנת של תאים (אפופטוזיס). האפופטוזיס מתחולל בכל הסוגים של יצורים רב-תאיים: תאים פגומים או זקנים מוציאים את עצמם להורג, כדי שהאורגניזם כולו ימשיך לחיות. אבל מדוע שאורגניזם חד-תאי – כמו הפיטופלנקטון – יתאבד? ומהי המשמעות האקולוגית של התאבדות כזו? כיצד מתבצעת התקשורת בין התאים? מה הם מנגנוני העמידות המאפשרים לחלק מהם לשרוד? אלה חלק מהשאלות שהמדענים על ספינת המחקר שאפו לברר.
למעשה, מתברר שהתאים לא כל-כך מתלהבים מרעיון ההתאבדות, והם מנסים להיאבק נגד הנגיף הפולש. כך מתחוללת דרמה של ממש: מירוץ חימוש אבולוציוני, כימי, הכולל תכסיסים, ניסיונות תקיפה, הגנה, עקיפה ובלימה, הכל ברמה המולקולרית, בתוך תאי הפיטופלנקטון. לתהליכים אלה נודעת השפעה מכרעת בקביעת מסלולים ביו-גיאו-כימיים ואקלימיים. העובדה שמדובר בגנים ובמסלולים ביוכימיים שמורים היטב באבולוציה, מאפשרת למדענים ללמוד מהם על תהליכים מקבילים במערכות ביולוגיות אחרות. לפיכך, הבנה עמוקה של התהליכים האלה וזיהוי של חומרי טבע חדשים מהסביבה הימית עשויה לסייע בפיתוח דרכים לבלימת חדירה של נגיפים לתאים שונים, לרבות חדירה של נגיפים גורמי מחלות לתאי אדם. הבנה טובה יותר של תהליכי המוות התאי עשויים לסייע בפיתוח דרכים לגרימה מכוונת של מוות “מתוכנת” כזה, למשל, בתאים סרטניים.
הפלגה אל הפריחה
המדענים שעל סיפון ספינת המחקר אספו דגימות מים בעומקים שונים. את הדגימות האלה בחנו במעבדות שהותקנו על הסיפון. ד”ר ורדי: “במשך שבועיים שטנו, ולא מצאנו פריחה. ואז, בדגימה אחת מצאנו אותה. זה היה רגע בלתי-נשכח, של תחושת רווחה, מצד אחד, ושל התנעה של מאמצי מחקר שגרמו לנו לעבוד 20 שעות ביממה, מצד שני”.
שיתוף פעולה ייחודי, שנרקם בין קבוצת המחקר של ד”ר ורדי לקבוצת המחקר של פרופ’ אילן קורןמהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה במכון ויצמן, הוביל לבדיקה מקבילה של תהליכי משוב בין מערכות ביולוגיות ימיות (בעיקר בשלב הפריחה) עם האטמוספירה ועם ארוסולים הנישאים בה, ומשפיעים על היווצרות עננים. מעגל משוב מורחב זה משפיע על שינויים אקלימיים, והבנתו עשויה לפתור מספר תעלומות בתחום זה.
“למעשה”, אומר ד”ר ורדי, “היה כאן ניסיון ראשון מסוגו לעקוב בעת ובעונה אחת אחרי תהליכים המתחוללים בתוך התא, דרך תהליכים תאיים, ועד להתנהגות של אוכלוסיות תאים הפרוסות על-פני אלפי קילומטרים. העבודה המחקרית במרחק קטן מפני הים, כשלווייתנים מלווים אותנו, הייתה חווייה חד-פעמית. כל יום חווינו שקיעה חדשה, שונה מקודמתה. ואחר כך, כשהיינו קרובים לחוג הארקטי, באו לילות לבנים. אלה דברים שאיש מאיתנו לא ישכח לעולם”.
ובינתיים, במעבדה שבמכון ויצמן למדע, מאוחסנות אלפי דגימות, והמדענים כבר החלו בסדרת ניסויים שנועדה לגלות עוד טפח על מנגנוני החיים, ומעגלי המשוב הסביבתיים, ולהשיג עוד תובנות ביחס ל”קשרי המשפחה” ויחסי הגומלין בין יצורים חד-תאיים למחזורי טבע עולמיים.
