האיום הכפול על מרבדי האצות

אצות חד-תאיות יוצרות באוקיינוסים פריחות ענק של אלפי קילומטרים רבועים, שנמשכות לרוב כמה שבועות. עד לאחרונה חשבו שהן דועכות בסופו של דבר בהשפעת נגיפים. אולם חוקרים ממכון ויצמן למדע זיהו באוקיינוס האטלנטי קבוצת חיידקים שתוקפים אצות מסוג קוקוליתופורים ומאיצים את התמותה שלהן. בניסויים במעבדות המחלקה למדעי הצמח והסביבה מצאו החוקרים שהחיידקים חומדים כנראה תרכובות מזון מהאצות, ושהעמידות לפגיעתם משתנה מזן לזן. הגילוי הזה מוסיף נדבך חשוב להבנת הדינמיקה של פריחת אצות ולכן גם למחזור הגופרית באוקיינוסים.

הקוקוליתופורים אחראים לכ-20 אחוז מקיבוע הפחמן באוקיינוסים. האצות הללו מאופיינות בשלד חיצוני העשוי ממינרלים גירניים ובקצב גידול מהיר בתקופות שבהן הים מציע שפע של מזון. בעונת האביב הן יוצרות כתמי פריחה גדולים שמכסים לא פעם מאות ואלפי קילומטרים רבועים, מגיעים לשיאם בתוך כמה שבועות ואז נעלמים. עד כה ידעו שהגורם המרכזי לדעיכת הפריחה הוא נגיפים שמדביקים את האצות, מתרבים בתוכן ואז יוצאים מהאצה החד-תאית בהמוניהם ומשמידים אותה בתוך כך.

עם זאת, ממחקרים קודמים ידוע שגם חיידקים נוכחים בפריחות האצות, ולא היה ברור אם הם לוקחים חלק פעיל בדעיכתה. קבוצת המחקר של פרופ' אסף ורדי ממכון ויצמן למדע הפליגה לצפון האוקיינוס האטלנטי כדי לחקור את פריחת האצה Emiliania huxleyi, מקבוצת הקוקוליתופורים, ואת יחסיה בסביבה עם נגיפים וחיידקים. תלמידת המחקר נועה ברק-גביש, שהייתה אחראית על בדיקת הקשר בין חיידקים לאצות, מצאה בדגימות שאספו שחיידק בשם סולפיטובקטר (Sulfitobacter) חי לצד האצה. כשחזרו למעבדה היא בודדה את החיידק וגידלה אותו בתרבית – הישג ראוי לציון, שכן את רוב החיידקים שמגלים בדגימות סביבתיות אי אפשר לגדל במעבדה.

רואים מהחלל. צילום לוויין של פריחת אצות באגם מרקאיבו בארגנטינה ב-2017 | מקור: Shutterstock

מלכוד מיקרוביאלי

ברק-גביש גילתה שכאשר מגדלים את החיידק עם האצה, משתחרר לסביבה ריח של ריקבון. בדיקה באמצעות ספקטרומטר מסות העלתה שהריח נובע משחרור של המולקולה מתאנתיול (Methanethiol), המוכרת לנו בין השאר כתוצר לוואי ריחני של פעילות העיכול שלנו. בבדיקה נוספת היא מצאה שהחיידק מביא למות האצה, כנראה באמצעות שחרור רעלנים שמפרקים את מבנה התא שלה. תכולת האצה משתחררת לים מספקת לחיידק פחמן למזון, ובעיקר את התרכובת האורגנית DMSP, שפירוקה מוביל לשחרור מתאנתיול ולריח העז.

תוצר פירוק נוסף של התרכובת הוא החומר הנדיף DMS, ומחקרים קודמים גילו שזנים שונים של האצה משחררים כמויות שונות שלו, כך שהזנים שמשחררים יותר DMS עמידים יותר בפני הדבקה של נגיפים. כשברק-גביש בדקה אם יש השפעה דומה על עמידות בפני החיידקים, היא מצאה שהזנים שעמידים לנגיפים דווקא רגישים להדבקה חיידקית, כנראה בגלל ריכוז ה-DMSP הגבוה באצות, שמושך אליהן את החיידקים בשל הפוטנציאל הקלורי הגבוה.

עד כה חשבו שהנגיפים הם הגורם המרכזי לדעיכת הפריחות, ולכן ציפו שעם הזמן יתפתחו זני אצות עמידים לנגיפים, שישתלטו על הפריחה וימשיכו לשגשג. בשטח, התופעה הזאת לא נצפתה כלל. השפעת החיידק שזיהו החוקרים, או זנים דומים לו, יכולה לספק הסבר: האצות נמצאות במעין מלכוד של תכונות, שכן אם יעלו את ריכוז ה-DMSP, ובהתאם ישחררו יותר DMS, הן יהיו עמידות לנגיפים אך רגישות לחיידקים – ולהיפך. הדינמיקה הזאת מסבירה מדוע בסופו של דבר אין לאצות דרך להתחמק מהטורפים שלהן, ופריחת האצות דועכת מהר יחסית.

תמונה מורכבת

לדינמיקה של פריחת האצות יש חשיבות במארג המזון באוקיינוסים, מכיוון שהן הבסיס של שרשראות מזון רבות. בטווח הארוך, פעילותן מביאה להורדת ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה ולצמצום אפקט החממה. בנוסף, למולקולות כמו DMS, DMSP ומתאנתיול יש תפקיד חשוב במחזור הגופרית בטבע. DMS, למשל, היא מולקולה נדיפה, המשחקת כנראה תפקיד ביצירת עננים, שמשמשים בין השאר גם כמקור לגופרית ביבשה. האצות גם לא גדלות בסביבה סטרילית, והן שכנות למינים רבים של חיידקים, נגיפים, וטורפים גדולים יותר, כך שרק בשנים האחרונות אנו מתחילים לחשוף את התמונה המורכבת של היחסים בין כל הגורמים המעורבים.

ברק-גביש מסכמת: "הידיעה שלאינטראקציה בין החיידק והאצה יכולה להיות חשיבות אקולוגית רבה מניעה אותנו להמשיך לחקור לעומק את המערכת. תגליות שנחשוף במעבדה יוכלו להסביר לנו איך לחקור אותם בסביבה הטבעית, שמעניינת אותנו במיוחד".