מגוון ביולוגי באדמה

אולי אתם כבר יודעים כי אדמה אינה רק עָפָר כהה המכיל חול, חֵמָר וטיט; אדמות מתאפיינות במגוון ביולוגי רחב – מיליוני אורגניזמים מכל הסוגים והגְּדָלים חיים בקרקע. לא זו בלבד שבאדמה יש יותר מגוון ביולוגי מאשר בכל מערכת אקולוגית אחרת על פני כדור הארץ, אלא שמשקלם של כל האורגניזמים החיים באדמה (בכלל זה צמחים, ששורשיהם הופכים אותם לכחצי-אורגניזמים של אדמה), גבוה בהרבה ממשקלם של כל שאר האורגניזמים יחדיו [1]. אורגניזמים החיים באדמה משתנים בגודלם – מנגיפים מזעריים ועד לפטריות ענקיות שיכולות להשתרע על פני מאות מטרים – וכל מה שנמצא בטווח זה! החיים המיקרוסקופיים באדמה מכונים המִּיקְרוֹבִּיוֹם של האדמה, אשר מורכב בעיקר מחיידקים ומפטריות. ללא המגוון הביולוגי שמאפיין מיקרוביום של אדמה, קרקעות לא היו יכולות למחזֵּר חומרי הזנה ולתמוך בגדילת הצמחים. מאמר זה מתמקד בשתי קבוצות של אורגניזמים החיים באדמה, שכמה קבוצות חוקרים עוסקים בחקירתן: פְּרוֹטִיסְטִים ונֶמָטוֹדוֹת. בסיום קריאת המאמר, אני מקווה שתבינו טוב יותר מדוע מחקרים נוספים צריכים להתמקד באורגניזמים הקטנטנים הללו!

פְּרוֹטִיסְטִים ונֶמָטוֹדוֹת: טורפים זעירים

טורפי מִיקְרוֹבִּיוֹם הם אורגניזמים הניזונים ממִיקְרוֹאוֹרְגָּנִיזְמִים כמו חיידקים ופטריות [2]. פרוטיסטים ונמטודות הם בין טורפי המיקרוביום החשובים ביותר. נֶמָטוֹדוֹת הן קטנות מאוד – קטנות לפחות פי 100 מרוחב שׂערה של בן אדם – לכן, לא ניתן לראותן ללא מיקרוסקופ. הנמטודה המוכרת ביותר למדענים היא תולעת נימית שהמדענים מכנים קֶנוֹרְהָבְּדִיטִיס אֶלֶגָנְס (Caenorhabditis elegans), שבה משתמשים לעיתים קרובות לצורך מחקר. רבים מבּין חברי קהילות מדענים, רופאים, חקלאים וגננים מכירים את הנמטודות בתור מזיקים, כיוון שחלק מהזנים עשויים להדביק בני אדם, בעוד שמינים אחרים גורמים למחלות בצמחים. בקרקע, נמטודות ניזונות מחיידקים, מפטריות או מנמטודות אחרות, ועלולות להיות טַפִּילוֹת לְחיות או לצמחים. בעוד שלמַרבית הנמטודות באופן בסיסי אותו מראֶה, ישנם מאות אלפי זנים שונים שלהן (איור 1A)¹. שמונה מתוך עשר חיות בעולם הן נמטודות. במילים אחרות, היחס הוא 60 מיליארד נמטודות על כל אדם [3]!

כעת, תָּאֲרוּ לכם שיש באדמה פי אלף יותר פְּרוֹטִיסְטִים מאשר נמטודות! פרוטיסטים הם מיקרואורגניזמים שלא ניתן לסווג כחיות או כצמחים. הם אֵיקַרְיוֹטִים, כלומר, יש להם גרעין תא, כמו בכל תאי החיות, הפטריות והצמחים. גם אם לא נתקלתם בעבר במונח ’פרוטיסט’, ודאי שמעתם על דוגמאות ידועות של פרוטיסטים: כל האצות האֵיקַרְיוֹטִיוֹת המְּבצעות פוטוסינתזה באגמים וּבַיַּמִּים הן פרוטיסטים. ישנן מחלות הנגרמות על ידי פרוטיסטים, כמו מָלַרְיָה שנגרמת על ידי פְּלָסְמוֹדִיוּם פָלְצִיפָּרוּם (Plasmodium falciparum). אָמֶבּוֹת וסַנְדָּלִיּוֹת הן פרוטיסטים, ויש עוד רבים! סביר להניח שרוב המגוון האֵיקָרְיוֹטִי בעולם מורכב מפרוטיסטים ועימו נמנים מיליוני זנים, אך אנו מכירים פחות ממֵאִית מזני הפרוטיסטים הקיימים. הפרוטיסטים מְבצעים מגוון רחב של תפקידים בקרקעות. מרביתם ניזונים מחיידקים, אבל רבים ניזונים גם מפטריות, או אפילו מחיות גדולות יותר. חלק מהפרוטיסטים עלולים להיות טפילים של צמחים ושל חיות, וחלקם חיים ביחסי גומלין עם פטריות, כחֲזָזִיּוֹת (צמחים שמורכבים מפטרייה ומאַצָּה, המקיימות ביניהן חיי שוּתפוּת) [4]. לפרוטיסטים צורות מגוונות להפליא, וחלקם יפהפיים (איור 1B)².

בדומה לאריות או לטורפים גדולים אחרים, טורפי המיקרוביום ניזונים מדְּברים רבים שביכולתם לתפוס (איורים 1C, D). כשהם עושים זאת, הטורפים הקטנים הללו שולטים בגדילת המיקרוביום; משנים את סוגי האורגניזמים הנוכחים במערכת האקולוגית של הקרקע, ומסייעים לאדמה לבצע את תפקידיה החשובים. טורפי מיקרוביום בדרך כלל ניזונים ממיקרואורגניזמים פחות פעילים, ועל ידי כך הם שומרים על המיקרוביום כולו פעיל יותר. זו אסטרטגיית אכילה הדומה לאריות, המקדמת כשירוּת בקֶרֶב טרפם כשהם ניזונים מהפרטים הזקנים, האיטיים והחלשים יותר. הַטריפה במיקרוביום מובילה גם לשחרור של חומרי הזנה אל תוך הקרקע, אשר יכולים לשמש מינים אחרים של מיקרואורגניזמים וצמחים, ולסייע להם לגדול.

כיצד ביכולתנו לחקור טורפי מיקרוביום?

כיוון שהנמטודות והפרוטיסטים הם זעירים ולא ניתן לראותם באדמה, ניצבת בפני המדענים בעיה גדולה, משום שאינם יכולים לחקור אותם ישירות בבית הגידול הטבעי שלהם. אחת הדרכים לחקור את האורגניזמים הללו היא לבודד אותם מהאדמה. זה מעט קל יותר כשמדובר בנמטודות – תוכלו לנסות זאת בבית. לְשֵׁם כך תצטרכו נייר טישׁוּ או פילטרים של קפה, מים וקערה (איור – (איור 2)³.

קשה יותר לחקור פרוטיסטים. כיוון שרוב הפרוטיסטים בקרקע נדבקים בחוזקה לחלקיקי אדמה, בֶּעָבָר, הדרך הטובה ביותר לחקור אותם הייתה להציב כמויות מזעריות של אדמה עם חיידקים, כדי שאפשר יהיה לחלץ את הפרוטיסטים אוכלי-החיידקים. אולם ניתן לגדל כך רק מעט סוגים של פרוטיסטים, ולכן ישנם זני פרוטיסטים רבים שעדיין אינם מוכרים. כיום, רוב החוקרים משתמשים בכלים מולקולריים במטרה לזהוֹת אורגניזמים החיים בקרקע. כמו חוקרים פליליים, ביכולתנו להשתמש בדנ“א שחילצנו מהקרקע כדי לזהוֹת את האורגניזמים הקטנים הללו. כיוון שלכל אורגניזם יש רֶצֶף דנ”א ייחודי, אנו יכולים להשתמש בטכנולוגיות רִיצוּף דנ“א כדי להבחין בין זנים שונים בהתבסס על הדנ”א הייחודי שלהם. אמצעי זה מאפשר לנו לדעת אֵילוּ אורגניזמים נמצאים באדמה, למרות שאיננו מסוגלים לראותם בעין או לגדלם במעבדה (איור 3).

גישות המיצוי, הגידול והריצוף הללו מראות לנו אֵילוּ זנים נמצאים בדגימת אדמה, אך לא מה הזנים הללו עושים. ישנן דרכים להבין את תפקודֵי הפרוטיסטים והנמטודות בקרקע, הכוללות שילוב טורפים עם מיקרואורגניזמים שונים שהם אוכלים, כדי לִצְפות ביחסים ביניהם. גישות מדעיות נוספות מאפשרות לגלות מה אורגניזמים אוכלים באדמה. ניתן לעשות זאת על ידי מעקב אחר רכיבי אדמה מסוימים, כאשר משתמשים בשיטות המתוארות במקור [5].

מדוע טורפי מיקרוביום צריכים לעניין אותנו?

ללא טורפי מיקרוביום, הקרקעות שלנו תהיינה בבעיה גדולה, ובעיה בקרקע תגרום לבעיות עבורנו! כמעט כל חומרי ההזנה שנכנסים לתוך האדמה נספגים על ידי חיידקים ופטריות. אם החיידקים בקרקעות לא יהיו תחת שליטה, החיידקים המהווים את הרוב ישתלטו על חומרי ההזנה ויחזיקו בהם למשך תקופות ארוכות. מיקרואורגניזמים יכולים לִחיות בקרקעות במשך חודשים ללא טורפים, ומסוגלים אפילו להיכנס לתקופת הישרדות ארוכת-טווח, שבה ביכולתם לשרוד במשך עשורים. כתוצאה מכך, שרשרת המזון תיפסק, ואורגניזמים גדולים יותר לא יוכלו לשרוד. גם צמחים יספגו הרבה פחות חומרי הזנה ויצמחו לאט, אם בכלל. טורפי המיקרוביום מוודאים שמצב זה אינו מתרחש. בכך שהם טורפים מיקרואורגניזמים קטנים ומשחררים חלק מחומרי ההזנה המצויים אצל המיקרואורגניזמים הללו, טורפים אלה מבטיחים כי לצמחים תהיה גישה לחומרי ההזנה. טורפי המיקרוביום עצמם גם יכולים לשמֵּש טֶרֶף עבור אורגניזמים גדולים יותר. לפיכך, טורפי מיקרוביום מצילים את אספקת המזון שלנו בסופו של דבר, בכך שהם מאפשרים את תפקודיה החיוניים של הקרקע.

מסקנות

פרוטיסטים ונמטודות הם בין האורגניזמים המגוונים והמרובים ביותר בכדור הארץ. הן פרוטיסטים והן נמטודות הם טורפי מיקרוביום חשובים, המבטיחים את תפקודה הַתַּקין של האדמה. במילים פשוטות, לולא קיומם, החיים על פני האדמה ובתוכה לא היו מתאפשרים! לטורפי המיקרוביום חשיבוּת מרכזית בגדילת צמחים, והם גם ממלאים תפקידי מַפְתֵּחַ בתהליכים אחרים של מיקרואורגניזמים המתרחשים בקרקעות בריאוֹת. כשאנו מרחיבים את ידיעותינו על אודות הפרוטיסטים והנמטודות במיקרוביום, אנו גם מבינים טוב יותר כיצד קרקעות מְתפקדות. אם נוכל ללמוד כיצד לכוונן את מספריהם וסוגיהם של טורפי המיקרוביום בקרקעות, נוכל לסייע לשמור על בריאות המיקרוביום של האדמה ולהגן על תפקודי הקרקע. התפקיד המכריע של טורפי המיקרוביום בקרקעות ממחיש בבירור שאסור לנו לשכוח אף קבוצת חיים על פני כדור הארץ. אפילו לאורגניזמים הקטנים ביותר עשויה להיות חשיבוּת תפקודית ייחודית שעוזרת לשמור בחיים על אורגניזמים רבים אחרים, בכללם בני האדם!

מילון מונחים

מגוון ביולוגי (Biodiversity): ↑ מגוון הזנים במערכת אקולוגית.

המִיקְרוֹבָּיוֹם של האדמה (Soil Microbiome): ↑ כְּלל המיקרואורגניזמים החיים באדמה.

טורפי מִיקְרוֹבָּיוֹם (Microbiome Predators): ↑ אורגניזמים הניזונים מחיידקים ומפטריות.

מִיקְרוֹאוֹרְגָּנִיזְמִים (Microorganisms): ↑ אורגניזמים זעירים הכוללים חיידקים, פטריות ופרוטיסטים.

נֶמָטוֹדוֹת (Nematodes): ↑ תולעים קטנטנות שחיות בכל סוגי הסביבות ובתוך מארחים. אלו הן החיות שמספרן הוא הרב ביותר על פני כדור הארץ.

פְּרוֹטִיסְטִים (Protists): ↑ כל האיקריוטים (רְאו בהמשך מילון המונחים) פרט לפטריות, לְחיות ולצמחים. רובם בעלי תא יחיד.

אֵיקַרְיוֹטִים (Eukaryotes): ↑ אורגניזמים שבתאיהם יש גרעין, שבו ממוקם הדנ“א. האיקריוטים כוללים פטריות, פרוטיסטים, צמחים וחיות.

רִיצוּף דנ”א (DNA Sequencing): ↑ שיטה לקביעת רצף הדנ"א של אורגניזמים. ניתן להשתמש בה כדי לזהות אורגניזמים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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

הערות שוליים

1. ↑לסקירה של מגוון הנמטודות, רְאו: https://www.wur.nl/en/Research-Results/Chair-groups/Plant-Sciences/Laboratory-of-Nematology/Nematode-in-the-picture/Nematode-Pictures.htm.

2. ↑לסקירה של צורות הפרוטיסטים, רְאו: http://www.penard.de/.

3. ↑כאן תוכלו למצוא מדריך מקוון: https://www.ars.usda.gov/northeast-area/beltsville-md-barc/beltsville-agricultural-research-center/mycology-and-nematology-genetic-diversity-and-biology-laboratory/people/zafar-handoo/extracting-nematodes-from-soil-samples/!