חיות הארדקור
01/10/2019
מחקר חדש גילה מגוון רחב של בעלי חיים באגם שמימיו עשירים למדי בארסן. המחקר גם מצא כיצד הם מצליחים לשרוד בתנאים אלו.
העולם מלא בסביבות קיצוניות בהן שוררים תנאי חיים קשים ביותר, למשל אגם מונו בקליפורניה, שמימיו עשירים במיוחד ביסוד הרעיל ארסן. צוות חוקרים בהובלת מדענים מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה ומהחוג לביולגיה וסביבה של אוניברסיטת חיפה גילה כי על אף ריכוזי הארסן הגבוהים, ובניגוד למצופה ולידוע, האגם דווקא עשיר במינים רבים של בעלי חיים, בהם תולעים רבות. החוקרים פענחו כיצד התולעים שורדות בריכוזי הארסן הגבוהים. זוהי דוגמה מופלאה ליכולת הסתגלות הפנטסטית של בעלי חיים לתנאי סביבה קיצוניים, אשר עלולים אף להפוך לקיצוניים יותר בשל מגמת שינויי האקלים.
חשוב לנו לחקור סביבות קיצוניות אלו כי בניגוד למה שאנחנו מצפים, כבני אדם שחיים ביבשה, סביבות אלו נפוצות מאוד על פני כדור הארץ. כך למשל, מרחב המחיה הגדול ביותר על פני כדור הארץ הוא מעמקי הים, סביבה חשוכה וקיצונית מבחינת טמפרטורה, לחץ, זמינות משאבים ועוד, ועם זאת, עשירה בבעלי חיים. לתהליכים המתרחשים בסביבות כאלה יש השפעה עצומה על כדור הארץ כולו, ובנוסף, סביבות אלו הן בגדר אוצר בלום של ביולוגיה שעדיין לא נחקרה. למרות שהסביבות הקיצוניות מסקרנות מאוד, הגישה אליהן מוגבלת, ולכן שאלות מדעיות מרתקות הנוגעות לחיים המתקיימים בהן נותרות ללא מענה.
דוגמה לאחת הסביבות הקיצוניות והמעניינות ביותר היא אגם מונו בקליפורניה, שמימיו הם ברמת חומציות נמוכה במיוחד, השונה מזו של מרבית היצורים (pH 10), וכן, יש בהם ריכוז גבוה של היסוד הכימי ארסן. כיאה לשמו, יסוד זה רעיל ביותר למרבית היצורים החיים ולכן ההשערה המקובלת הייתה שרק בעלי חיים מעטים יכולים לחיות בתוך מי האגם. ואכן, מחקרים קודמים אששו השערה זו ומצאו רק שני מינים המתקיימים באגם: מין אחד של חסילון (שרימפ) ומין אחד של זבוב, דבר המצביע על מערכת אקולוגית פשוטה יחסית. המחקר שלנו, שכלל דגימה מדוקדקת של אזורים שונים באגם, כולל כאלה שלא נבדקו בעבר, גילה כי בניגוד לתחזיות ותצפיות קודמות, באגם יש עושר רב של בעלי חיים ובעיקר מינים שונים של נמטודות (תולעים עגולות).
ד"ר עמיר ספיר בוחן במיקרוסקופ דגימות מתוך האגם
המגוון העשיר של התולעים שמצאנו עורר שורה של שאלות מסקרנות, בראש ובראשונה לגבי התפתחות המינים השונים: האם מקורן של התולעים הוא באב קדמון יחיד שממנו התפצלו מינים שונים או שמא מדובר במינים שונים שהגיעו לאגם באירועים נפרדים ובאופן שאינו תלוי זה בזה? לשם כך, השתמשנו בשיטות אבולוציה מולקולרית של ריצוף גנטי ובניית עצים פילוגנטיים, וגילינו שמיני התולעים החיות באגם, רחוקים אבולוציונית זה מזה, כך שברור שלא מדובר באב קדמון יחיד. מיני התולעים היו כה שונים זה מזה כך שיצרו מערכת אקולוגית מורכבת בהרבה ממה שהעריכו תחילה. כך למשל, כאשר בחנו מקרוב את הפה ואת מערכת העיכול של התולעים גילינו שחלק מהן ניזונות מיצורים חד תאיים (חיידקים, ארכאונים, ואצות) בעוד שאחרות הן כנראה תולעים טפיליות, אם כי בשלב זה זהות הפונדקאי שלהן עדיין לא ברורה.
שאלה מסקרנת לא פחות, היא כיצד שורדות התולעים באגם העשיר ביסוד הרעיל ארסן. בניסויים במעבדה מצאנו שהתולעים יכולות לשרוד ריכוז ארסן גבוה פי חמש מאות מהריכוז שהורג בני אדם ולפחות פי שלושים מהריכוז שהורג תולעים עגולות אחרות. במפתיע, מצאנו כי תולעים שהן "קרובות משפחה" של התולעים מאגם מונו עמידות אף הן לארסן, למרות שבית הגידול הטבעי שלהן הוא לא בסביבה כה קיצונית. הממצא הזה מצביע על כך שהעמידות לארסן היא מנגנון קדום ביותר, ושככל הנראה, עמידות זו היא הגורם שאיפשר למינים רבים של תולעים לאכלס את האגם.
השלב הבא במחקר היה לזהות את הרקע הגנטי שמקנה לתולעים עמידות לארסן, ואכן, מצאנו מוטציה שאחראית לעמידות, לפחות באופן חלקי. מחקר קודם הראה שניתן להנדס גנטית תרבית תאים אנושיים כך שיכילו את המוטציה הזו, דבר שגרם להם להיות עמידים במידה מסוימת לארסן. כלומר, מנגנון העמידות שמור בין תולעים ואנשים. כעת, אנחנו שואפים לגלות באיזה אופן המוטציה קשורה בעמידות לארסן, דבר היכול להיות בעל השלכות רפואיות רחבות בשל העובדה כי מאות מיליוני אנשים ברחבי העולם נחשפים לרמות מסוכנות של ארסן, בעיקר עקב שתיה של מים עשירים בארסן ואכילת אורז שבקליפתו ריכוז גבוה של רעל זה.
המחקר שלנו מלמד שתולעים הן מבעלי החיים הנפוצים ביותר בסביבות קיצוניות, קרוב לוודאי בשל יכולתן לעבור התאמה לתנאים הקיצוניים השוררים בסביבות אלו. הממצאים שלנו מעלים מגוון רחב של שאלות המשך: מהם התהליכים האבולוציוניים שעברו בעלי החיים על מנת להתאים לסביבות קיצוניות, ומהם המנגנונים המולקולריים המתווכים התאמות אלו? כמו כן, כיצד נראית המערכת האקולוגית בסביבות קיצוניות ומהם יחסי הגומלין בין היצורים השונים. לבסוף, אנחנו מתכננים להגיע גם לסביבות קיצוניות נוספות, כמו למשל ים המלח. מי יודע, אולי נגלה שגם הוא עשיר למדי בבעלי חיים והכינוי ״ים המוות״ כלל לא מתאים לו.
מקורות
ד״ר עמיר ספיר חוקר בחוג לביולוגיה וסביבה מאוניברסיטת חיפה היושב במכללת אורנים. בעבר, חקר ד"ר ספיר איך בעלי חיים משגשגים בסביבות קיצוניות בעומק הים וזיהה מערכת מורכבת של יחסי גומלין בין תולעים ופטריות פרזיטיות בבארות של הגז מתאן בים העמוק. בנוסף, במעבדה של ד"ר ספיר חוקרים איך מנגנונים של גנטיקה מולקולרית מבקרים תהליכים מטבוליים, הזדקנות, ומחלות ניווניות של מערכת העצבים.
