תַקצִיר
האם הבחנתם בכך שעלים מתים שנשרו מהעץ אף פעם לא מצטברים על הקרקע ביער? עבור השירות הזה, אנו יכולים להודות לצוות הניקיון של ממחזרים זעירים שחיים באדמה. אורגניזמים מתים הם מקור המזון שלהם, ובאכילתם הם ממחזרים אותם. כדי להבין את מנגנון המִּחְזוּר הזה הכרחי לדעת מי אוכל את מי או את מה באדמה. אולם, קשה לדעת זאת מאחר שחיות רבות באדמה הן זעירות, מתחבאות באדמה, ולא מסוגלות לספר לנו מה הן אוכלות! כדי להתגבר על הקשיים האלה, אקולוגים של אדמה פיתחו שיטה מיוחדת: הם עוקבים אחרי סַמָּנִים מסוימים של חיידקים, פטריות וצמחים בשומן של חיות אדמה, וכך הם יכולים לזהות מה החיות אכלו. חלק מחיות האדמה צורכות מגוון גדול של מקורות מזון, אחרות אוכלות מזונות מסוימים. אורגניזמים רבים פיתחו אסטרטגיות מדהימות לאכול בתוך האדמה, מאחר שמציאת מזון במבוך חשוך שכזה אינה קלה כל כך!
מדוע חשוב להבין מי אוכל את מי או את מה באדמה?
האם שמתם לב לכך שאנחנו אף פעם לא רואים ערימות ענקיות של עלים מתים שמצטברות ביער? זה גם נדיר מאד לפגוש חיה מתה שוכבת על אדמת היער. אם כן, נשאלת השאלה ''מי מנקה את אדמת היער?''. בערים, עובדי העירייה אוספים את כל העלים המתים שמצטברים ברחובות. ביער, העבודה נעשית על ידי קבוצה של ממחזרים זעירים שחיים באדמה. עבור חיות האדמה הקטנות האלה, אורגניזמים מתים מהווים מקור מזון, והם ממחזרים עלים ודברים מתים אחרים על ידי אכילתם. חיות אדמה קטנות נאכלות על ידי חיות גדולות יותר, וזה מאפשר לחיות היותר גדולות לגדול. כמו כן כאשר חיות אדמה מפרישות צואה, הן משחררות חומרי מזון שצמחים יכולים להשתמש בהם כדי לגדול. התהליך הזה מאפשר מִחזוּר של חומרי מזון, והוא הכרחי כדי לסייע לצמחים לגדול. הוא גם חשוב מאוד עבור בני אדם, מאחר שצמחים מספקים לנו הרבה טוּבין כמו למשל מזונות דוגמת ירקות, דגנים ופירות, וגם עץ לבניית רהיטים ובתים. הבנה של מי צורך את מה באדמה היא הכרחית להבנת מנגנון המִחזוּר יקר הערך הזה.
איזה סוג מזון נמצא באדמה, ומהו מארג המזון באדמה?
איזה סוג של מזון נמצא באדמה? אם נחפור באדמת היער, לא נמצא צלחת עם ספגטי בולונז! כמובן שאנו לא מדברים על סוג המזון הזה! באדמה, מקורות המזון הבסיסיים הם רקמות מתות מצמחים ומאורגניזמים אחרים (עלים מתים או אורגניזמים מתים באדמה בכל גודל שהוא), ושורשי צמחים (איור 1A). מקורות המזון הבסיסיים האלה נצרכים בעיקר על ידי חיידקים ופטריות, שנקראים צרכנים ראשוניים. הפטריות והחיידקים עצמם הם מקור המזון העיקרי עבור אורגניזמים גדולים יותר כמו למשל פרוטיסטים, תולעים נימיות, קפזנבאים וקרדיות (בגודל של כ-2-0.1 מיליטמרים; איור 1). האורגניזמים האלה בתורם נאכלים על ידי טורפים גדולים יותר (בגודל של כמה מילימטרים), כמו למשל נדלים ועכבישים (איור 1B). תולעי אדמה גם אוכלות בעיקר חיידקים ופטריות, אולם באופן מיוחד: הן אוכלות אותם עם האדמה (איור 1B). זה קצת כמו לאכול את המזון שעל הצלחת שלכם ביחד עם הצלחת!
- איור 1 - אורגניזמים במארג מזון טיפוסי באדמה.
- (A) מארג מזון מכיל מקורות מזון בסיסיים כמו שורשי צמחים ואורגניזמים מתים, כמו גם צרכנים ראשוניים ומשניים ומבחר טורפים. החיצים מצביעים על מי צורך את מי או את מה. שימו לב לכך שצרכנים ראשוניים מהווים מקור מזון לצרכנים שניוניים, שבעצמם מהווים מקור מזון לטורפים. (B) כאן אתם יכולים לראות דוגמאות לצרכנים ראשוניים ושניוניים באדמה, כמו גם לטורפים.
אף על פי שחלק מחיות האדמה, כמו תולעים נימיות וקפזנבאים, אוכלות בעיקר יצורים חיים כמו חיידקים ופטריות, הן גם יכולות לאכול רקמת צמחים, במיוחד את השורשים או את הנוזל המזין שהשורשים משחררים. בסך הכל, ישנם הרבה מקורות מזון באדמה, מרקמות צמח ועד לרקמות בעלי חיים, ומאורגניזמים מתים ועד לאורגניזמים חיים, ומרבית האורגניזמים באדמה צורכים כמה ממקורות המזון האלה. כל הקשרים בין מי צורך את מי או את מה באדמה נקראים מארג המזון באדמה (איור 1A).
כיצד חוקרים מארגי מזון באדמה?
למרות המחקר הנרחב שנערך בעשורים האחרונים, חוקרים עדיין יודעים מעט על מי צורך את מי או את מה באדמה. חוסר הידע הזה נובע מכך שחיות אדמה הן זעירות, מתחבאות באדמה, ולא יכולות לספר לנו מה הן אוכלות! במטרה לדעת מי צורך את מה באדמה, חוקרים צריכים לפעול כמו בלשים. הם פיתחו שיטה מעניינת: לחקור את השומן של חיות אדמה (איור 2). כשאתם אוכלים משהו, המזון משמש כמקור לאנרגיה, ולכן אתם יכולים לגדול ולהיות פעילים. אך אינכם יכולים להשתמש באנרגיה כולה בבת אחת, ולכן גופכם צריך לאחסן אותה לשימוש מאוחר יותר. כיצד האנרגיה מאוחסנת? כשאנו אוכלים יותר ממה שאנו צריכים באותו הרגע, הגוף מייצר שומן כרקמת אחסון אנרגיה. השומן ''יישרף'' מאוחר יותר לשם הפקת אנרגיה בעת הצורך. גם עבור בני אדם וגם עבור חיות, קל יותר לגוף לאגור שומן שכבר נמצא במזון ולאחסן אותו, במקום לייצר שומן חדש. ובכן, התכסיס הוא שלא כל השומנים זהים! לחיידקים, לפטריות ולצמחים יש סוגים שונים של שומן, וחוקרים יכולים לְאַתֵּר את סַמָּנֵי חומצות השומן האלה בחיות האדמה שצרכו את מקורות המזון הללו [1]. אם כן, בסופו של דבר, אנו יכולים לזהות אם השומן שאוחסן בחיה הגיע מחיידקים, מפטריות, או מצמחים, ובדרך זו לדעת מה החיות אכלו.
- איור 2 - התבוננות בסמני חומצת שומן מלמדת אותנו מה אורגניזמים באדמה אוכלים.
- (A) לְחַיּוֹת אדמה יש סוגי שומן שונים בגופן, כתלות במקורות המזון שהן אוכלות כמו למשל חיידקים, פטריות, או עלים מתים. (B) השומנים יכולים להיות מוּסָרים מהחיות האלה בצורה של חומצות שומן. (C) ניתן לנתח את חומצות השומן באמצעות ציוד שנקרא כרומטוגרף גז. הנתונים מכרומטוגרף הגז מאפשרים לחוקרים לזהות אילו מקורות מזון האורגניזמים באדמה אוכלים.
אורגניזמים עם טעם כללי או טעם מסוים
באמצעות חקירת השומן של חיות אדמה, חוקרים גילו שהרבה קפזנבאים מעדיפים לאכול פטריות, אך הם גם יכולים לאכול חיידקים או צמחים. מאחר שהם יכולים לאכול מקורות מזון שונים, הם נחשבים כ-''food generalists'' [2]. משמעות הדבר היא שלא קשה לספק אותם אם מזמינים אותם לארוחת ערב! אורגניזמים אחרים הם ''food specialists'', והם נוטים לאכול רק דבר אחד. לדוגמה, חלק מהתולעים הנימיות מעדיפות לאכול חיידקים, בעוד שאחרות מעדיפות פטריות. ישנן אפילו תולעים נימיות טורפות שאוכלות תולעים נימיות אחרות! לכל מחלקה של תולעת נימית יש צורת פֶּה שונה, ספציפית עבור אכילת סוג מזון מסוים.
מדוע אכילה באדמה מיוחדת כל כך?
האם אי פעם ניסיתם לאכול את ארוחת הערב שלכם בחושך? לא קל למצוא היכן נמצא המזון. האדמה היא חשוכה ולכן חיות אדמה נתקלות באותה הבעיה. עיניים לא פועלות באדמה, ולכן לרוב חיות האדמה אין עיניים. בניגוד לכך, למרבית חיות האדמה יש ''אַפִּים'' מפותחים מאוד. לדוגמה, תולעים נימיות, קפזנבאים ותולעי אדמה יעילים מאוד בהרחת המזון שלהם. הם יכולים לְאַתֵּר את מיקום המזון ולנוע לקראתו. תולעים נימיות יכולות ''להריח'' חיידקים ממרחק של עד 50 סנטימטרים ולהגיע אליהן בתוך שבועיים [3]. זהו מרחק משמעותי עבור תולעים נימיות, מאחר שתולעת קטנה היא בדרך כלל באורך של כמה מאות מיקרונים (1 מיקרון = 0.001 מילימטרים; לשם השוואה, עובייה של שערה אנושית הוא 100 מיקרונים). זה כאילו שבני אדם היו מסוגלים להריח מזון ממרחק של 70 קילומטרים!
האדמה אינה רק חשוכה, היא גם מבוך, שדרכו אורגניזמים באדמה לא יכולים לנוע בחופשיות. אדמה היא כמו ספוג עם חורים גדולים וקטנים יותר. אורכם של האורגניזמים הקטנים יותר, כמו למשל החיידקים, הוא בדרך כלל 2-1 מיקרונים, והם יכולים ''להתחבא'' בחורים קטנים. לדוגמה, אנו יודעים שפרוטיסטים (איור 1) לא יכולים להגיע לטֶרֶפם החיידקי אם החיידקים ממוקמים בחורים קטנים יותר מ-3-2 מיקרונים [4] (איור 3A). הדבר תקף גם לתולעים נימיות, שלא יכולות לאכול חיידקים שממוקמים בחוֹרים עם מִפְתָּחִים שקטנים מ-30 מיקרונים [4] (איור 3A). ככל שהחורים באדמה קטנים יותר, כך החיידקים יכולים להסתתר יותר בתוכם ולהימנע מלהיתפס ולהיאכל על ידי טורפים. אולם, טורפים פיתחו אסטרטגיות לאכול למרות הבעיות האלה. לדוגמה, אָמֶבּוֹת הן פרוטיסטים עם גופים רכים שיכולים לאמץ כל צורה (איור 3B). אמבות יכולות לשלוח ''זרוע'' דקה וארוכה מאוד לתוך חורים קטנים באדמה כדי לתפוס חיידקים נסתרים [5]. לקפזנבאים יש אסטרטגיה אחרת: הם פשוט לא כל כך בררנים לגבי מקורות המזון שהם צורכים – food generalists. הם יכולים לאכול חיידקים ופטריות, אך גם עלים מתים ותולעים נימיות (איור 3C). iכתלות במה זמין בחורים הקטנים באדמה שהם זוחלים דרכם, הם אוכלים מקור מזון זה או אחר. הגמישוּת הזו מסייעת להם למצוא משהו לאכול כל יום. תולעי אדמה פחות מושפעות מהקשיים של גישה למזון באדמה. החיות האלה מעכלות אדמה ישירות, מה שמאפשר להן לחפש מזון ולגשת אליו בקלות יחסית במבוך האדמה (איור 3D). יתרה מזו, הן יכולות לעכל חיידקים ופטריות, כמו גם חומר צמחי מת שנבלע עם האדמה. כשתולעי אדמה מפרישות צואה, השאריות הבלתי מעוכלות יוצרות קערות אדמה קטנות.
- איור 3 - דרכים שונות שפיתחו חיות להתמודדות עם הקושי של תזונה באדמה החשוכה.
- (A) חורים קטנים באדמה מספקים מקום לאורגניזמים זעירים באדמה (תולעים נימיות, פרוטיסטים וחיידקים) להסתתר בו מפני חיות שאוכלות אותם. (B) במטרה להגיע לטרף שלה, אמבה (סוג של פרוטיסט) יכולה לשלוח זרוע באורך של 20 מיקרונים ובעובי של מיקרון אחד כדי לתפוס חיידקים שמתחבאים בחורים קטנים באדמה. (C) קפזנבאים גמישים במקורות המזון שהם צורכים, מה שמאפשר להם למצוא משהו לאכול כל יום. (D) תולעי אדמה בולעות אדמה עם המזון שלהן, ומעכלות את החיידקים והפטריות שנמצאים באדמה שנבלעה. זה גם יוצר נתיב במבוך האדמה, מה שמקל עליהן להתקדם דרכה. זיכרו שמיקרון אחד קטן פי אלף ממילימטר אחד.
מבט חדש על תזונה במבוך חשוך
תזונה באדמה היא כמו מציאת מזון במבוך חשוך. במטרה להבין מי אוכל את מי בחשכת האדמה מתחת לרגלינו, אקולוגים של אדמה פועלים כבלשים אמיתיים ומשתמשים בסוגים שונים של שיטות מורכבות, בין אם ביער או במעבדה. כעת, כשאתם יודעים איך זה לאכול באדמה, לא תסתכלו עוד על חיות אדמה באותו האופן!
מילון מונחים
צרכן ראשוני (Primary Consumer): ↑ אורגניזמים שצורכים את החומר הצמחי המת באופן ישיר.
מארג המזון באדמה (Soil Food Web): ↑ כל הקשרים שמצביעים על מי צורך את מי או את מה באדמה.
סַמָּנֵי חומצות השומן (Fatty Acid Markers): ↑ מולקולות שומן שמגיעות ממקור מזון ספציפי, כלומר חיידקים, פטריות או צמחים.
Food Generalist: ↑ אורגניזמים באדמה שצורכים סוגים רבים של מקורות מזון.
Food Specialist: ↑ אורגניזמים באדמה שצורכים סוג אחד, או כמה סוגים מסוימים של משאבי מזון.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
תודות
המחקר הזה נתמך על ידי הוועדה האירופית – תוכנית המחקר והחדשנות ,Horizon 2020 פעילויות מארי סקלודובסקה-קירי (מענק מספר 750249). אנו מודים ל-Audrey Marville על ציור חיות האדמה.
מקורות
[1] ↑ Ruess, L., and Chamberlain, P. M. 2010. The fat that matters: soil food web analysis using fatty acids and their carbon stable isotope signature. Soil Biol. Biochem. 42:1898–910. doi: 10.1016/j.soilbio.2010.07.020
[2] ↑ Digel, C., Curtsdotter, A., Riede, J., Klarner, B., and Brose, U. 2014. Unravelling the complex structure of forest soil food webs: higher omnivory and more trophic levels. Oikos 123:1157–72. doi: 10.1111/oik.00865
[3] ↑ Rasmann, S., Köllner, T. G., Degenhardt, J., Hiltpold, I., Toepfer, S., Kuhlmann, U., et al. 2005. Recruitment of entomopathogenic nematodes by insect-damaged maize roots. Nature 434:732. doi: 10.1038/nature03451
[4] ↑ Rønn, R., Vestergård, M., and Ekelund, F. 2012. Interactions between bacteria, protozoa and nematodes in soil. Acta Protozool. 51:223–35. doi: 10.4467/16890027AP.12.018.0764
[5] ↑ Foster, R. C., and Dormaar, J. F. 1991. Bacteria-grazing amoebae in situ in the rhizosphere. Biol. Fertil. Soils 11:83–7. doi: 10.1007/BF00336368