Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 31 במאי, 2019

אפילו גיבורי-על זקוקים לפעמים לעזרה: שלושה סיפורים מדהימים על סימביוֹזה עם חיידקים

תַקצִיר

לא מְשַׁנֶּה אם אתם מסתכלים על עיר צפופה, על מִדְבָּר מרוחק או למטה לעומק קרקעית האוקיאנוס, בכל מקום תמצאו יצורים חיים הנמצאים ביחסי גומלין אלה עם אלה. כאשר יחסי הגומלין נמשכים לפֶרֶק זמן ארוך, קוראים לזה סִימְבְּיוֹזָה. כאן נחקור שלוש דוגמאות שונות לסימביוזה, שעליהן נספר בעזרת שימוש בגיבורי-על! תחילה נצלול אל תוך האוקיאנוס ונספר לכם את סיפור הַדְּיוֹנוּן בעל כוחות-העל המאפשרים לו להאיר בחושך כמו פנס. אחר כך נטייל למעלה אל הָעֵצִים של אוסטרליה, שָׁם תפגשו את העוזרים של גיבורי-העל אשר מסייעים לחבריהם, הַקּוֹאָלוֹת הפרוותיוֹת, לעכל רעל. לבסוף, היכונו לפגוש נָבָל אשר מאיים על צפרדעים ברחבי העולם. מה שמייחד את הדוגמאות האלה הוא שאחד היצורים בכל סימביוזה קטן כל כך שאפילו איננו מסוגלים לראותו ללא עזרת מיקרוסקופ! יצורים חיים אלה, הנקראים מיקרוֹאוֹרגניזמים, חשובים בדיוק כמו בעלי החיים והצמחים שאנו יכולים לראות.

האזינו לפודקאסט על המאמר

גיבורי-על, חברים ורשעים

תארו לעצמכם שאתם רוצים לכתוב קומיקס על גיבור-על. ברור שתזדקקו לגיבור-העל, כוכב ההצגה. אבל, מה עוד נחוץ לכם? מה לגבי שותף, מישהו שעוזר לגיבור? מה לגבי בני אדם שיש להציל? אולי נָבָל מרושע שצריך להילחם בו?

בביולוגיה, הַקְּשָׁרִים בין גיבורי-העל ובין כל אחת מהדמויות האלה (עוזר, בני אדם שֶׁיֵּשׁ להציל ונבל) נקראים “סימביוזה”. החיים על פני כדור הארץ מלאים ביחסי סימביוזה מסוגים שונים, ואנו יכולים לראותם בכל מקום שבו נסתכל. האם אתם יכולים לחשוב עכשיו על דוגמה? לסוג של סימביוזה בין גיבור-העל ובין העוזר, שבּה הם תמיד שומרים זה על זה, קוראים הֲדָדִיּוּת (מוטואליזם). זו מילה מהוּדרת שכוונתהּ: “עוזרים זה לזה”. לסוג של סימביוזה שבּה גיבור-העל מציל מישהו שנמצא בצָּרָה קוראים קוֹמֶנְסָלִיזְם, ורק אחד מהשניים מרוויח מכך. לסוג של סימביוזה שבה נבלים פוגעים באחרים ובכך עוזרים לעצמם בלבד קוראים טַפִּילוּת.

תמיד יש לנו קשרי גומלין עם יצורים חיים אחרים. קשרי גומלין אלה כוללים את המשפחות שלנו, מורים, חברים וחיות מחמד. הם גם כוללים טריליונים של יצורים חיים בלתי נראים, הנקראים מיקרואורגניזמים, שחיים בתוך גופנו ועליו. אף פעם איננו שׂמים לב לרוב המיקרואורגניזמים האלה, אבל הם חיים בכל מקום סביבנו. חלק מהמיקרואורגניזמים האלה מְקִלִּים על חיינו (עוזרים), בעוד שאחרים עלולים לגרום לנו לחלוֹת (נבלים).

כעת אנו מתכוונים להציג בפניכם שלושה גיבורי-על, ולחקור את יחסי הגומלין שלהם עם החיידקים החיים סביבם (איור 1). הדוגמה הראשונה מתארת הדדיוּת מלהיבה, שבּה גיבורי-העל ועוזריהם פועלים בעבודת צוות כדי להאיר בחושך. אחר כך נתאר לכם דוגמה שבּה חיידקים חיים בתוך בעל חיים אוסטרלי שׁוֹבֶה לב – דוב הקוֹאלה. רוב חיידקי המעי פשוט מסתובבים שָׁם בלי שישימו לב אליהם – מקרה טיפוסי של קומנסליזם, אבל אנו גם נציג בפניכם חיידק מעי קטן אחד שיכול לעזור לקואלות לאכול רעל! הדוגמה שלנו לטפּילוּת, אשר כרוכה בחיידק נוראי השוחה במים מתוקים ומנסה להרוג צפרדעים, ודאי תגרום לכם לצמרמורת. אבל, אל דאגה. הגיע לאזור חבר חדש שיכול לעזור לצפרדעים להביס את הנבל המרושע.

איור 1 - הסימביוזה של שלושה גיבורי-על.
  • איור 1 - הסימביוזה של שלושה גיבורי-על.
  • כאן אפשר לראות את שלושת גיבורי-העל שלנו (דיונון, קואלות וצפרדעים) ביחסי גומלין עם חבריהם החיידקיים ועם אויביהם (השמות הלטיניים מופיעים למעלה, ממוספרים 5-1). חיצים כחולים מראים על היצור שמפיק תועלת מיחסי הגומלין (הדדיוּת או קומנסליזם), וחיצים אדומים מראים על היצורים שנפגעים (טפילוּת).

האם אתם מפחדים מהחושך? כך גם הדיוֹנוּן!

תארו לעצמכם שֶׁיֵּשׁ בגופכם פנס מֻבְנֶה שאותו אתם יכולים להפעיל כאשר אתם מפחדים. כאלה הם החיים של הדיונון עגול הזנב מהוואי, Euprymna scolopes. אבל, בִּמְקום פנס לדיונון יש על בטנו איבר אשר מְשַׁמֵּשׁ בית לחיידקים זוהרים הנקראים ויבּריוֹ (Vibrio fischeri) [1]. הדיונון יכול להוֹרוֹת לחיידקי הוויבריו שבאיבר להאיר, בדיוק כמו לחיצה על מתג כדי להפעיל פנס. האם אתם יכולים לחשוב על סיבה טובה לכך שהדיונון ירצה לעשות זאת? מדענים גילו שכאשר הדיונון מפעיל את הפנס המובנה שבבטנו יצורי ים גדולים ורעבים המסתכלים כלפי מעלה מהמעמקים יחשבו שהאור מהדיונון הוא אור הירח. יצורים רעבים שיסתכלו מלמעלה כלפי מטה לא יראו דבר כי האור מהוויבריו גורם לכך שלא יהיה לדיונון צל. על-ידי זְהִירָה כמו פנס הוויבריו מעניקים לדיונון ביעילוּת את הכוח להיות בלתי נראה! המדענים קוראים לסוג זה של יחסי גומלין בין הדיונון ובין הוויבריו הזוהרים הדדיוּת – דרך אחרת לְתָאֵר גיבורים וחברים בחיים האמיתיים. הדיונון והוויבריו עשו עִסְקָה טובה! עכשיו יש לדיונון כוח להתחבא מיצורים מפחידים אשר רוצים לאכול אותו, ולוויבריו יש מקום חמים ונעים לִחְיוֹת בו, ואת כל המזון שהם רוצים, הודות לכך שהם חיים בתוך איבר האור של הדיונון.

ייתכן שעכשיו אתם תוהים: איך הפכו הוויבריו להיות חברים של הדיונון מלכתחילה? הדיונונים אינם נולדים עם חבריהם הזוהרים, ולכן הם צריכים לחפש אותם בין כל המיקרואורגניזמים אשר נמצאים במי הים שסביבם, כדי למצוא אותם. הם תופסים את הוויבריו במעֵין מלכודת מיוחדת דמויַת ריר המצויה בצד החיצוני של הבטן שלהם, אשר משמשת גם לסילוק מיקרואורגניזמים אחרים שעלולים להיות רשעים. ברגע שהדיונון מוצא את חבריו, הוויבריו הזוהרים ינועו מהמלכודת דמוית הריר אל תוך איבר האור שבבטן הדיונון, ומִשָּׁם הם יעזרו לדיונון להיות בלתי נראה לרשעים שמחכים לו במעמקים.

רעל לארוחת ערב? כן, בבקשה!

האם אתם יכולים לתאר לעצמכם שאתם אוכלים את אותו מזון במשך כל חייכם? איזה שעמום! עכשיו, תארו לעצמכם שאותו מזון יחיד הוא רעל... אִיכְס! אבל, זה בדיוק מה שעושות הקואלות – הן ניזונות מעלי עץ אקליפטוס מִדֵּי יום ביומו. בֶּעָלִים של עצי האקליפטוס יש רעלים המוֹנעים מרוב בעלי החיים לאכול אותם, אבל לא מהקואלות! זו תכונה מגניבה של גיבורי-על! אבל, איך הקואלות יכולות לשרוד אם אינן אוכלות דבר מלבד עלים רעילים? מתברר שבמעי של הקואלות נמצאים חיידקים מיוחדים שעובדים ממש קשה כדי לפרֵק את המרכיבים הרעילים שבעלים לחתיכות קטנות יותר שאינן מזיקות לקואלות. רוב החיידקים במעי של הקואלה סתם מסתובבים שָׁם, וזו דוגמה טובה לקומנסליזם, כלומר חיידקים אלה אינם עוזרים לפרֵק את הרעלים, אבל הם גם אינם מזיקים לקואלות. חיידקים מסוג אחד הנקראים Lonepinella koalarum, שיכולים לפרק את העלים, הם לוחמי-רעל חשובים שיש להם יחסי הדדיות עם הקואלות [2]. המדענים עדיין לומדים על חיידקים אלה אשר מְשַׁמְּשִׁים חברים לקואלות, גיבורות-העל שלהם.

חיידק זה וחיידקים אחרים שהם לוחמי-רעל במעי הקואלה חשובים להישרדותהּ, עד כדי כך שהקואלות נותנות את החיידקים האלה לתינוקות שלהם. איך? ניחשתם נכון! התינוקות אוכלים צוֹאָה! איככככס, מגעיל! זה קורה כאשר קואלה תינוק, שבאוסטרליה נקרא “ג’ואי”, הוא עדיין זעיר מאוד וחי בתוך הכיס של האם. הג’ואי זוחל אל מחוץ לכיס של הָאֵם במיוחד כדי לאכול צואה. מדענים מאמינים כי הג’ואים עושים זאת כדי לקבל מהצוֹאה של האם את כל החיידקים לוחמי-הרעל. החיידקים בצוֹאת האם מגיעים למעי של הג’ואים, קובעים בו את ביתם ומתכוננים לעבודה!

האם רשע אוֹרֵב באגם הסמוך לכם?

האם אי פעם סבלתם מזיהום בחתך בעורכם? זיהומים על העור מתחילים כאשר מיקרואורגניזמים מסוימים מחליטים לגדול עליכם ולא לאפשר לכם להחלים! אף שרוב המיקרואורגניזמים אינם גורמים בעיות לבעלי חיים ולצמחים, יש מיקרואורגניזמים מסוימים שפועלים בטבע בתפקיד הנבלים. דוגמה אחת לכך היא חיידק התוקף את העור של דוּ־חיים, וגורם להם לחלות. הרשע החיידקי ביחסי גומלין אלה, הנקרא Batrachochytrium dendrobatidis (Bd בקיצור), שׂוֹחֶה באגמים ובנחלים עד שהוא מוצֵא צפרדע או סלמנדרה, ונצמד לעור שלה. זו דוגמה לטפּילוּת כי הדו־חיים ניזוקים בעוד שהנבלים זוכים לגדול ולהתרבוֹת. דו־חיים משתמשים בעור שלהם כדי לנשום ולספוג חומרי הזנה חשובים. לכן, כאשר Bd גדל על כל העור שלהם הוא מחליש את בעל החיים, וזה מתחיל להיחנק. בעל החיים ינסה להשיב מלחמה על-ידי הַשָּׁלַת עורו והפרשת חומרים לשכבה הרירית של העור שלו, אולם לעיתים קרובות הדבר אינו מספיק כדי להיפטר מהנבל [3].

המחלה שה־Bd מעוֹררים הרגה המוֹנֵי דוּ־חיים ברחבי העולם, והמוות של הדו־חיים משפיע על כולנו. אם כל הצפרדעים והסלמנדרות ייעלמו, כדור הארץ יהיה בצרוֹת צרוּרוֹת. למשל, דו־חיים ניזונים מחרקים רבּים כגון יתושים טורדניים שעלולים להפוך לבעיה אמיתית אם כַּמּוּתָם תהיה רבּה מִדַּי. זו רק סיבה אחת לכך שחשוב למדענים להבין איך לעזור בהצלת הדו־חיים, בטרם יגרום ה־Bd להיעלמוּת של צפרדעים רבּוֹת יותר.

גיוס חברים חדשים לקרבוֹת העתידים להגיע

מחקר מדעי עזר לנו ללמוד על מיקרואורגניזמים שיכולים לפעול כעוזרים כדי להגן עלינו מפני נבלים. למשל, החיידק Janthinobacterium lividum מסייע לְהָגֵן על דו־חיים מפני Bd. דו־חיים משתמשים בחומרים שעל פני העור שלהם כדי להרחיק מיקרואורגניזמים מסוימים וכדי לעודד את הגידול של עוזרים כגון .J. lividum הדבר מעניק ל-J. lividum מקום נחמד ועשיר בחומרי הזנה לִחְיוֹת בו. בתמורה, J. lividum מספֵּק יתרונות לדו־חיים. יתרון אחד של J. lividum הוא שכאשר הוא נלחם עם Bd על העור של הדו־חיים הוא הורג את ה־Bd ומציל את בעל החיים מפני המחלה [4]. האם נוכל להציל דו־חיים על-ידי הַחְדָּרַת יותר עוזרי גיבורי-על לעור שלהם? אולי! ממש עכשיו, מדענים רבּים מנסים להבין זאת על-ידי עריכת מחקרים על הקרב המתנהל בין גיבורים לנבלים, ועל התפקיד החשוב שמשׂחקים בו העוזרים. מדענים יכולים להשתמש ביֶּדע שלהם על סימביוזה כדי לעזור לשמור על בריאותם של צמחים ושל בעלי חיים (כולל אנו, בני האדם!).

מילון מונחים

סימבּיוֹזה (Symbiosis): יחסי גומלין צמודים ולטווח ארוך בין שני אורגניזמים (יצורחי, בעל חיים או צמח) או יותר.

הדדיוּת – מוּטוּאליזם (Mutualism): סוג של סימביוזה שבּה שְׁנֵי האורגניזמים מפיקים תועלת מיחסי הגומלין ביניהם.

קוֹמֶנְסַלִיזְם (Commensalism): סוג של סימביוזה שבּה אורגניזם אחד מפיק תועלת מיחסי הגומלין, אבל האחֵר אינו מושפע מהם.

טַפּילוּת (Parasitism): סוג של סימביוזה שבּה אורגניזם אחד מפיק תועלת מיחסי הגומלין, אבל האחֵר ניזוק מהם.

מיקרואורגניזמים (Microbes): יצורים חיים זעירים כמו חיידקים ופטריות, שאינם נראים לעין האנושית.

דוּ־חיים (Amphibians): קבוצת בעלי חיים הכוללת צפרדעים וסלמנדרות. מאפיין את בעלי חיים אלה שהם חיים חלק מחייהם במים וחלק ביבשה.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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


מקורות

[1] McFall-Ngai M., and Ruby E. 1991. Symbiont recognition and subsequent morphogenesis as early events in an animal-bacterial mutualism. Science 254:1491–4. doi: 10.1126/science.1962208

[2] Goel G., Puniya A. K., and Singh K. 2007. Phenotypic characterization of tannin protein complex degrading bacteria from faeces of goat. Small Rumin. Res. 69:217–20. doi: 10.1016/j.smallrumres.2005.12.015

[3] Rollins-Smith L. A., Ramsey J. P., Pask J. D., Reinert L. K., and Woodhams D. C. 2011. Amphibian immune defenses against chytridiomycosis: impacts of changing environments. Integr. Comp. Biol. 51:552–62. doi: 10.1093/icb/icr095

[4] Becker M. H., Brucker R. M., Schwantes C. R., Harris R. N., and Minbiole K. P. C. 2009. The bacterially produced metabolite violacein is associated with survival of amphibians infected with a lethal fungus. Appl. Environ. Microbiol. 75:6635–8. doi: 10.1128/AEM.01294-09