הקדמה

האם אתם יודעים שלמרבית החיות הימיות יש כוח-על שלנו אין? זה נקרא בִּיּוֹלוּמִינֵסֶנְצִיָּיה (הארה ביולוגית), מהמילים “ביו” שמשמעותה חיים בלטינית, ו“לומן” שמשמעותה אור בלטינית. בִּיּוֹלוּמִינֵסֶנְצִיָּיה היא היכולת של חלק מהאורגניזמים החיים לפלוט את האור של עצמם. המילה “ביולומינסנצייה” עשויה להישמע דומה למילים אחרות, כמו “פוספורסנציה” (חשבו על צעצועים שזוהרים בחשכה), או “פלואורוסנציה” (חשבו על מרקרים), אולם הן תופעות שונות לחלוטין [1]. ההבדל העיקרי הוא שביולומינסנצייה לא דורשת אף מקור אור חיצוני, כמו שמש או פנס. ביולומינסנצייה היא למעשה תגובה כימית (יותר כמו מקל זוהר). התגובה הזו תוארה בפעם הראשונה בשנת 1887 על ידי הביולוג הצרפתי רפאל דו בויז. תגובת הביולומינסנצייה דורשת שני כימיקלים שנקראים לוּציפרין (שנצרך כמו סוללות), השני הוא האנזים לוּציפראז. שני הכימיקלים האלו מגיבים יחד, עם קצת חמצן, כדי לייצר אור.

מדוע לפלוט אור?

מדוע חיות משקיעות אנרגיה בפליטת אור? סיבה אחת לפלוט אור היא שבאוקיינוס אור השמש חודר בקושי לעומק של מעט יותר מכמה מאות מטרים. מתחת לזה, חשוך לגמרי. במהלך הלילה, כשאפילו פני השטח של האוקיינוס חשוכים, חוץ מהזוהר הדהוי של אור הירח, אור הוא דרך תקשורת מעולה עבור חיות. אולם עם מי הם מְתַקְשְׁרִים, ומי עוד רואה את האותות האלה? עבור מינים ימיים, פליטת אור או חיפוש אור בחושך מסייעת להם למצוא בני זוג או אפילו משהו לאכול. לדוגמה, דג פתיונאי משתמש בפתיונות הזוהרים שלו כדי למשוך טרף קטן שללא ספק יסיים בבטנו (איור 1A). כמובן, מאחר שחיות הטרף לא רוצות להיאכל, גם הן יכולות להשתמש בביולומינסנצייה, אולם כמנגנון הגנה. אפשר להשתמש בהרבה אסטרטגיות שונות [2]. יריית ענן של ליחה זרחנית היא דרך להשאיר טורפים מבולבלים במשך כמה שניות (איור 1B). דמיינו שאתם בחדר חשוך במשך כמה דקות. אם מישהו מגיע ומכוון פנס לתוך עיניכם, אתם תתעוורו במשך כמה שניות ולא תהיו מסוגלים לראות כלום – שזה בדיוק זמן מספיק לטרף הפוטנציאלי לברוח.

חלק מהדגים ומהדיונונים משתמשים בביולומינסנצייה עבור לומינציית-נגד (איור 1C). באופן נורמלי, אם החיות האלה שוחות בפני השטח במהלך היום, הצללית (סילואט) שלהן כנגד השמש הייתה נראית על ידי טורפים ששוחים תחתיהם. אולם חלק מהדגים ומהדיונונים יכולים לייצר אור מהבטנות שלהם במטרה להרוס את הצללית ולהתחבא ממי שעלולים להיות טורפים. אסטרטגיה אחרת שמשמשת חלק מהדיונונים ומהתולעים היא לנתק חלק מגופם כקורבן מטרה זוהר (איור 1D). במקרה כזה, הטורף רודף אחרי האיבר הזוהר המנותק בזמן שהטרף בורח, באופן דומה לדרך שבה חלק מהזוחלים יכולים לנתק את זנבותיהם כדי לברוח מטורפים. לבסוף, חלק מהחיות משתמשות באור במטרה לקרוא לעזרה אם רודפים אחריהן, מה שלעיתים נקרא ”אזעקת פורץ“ (burglar alarm; איור 1E). חיות שהן איטיות או שבריריות יכולות לחוות קשיים בבריחה מטורף בעצמן, ולכן הן משתמשות באור כדי לקרוא למשהו גדול יותר ורשע יותר שעשוי לרצות לאכול את האורגניזם שמטריד את החיה השברירית.

מגוון של אורגניזמים ימיים זוהרים

אורגניזמים של ביולומינסנצייה אינם שכיחים על האדמה, אף על פי שאולי ראיתם גחליליות כאלה בגינה שלכם או במושב. באוקיינוס, לעומת זאת, הם נמצאים בכל מקום. ישנו מגוון רחב של חיות עם לומינציה: דגים, דיונונים, מדוזות, אלמוגים מסוימים, סוגים שונים של תולעים ימיות, מסרקניות, כוכבי ים וסרטניים (חלק מהשרימפס, לדוגמה). בקרב חיות לומינציה מוזרות אף יותר, פירוֹזוֹמים הם אורגניזמים שנראים כמו צינורות ארוכים ג’לטיניים (איור 2A). הם פולטים אור בוהק לא רגיל ומתמשך, ואפילו מדהים יותר מכך, הם זוהרים בתגובה לגירוי אור חיצוני (איור 2B).

רוב הביולומינסנצייה שנפלטת מחיות אוקיינוס נראית כחולה או ירוקה, שהם הצבעים (או אורכי הגל, בפיזיקה) ש”מטיילים" הכי רחוק מתחת למים. נצפה שפולטי אור ירוק נמצאים בעיקר בסביבות רדודות, בעוד שפולטי אור כחול-טורקיז הם לעיתים קרובות יצורים יותר פלאגים, כלומר הם חיים במים הפתוחים [3]. אולם כל הקשת נמצאת בשימוש על ידי אורגניזמים עם ביולומינסנצייה. חלק מהמדוזות מייצרות אור שנראה סגול. התולעת הימית שנקראת טומופטריס (Tomopteris) פולטת אור צהוב בצורה של חלקיקים בהירים זוהרים, צבע מאוד לא שכיח לפלוט בתוך הים. מדענים עדיין אינם מבינים כיצד או מדוע טומופטריס מייצגת אור צהוב. לבסוף, חלק מהדגים, שנקראים דגי דרקון (dragonfish), מייצרים אור אדום. באורך הגל הקיצוני הזה, העיניים שלנו בקושי רואות את האור האדום, אולם המצלמות שלנו יכולות לראות. האור האדום ככל הנראה משמש לחפש טרף, מאחר שמרבית חיות הטרף של דג הדרקון גם לא רואות אור אדום.

האור שנפלט מחיות עם ביולומינסנצייה בדרך כלל מתקיים לזמן קצר, בין פחות משנייה ועד ל-12 שניות. התבניות של האור מגוונות מאוד. הבהובים מהירים של אור בהיר נפלטים משטרגליים (copepods, סוג של סרטנים), ועננים של ביולומינסנצייה מיוצרים ממסרקניות מסוימות, מסיפונופורים (siphonophores, קרובי משפחה של מדוזות שיוצרים שרשראות ארוכות), או מתולעי חץ (chaetognaths). דוגמה אחרת היא מלפפון ים, שלא נראה יפה מאוד באור רגיל. אולם בחשיכה, כאשר חלקם זוהרים, אנו יכולים לראות תבניות מעגליות מרהיבות של אור מעל לכל גופם, כמו זיקוקים חיים¹. הדבר המדהים ביותר הוא שישנן בהחלט הרבה יותר תבניות ביולומינסנצייה שחבויות עמוק באוקיינוס, שאף אחד אף פעם לא ראה.

לא רק חיות אוקיינוס גדולות יותר משתמשות באור בדרכים האלה – חלק מהאורגניזמים המיקרוסקופיים גם יכולים להיות עם ביולומינסנצייה. דינופלגלאטים (Dinoflagellates) לעיתים קרובות אחראיים לביולומינסנצייה שנצפית בפני השטח של הים. עקבות הלומינציה שלהם יכולים לעיתים להיראות בלילה מאחורי ספינות מפליגות, או אם אתם מפריעים למים עם היד שלכם, בחוף הים. אפילו חיידקים יכולים להיות עם ביולומינסנצייה. בניגוד לאורגניזמים גדולים יותר, האור של חיידקים עם ביולומינסנצייה הוא מתמשך. חיידקים עם ביולומינסנצייה יכולים להימצא בכל מקום באוקיינוס: חופשיים במים, מחוברים לחומרים כמו צואת פלנקטון, או נבלות, או אפילו במעיים של דגים. החיידקים האלה גם יכולים להימצא בקשרים סימביוטיים עם חיות אחרות, ולחיות באיברי אור מסוימים של דגים או של דיונונים. כמו צוות, שבו כל חבר בצוות תורם משהו מועיל, החיות הגדולות יותר מספקות חומרי מזון לחיידקים, ובתמורה משתמשות באור החיידקי כדי למשוך טרף. דוגמה שכיחה היא דג הפתיונאי. לדג הזה, שחי עמוק מאוד בתוך האוקיינוס, יש פתיון זוהר שמלא בחיידקים זוהרים על ראשו, ופועל כמו חכה. דג הפתיונאי והחיידקים חיים יחד בקשרים סימביוטיים. אולם ביולומינסנצייה דרך סימביוזה אינה שכיחה, ומרבית האורגניזמים זוהרים בעצמם, באמצעות תאים מיוחדים שנקראים פוֹטוֹפוֹרים.

כמה ביולומינסנצייה שכיחה באוקיינוס?

חוקרים בצוללות דיווחו שבמהלך ירידתם אל מעמקי האוקיינוס, הרבה יצורים שהופרעו על ידי כלי השיט זהרו. אולם, עדיין קשה מאוד להתבונן על החיות האלה בסביבות שלהן, כמה אלפי מטרים מתחת לפני השטח של האוקיינוס. אנליזה עכשווית מעריכה של-76% מהאורגניזמים הפלאגיים (אלה שחיים במים הפתוחים) יש יכולת לפלוט אור [4]. משמעות הדבר היא שלמרבית החיות שחיות בין פני השטח לבין עומק האוקיינוס יש את כוח-העל הזה. עבור אורגניזמים בנטיים (אלה שחיים קרוב לרצפת הים), האחוז קצת יותר נמוך – כ-40% מהחיות האלה הן עם ביולומינסנצייה (איור 3). שוֹנוּת כזו מקושרת לאורכי הגל של האור שהם הכי נראים בסביבות האלה. מדוע יש כזה אחוז שונה של חיות פלאגיות יחסית לחיות בנטיות? השׁערה מרכזית אחת היא שביולומינסנצייה היא דרך לתקשר. כדי לתקשר עם מישהו רחוק, אור הוא אפקטיבי מאוד בסביבה פלאגית. בניגוד לכך, עבור חיות בנטיות, ישנם הרבה מכשולים כמו אבנים, סדקים ומערות, או המים שיכולים להיות מעוננים כתוצאה ממשקעים שמתערבלים למעלה על ידי זרמי האוקיינוס. כתוצאה מכך, אור הוא ככל הנראה לא אפקטיבי באותה המידה עבור אורגניזמים בנטיים. אור גם עשוי להיות פחות הכרחי עבור שוכני הקרקעית, מאחר ששם יש הרבה מקומות מחבוא.

מסקנות

ביולומינסנצייה היא כוח-על שיש להרבה יצורים ימיים שחיים באוקיינוסים שלנו, ולעיתים קרובות מוצגים בתוכניות טלוויזיה. בעוד שמדענים ערים ליכולת הזו ולמנגנון שלה במשך מאות שנים, אנו עדיין רחוקים מהבנה מלאה של ביולומינסנצייה. אכן, חוקרים לא גילו את כל הסיבות לכך שחיות או חיידקים מפגינים ביולומינסנצייה. נוסף על כך, התגובה הכימית שיוצרת ביולומינסנצייה, בעוד שהיא מובנת עבור חיות מסוימות, עדיין נותרה סוד עבור חיות רבות אחרות, כמו למשל תולעים ודגים רבים.

חשוב שמדענים ימשיכו לחקור ביולומינסנצייה מאחר שהיכולת המרתקת הזו של אורגניזמים נותרת לא מתוארת, או בלתי מובנת ביחס לחיות רבות, בעוד שיש לה חשיבות מרכזית באוקיינוס החשוך.

מילון מונחים

ביולומינסנצייה (Bioluminescence): ↑ פליטת אור על ידי אורגניזמים חיים.

לוציפרין (Luciferin): ↑ כימיקל שפועל עם לוציפראז במהלך התגובה הכימית של הביולומינסנצייה.

לוציפראז (Luciferase): ↑ אנזים שמעורב בתגובה הכימית של הביולומינסנצייה.

פלאגי (Pelagic): ↑ שקשור למים הפתוחים באוקיינוס, בשונה מהאזורים הבנטיים של האוקיינוס.

סימביוזה (Symbiosis): ↑ אינטראקציה או קשר של חיים קרובים בין אורגניזמים ממינים שונים, בדרך כלל עם תועלות לאחד האורגניזמים או לשניהם.

פוטופור (Photophore): ↑ איבר פולט אור שנוכח בחלק מחיות הביולומינסנצייה.

בנטי (Benthic): ↑ שקשור לקרקעית הים או לאורגניזמים שחיים שם.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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