תולעי אדמה – המהנדסות שמתחת לאדמה

מתחת לרגלינו, חיים באדמה אלפי בעלי חיים, לרבּות תולעי האדמה המפורסמות. המונח ''תולעי אדמה'' מתייחס למגוון מינים שונים. מדענים תיארו בסביבות 7,000 מִינֵי תולעי אדמה ברחבי העולם, אך חלק מהאזורים לא נחקרו במידה מספקת, ומדענים מעריכים כי ישנם יותר מ-30,000 מִינֵי תולעי אדמה שטרם תוארו [1]. תולעי אדמה הן חסרות חוליות, כך שאין להן עצמות. שלא כמו חרקים, אין להן שלד חיצוני ועיניים, אך הן בעלות שרירים חזקים. תולעי אדמה יכולות לנוע דרך האדמה, ואפילו לאכול אותה, עם עלים מתים מסוימים. אף על פי שמרבית מִינֵי תולעי האדמה נראים דומים, יש להם אורחות חיים שונים, והן ניתנות למיון לשלוש קבוצות אקולוגיות עיקריות (איור 1A) [2].

הקבוצה הראשונה, שנקראת epigeics, הן תולעי אדמה קטנות (באורך 10-3 סנטימטרים), בצבע אדום, וניתן להשתמש בהן בדישון באמצעות תולעים. תולעי אדמה מסוג זה חיות בעלים מתים. צבען מגן עליהן מפני קרינה אולטרה-סגולה, ומסווה אותן מטורפים בפני השטח. ללא חפירה באדמה, הן אוכלות עלים מתים ומתמירות אותם לפיסות קטנות של חומר אורגני בצואתן, שנקראות casts. תולעי אדמה מסוג endogeic הן גדולות יותר (15-5 סנטימטרים) ונטולות פיגמנט לחלוטין. הן חיות רק באדמות, ויוצרות מחילות רבות (איור 1B). בחלקת ניסוי, ארבע תולעים מסוג זה חפרו מחילות באורך של 2.2 קילומטרים וברוחב של 3.5 מילימטרים למטר מעוקב של אדמה ב-6 שבועות בלבד [3]! כשתולעי endogeic חופרות, הן גם אוכלות הרבה פיסות קטנות של עלים מתים שנמצאים באדמה, ומערבבות חומר אורגני עם האדמה (איור 2). הקבוצה השלישית נקראת תולעי anecic. אלה הן התולעים הגדולות ביותר, ויכולות לגדול לממדים שנעים בין 10 סנטימטרים למטר אחד! הן חופרות מחילות אנכיות עמוקות (איור 1), שיכולות להגיע לעומק של יותר ממטר אחד. במהלך הלילה, הן מוציאות את ראשיהן החוצה כדי לתפוס עלים יבשים על פני השטח ולהביאם לשכבות אדמה עמוקות יותר. מאחר שרק ראשיהן יוצאים מהאדמה, רק בראשים יש פיגמנטים.

הפעולות העיקריות של תולעי אדמה הן אכילת עלים מתים או הַטְמָנָתָם, ותנועה דרך האדמה על ידי יצירת מחילות. פעולות אלה מועילות לאדמה, לאורגניזמים אחרים באדמה ולכל המערכת האקולוגית, מה שזיכּה את תולעי האדמה בכינוי ה''מהנדסות של מערכת אקולוגית.''

כיצד תולעי אדמה משנות את האדמה ומגדלות חיידקים

מחילות של תולעי אדמה משנות באופן מהותי את מבנה האדמה על ידי יצירת חללים גדולים באדמה הדחוסה. המחילות הן סביבות המחיה של אורגניזמים רבים כמו חסרי חוליות קטנים, חיידקים ושורשי צמחים. מחילות מְתַפְקְדוֹת גם כצינורות שמגדילים את זרימת המים והחמצן בין פני השטח של האדמה לשכבות עמוקות יותר. תולעי אדמה מקבוצות אקולוגיות שונות בונות מחילות שמשפיעות על זרמי מים וגז באופן שונה. בניסוי של Capowiez ואחרים [3], שנעשה בצינורית PVC (בקוטר 16 סנטימטרים ובגובה 30 סנטימטרים, איור 1B), המחילות של תולעי האדמה מסוג endogeic אפשרו חדירת מים בקצב של 5.2 ליטרים לדקה, בעוד שבמחילות של תולעי אדמה מסוג anecic הקצב הגיע ל-12.4 ליטרים לדקה. הסיבה לכך היא שמחילותיהן של תולעי anecic גדולות יותר, רציפוֹת יותר וניצבות לקרקע.

במערכות אקולוגיות המשופעות בתולעי אדמה, עלים מתים נעלמים די מהר ואינם מצטברים על פני השטח של האדמה. תולעי אדמה מסוג epigeic ממירות עלים מתים לפיסות קטנות יותר שמופרשות בצואתן, ותולעי אדמה מסוג anecic מטמינות עלים מתים בשכבות אדמה עמוקות יותר. תולעי אדמה מסוג endogeic אוכלות עלים מתים קטנים או חלקיקי שורשים עם האדמה, ומפרישות אותם בכל מקום שאליו הן מגיעות. פעולות אלה של תולעי אדמה מובילות לחלוקה מחודשת של חומר אורגני ברחבי האדמה. במקום שיצטבר בפני השטח של האדמה, החומר האורגני מתפרשׂ יותר וזמין לשורשי צמחים ולאורגניזמים אחרים שמאכלסים את האדמה.

השינויים שיוצרות תולעי אדמה בקרקע משפיעים על קבוצות חשובות אחרות של אורגניזמים באדמה, כמו חיידקים. כדי להתקיים, חיידקים זקוקים לאיזון הנכון בין מזון, מים ואוויר. חיידקים הופכים פיסות קטנות של חומר אורגני לחלקיקים קטנים אפילו יותר, ומפרקים אותם לפחמן ולחנקן. החלקיקים האלה קטנים כל כך ששורשי הצמחים יכולים לספוג אותם בקלות ולהשתמש בהם לצמיחה. כדי לפרק את מזונם, החיידקים משתמשים בחמצן (הם נושמים, אפילו ללא ריאות) ומייצרים פחמן דו-חמצני כתוצר לוואי. אם יש יותר מדי מים בסביבה, כמו למשל במהלך הצפה או בשדות אורז, החיידקים מייצרים במקום זאת חמצן דו-חנקני כתוצר לוואי. פחמן דו-חמצני וחמצן דו-חנקני הם גזי חממה אשר מעלים את טמפרטורת האטמוספרה, ובכך תורמים לשינויי אקלים.

באדמות מסוימות, חיידקים עשויים לחוות תנאים של מחסור בחומר אורגני, באוויר, או במים, ואז הם פחות פעילים. תולעי אדמה יכולות ''להעיר'' חיידקים על ידי הפיכת חומר אורגני, מים ואוויר לזמינים יותר. ההשפעה הזו אפילו חזקה יותר עבור חיידקים שחיים במעיים של תולעי אדמה (איור 2). במעיים, חומר אורגני ואדמה מתערבבים באופן מושלם בסביבה שרוויה במים. זהו גן עדן עבור חיידקים שמייצרים חמצן דו-חנקני [4]. מאחר שתולעי אדמה ממריצות חיידקים שמייצרים פחמן דו-חמצני וחמצן דו-חנקני, הדבר גרם לנו לתהות אם הן גורמות להגדלה של פליטות גזי חממה, או להקטנתן.

חקירת השפעתן של תולעי אדמה על פליטות גזי חממה

במטרה לחקור כיצד תולעי אדמה משפיעות על חיידקים ועל גזי החממה שהם מייצרים, מדענים יכולים לבצע ניסויים. בסוג אחד של ניסויי מעבדה, מדענים משתמשים בעציצים מלאים באדמה שנופתה מאבנים, מבעלי החיים שבּה ומשורשים. לאחר מכן, מוסיפים תולעי אדמה, בדרך כלל כמה פרטים מאותו המין בכמות שקרובה לזו שבה הן נמצאות בטבע. חלק מהעציצים נשמרים ללא תולעי אדמה, כקבוצת ביקורת. בשלב הבא, מודדים את פליטות גזי חממה בפני השטח של האדמה ואת כמות החיידקים בעציצים, כדי לבדוק אם פליטות גזי החממה גדולות יותר בנוכחות תולעי אדמה או בהיעדרן.

שיטה אחרת שמדענים משתמשים בה היא מדידת גזי חממה בטבע. במקרה זה, תאי ניסויי גליליים מוכנסים לתוך האדמה במטרה למדוד גזים כמו פחמן דו-חמצני וחמצן דו-חנקני (איור 3). תולעי האדמה שבקרקע גם נחקרות, כדי שמדענים יוכלו לנסות לְקַשֵּׁר בין פליטות גזי חממה לשכיחוּת מִינֵי תולעי האדמה שנוכחים, ולכמותם. מדענים יכולים למדוד גם מאפיינים אחרים של האדמה, שחשובים לפעילות חיידקית, לרבּות תכולת מים, זמינוּת של חומר אורגני חומר אורגני ומידת חוּמציוּת (pH).

דרך נוספת לחקור את ההשפעה של תולעי אדמה על פליטות של גזי חממה היא לרכז מידע מכל המחקרים הקיימים. בשיטה זו נמצא שבממוצע תולעי אדמה מגדילות את פליטות הפחמן הדו-חמצני ב-33%, ואת פליטות החמצן הדו-חנקני ב-42% [5]. נדמה שזה מלמד כי למרות שתולעי אדמה מועילות לבריאות האדמה, הן גם יכולות להיות מזיקות לסביבה מאחר שהן מגבירות את הפעילות החיידקית ואת פליטות גזי החממה שנובעות ממנה.

מגבלותיהם של הניסויים

נראה כי קיבלנו מסקנות סותרות, מצד אחד נראה כי תולעי אדמה משפרות את בריאות האדמה, אך מצד שני נדמה שהן מגבירות את פליטות גזי החממה. לכן, לפני שנגיע למסקנות חותכות, חשוב לציין שלכל הניסויים שתיארנו ישנן מגבלות שמקשות עלינו להיות בטוחים לגמרי בתפקיד שתולעי אדמה ממלאות בפליטות גזי חממה. האינטראקציות בין תולעים, חיידקים, אדמה, צמחים ומים שמביאות לפליטות גזי חממה, הן מורכבות להפליא. הגורמים האלה משתנים במידה רבה בסביבה הטבעית, וקשה מאוד לשחזר אותם במדויק בניסויים מדעיים בתנאי מעבדה.

הגורם החשוב הראשון שמגביל את הבנתנו לגבי התפקיד של תולעי אדמה בפליטות גזי חממה הוא המגוון הגדול של תכונות אדמה, כמו למשל תכולת חול. מרבית תולעי האדמה מעדיפות אדמות עם תכולת חול נמוכה מאחר שאדמות חוֹליוֹת מתייבשות מהר יותר, וגרגירי חול עשויים להציק לעורן. תכונה נוספת היא למשל מדד החומציות של האדמה. מדד זה משפיע מאוד על תולעי אדמה, ומרביתן אינן יכולות לשרוד עם מדד חומציות שקטן מ-4.5. יהיה קשה במיוחד ליצור עציצים עבור אלפי סוגי האדמות השונים שקיימים בטבע, ולכן הידע שלנו מוגבל כרגע לסוגים שכיחים של אדמה.

המגבלה השנייה היא שמעט מאוד מחקרים כוללים צמחים בניסויים. צמחים סופגים מים וחומרי מזון באמצעות שורשיהם, מה שמקטין את זמינוּת המים וחומרי המזון עבור תולעי אדמה וחיידקים. אולם, צמחים וחיידקים גם מסייעים זה לזה. שורשי צמחים מייצרים סוכר באדמה, שאותו חיידקים יכולים לאכול בתמורה לסיפוק המינרלים שהצמחים צריכים. לרוע המזל, קשה מאוד להעמיד ניסוי שיוכל לבחון את כל האינטראקציות האפשריות, החיוביות והשליליות, שמתרחשות באותו הזמן באדמה.

המגבלה השלישית היא שמרבּית המחקרים שמרו על כמות קבועה של מים באדמה. זה נעשה במטרה לְמַטֵּב את פעילות תולעי האדמה. בטבע, אדמות כל הזמן מתייבשות ומתלחלחות מחדש על ידי הגשם. אם האדמה נעשית יבשה מדי, תולעי אדמה עשויות להיות בלתי פעילוֹת לחלוטין. המשמעות היא שניסויים שבהם לאדמה יש תכולת מים קבועה עשויים להעריך בעודף את ההשפעות השליליות של תולעי אדמה על פליטות גזי חממה. בניסוי מעבדה שבו מדענים השתמשו במחזוֹרי ייבוש-לחלוח הנאמנים יותר למציאות, נמצא כי נוכחותן של תולעי אדמה הפחיתה פליטות של חמצן דו-חנקני [6]. המדענים סברו כי מחילות תולעי האדמה הגדילו את זרימת המים לשכבות אדמה עמוקות יותר ואווררו את האדמה, מה שהאיץ את ייבוש האדמה והפחית את פעילות החיידקים. חשוב מאוד לחקור את ההשפעות של מחזורי הייבוש-לחלוח, במיוחד מאחר שמחזורים אלה צפויים להיות תכופים וקיצוניים יותר בשל שינויי האקלים המתמשכים.

שינויי אקלים–אל תאשימו את תולעי האדמה

במאמר זה הסברנו עד כמה מורכב לחקור פליטות של גזי חממה מהאדמה. תולעי אדמה משנות את שכיחות החומר האורגני ואת זמינותם של מים ושל אוויר באדמה. כל אלה משנים את הפעילות של חיידקים באדמה. אולם, חיידקים באדמה תלויים גם בתכונות של האדמה, במחזורי ייבוש-לחלוח ובצמחים שגדלים שם. כיום, עדיין אין בידינו מספיק מחקרים עם ניסויים מְדַמֵּי-מציאות כדי שנוכל להבין את תפקידן האמיתי של תולעי אדמה בפליטות גזי חממה. מצד אחר, פעילויות אנושיות, ובפרט חקלאות, מייצרות כמויות גדולות של גזי חממה, ואנו נדרשים להמשיך לחשוב על דרכים חדשניות לשיפור בריאותם של כדור הארץ ושל כל היצורים החיים.

תודות

המחבּרים מודים לסוקרים הצעירים עבור עבודתם, אשר שיפרה את כתב היד, וכן למַאֲגָד TEBIS ולארגונים בלתי ממשלתיים שונים, כגון CARABES (https://assocarabes.com) שאיתם המחברים פועלים במטרה להגביר מוּדעוּת אזרחית ולעודד הגנה על אדמות ועל המגוון הביולוגי שלהן. המחברים מודים גם ל-Morgane Arietta Ganault (www.lesbullesdemo.fr) על איכותם של האיורים המפורטים.

מילון מונחים

קבוצה אקולוגית (Ecological Group): ↑ תולעי אדמה משתנות כתלות במקום שבו הן חיות באדמה, בתזונתן ובצבע עורן. ישנן שלוש קבוצות עיקריות: תולעי epigeics (מבטאים ''ep-i-jEE-ik''); endogeic (מבטאים ''en-d-oh-jEE-ik''), ו-''anecic'' (מבטאים ''an-e-c-ik'').

חומר אורגני (Organic Matter): ↑ חומר שמורכב מתרכובות אורגניות שמגיעות משאריות של אורגניזמים, כמו למשל צמחים ובעלי חיים, ומתוצרי הפסולת שלהם בסביבה.

Casts: ↑ צואה של תולעי אדמה. כתלות בקבוצה האקולוגית של תולעי האדמה, הצואה מושארת על פני השטח של האדמה או בתוך האדמה, במחילות התולעים.

מהנדס מערכת אקולוגית (Ecosystem Engineer): ↑ אלה אורגניזמים שמשנים את זמינותם של משאבים עבור מינים אחרים. טרמיטים, נמלים ותולעי אדמה הם המהנדסים העיקריים של מערכות אקולוגיות באדמה.

חמצן (Oxygen): ↑ גז שמרכיב 21% מהאוויר שאנו נושמים. צמחים מייצרים חמצן מפחמן דו-חמצני, מים ואור שמש בעוד שבעלי חיים משתמשים בחמצן כדי לייצר פחמן דו-חמצני.

פחמן דו-חמצני (Carbon Dioxide): ↑ גז חסר צבע שמורכב מאטום אחד של פחמן ומשני אטומים של חמצן. מאז 1850 הריכוז האטמוספרי שלו עלה מ-0.028% ל-0.042%, מה שהוביל לעלייה של מעלת צלזיוס אחת בטמפרטורה הגלובלית.

חמצן דו-חנקני (Nitrous Oxide): ↑ גז חסר צבע שמורכב משני אטומי חנקן ומאטום חמצן אחד. הוא נמצא בריכוזים נמוכים מאוד, אך מולקולה אחת של גז זה מחממת את האטמוספרה באותה המידה כמו 270 מולקולות של פחמן דו-חמצני.

גזי חממה (Greenhouse Gases): ↑ גזים שסופגים אנרגיית שמש ופולטים אותה, ובכך גורמים לאפקט החממה, כלומר להתחממות של האטמוספרה.

מידת חוּמציוּת (pH): ↑ בכימיה, זהו מדד אשר משמש לציון החומציוּת או הבסיסיוּת של תמיסה נוזלית. לתמיסות חומציוֹת יש ערכי חומציוּת נמוכים יותר מתמיסות בסיסיות או אַלְקָלִיוֹת.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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