תַקצִיר
מיקרוֹבּיאליטים הם מבנים תת-ימיים דמויי סלע שנראים כמו שוניות אלמוגים, אולם הם בנויים אך ורק ממיליוני מיקרובים. המבנים האלה עתיקים מאוד ואפשר למצוא אותם בסביבות שונות בכל יבשת בכדור הארץ. במקסיקו יש הרבה שוניות מיקרובים, בעמקים מדבריים, באגמי מכתש ובלגונות חוף. המדע עוזר לנו להבין את המיקרובים שבונים את המיקרוביאליטים, לדעת אם אותם סוגי מיקרובים בונים מיקרוביאליטים באזורים שונים בעולם, ולהבין כיצד מיקרובים מתארגנים למיקרוביאליטים. הרבה דברים מזיקים למיקרוביאליטים במקסיקו, כולל תוכניות פיתוח לא מוצלחות, זיהום כתוצאה ממחסור בטיפול בביוב, עודף שימוש במים, ודשנים שמשמשים לחקלאות. מדיניויות שמפקחות על התפתחות נדרשות לפעול במהרה בסיוע לשמירה על שוניות המיקרובים המגוונות והעתיקות האלה.
מהם מיקרוֺבּיאליטים?
האם אתם יודעים מהם מיקרוביאליטים? לא הרבה אנשים יודעים. הסיבה לכך היא שמיקרוביאליטים נראים כמו סלעים תת-ימיים חלקלקים, אולם הם למעשה שוניות שעשויות ממיקרובים (אורגניזמים חד-תאיים פשוטים). מיקרוביאליטים הם מרתקים מאחר שהמבנים דמויי-הסלע האלה נוצרים מאינטראקציות של מיליוני מיקרובים שחיים בסביבות ימיות מסוימות. המיקרובים מעודדים את שקיעתם של מינרלים מהמים, כדי לעודד את מבנה המיקרוביאליטים [1]. מאחר שהמיקרוביאליטים הם כמו סלעים, הם נשארו על כדור הארץ מזמנים עתיקים ביותר. מיקרוביאליטים מאובנים, שידועים כסטרוֹמטוֹליטים (מהמילים היווניות strõma שמשמעותה מיטה או שכבה, ו-lithos שמשמעותה סלע), הן הראיות העתיקות ביותר לחיים על כדור הארץ, שמתוארכות ללפני 3.7 מיליארדי שנים [2].
ציאנוֹבקטריה הם סוג אחד של מיקרובים במיקרוביאליטים, והחיידקים האלה עושים כל מיני עבודות חשובות. ציאנובקטריה בונים מחסים שמגינים על חברות מיקרובים מדברים מסוכנים בסביבה, כולל הגנה עליהם מפני התייבשות ומפני נזק מקרינה אולטרה-סגולה של השמש. המחסים שנבנים על-ידי ציאנובקטריה כולאים ומחבּרים משקעים מינרלים, מה שמסייע לגדל מיקרוביאליטים [4 ,3]. ציאנובקטריה מעורבים גם בייצור של חומרים חלקלקים שנקראים חומרים אקסו-פולימריים, שהם כמו ריר. חומרים אקסו-פולימריים מסייעים למיקרובים להישאר קרובים זה לזה ומאפשרים לתאים לתקשר אחד עם השני [4]. לציאנובקטריה גם יש פיגמנטים שמְתַקְשְׁרִים עם פוֹטוֹנים מהשמש, מה שמאפשר להם לבצע פוטוסינתזה, מה שמוביל לשילוב של פחמן מהאטמוספרה (בצורת CO2) לתאים שלהם. ציאנובקטריה לוקחים מים ומייצרים חמצן במהלך הפוטוסינתזה. מאחר שהמיקרוביאליטים כל כך מבוגרים, הם ככל הנראה השתתפו בחמצון של כדור הארץ הצעיר. לאט ובעדינות, בועה אחרי בועה, המיקרובים מייצרים חמצן, ובתוך בערך 2.4 מיליארד שנים הכימיה של אטמוספרת כדור הארץ השתנתה מספיק כדי לתמוך באבולוציה של צורות חיים אחרות [5]. ציאנובקטריה הם אחד ממקורות המזון עבור סוגי מיקרובים אחרים, והם מסייעים להרבה סוגי מיקרובים לפעול יחד כיחידה אחת וליצור את חברת המיקרוביאליטים.
היכן מיקרוביאליטים חיים?
ישנם מיקרוביאליטים שחיים בסביבות ימיות שונות בכל רחבי הגלובוס כולל בקטבים, באזורי אקלים ממוזג ובאזורים טרופיים. במקסיקו ישנן חברות מיקריבילאטים באזורים שונים כולל אזורי לגונות חוף, אגמי מכתש ובריכות מדבר (איור 1).
- איור 1 - אזורי שוניות מיקרוביאליטים במקסיקו שנבחנו במחקר שלנו: אגן קוארטו ציאנגס בצפון מקסיקו, אגם-מכתש אלצ’יצ’יקה במרכז מקסיקו, ולגונת באצ’אלר ביוקטן פנינסולה.
האם כל המיקרוביאליטים במקסיקו זהים?
במחקר שלנו, רצינו להבין אם מיקרוביאליטים מאזורים שונים במקסיקו הם דומים או שונים, מבחינת המיקרובים שמרכיבים אותם. כדי לחקור זאת בחנו כמה אתרים באמצעות קטמרנים, קיאקים וסירות. ברגע שזיהינו שוניות של מיקרוביאליטים, לקחנו דגימות קטנות (כ-2 גרם) של מיקרוביאליטים מהמילימטרים הראשונים של פני השטח שלהם באמצעות כלים ומכלים נקיים ונטולי מיקרובים. אחסנו את הדגימות האלה במקררים והקפאנו אותן כשהגענו חזרה למעבדה. לאחר מכן, זיקקנו דנ“א מדגימות המיקרוביאליטים האלה, באמצעות אנזימים שונים, סבונים ומולקולות אורגניות. כדי לחקור את הדנ”א הזה, ראשית העצמנו אותו באמצעות שיטה שנקראת תגובת שרשרת של פולימראז (PCR), וניתחנו עד כמה רצפי הדנ“א המיקרובי האלה דומים או שונים זה מזה. על-ידי השוואת אזורים מסוימים של דנ”א מיקרובי, אלפי מיקרובים יכולים להיות מזוהים מדגימה בגודל של אפונה!
מצאנו שלכל חברות המיקרוביאליטים שחקרנו היו אותן קבוצות מיקרובים, פשוט ביחסים מעט שונים (איור 2) [6]. המיקרובים העיקריים במיקרוביאליטים היו ציאנוֹבקטריה (שכבר הזכרנו קודם), פרוֹטאוֹבקטריה ובקטרוֹידיטים (שהם מגוונים מאוד ויכולים לעכל סוגי חומרים רבים כולל פחמן, חנקן וגופרית), כלוֹרוֹפלקסי (שיכולים לבצע סוג של פוטוסינתזה שלא מייצר חמצן, אלא במקום זאת מייצר חומר שנקרא סוּלפיד), וארכיאה (שיכולים לייצר ולאכול מתאן) (איור 3).
- איור 2 - סוגים שונים של חיידקים מרכיבים את המיקרוביאליטים שמצאנו מאזורים שונים במקסיקו.
- סוגי החיידקים שרשומים משמאל, ודיאגרמות העוגה שמוצגות מתחת לתמונות של המיקרוביאליטים, מראים שהמיקרוביאליטים מאזורים שונים בנויים מיחסים שונים של אותם סוגי חיידקים.
- איור 3 - הרבה מיקרובים בונים מיקרוביאליטים.
- הם מבצעים פוטוסינתזה וכולאים פחמן דו-חמצני, מייצרים חמצן ופעילים במחזורים של חנקן, גופרית ומתאן.
פרוֹטאוֹבקטריה הם החיידקים הכי מגוונים במיקרוביאליטים, והם מהווים בין 30%-40% מהמגוון הכולל במבנים האלה, כשאחריהם קבוצה של חיידקים שאנו יודעים מעט מאוד עליה שנקראת חיידקים בלתי מסווגים, שמרכיבים כ-20% מהחיידקים במיקרוביאליטים. חיידקים אחרים כולל בקטרוֹאידיטים, פלקטוֹמיציטים, ורוּקוֹמיקרוֹביה, כלוֹרוֹפלקסי וציאנוֹבקטריה מרכיבים את שארית המגוון (איור 2). המיקרובים במיקרוביאליטים מְתַקְשְׁרִים זה עם זה ועם הסביבה במשך מיליוני שנים, וסייעו לטרנספורמציה של כדור הארץ, מה שאִפְשֵׁר את החיים שלנו דרך ייצור של חמצן ודרך תהליכים חשובים אחרים. חברות מיקרובים כמו אלה שיוצרות מיקרוביאליטים מסייעות לכדור הארץ לתפקד כיחידה אחת.
האם מצבם של מיקרוביאליטים במקסיקו טוב?
מאחר שמיקרוביאליטים מספקים את צורכיהם העצמיים, הם זקוקים רק למים נקיים, לאור שמש ולגזים מהאטמוספרה כדי לגדול ולהתפתח. כל המיקרוביאליטים שחקרנו במקסיקו חיים במקומות עם מים נקיים וצלולים, ומצאנו צְבִירֵי מיקרוביאליטים מסיביים שמתוארכים כבני כ-10,000 שנים [7]. חלק מהסביבות הימיות היפהפיות שבהן מיקרוביאליטים שגשגו במשך אלפי שנים הן בעלות מים חמים, צלולים וטרופיים. זה המקרה של לגונת חוף שנקראת בָּקָלַר בדרום מקסיקו, אשר משכה המוני תיירים. אולם בעיה מתעוררת כאשר אין תשתית טובה לטיפול בביוב כתוצאה מגידול אוכלוסין, מה שמוביל לזיהום של הלגונה. מיקרוביאליטים בלגונת בקלר ובאזורים אחרים במקסיקו מאוימים על-ידי פעילויות של בני אדם. בצפון מקסיקו, המיקרוביאליטים המשגשגים בעמק קואטרו צינגאס, שמכיל בריכות רבות באמצע המדבר, נמצאים בסיכון מאחר שיותר מדי מים נלקחים מהבריכות לטובת חקלאות. במרכז מקסיקו, מיקרוביאליטים שחיים באגמי-מכתש גם נמצאים בסיכון, כתוצאה הן מזיהום הן משימוש מוגזם במים.
בני אדם מהווים את הבעיה העיקרית למגוון הביולוגי בעולם, אולם אנו גם הפתרון. מיקרוביאליטים הם חלק מההיסטוריה של כדור הארץ, וזה נפלא שאנו יכולים להתבונן בחברות העתיקות האלה בימינו! מוטלת עלינו האחריות להיות משכילים לגבי הסביבה שלנו ולקבל החלטות אינטליגנטיות. בואו נשתמש בטיהור מים יעיל ובטכנולוגיה כדי להציל מיקרוביאליטים וחיים ימיים אחרים! לפני שאתם יוצאים לחופשה, קראו על המקומות שאתם רוצים לבקר בהם כדי ללמוד על הצמחים, החיות והחיידקים שחיים באותו האזור, כך שתוכלו ליהנות מחברתם בלי לפגוע בהם או בסביבתם.
תרומת הכותבים
המחברים תרמו במידה שווה לכתיבת המאמר הזה.
מילון מונחים
מיקרוביאליט (Microbialite): ↑ מבנה דמוי-סלע שמורכב ממיליוני מיקרובים שמשקיעים קַרְבּוֹנָט.
מיקרוב (Microbe): ↑ אורגניזם שאפשר לראות מתחת למיקרוסקופ.
סטרומטוליט (Stromatolite): ↑ מיקרוביאליטים מעובדים, שהם המאובנים הכי עתיקים שנמצאו נכון להיום.
ציאנובקטריה (Cyanobacteria): ↑ מערכת חיידקים שיכולים לבצע פוטוסינתזה.
חומרים אקסו-פולימריים (EPS - Exopolymeric substances): ↑ מולקולות דמויות ריר שמשוחררות על-ידי מיקרואורגניזמים לסביבה שלהן, מה שמסייע למיקרובים להישאר קרובים זה לזה ולתקשר זה עם זה.
תגובת שרשרת של פולימראז (PCR - Polymerase chain reaction): ↑ שיטת מעבדה לקבלת מיליוני עותקים של פיסות דנ"א, כך שאפשר לנתח אותן יותר בקלות.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מאמר המקור
↑Valdespino-Castillo, P. M., Hu, P., Merino-Ibarra, M., López-Gómez, L. M., Cerqueda-García, D., González-De Zayas, R., et al. 2018. Exploring biogeochemistry and microbial diversity of extant microbialites in Mexico and Cuba. Front. Microbiol. 9:510. doi: 10.3389/fmicb.2018.00510
מקורות
[1] ↑ Reid, R. P., Visscher, P. T., Decho, A. W., Stolz, J. F., Bebout, B. M., Dupraz, C., et al. 2000. The role of microbes in accretion, lamination and early lithification of modern marine stromatolites. Nature. 406:989–92. doi: 10.1038/35023158
[2] ↑ Nutman, A. P., Bennett, V. C., Friend, C. R., Van Kranendonk, M. J., and Chivas, A. R. 2016. Rapid emergence of life shown by discovery of 3,700-million-year-old microbial structures. Nature. 537:535–8. doi: 10.1038/nature19355
[3] ↑ Watnick, P., and Kolter, R. 2000. Biofilm, city of microbes. J. Bacteriol. 182:2675–9. doi: 10.1128/JB.182.10.2675-2679.2000
[4] ↑ Flemming, H. C., and Wingender, J. 2010. The biofilm matrix. Nat. Rev. Microbiol. 8:623–33. doi: 10.1038/nrmicro2415
[5] ↑ Johnston, D. T., Wolfe-Simon, F., Pearson, A., and Knoll, A. H. 2009. Anoxygenic photosynthesis modulated proterozoic oxygen and sustained Earth’s middle age. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106:16925–9. doi: 10.1073/pnas.0909248106
[6] ↑ Valdespino-Castillo, P. M., Hu, P., Merino-Ibarra, M., López-Gómez, L. M., Cerqueda-García, D., González-De Zayas, R., et al. 2018. Exploring biogeochemistry and microbial diversity of extant microbialites in Mexico and Cuba. Front. Microbiol. 9:510. doi: 10.3389/fmicb.2018.00510
[7] ↑ Gischler, E., GIbson, M. E., and Oschmann, W. 2008. Giant holocene freshwater microbialites, laguna bacalar, quintana roo, Mexico. Sedimentology 55:1293–309. doi: 10.1111/j.1365-3091.2007.00946.x