חיידקי אנטי-פריז

תולעים רב־זיפיות מהיבשת הקפואה אנטארקטיקה נעזרות בחיידקים בדרך מפתיעה. חוקרים מאיטליה מצאו כי שלושה מינים של תולעים כאלה מכילים אוכלוסיות חיידקים המסייעים להן לא לקפוא בטמפרטורות הנמוכות של היבשת הדרומית.

הסוד של הדג

החיים בקור קיצוני הם מאתגרים. בעלי חיים פויקילותרמיים, או בכינוים המוכר "בעלי דם קר", הם בעלי חיים שטמפרטורת הגוף שלהם משתנה בהתאם לטמפרטורת הסביבה. כאשר הם חיים בסביבה שבה הטמפרטורה יורדת מתחת לאפס, הם צריכים להיות מסוגלים, פשוטו כמשמעו, לא לקפוא. דם מכיל בעיקר מים, וכידוע, מים נקיים קופאים באפס מעלות צלזיוס בגובה פני הים. לעומת זאת, המלחים שבמי הים מורידים את טמפרטורת הקיפאון שלהם לכשתי מעלות מתחת לאפס. לפיכך, בעלי חיים החיים בסביבה עוינת זו נמצאים בסכנת קפיאה ממשית. 

לבעלי חיים שונים יש דרכים שונות להתמודד עם קור קיצוני. יונקים ועופות, למשל, הם הומאותרמיים או "בעלי דם חם", כלומר הם מסוגלים לווסת את טמפרטורת גופם על ידי הפקה של החום הנדרש. דגים וזוחלים אינם מסוגלים לעשות זאת, ולכן טמפרטורת הגוף שלהם תלויה בטמפרטורת הסביבה שבה הם חיים. ב-1971, החוקר האמריקאי ארתור דה-וריס ( DeVries) גילה לראשונה שדג ממין Trematomus borchgrevinki, החי באנטארקטיקה ומשתמש בקרח כמקום מסתור מטורפים – מייצר חלבונים המורידים את טמפרטורת הקפיאה של הדם שלו. התגלית חוללה מהפכה בהבנתנו את דרך ההתמודדות של בעלי חיים עם קור קיצוני. 

דרך עבור הדגים להתמודד עם הקור היא לייצר חלבונים המורידים את טמפרטורת הקפיאה של הדם. דג החי בים סביב אנטארקטיקה | British Antarctic Survey / Science Photo Library

בעקבות התולעים

עברו שנים רבות מאז אותה תגלית, ועדיין איננו יודעים איך בעלי חיים אחרים, כמו תולעים ימיות שהגנום שלהן אינו מקודד לאותם חלבונים מונעי קפיאה, שורדים בקור הקיצוני של המים הקרים. במחקר שהתפרסם לאחרונה בדקו חוקרים מאיטליה אם דווקא המיקרובִּיוֹם, כלומר אוכלוסיות החיידקים, הפטריות והנגיפים החיות בתוך גופם של בעלי חיים, עשוי לסייע להם להתמודד עם הקור הקיצוני. 

כדי לבחון זאת, אספו החוקרים דגימות מקרקעית ים רוס באוקיינוס הדרומי. בזמן האיסוף מדדו החוקרים את טמפרטורת המים ומצאו שהיא 1.95 מעלות צלזיוס מתחת לאפס, טמפרטורה שבה הדם של התולעים אמור להתחיל לקפוא. החוקרים מצאו בדגימת הקרקע שאספו שלושה מינים של תולעים ממחלקת התולעים הרב־זיפיות: שני מיני תולעים שניזונות מרקבובית השוקעת לקרקעית הים (Leitoscoloplos geminus ו-Aphelochaeta palmeri), ומין אחד של תולעת טורפת (Aglaophamus trissophyllus). היות שהתזונה של אחד המינים האלה שונה מאוד משל שני המינים האחרים, הדבר העיקרי המשותף לכל השלושה הוא החיים בקרקע הקרה של האוקיינוס הדרומי.

החוקרים אספו דגימות מקרקעית ים רוס באוקיינוס הדרומי. משלחת חקר באנטארקטיקה | I. Noyan Yilmaz, Shutterstock

שומרות בבטן

כדי לגלות אילו חיידקים נמצאים במיקרוביוֹם של שלושת מיני התולעים האלה, השתמשו החוקרים בשיטת ריצוף DNA הנקראת מטא-ברקוד. בשיטה זו נעזרים באזורים בגנום המכילים רצפי DNA הדומים במיוחד בין מרבית בעלי חיים, ובוחרים דווקא באלו הסמוכים לאזורים בעלי שונות גבוהה בין מינים שונים של בעלי חיים. בעזרת PCR מגבירים את המקטעים השמורים – שהרצפים שלהם ידועים – וכך מצליחים לרצף את האזורים המשתנים שנמצאים לידם. התוצאות מאפשרות לחוקרים לקבוע אילו מינים נמצאים בסביבה הנבדקת אפילו אם היא צפופה במיוחד – כמו אוכלוסיית החיידקים שמרכיבים את המיקרוביום של כל אחד משלושת מיני התולעים.

במיקרוביום של שלוש התולעים נמצאו שני סוגי חיידקים (Meiothermus ו-Anoxybacillus) שלא נמצאו עד היום בשום מין ממערכת התולעים הטבעתיות. שני סוגי החיידקים האלה משגשגים דווקא בחום קיצוני, בטמפרטורות של בין כ-30 ל-70 מעלות צלזיוס. חיידקים אלו מייצרים אנזימים וחלבונים עמידים במיוחד בטמפרטורות גבוהות, וככל הנראה, גם בתנאי קור קיצוני. יתרה מזו, ריצוף קטעים נוספים מהגנומים של שני סוגי החיידקים הראה כי הם מסוגלים לייצר שני חלבונים הקושרים קרח כשהוא מתחיל להיווצר, וכך מונעים את היווצרותם של גבישים גדולים המסוכנים לרקמה החיה וגם מורידים את טמפרטורת הקפיאה של נוזלים. 

החוקרים אפיינו את החלבונים הנמצאים בשלושת מיני התולעים, ואכן מצאו כי גופן מכיל חלבונים רבים שמיוצרים על ידי החיידקים. בין החלבונים החיידקיים שנמצאו בתולעים היו אנזימים שמייצרים מולקולות כמו גליצרול, המורידות את טמפרטורות הקפיאה של נוזלים. 

לאור הממצאים החדשים האלה, ייתכן שגם החלבונים שגילה דה-וריס, האחראים לעמידות של מין מסוים של דג בפני קפיאה, מקורם בחיידקים החיים בגופו של הדג. יש לקוות כי מחקר עתידי יבדוק את השאלה המעניינת הזאת.

נעזרות בחיידקים כדי להימנע מלקפוא. התולעים הרב-זיפיות משלושה מינים שנחקרו במאמר | מתוך Buschi et al

מתנה מההורים

שני מיני החיידקים שנמצאו בתולעים האנטארקטיות נמצאים בכמויות זעירות בלבד בסביבה שבה הן חיות, ולכן החוקרים מעריכים שהחיידקים עוברים מההורה לצאצא, ואינם מגיעים מהסביבה. ראיה נוספת ומעניינת בעניין זה הושגה על ידי איסוף דגימות של משקעים ימיים מן הקרקע הנמצאת מתחת למדף הקרח האנטארקטי – משטח קרח עבה שנוצר בקצה היבשת. במשקעים עתיקים אלה נמצאו גנים של אותם חיידקים, ממצא העשוי לרמז שלפני היווצרות מדף הקרח, חיידקים אלו היו נפוצים בסביבה וכך הגיעו מלכתחילה אל המיקרוביום של התולעים. אך כדי להוכיח את מקורם של החיידקים האלה, שכיום יש להם חשיבות כה רבה לקיומן של התולעים באחת הסביבות הקרות בעולם, נדרש מחקר נוסף.