תעלומה מתחת למים

מה אם יכולנו להבין כיצד להגן על האוקיינוס שלנו, כך שהחיים מתחת למים ישגשגו? או, מה אם היינו מוצאים אזור ימי שניזוק, ויכולנו להחזיר את הדגים המקוריים ואת רשת החיים שבה הדגים תלויים? ביסוס אזורים ימיים מוגנים שאי אפשר לגעת בהם עשוי להיות התשובה לשאלות האלה. אזורים כאלה אוסרים כל פעילות אנושית כמו למשל דַּיִג, חציבה, או קידוח שמן, מה שמאפשר לחיים הימיים לשגשג ללא התערבות אנושית. אולם ביסוס האזורים המוגנים האלה הוא לא פשוט. כדי לדעת על מה להגן, אנו צריכים לזהות את כל האורגניזמים באותו האזור. אנו גם צריכים להבין את רמת המגוון הביולוגי והקשר בין מערכות אקולוגיות שהכרחי עבור שגשוג הסביבה הימית הגדולה יותר.

וכאן ניצבת התעלומה: כיצד אנו יכולים להגן על מה שנמצא מתחת לפני השטח של האוקיינוסים שלנו, אם אנו בקושי יודעים מה נמצא שם? לפי מדענים, יותר מ-80% מהאוקיינוסים אינם ממופּים ולא נחקרו [1]. המרוץ הוא על מציאה וזיהוי של מינים ימיים, מאחר שהכרת המינים הימיים בעולם חשובה להגנה על האוקיינוסים שלנו. הכחדויות שנובעות מאובדן סביבת מחיה ומשינויי אקלים מתקדמות בקצבים מרתיעים. בסביבות 20% מהמינים הימיים נמצאים בסכנת הכחדה, ואנו צריכים לתעד בדחיפות מה קורה כדי להבין טוב יותר מדוע, וללמוד כיצד למנוע את זה.

מדענים במרכז מחקר ים סוף בערב הסעודית משתמשים בשני כלים מדעיים כדי לחקור את החיים הקטנים יותר בשוניות ים סוף. אם נפענח את תעלומות החיים בשוניות אלמוגים, אנו עשויים להצליח לעצב טוב יותר אזורים ימיים מוגנים שיוכלו לשגשג עבורכם ועבור הדורות הבאים.

מה נמצא מתחת?

מתחת למים, שוניות אלמוגים יכולות להציע יופי מרהיב עם האלמוגים הצבעוניים שלהן, הדגים, הספוגים, הצדפות הענקיות והצבים. שוניות אלמוגים הן יערות הגשם של הים. הן מספקות לאנשים טובין ומוצרים רבים מספור כולל מזון; הגנה על החוף; מקומות קדושים וויסות על תהליכים בכדור הארץ שמאפשרים לנו לחיות עליו.

עבור מינים אחרים, שוניות אלמוגים מספקות חיים. בסרט “מוצאים את נמו”, נמו חי בשושנת ים, תחת הגנתה של שונית אלמוגים. אלמוגים הם “חדרי ילדים” חשובים לדגים צעירים, והם מסייעים להגן עליהם מפני טורפים ומספקים חומרי מזון לגדילה. אולם אם תסתכלו אפילו מקרוב יותר על החיים בשונית, אתם יכולים למצוא כמות יצורים מדהימה לא פחות שגודלם כגודל הציפורן שלכם, או אפילו קטן יותר. יצורים כמו סרטנים, תמנונים, תולעים, חלזונות, כוכבי ים ודגים זעירים (איור 1) קיימים שם. בשל גודלם, קשה למצוא את היצורים האלה באמצעות מדדים ימיים מסורתיים, שתופסים רק את מה שהעין שלנו מסוגלת לראות. השיטות המסורתיות האלה כוללות שימוש בצוללנים כדי לצלם אורגניזמים שקל לראות, והסתכלות על תמונות שצולמו מהחלל על ידי לווינים. כדי לקבל את התמונה המלאה של המגוון הביולוגי, אנו צריכים למצוא דרך להגיע ליצורים קטנים יותר, מאחר שהמיקרו-יצורים האלה, שחלקם מתחבאים או יוצאים רק בלילה, ככל הנראה מרכיבים כ-70% משוניות האלמוגים.

היצורים החבויים האלה מייצגים את מרבית המגוון הביולוגי של השונית, אולם אם איננו מסתכלים עליהם, כיצד אנו יכולים לדעת אם אנו מאבדים מינים כתוצאה משינויי האקלים או מזיהום, או רואים מינים חדשים שלא היו שם קודם? השינויים האלה בשוניות האלמוגים יכולים לאיים על בריאותה של הסביבה הימית.

בעזרת מידע על צורות החיים הימיות הקטנות ביותר, אנו יכולים:

1) למצוא קווי דמיון והבדלים – בין שוניות אלמוגים; בין סביבות קרובות ורחוקות מהחוף; בין ימים ובין כל האוקיינוסים על פני כדור הארץ;

2) לחקור אם ישנם מינֵי מפתח, שנקראים מינים זקיפים, אשר מסייעים למדענים להבין אם המערכת האקולוגית בריאה או פגועה;

3) לבסס סימני אזהרה מוקדמים. אם ישנם מינים זקיפים שאנו יודעים שהם אמורים להיות נוכחים במערכת בריאה, ואנו מגלים שהיצורים האלה חסרים, אנו יכולים להזהיר ממשלות ומנהלים ימיים על כך שנדרשות פעולות כדי להגן על הסביבה הימית. חלק מהפעולות האלה עשויות לכלול שליטה על שפיכת ביוב; שיפור הטיפול במים, או אפילו הגבלת פעילויות דַּיִג.

שתי שיטות שולבו לאחרונה במטרה למצוא את היצורים שחיים מחוץ לשדה הראייה. השיטות האלה נקראות ARMS (קיצור של autonomous reef monitoring structures), וברקוד דנ“א.

מעשייה בשתי שיטות: מהאוקיינוס למעבדה

מהם ARMS?

ARMS הם קבוצות של תשע צלחות שממוקמות אחת על גבי השנייה, עם מרווחים ביניהן שמאפשרים ליצורים לזחול פנימה, ולמים לזרום דרכן (איור 2A,B). העיצוב של ה-ARMS האלה מְחַקֶּה את מבנה שונית האלמוגים התלת-ממדי הטבעי, עם חלק מהאזורים שחשופים לאור, אזורים אחרים עם אור מוגבל ואזורים מסוימים שמאפשרים לחיות למצוא מקלט ולברוח מטורפים. ARMS מיוצרים בסדנת ייצור לפני שצוללנים מדעיים לוקחים אותם מתחת למים וממקמים אותם בקרקעית שונית האלמוגים. אחרי 3-1 שנים, הצוללנים חוזרים לאסוף את ה-ARMS מהאתר. ה-ARMS אז מכוסים בחיים ימיים, כולל חיות, צמחים, אצות וחיידקים. מדענים ימיים מצלמים בזהירות את כל החיים שהם מוצאים על ה-ARMS (איור 2D). היכן שניתן, היצורים הגדולים ביותר (מעל ל-2 מילימטרים; איור 2C). שאותרו על כל ARMS, מזוהים על ידי מדענים שנקראים טקסונומים, שעבודתם היא לסווג חיות למשפחה או למין מסוים (זוהי טקסוֹנוֹמיה). אם טקסונומים לא מזהים אורגניזם, ישנהּ כיום דרך חדשה לזהות את היצורים האלה באמצעות הדנ”א שלהם – כלי שנקרא ברקוד דנ“א.

מהו ברקוד דנ”א וכיצד אנו משתמשים בו?

ברקוד דנ“א הוא שיטה חדשה ומדהימה שיכולה לסייע למדענים לגלות את המגוון הביולוגי של האוקיינוסים שלנו ולקטלג אותו. אורגניזמים ימיים מאבדים תאים כל הזמן, והתאים האלה משוחררים לסביבת האוקיינוס. כל תא בודד מכיל דנ”א (מידע גנטי) של המינים, שאפשר לאסוף אותו מהמים, ממשקעים, או מ-ARMS. המידע הגנטי הזה נקרא דנ“א סביבתי, או באנגלית eDNA, מאחר שהוא נאסף מהסביבה, ואפשר להשתמש בו כדי לקבל רשימת מצאי של המינים שנמצאים באזור ובזמן מסוימים. הדנ”א של כל אורגניזם מתפקד כ“ברקוד” ייחודי, כמו הקודים שאתם מוצאים על גבי מוצרים בסופרמרקט. ככל ששני מינים קרובים יותר, כך הדנ“א שלהם דומה יותר. על ידי בחינת דנ”א סביבתי, אנו יכולים למצוא לאלה מינים או משפחות אורגניזמים שייכים בסביבה מסוימת (איור 3). קודי הדנ“א הייחודיים האלה יכולים להיות מושווים למאגר נתונים ברשת שמקשר בין הקוד הייחודי לבין שמו של המין. לעיתים, מתגלים מינים חדשים שלא נכללים במאגר הנתונים. מעריכים שרק 86% מהחיים על פני כדור הארץ התגלו ותועדו – עדיין ישנם הרבה דברים שאיננו יודעים [2].

בים סוף, ברקוד דנ“א של דנ”א סביבתי מסייע לנו למצוא יצורים ימיים שאף אחד בעולם לא תיאר קודם לכן. כאשר אוסף הדנ“א הסביבתי מתרחב, חוקרים יכולים להתחיל למצוא תבניות שאומרות להם היכן מינים חיים, והאם המינים מופיעים או נעלמים.

חשיפת היצורים המסתוריים של ים סוף

מדענים במרכז המחקר של ים סוף השתמשו ב-ARMS ברחבי חוף ערב הסעודית, מצפון ועד דרום, משנת 2014. המדענים האלה מצאו יותר מ-10,700 מינים מובחנים שמקושרים עם שוניות האלמוגים של ים סוף. זוהי כמות גדולה פי 10 מכמות מינֵי הדגים, וגדולה פי 30 מכמות מינֵי האלמוגים שזוהו קודם לכן באותו האזור. רוב המינים שייכים לקבוצה שנקראת פרוקי רגליים (כמו סרטנים), ואחריה דגים, רכיכות (חיות עם קונכיות, כולל חלזונות) ותולעים (איור 4). מספר מינים לא שויכו לאף קבוצה ידועה. לאחר איסוף ה-ARMS בחלק המרכזי של ים סוף, יושמו שיטות של ברקוד דנ”א ב-11 שוניות. מדענים מצאו שקבוצות האורגניזמים שזוהו השתנו כאשר השוניות נעשו רחוקות יותר מקו החוף, לעבר מרכזו של ים סוף.

דבר נוסף שמדענים למדו הוא שכדי לשמר את המינים ולהגן עליהם, צריך לבסס אזור ימי מוגן שכולל רשת של שוניות אלמוגים מוגנים, ולא רק להגן על הריף העשיר ביותר במינים. הסיבה לכך היא שחלק מהשוניות מכילות מינים שונים מאוד מאלה שנמצאים בשוניות אחרות, ולכן הגנה על שונית אחת בלבד לא מבטיחה שהמגוון הביולוגי של האזור כולו יהיה מוגן.

האם אפשר לפתור את תעלומת הים?

האם אנו יכולים לדעת לגמרי מה נמצא מתחת לפני הים? כן ולא. כן, מאחר שיש לנו כלים כמו ARMS ודנ“א סביבתי שמאפשרים דרכים מהירות יותר וזולות יותר לזיהוי המגוון המדהים של חיים בימים שלנו. בזמן שהכלים האלה מתפתחים וטכנולוגיות המחשבים שלנו גדלות, אנו יכולים לצפות להתפתחות של שיטות חדשות ויצירתיות לזיהוי חיים ימיים. לא, מאחר ששינויים גלובליים גם גורמים לחלק מהמינים האלה להיאבד לפני שאנו יכולים לזהות אותם. כמו כן, ישנם הרבה חלקים בימים שלנו שאינם נגישים ובהם איננו יכולים להשתמש ב-ARMS או לאסוף דגימות של דנ”א. מה שאנו כן יודעים הוא שמערכות אקולוגיות עם הרבה מינים שונים הן עמידות יותר בפני שינויים בתנאים. רישום והבנה של כל החיים הימיים שמאכלסים שונית אלמוגים בים סוף הם אחת מהתרומות שמדענים מספקים כדי להגן על האוצרות הימיים של כדור הארץ ולשמר אותם.

מילון מונחים

מגוון ביולוגי (Biodiversity): ↑ השוֹנוּת בין מאפיינים של יצורים חיים שונים. זה כולל מגוון בתוך מינים (שוני בצורות, בצבעים, בגנטיקה וכדומה) ובין מינים, ומגוון של סביבות מחיה (למשל מדבריות, יערות, אגמים, אזורי חוף, הרים).

מערכת אקולוגית (Ecosystems): ↑ אזור דינמי של צמחים, של חיות, של מיקרואורגניזמים ושל הסביבה הלא חיה שלהם, שכולם מְתַקְשְׁרִים זה עם זה.

מינים זקיפים (Sentinel Species): ↑ מינים חשובים במערכות אקולוגיות שיכולים ליידע מדענים בנוגע לבריאות של מערכת אקולוגית. אובדן של מינים זקיפים יכול לספק אזהרה מוקדמת לכך שהמערכת האקולוגית נמצאת בסכנה.

ARMS: ↑ קיצור של Autonomous reef monitoring structures – מבנים אוטונומיים לניטור שוניות, שמורכבים מהרבה צלחות שממוקמות אחת על גבי השנייה, ומחקות מבנה תלת-ממדי של שוניות אלמוגים. ARMS מאפשרים לחקור אורגניזמים חבויים, שבשל גודלם הקטן או מאחר שהם יוצאים בעיקר בלילה, לעיתים קרובות אי אפשר לראותם באמצעות מדדים ויזואליים של שוניות אלמוגים, או באמצעות צוללנים.

דנ“א (DNA): ↑ סלילים ארוכים של כימיקלים שמכילים את הגֶּנִים – או תוכניות המִתְאָר – של אורגניזמים. הגנים בדנ”א של אורגניזם מכילים מידע שמסייע לקבוע את הצורה, את הגודל ואת ההתנהגות שלו.

טקסונומיה (Taxonomy): ↑ המדע של סיווג יצורים חיים לקבוצות שנקראות, בין השאר, משפחות או מינים, שחולקות מאפיינים דומים.

דנ“א סביבתי (eDNA - Environmental DNA): ↑ חומר גנטי מתאים שנמצא בדגימות בסביבה, כמו למשל במי ים, במשקעים, בשוניות אלמוגים, או ב-ARMS – שאפשר להשתמש בו כדי לזהות אלה מינים היו נמצאים בזמן ובמיקום מסוים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

תודות

הַמְּחַבְּרוֹת מודות לג’ואאו קורדיה עבור התאמת איור 3. ולמחברים השותפים של המאמרים המקוריים. תודה מיוחדת לעורכים רובן קוסטה וקריסטיאן וולסטרה, לסוקרים, למנטור המדעי (רוייל ס. הארדנסטין) עבור הערכותיהם הקריטיות וברות המחשבה על המאמר שלנו. ההערות הבונות שלהם חיזקו את הפרסום הזה. לבסוף, אנו רוצות להודות לסוזן דבאד על הנגשׁת המאמר שלנו לקהל הצעיר. המחקר שעליו המאמר הזה מתבסס נתמך על ידי מרכז Aramco-KAUST Center for Marine Environmental Observations.

הערת שוליים

1. ↑ מסד נתוני חיפוש אייקון - תואם ממסד נתוני החיפוש על ידי מרקוס, NO. thenounproject.com. איורי חיות - באדיבות רשת האינטרגרציה והאפליקציה, המרכז למדעי הסביבה של אוניברסיטת מרילנד (ian.umces.edu/symbols/).