סיקור מקיף

האם חיידקים מקרקעית-הים מייצרים את רשתות חשמליות משל עצמם?

שומרים על זרם… האם מושבות חיידקים המצויות על שטח פני קרקעית הים מתקשרות חשמלית עם מושבות אחיות המצויות מתחת שטח פני הקרקעית?

Ocean-Bottom Bacteria
Ocean-Bottom Bacteria

עמוק על קרקעית הים, מושבות חיידקים מחברות עצמן זו לזו דרך תשתיות חשמליות מיקרוסקופיות שיכולות לעורר את קנאתן של כל עיירה קטנה. הרבה עדיין לא ידוע על התהליך, אך אם הממצאים הנוכחיים יאושרו תהיה בכך מהפכה בהבנת המדענים לגבי הפעלת המערכות האקולוגיות הקטנות ביותר.

לחיידקים נושמי חמצן שחיים בקרקעית הים יש בעיה. לאלו שיושבים על הקרקע יש גישה ישירה לחמצן שבמים אך לא לנוטריינטים המינרליים החיוניים להם, המצויים מחוץ להישג ידם, בערך סנטימטר מתחת לאדמה. בה בעת המיקרובים החיים במשקע הקרקע נגישים לנוטרינטים, אך חסרים את החמצן. כיצד שתי הקבוצות הללו שורדות?

האקולוג המיקרוביאלי לארס פטר נילסן, מאוניברסיטת ארוס בדנמרק הסיק שחיידקי שטח הפנים וחיידקי תת-שטח-הפנים מחליפים איך שהוא חמצן ונוטריאנטים זה עם זה. כדי לגלות כיצד הם עושים זאת, הוא ועמיתיו חפרו מעט בוץ מתחתית המשקע, בעומק 20 מטר, במפרץ ארוס ומקורות מים נוספים בקרבת האוניברסיטה והכניסו אותם לביקר במעבדה.

בשלב הבא המדענים עשו משהו שידעו שיגרום לחיידקים למצוקה: הם התחילו להסיר את החמצן מהמים. אם החיידקים היו מחליפים ביניהם חומרים, כפי שנילסן חשד, אלו החיים מתחת לשטח פני הבוץ יבחינו בהדרגה בכך שאספקת החמצן שלהם פוחתת; הם ירשמו שינויים כימיים במשקע, כאלה שניתן לעקוב אחריהם עם חיישנים. אולם במקום ההתנהגות הצפוייה, נילסן ועמיתיו היו עדים לשינוי מהיר הרבה יותר. כמעט ברגע שהמדענים החלו להפחית את החמצן, חיידקי תת-שטח-הפנים הפסיקו לצרוך סולפיד-מימני מהבוץ. זאת ועוד, הפסקת פעילות מטבולית זו היתה סימן לכך שהחיידקים הטמונים בבוץ הבינו כמעט מיד שמשהו בסביבה הרחוקה מעליהם השתנה. החוקרים הבחינו גם בכך שהיו שינויים מהירים מאד בדרגת החומציות של המים בביקר.

תגובות אלו התרחשו מהר מכדי להתאים לשינויים כימיים כל שהם או לתהליכים מולקולריים כמו אוסמוזה, אומר נילסן. האפשרות הסבירה ביותר, הוא וקבוצתו מדווחים בגיליון פברואר של כתב העת נייצ'ר, היא שהחיידקים מתקשרים חשמלית זה עם זה, ע"י העברת אלקטרונים הלוך ושוב. כיצד בדיוק הם עושים זאת? זה עדיין לא ברור, אך נילסן משער כי האורגניזמים כולם מחוברים אלה לאלה דרך רשת אלקטרונית מיקרוסקופית, עשוייה אולי מגרגרי מתכת, כמו ברזל ומנגן, המצויים במשקע הימי.

אם הרעיון המחווט יסתבר כנכון, הוא יהפוך את הקהילה החיידקית לרשת חשמלית מצולבת בין המשקע לתת המשקע- כזו שמשתרעת על פני 20 קילומטרים אם נשנה את קנה המידה לאנושי. במקום לקבל חמצן משטח הפנים ולהפוך אותו לאנרגיה- משהו שהחוקרים אומרים שאינו אפשרי בהתחשב בעובי המשקע הבוצי- החיידקים המשוקעים במשקע פשוט מקבלים אנרגיה מהאלקטרונים של הרשת. בתגובה לכך הם יכולים לשרוד בעודם שקועים ולהמשיך לשלוח נוטריאנטים חזרה לחבריהם ספקי האנרגיה, דרך תנועה כימית.

עדיין, אומר נילסן, התעלומה אינה פתורה במלואה ורב הנסתר על הגלוי לגבי האופן בו הרשת החשמלית עובדת. "ממה עשויים חוטי החשמל?" הוא שואל. "כיצד הם מתחברים לתאים וזה לזה? וכיצד הם נבנים?"

הגיאוביולוג קנט נילסון מאוניברסיטת דרום קליפורניה בלוס אלנג'לס מסכים שהממצאים החדשים "נופלים לתוך הקטגוריה של חייב-להיות-לכך-הסבר-אחר-מאשר-כימיה. ההתרגשות כעת נמצאת במציאת המנגנונים האחרים לתנועת האלקטרונים" הוא אומר.

הידיעה לעיתונות

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

4 תגובות

  1. נחום,
    אני חושב שאין צורך במתכות על מנת להעביר אלקטרונים.
    יש אין ספור תגובות כימיות שמאפשרות מבחינה טרמודינמית מעבר אלקטרונים ממקום אחד לשני ומתכת היא לא המתווך היחידי שיודע לעשות את זה. בכלל, נראה שכל מה שצריך הוא הפרש פוטנציאלים (רידוקס) אשר קיים ממילא בסביבות אלו. זאת ועוד – לא ניתן למעשה ליצור סביבה נקיה ממתכות ובה מגוון החיים המדובר שהרי כמעט כל (אם לא כל מוחלט) של בעלי החיים צריכים מתכות לצרכים ביוכימיים שונים ולכן אם תיצור מדיום נטול מתכות – פשוט לא תקבל את האוכלוסיות שמתקיימות בטבע ואולי לא תקבל אוכלוסיות בכלל (אם בכל זאת התקבלו אוכלוסיות, הרי שהמדיום לא באמת היה נטול מתכות).

    בברכה,
    עמי בכר

  2. וזה קורה אחרי מיליוני שנים של התפתחות הדרגתית מלווה עם ברירה טבעית (":

    כן בטח…

  3. לא כל כך ברור לי איך הוא הגיע למסקנה שהם מתקשרים ע"י אלקטרונים
    אולי הם יוצרים איזה תהודה במים וכדו' יש הרבה צורות התקשרות
    אגב, אפשר פשוט ליצור שכבה שלא מכילה מתכות ולראות אם עדין הם מצליחים לתקשר

    מעבר לכך למה לא יתכן שאין תקשורת בכלל והחיידקים פשוט רגישים מאוד לשינוי הכימי?

    עכ"פ תודה
    מחקר מעניין

  4. כן, המאמר הזה היה באמת מעניין מאוד. בכתבה כאן באתר יש שימוש במילה אוסמוזה – יש לתקן לדיפוזיה. זאת ועוד, התהליכים שנרשמו לא מספקים מנגנון. יש להגדיל רזולוציות ולבחון במספר שיטות כדי לאמת את הממצא.

    ידוע שברובד חיידקים קיים גרדיאנט רידוקס חשמלי באופן טבעי. כמובן שיש גרדיאנט של חמצן שדועך מהר מאוד (בחושך) ומאידך גרדיאנט של גפרית מימן שמגיע מלמטה ודועך או לפעמים מגיע אפילו עד פני השטח. ממדידות נוספות שעשיתי ראיתי גם גרדיאנט של חומרים אחרים כגון מימן, קרבונט, סידן וכמובן pH. הסביבה הזו מאוד מורכבת ומיוחדת וזה בהחלט יהיה מאיר עיניים להוכיח שיש קשר חשמלי ישיר בין התאים (ולא רק גרדיאנט רידוקס).

    בברכת חברים,
    עמי בכר

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן