תַקצִיר
אלמוגים הם חיות מסתוריות שנמצאות בסביבתנו זמן רב מאוד. הם היוצרים העיקריים של שוּניוֹת יפהפיות. לרוע המזל, השוניות שאנו אוהבים להסתכל עליהן נמצאות בסכנה של התחממות יתר, ונעלמות מפני כדור הארץ. בעוד שזה נשמע רע, לא כל האלמוגים מושפעים על-ידי מי ים חמים באותו האופן. נדמה שאלמוגים מהים האדום עמידים יותר לטמפרטורות גבוהות מאלמוגים מאזורים אחרים. שוניות בים האדום משגשגות במי ים שהם חמים יותר ממקומות אחרים. אולם מה הסוד שלהם? מה גורם לאלמוגים בים האדום להיות חזקים יותר ועמידים יותר לחום? אנו יודעים שאלמוגים בים האדום לא רק מתמודדים עם טמפרטורות גבוהות להפליא אלא גם מתמודדים עם מליחות גבוהה. הקשר הזה בין מליחות גבוהה וטמפרטורה גבוהה גרם לנו לתהות: האם אנו יכולים למצוא ראיות לכך שמליחות גבוהה גורמת לאלמוגים להיות חזקים יותר?
יצורים עתידיים בסכנת התחממות יתר
שוניות הן יצורים תת-ימיים צבעוניים באופן מרהיב ומרתקים. הן נוצרות מחלק מהחיות המבוגרות ביותר בעולם: אלמוגים. אלמוגים היו בסביבה מאז תקופת הדינוזאורים, אולם שלא כמו היצורים המפורסמים האלה – אלמוגים לא נכחדו. לפחות נכון להיום.
הישגי העבר המרשימים האלה נמצאים בסכנה כתוצאה מתנאי סביבה מלאי סטרס שמקשים על האלמוגים לשרוד באוקיינוסים של היום. הבעיה הגדולה ביותר שאלמוגים מתמודדים איתה כיום היא העלייה הגדולה בטמפרטורה של מי האוקיינוסים.
התחממות אוקיינוסים גלובלית מובילה להלבנתם של אלמוגים ברחבי העולם, תופעה שידועה בשם הלבנת אלמוגים (Coral bleaching) [1]. אולם מהי הלבנת אלמוגים ומדוע היא לא טובה לאלמוגים?
כשאנו חושבים על חיות אנו בדרך כלל חושבים עליהן כאוסף של פריטים בודדים כמו כלב, אריה או דג. אולם אלמוגים הם שונים. אלמוגים חיים יחד עם צמחים, אצות זעירות שמספקות מזון בתמורה לכך שהאלמוגים או שושנות ים נותנים להן לחיות בתוך הרקמה שלהם, שנקראת הרקמה התאית הפנימית (איור 1) [2]. הסוג הזה של עבודת צוות וקשר קרוב נקרא סימביוזה, והשותפים שמשתתפים בה, במקרה זה האלמוגים והאצות, נקראים symbionts. אצות שמשתתפות בסימביוזה יכולות לבצע פוטוסינתיזה, תהליך שאולי שמעתם עליו שבו צמחים משתמשים באור השמש והופכים אותו לאנרגיה. בסימביוזת האלמוגים שלנו האנרגיה שמגיעה מהאצות הופכת למזון עבור האלמוגים. האצות גם מספקות את הצבעים היפהפיים שאנו יכולים לראות כשאנו מסתכלים על שונית אלמוגים, מאחר שהאלמוגים עצמם הם צבעוניים.
- איור 1 - הרקמה הדומה באופן מפתיע של אלמוגים ושושנות ים.
- אתם יכולים לראות את שכבות התא הפשוטות מאוד של אלמוגים ושל Aiptasia, אורגניזם המודל של אלמוגים, בכתום (שכבות התא החיצונית והפנימית) וחומר הג’לי הירוק שבאמצע. האצות שמשתתפות בסימביוזה מוצגות בחוּם וחיות בתוך השכבה הפנימית של התא. אפשר למצוא אותן ב-Aiptasia כמו גם באלמוגים.
אלמוגים שמתמודדים עם תנאי סביבה קשים, למשל טמפרטורות מים גבוהות, חווים את השבירה של הסימביוזה הזו. זה גורם לאובדן של האצות הצבעוניות החברות שלהן, מה שמשאיר רק את רקמת האלמוגים על גבי השלד הלבן – אלמוג מולבן. האלמוג המולבן הזה כבר לא ייהנה מהיתרון של מזון נוסף שמסופק על-ידי האצות, מה שגורם לחייו להיות קשים יותר. אולם לא כל האלמוגים הם מולבנים באותה המידה. הם מלבינים בטמפרטורות שונות, כתלות בסוג האלמוגים או האצות ובמיקום שבו הם חיים. כדי להבין כיצד ההלבנה עובדת הסתכלנו על האלמוגים החזקים ביותר שיכולנו למצוא: אלמוגים בים האדום.
הים האדום: מתאים רק לחזקים ביותר
כשאנו מסתכלים על הים האדום אנו יכולים למצוא אלמוגים עמידים יותר להלבנה מאלמוגים אחרים ברחבי העולם. אולם מדוע זה המצב?
אלמוגים בים האדום צריכים להתמודד עם טמפרטורות גבוהות יותר, ועדיין נדמה שהם גדלים ומסתדרים ממש בסדר. הים האדום הוא ים חם מאוד בהשוואה למקומות אחרים. שם, הטמפרטורות בקיץ יכולות להגיע ל-34 מעלות צלזיוס, בעוד שבמי אוקיינוס אחרים הן מגיעות לסביבות 32-29 מעלות צלזיוס. באופן מעניין, אלמוגים בים האדום לא רק חיים בטמפרטורות גבוהות יותר אלא גם במליחות גדולה יותר. מליחות היא מדד לכמות המלח במים, ובים האדום יש רמות מליחות בין הגבוהות בעולם. זו הסיבה לכך שהתחלנו לתהות האם מליחות יכולה להיות חלק מהחידה, והיכולת לחיות במליחות גבוהה יכולה להיות אחד מהסודות של חוזקם של אלמוגי הים האדום?
כדי לענות על כך ועל שאלות נוספות שקשורות להלבנת אלמוגים, מדענים לעיתים קרובות משתמשים באורגניזם מודל לאלמוגים, כלומר חיה שֶׁקַּל יותר לחקור אותה מאשר אלמוגים אולם היא בכל זאת דומה מאוד לאלמוגים. הכירו את Aiptasia! (איור 1).
Aiptasia היא שושנת ים זעירה שחולקת מבנה גוף דומה עם אלמוגים, אולם היא חסרת שלד. ל-Aiptasia גם יש את אותה הסימביוזה עם אצות כמו שיש לאלמוגים. Aiptasia ואלמוגים הם קרובי משפחה והם חיים באופנים דומים. מלבד זאת, ל-Aiptasia יש יתרון שאפשר לשמור אותה במעבדה וקל לטפל בה [3]. בניגוד לכך, אלמוגים דורשים טיפול רב. הם צריכים אקווריומים גדולים עם הרבה טכנולוגיה בתוכם כדי לשמור עליהם בחיים, והבאת אלמוגים משוניות למעבדה יכולה להיות מאתגרת מאוד. זה גורם לכך שקשה לחקור אלמוגים.
האם מליחות גבוהה יוצרת הבדל במהלך הלבּנה?
כדי למצוא אם מליחות משפיעה על הסימביוזה של Aiptasia ועל האצות שחיות איתה בסימביוזה, חשבו על הניסוי הבא. Aiptasia נשמרו בשלוש רמות של מליחות: נמוכה, בינונית וגבוהה, בטמפרטורת בקרה של 25 מעלות צלזיוס. הטמפרטורה ידועה כטמפרטורה הטובה ביותר לשושנות ים, שלא גורמת להן סטרס. אחרי שהן התרגלו לרמת המליחות, חצי משושנות הים מכֹּל רמת מליחות הוכנסו לתנאי סטרס של חום, באמצעות הגדלת הטמפרטורה ל-34 מעלות צלזיוס, טמפרטורה שגרמה להלבנה. כדי למדוד עד כמה ה- Aiptasia בכל קבוצה הלבינו, ספרנו את האצות שחיות איתן בסימביוזה. מאחר שהלבנה היא תהליך שאפשר לראות (שגורם לשושנות ים להיות שקופות במקום חומות), גם צילמנו אותן כדי להמחיש את התוצאות שלנו.
אחרי 8 ימים בסטרס של חוֹם הסתכלנו על שושנות הים וחקרנו אם המליחות השפיעה על המידה שבה הן הלבינו. כשאתם מסתכלים על איורים 2A,B, האם אתם רואים הבדלים בין שושנות ים עם מליחות נמוכה, בינונית וגבוהה אחרי ששהו בסטרס של חום?
- איור 2 - ההשפעות השונות של מליחות במהלך הלבנה.
- כאן אתם יכולים לראות את ההבדלים בין מליחות נמוכה, בינונית וגבוהה אצל שושנות הים שלנו אחרי סטרס של חום. (A) קריקטורה של צבעי ה-Aiptasia.(B) תמונות של Aiptasia בכל שלב. (C) גרף עמודה שמראה את מספר האצות שנספרו שעדיין נמצאו בשושנת הים אחרי שמונה ימים של סטרס של חום. העובדה שכל העמודות מתחת ל-100% אומרת שכל שושנות הים הלבינו אולם אלה שחיות במים עם מליחות גבוהה הלבינו פחות.
אכן, התמונות חושפות ששושנות הים שחוו סטרס של חום בתנאים של מליחות נמוכה היו לגמרי שקופות. השוו זאת עם שושנת הים החומה ברמת המליחות הגבוהה ביותר. נדמה שיש הבדל בכמות ההלבנה שנראית בין רמות המליחות השונות. אולם חכו, התמונות יכולות להטעות אותנו! כדי למדוד אם הרושם שלנו היה נכון, ספרנו את מספר תאי האצות שהיו בתוך שושנות הים. גרף העמודה באיור 2C מראה את אחוז תאי האצות שעדיין היו נוכחים אחרי סטרס של חום, בהשוואה ל-Aiptasia הביקורת שלנו: 100% משמעו ששושנות הים לא הלבינו, 0% משמעו ששושנות הים הלבינו לחלוטין ולא נשארו בהן אצות. האחוזים שחישבנו מספירת האצות אישרו את מה שהעיניים שלנו כבר אמרו לנו. שושנות ים במליחות נמוכה הלבינו יותר (נשארו רק 13.6% מהאצות) מאשר שושנות ים במליחויות גבוהות יותר (נשארו 30.5% ו-37.2% מהאצות).
מה קורה בתוך שושנות הים כשהן נמצאות במליחות גבוהה, אשר יוצר את האפקט הזה?
דובדבנים מתפצחים ואלמוגים מלוחים
לפני שנדבר על מה שקורה עם שושנות הים הזעירות שלנו במליחות גבוהה, בואו נדבר על דובדבנים. כן, דובדבנים – אדומים, מתוקים וטעימים.
אם אתם ברי מזל ויש לכם עץ דובדבנים בבית עם דובדבנים עליו, אתם עשויים לרצות לבדוק אותם אחרי הגשם הכבד הבא. מדוע? מאחר שאתם תראו שחלק מהדובדבנים יתפצחו (איור 3A), אפילו שלפני הגשם הם היו לגמרי בסדר! אתם עשויים לתהות כיצד הגשם יכול לפצח את הדובדבנים, ואיך זה קשור לשושנות ים. התשובה קשורה לעובדה שדובדבנים הם מתוקים, ולמשהו שנקרא אוֹסמוֹזה.
- איור 3 - סיפורו של דובדבן מתפצח.
- (A) דובדבנים מתפצחים אחרי הגשם כתוצאה מהבדל ברמות הסוכר בין החלק הפנימי של התא לבין החוץ. (B) אוסמוזה היא תנועה של מים מאזור עם ריכוז נמוך של מולקולה לאזור עם ריכוז גבוה יותר. במקרה הזה, המים נעים מכמות קטנה של סוכר מחוץ לתא (מימין) לכמות גדולה בתוך התא (משמאל). הסוכר מוצג באדום, המים בכחול והחיצים הלבנים מראים את תנועת המים.
אוסמוזה היא תנועה של מים מאזור שבו יש כמות קטנה של חומר מסוים, כמו למשל סוכר, לאזור שבו יש כמות גדולה יותר (איור 3B). אם אתם חושבים על דובדבן מפוצח, משמעות הדבר היא שמֵי הגשם עברו מחוץ לדובדבן, היכן שאין סוכר, אל תוך התאים הסוכריים של הדובדבן, ומילאו את התאים עד שהם התפצחו. ההבדל בכמות הסוכר בין תוך הדובדבן לחוץ הדובדבן הוא מה שמניע את המים. אוסמוזה משחקת תפקיד בדברים רבים, לא רק בפיצוח דובדבנים. אוסמוזה גם משחקת תפקיד במה שקורה בשושנות הים שלנו!
שושנות ים ואלמוגים חיים במליחויות שונות, אולם הם אף פעם לא נשברים כשהמליחות משתנה. אפילו אם תזיזו שושנת ים ממליחות גבוהה למליחות נמוכה כמו בניסוי שלנו, היא לא תתפצח כמו דובדבנים. מדוע זה כך? מאחר שלאלמוגים ולשושנות ים אין הבדל במליחויות בין פְּנים התאים שלהם לבין מי הים [4]. אלמוגים ושושנות ים מייצרים מולקולות שנקראות אוֹסמוֹליטים ומפרקים אותן כדי להתאים את תאיהם לסביבת מי הים. באופן הזה הם יכולים לשמור על המליחות זהה בין פנים לחוץ התאים שלהם. מאחר שאין הבדל מליחויות גם אין תנועה של מים. באופן הזה החיות האלה לא סובלות מאותו הגורל כמו של דובדבנים.
אם כן, זה אומר ששושנות ים בתנאים של מליחות גבוהה בניסוי שלנו היו צריכות להגדיל את כמות האוסמוליטים בתאים שלהן כדי להתאים את עצמן לכמות המלח שמחוץ לתאים. זה נתן לנו רמז שייצור האוסמוליטים עשוי להיות קשור במידה פחותה להלבנה שאנו רואים באלמוגים מסוימים. מה בדיוק באוסמוליטים מאפשר לאלמוגים לשרוד במים חמים – את זה לא יכולנו לומר מהניסוי שלנו. אולם אנו יודעים מניסויים אחרים שאוסמוליטים לעיתים חיים חיים כפולים בתוך התאים. הם לא רק חשובים להתאמת מליחויות אלא הם גם מסייעים להפחית את כמות המולקולות המסוכנות האחרות שיכולות לפגוע בתאים. המולקולות המסוכנות האלה קשורות גם הן להלבנת אלמוגים [5]. הפחתה של המולקולות המסוכנות האלה כתוצאה מייצור אוסמוליטים יכולה להסביר מדוע שושנות ים במליחות גבוהה עמידוֹת יותר להלבנה, בהשוואה לשושנות ים אחרות במליחות נמוכה.
לסיכום
באמצעות ניסויים עם שושנות הים שלנו היינו מסוגלים לחשוף את העובדה שמליחות המים משפיעה איכשהו על הלבנת שושנות ים. הראינו שמליחות גבוהה הפחיתה את ההלבנה במהלך סטרס של חוֹם. המידע הזה גם שימושי עבור אלמוגים, מאחר ש-Aiptasia ואלמוגים הם דומים מאוד. התהליך המדויק שעומד מאחורי האפקט הזה עדיין מסתורי, אולם אנו מתקדמים במסלול הנכון לעבר הבנה טובה יותר שלו. הניסויים הבאים שלנו יבחנו את השפעות המליחות הגבוהה האלה באלמוגים מהים האדום. כאן, אלמוגים חיים בתנאים עם מליחות גבוהה טבעית, והם גם ידועים כעמידים בפני הלבנה. מה קורה כשאלמוגים מהים האדום נמצאים בתנאים של מליחות נמוכה? האם יש לכם רעיון? אנו ודאי נגלה זאת – אז עקבו אחר ההתפתחויות!
מילון מונחים
אצות (Algae): ↑ צמחים שחיים במים. הם לא פורחים כמו צמחים יבשתיים, ואין להם שורשים או גזע. אתם יכולים למצוא אותם כחד-תאים, לדוגמה בשוניות ובשושנות ים.
שושנות ים (Anemone): ↑ קרובי משפחה של האלמוג. יש להן את אותו המבנה והן חיות באותו אופן כמו אלמוגים, אולם הן רכות יותר מאחר שאין להן שלד.
סימביוזה (Symbiosis): ↑ קשר קרוב בין שני יצורים חיים שפועלים יחד כמו למשל אצות ואלמוגים או שושנות ים.
מליחות (Salinity): ↑ כמות המלח במים, לדוגמה במי ים. אתם יכולים למצוא מגוון של מליחויות שונות באוקיינוס, כתלות באזור. בים האדום ישנן רמות גבוהות ביותר של מלח.
אוסמוליט (Osmolyte): ↑ מולקולות שמעורבות בכוונון המליחות. הן מיוצרות או מפורקות כדי לסייע בהפחתת הפרשי המלח בתוך התא ומחוץ לתא.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מאמר המקור
↑ Gegner, H. M., Ziegler, M., Rädecker, N., Buitrago-López, C., Aranda, M., and Voolstra, C. R. 2017. High salinity conveys thermotolerance in the coral model Aiptasia. Biol. Open 6:1943–8. doi: 10.1242/bio.028878
מקורות
[1] ↑ Hughes, T. P., Barnes, M. L., Bellwood, D. R., Cinner, J. E., Cumming, G. S., Jackson, J. B. C., et al. 2017. Coral reefs in the Anthropocene. Nature 546:82–90. doi: 10.1038/nature22901
[2] ↑ Rohwer, F., Seguritan, V., Azam, F., and Knowlton, N. 2002. Diversity and distribution of coral-associated bacteria. Mar. Ecol. Prog. Ser. 243:1–10. doi: 10.3354/meps243001
[3] ↑ Baumgarten, S., Simakov, O., Esherick, L. Y., Liew, Y. J., Lehnert, E. M., Michell, C. T., et al. 2015. The genome of Aiptasia, a sea anemone model for coral symbiosis. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112:11893–8. doi: 10.1073/pnas.1513318112
[4] ↑ Röthig, T., Ochsenkühn, M. A., Roik, A., Van Der Merwe, R., and Voolstra, C. R. 2016. Long-term salinity tolerance is accompanied by major restructuring of the coral bacterial microbiome. Mol. Ecol. 25:1308–23. doi: 10.1111/mec.13567
[5] ↑ Ochsenkühn, M. A., Röthig, T., D’Angelo, C., Wiedenmann, J., and Voolstra, C. R. 2017. The role of floridoside in osmoadaptation of coral-associated algal endosymbionts to high-salinity conditions. Sci. Adv. 3:e1602047. doi: 10.1126/sciadv.1602047