צמד מחקרים מאוניברסיטת תל אביב ממפה 110 אירועי תמותה המונית של קיפודי ים מאז 1888 ומראה שפתוגנים הם הגורם המרכזי, ובמקביל מציג שיטת "מטוש קורונה" לדגימה גנטית לא פולשנית מתחת למים למעקב אחר מגפות בים
צמד מחקרים, ראשונים מסוגם, של חוקרים מבית הספר לזואולוגיה ומוזיאון הטבע באוניברסיטת תל אביב, בהובלת ד"ר עמרי ברונשטיין קובע את הסיבות העיקריות לתמותות המוניות של קיפודי ים בעשרות השנים האחרונות: פתוגנים, סופות וטמפרטורות קיצוניות. כמו כן, ד"ר ברונשטיין וצוותו פיתחו שיטה חדשנית לדגימה גנטית בסביבות ימיות – באמצעות מטוש ובדומה לבדיקת הקורונה, בין היתר כדי לאפשר מעקב מהיר ולא פולשני אחר בעלי חיים ימיים והתפרצות של מגפות מתחת למים.
המחקר הראשון שפורסם בכתב העת Biological Reviews מציג מטא-אנליזה אשר בוחנת את כל 110 מקרי התמותה המונית (mass mortality events, או MMEs) הידועים למדע בקרב קיפודי ים מאז 1888 ועד 2024. במסגרת זו, ד"ר ברונשטיין והדוקטורנטית ליסה שמידט ערכו סקירה מקיפה של ההיסטוריה של אירועים אלו, ממנה עולה כי מרבית אירועי התמותות ההמוניות מדווחים מההמיספרה הצפונית (שם מתבצע מרבית המחקר ושם גם נמצאים מרבית תקציבי המחקר), ומרוכזים סביב ארצות הברית, מערב אירופה ויפן. החוקרים מאוניברסיטת תל אביב סיווגו חמישה גורמים עיקריים למקרי תמותה אלה ומצאו כי: 33% מהמקרים נגרמו בשל פתוגנים, 25% בשל אירועים קטסטרופליים כמו סופות ומיעוט חמצן, 24% בגלל טמפרטורות קיצוניות, 11% בגלל פריחת אצות ו-7% בגלל פעילות אנושית – כמו זיהום סביבתי והרס אזורי הגידול.
מטה – אנליזה
"מדובר במטא-אנליזה של כלל הספרות המחקרית בנושא", מספר ד"ר ברונשטיין. "עבור כל אירוע תמותה המוני, מיפינו היכן הוא התרחש, מתי, באילו מינים אירעה התמותה ובעיקר- מה היו הסיבות לה. מתברר שפתוגנים הם הגורם המוביל לתמותה המונית בקרב קיפודי ים. הממצא הזה משתלב ומשקף בצורה מהימנה את מה שאנחנו רואים היום בגל המודרני של תמותות המוניות – מהקריביים, דרך הים האדום וכלה באוקיינוס ההודי. יש נטייה להצביע על ההתחממות הגלובלית כסיבה לכל דבר, אך זה לא תמיד מדויק. במקרים רבים אנחנו רואים שהתמותה אינה עומדת ביחס ישיר לחום, שכן חלק ממיני הקיפודים שנפגעו מסוגלים לחיות באופן טבעי גם בסביבות חמות יותר. אלו לא טמפרטורות אופטימליות, אבל גם לא קטלניות מבחינת הטווח העליון שלהן. הבעיה היא שההתחממות משפיעה על גורמים נוספים רבים בסביבה, ואלו כבר עלולים להוות שילוב קטלני. כך, בסביבות חמות יותר אנחנו רואים ירידה בריכוז החמצן המומס במים ופעילות יתר של פתוגנים למשל".
בהקשר זה, יש לציין כי ב-2023 זיהה ד"ר ברונשטיין תמותה המונית של קיפודי ים ממין נזרית ארוכת קוצים לחופי הים האדום. בהמשך זיהה כי לתמותה אחראי אותו פתוגן שהכחיד מין קרוב של הקיפודי ים בקריביים – טפיל מסוג ריסנית. מאז הזיהוי הראשוני, המגפה התפשטה לאוקיינוס ההודי, שבה והתפרצה בקריביים והיא מוגדרת כיום כפנדמיה המאיימת על אוכלוסיות קיפודי ים בכל העולם.
"קיפודי הים חיוניים לבריאות שונית האלמוגים", מסביר ד"ר ברונשטיין. "הם ה'גננים' של השונית: הם ניזונים מהאצות ומונעים מהן להשתלט ו'לחנוק' את האלמוגים שמתחרים איתן על אור השמש. ב-1983 מתו רוב קיפודי הים בקריביים, האצות שם התרבו ללא בקרה, הסתירו לאלמוגים את אור השמש והסביבה כולה עברה שינוי מופע משוניות אלמוגים לשדות אצות. למרות שחלפו מאז 40 שנה, אוכלוסיית קיפודי הים בקריביים – ואיתה השונית – לא חזרו למצבם הקודם. אנחנו חוששים שאותו תהליך עשוי כיום להתממש גם באזורים נוספים בעולם שבהם מתרחשות תמותות המוניות בעיקר במין נזרית ארוכת הקוצים – קרוב משפחה של קיפוד הים הקריבי. אלה הקיפודים השחורים עם הקוצים הארוכים שכולנו מכירים. עד לא מזמן זה היה אחד הקיפודים הנפוצים בשונית האלמוגים באילת. כיום קיפוד הים הזה כמעט שאינו קיים בים האדום. מדובר באירוע מאוד אלים: תוך פחות מ 48 שעות, אוכלוסייה בריאה של קיפודי ים הופכת לשלדים מתפוררים. באתרים מסוימים באילת ובסיני, אחוזי התמותה הגיעו ל-100%. בהמשך ראינו תמותה המונית גם באי ראוניון שבאוקיינוס ההודי, וכיום אנחנו בוחנים עוד שלושה מקרים חדשים של תמותות המוניות מהאוקיאנוס האטלנטי, ההודי ואפילו הים התיכון. כך, אירוע תמותה המונית מקומי הפך לאזורי ואז לגלובלי. זו סכנה לשוניות האלמוגים בעולם בכל מקום".
בהמשך לכך, וכדי להתגבר על אחד האתגרים הגדולים באיסוף מידע גנטי בים, תלמידת המחקר מאי בונומו וד"ר עמרי ברונשטיין פרסמו מחקר נפרד בכתב העת Molecular Ecology Resources, שמטרתו פיתוח שיטה חדשה, זולה ולא פולשנית שמאפשרת איסוף דגימות גנטיות מתחת למים באופן נרחב.
זיהוי פתוגנים בבעלי חיים ימיים
"הכלים העיקריים שמשתמשים בהם היום כדי לזהות פתוגנים הם כלים גנטיים", אומר ד"ר ברונשטיין. "אבל תחום האקולוגיה המולקולרית סובל מבעיה בסיסית: אין דרך פשוטה לדגום דנ"א מבעלי חיים מתחת למים. לכן, מחקרים רבים נסמכים על דיגום פולשני שגורם נזק לבעל החיים הנדגם ואף דורש לא פעם את הקרבת בעל החיים כולו והבאתו למעבדה. לכן המחקר פועל תחת רגולציה מחמירה מאוד ששוקלת בכל מקרה את הערך המדעי מול ערכי שמירת הסביבה. למשל, חל איסור לדגום בעלי חיים באתרים שנחשבים לשמורות טבע ימיות, יש איסורים והגבלות על שילוח דוגמאות לחו"ל, כמו אלמוגים, ובכל פרסום מדעי יש צורך להציג את ההיתרים הרשמיים לכל דגימה שמוצגת בפרסום. הצורך שלנו למצוא פתרון לצוואר הבקבוק הזה נבע מתוך מגפת קיפודי הים. יש היום שתי דרכים לאתר קיפודים חולים: לראות בעיניים שהם חולים, ואז זה כבר מאוחר מדי – הקיפודים האלה גוססים. לחלופין, אפשר לזהות את המחלה לפני הופעת הסימפטומים, בעזרת כלים גנטיים, אבל אם לשם כך צריך להוציא אותם מהים – אין זה משנה אם הם חולים או שיתברר שלא, אם בכל מקרה הקרבנו אותם".
ערכת בדיקות "קורונה"
כדי לפתור את האתגר הגדול של האקולוגיה הימית, החוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו ערכה מיוחדת לאיסוף דגימות גנטיות מתחת למים. הערכה אמידה, אמינה, זולה ופשוטה לתפעול – והיא כבר נכנסה לשימוש בקרב קבוצות מחקר שונות ברחבי העולם – בעיקר באזורים מרוחקים או רגישים במיוחד.
"פיתחנו כלי חדש לדגימת דנ"א מתחת למים, המזכיר בדיקת קורונה. בקצה מבחנה ייעודית המלאה בנוזל השימור ישנה ממברנה המונעת חדירת מים, ופקק עם קליפס – כמו בחלק ממשחות השיניים. ממש כמו בבדיקות קורונה, החוקר מעביר מטוש על פני בעל החיים הימי מבלי לגרום לו נזק או להזיז אותו ממקומו. אפילו אין צורך לדגום בריריות כמו בקרב בני האדם, מספיק להעביר עליהם בעדינות את המטוש. בהמשך, המטוש מוחדר למבחנה תוך כדי ניקוב הממברנה שמונעת חדירה של מים לנוזל השימור שבפנים, והפקק הלחיץ נסגר כדי לאבטח את הדגימה. זה כל הסיפור. חוקר בודד יכול כך לאסוף מאות דגימות בצלילה אחת כמעט בכל תנאי סביבה ועומק המאפשרים צלילה. הערכה כבר נבדקה בסביבות מאתגרות, כמו במשלחות שדה לג'יבוטי ולאי ריוניון, והתוצאות נראות מבטיחות ביותר: דוגמאות שעמדו אחר כך חודשים ללא קירור עד שהגיעו אלינו למעבדה נשמרו בצורה יוצאת מהכלל ואפשרו לבצע גם אנליזות גנטיות רגישות. בניסוי רחב היקף שביצענו עם השיטה החדשה כאן במפרץ אילת, הצלחנו תוך מספר חודשים לאסוף חומר גנטי ממאות קווצי עור במפרץ – הקבוצה הכוללת את קיפודי הים, כוכבי הים וחבריהם – ולערוך את האנליזה הגנטית הנרחבת ביותר שאי פעם נעשתה על המינים הללו באזורנו, שהובילה לגילוי מספר מינים חדשים ולהגדרה מחודשת של מינים אחרים שלא ידענו על קיומם. מדובר בפתרון פשוט ואלגנטי לאחת הבעיות הטכניות המציקות ביותר בתחום האקולוגיה הימית".
עוד בנושא באתר הידען:
