הנגיפים,
שליטי האוקיינוסים

מגפת הקורונה העלתה מאוד את המודעות הציבורית לקיומם של נגיפים, אך עדיין רבים אינם מודעים לכך שרובם המוחלט של הנגיפים בטבע אינם קשורים כלל למחלות של בני אדם. למעשה, נגיפים הם הישות הביולוגית הנפוצה ביותר, ביבשה וגם בימים ובאוקיינוסים. באזורים הקרובים לחוף הריכוז שלהם במיליליטר אחד של מי ים יכול להגיע לעשרה מיליון נגיפים – פי 25-5 ממספר החיידקים החיים באותו נפח של מים.

למרות תפוצתם הרבה, רק בשנות ה-80 של המאה ה-20 התגלתה לראשונה נוכחותם במערכות הימיות, כמעט מאה שנה לאחר אחרי גילוי הנגיף הראשון. כיום אנו יודעים שהנגיפים ממלאים תפקידים חיוניים באקולוגיה הימית והעולמית, ובכלל זה בבקרה על כמויות גז החממה פחמן דו-חמצני באטמוספרה ובוויסות אוכלוסיות של יצורים ימיים.

הסטה נגיפית

נגיפים זקוקים לתא מארח ואינם יכולים להשתכפל בכוחות עצמם. בסביבה הימית הם מנצלים לצורך הזה יצורים בעלי תאים, החל ביונקים ימיים, כרישים ודגים וכלה במשאב הנפוץ והזמין ביותר עבורם: יצורים מיקרוסקופיים כמו חיידקים ומיקרו-אצות.

מיקרו-אצות הן יצורים חד-תאיים שעושים פוטוסינתזה – תהליך שממיר פחמן דו-חמצני ומים לסוכרים, שמשמשים מקור אנרגיה לכל היצורים במעלה שרשרת המזון. תוצר הלוואי של התהליך הזה הוא החמצן שאנו נושמים. בעונות מסוימות אחדים ממיני המיקרו-אצות מתרבים בהמוניהם ויוצרים פריחות ימיות בממדים עצומים, שאחראיות לחלק ניכר מייצור החמצן בעולם. אך בדרך כלל הפריחות הללו נעלמות בתוך ימים ספורים עקב תמותה נרחבת של האצות. מחקרים רבים מראים שהנגיפים אחראים לחלק מתמותת האצות הגבוהה, לצד גורמים נוספים כמו מחסור בחומרי מזון, הדבקה בחיידקים ופעילות של יצורים גדולים יותר שטורפים אותן.

כשהפריחות קורסות, תאי האצות מתפרקים והחומר האורגני שלהם שוקע ומתפזר בים. חלק ניכר ממנו שוקע למעמקי הים ומאפשר את החיים באזורים החשוכים על הקרקעית, שאור השמש אינו מגיע אליהם. כך הנגיפים מסיטים את החומר האורגני מהשכבות העליונות של הים אל השכבות העמוקות. התופעה הזאת נקראת "הסטה נגיפית", או "הסטה ויראלית". התהליך הזה הוא חלק ממנגנון משאבת הפחמן הביולוגית, שמעביר פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה לים ומאפשר לו להתקבע בקרקעית. מדובר בתהליך חשוב במיוחד בימינו, עקב הקשר ההדוק בין ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה להתחממות כדור הארץ.

נגיפים ימיים מדביקים גם חיידקים, ומחקר שנערך באוקיינוס האטלנטי הראה שנגיפים אחראים לכ-55 אחוז מתמותת החיידקים בים. כשחיידק מת, החומרים שהרכיבו אותו משתחררים למים, ויצורים אחרים יכולים לעשות בהם שימוש. גם זו תרומה משמעותית של הנגיפים לאקולוגיה הימית.

כדי שיוכלו להשתכפל, ובתוך כך להשאיר את חותמם על המערכת האקולוגית, נגיפים צריכים למצוא את התא המארח המתאים עבורם – משימה לא פשוטה במרחבי הים הפתוח. צוות חוקרים מישראל ומארצות הברית, בהובלת פרופ' אסף ורדי ממכון ויצמן למדע, מצאו שאחת הדרכים שבאמצעותן נגיפים מוצאים את מרבדי המיקרו-אצות היא בתיווכם של סרטנים מיקרוסקופיים הנקראים קופיפודים (Copepods). החוקרים מצאו בצואתם של קופיפודים שנאספו בצפון האוקיינוס האטלנטי נגיפים שמדביקים את האצה Emiliania huxleyi, האחראית לפריחות הימיות הגדולות בעולם. הקופיפודים עצמם ניזונים מהאצה ולכן נמשכים לאזורים שריכוז האצות בהם גבוה, ובאותה הזדמנות מדביקים אותן בנגיף.

ניזונים ממיקרו-אצה וכך מתווכים בינה ובין הנגיפים המדביקים אותה. קופיפודים תחת מיקרוסקופ | Laguna Design, Science Photo Library

גנבי הפוטוסינתזה

נגיפים מורכבים בין השאר מקופסית חלבון שבתוכה חומר גנטי. לעיתים נמצאים בתוך הקופסית גם גֵנים שהנגיף "גנב" מהתא החי שבו השתמש כדי להשתכפל. לדוגמה, בדגימות מים שנלקחו במהלך הפלגת מחקר באוקיינוס השקט התגלו נגיפים בעלי גֵנים האחראים לפוטוסינתזה – תהליך מורכב שהנגיף עצמו אינו מסוגל לבצע.

כשנגיפים כאלה מדביקים חיידקים מבצעי פוטוסינתזה שנקראים ציאנובקטריה (שבעבר כונו "אצות כחוליות") הם יכולים לשלוט על תהליכי הפוטוסינתזה בתא. במחקר משנת 2017, שנערך בהשתתפות צוותים מכמה מדינות ובהן גם ישראל, נמצא כי ציאנובקטריה שהודבקו בנגיפים ביצעו יותר פוטוסינתזה ובעקבות זאת עלה גם קצב ההשתכפלות של הנגיפים. מכאן עולה האפשרות שלנגיפים יש השפעה רבה על רמת הפוטוסינתזה שמבצעים יצורים חד-תאיים בים, ולכן גם על קיבוע הפחמן הדו-חמצני ועל ייצור החמצן.

נגיפים המדביקים חיידקים מבצעי פוטוסינתזה משפיעים על מידת הפוטוסינתזה. ציאנובקטריה | Hakan Kvarnstrom, Science Photo Library

נגיפים ושוניות האלמוגים

נגיפים משפיעים במגוון דרכים גם על אלמוגים. נגיפים מחוללי מחלות עלולים להשמיד שוניות אלמוגים שלמות, אך יש גם נגיפים שמתקיימים בתוך שוניות חיות ומשגשגות. חוקרים סבורים שנגיפים ממלאים גם תפקיד מרכזי בהעברה של גֵנים לחיידקים, שמשנים את תכונותיהם ומשפיעים על יכולתם לבצע פוטוסינתזה או על חילוף החומרים שלהם. הם מעורבים בעקיפין גם בשחרור של חומרי מזון מזון מהאלמוג אל מי הים. מיקרו-אצות מסוימות זקוקות לחומרים הללו לגדילתן, ולפיכך הפריחות שלהן מושפעות מאוד מפעילות הנגיפים.

שינויי האקלים מאיימים כיום על עתידן של שוניות אלמוגים רבות. כשטמפרטורת המים עולה מעבר לרף מסוים, מיקרו-אצות שחיות בסימביוזה עם האלמוג עלולות למות או לנדוד למקומות קרים יותר. בעקבות זאת האלמוגים נפגעים ועלולים גם הם למות. התופעה מכונה "הלבנת אלמוגים" בשל הצבע הלבן ששונית האלמוגים מקבלת בהיעדר האצות הצבעוניות החיות עליה.

נגיפים מדביקים גם מיקרו-אצות שחיות בסימביוזה עם האלמוג. במחקר שנערך בשונית המחסום הגדולה באוסטרליה נמצא שכאשר טמפרטורת המים עולה בחמש מעלות מעל הטמפרטורה הרגילה, נגיפים שמתקיימים בשלום בדרך כלל עם השונית תוקפים את המיקרו-אצות ומחוללים תהליך של הלבנה.

בשונית המחסום הגדולה חוקרים מצאו כי עליית טמפרטורת המים מעודדת נגיפים לתקוף מיקרו-אצות ולהזיק לאלמוגים. שונית אלמוגים | Laura Dts, Shutterstock

נגיפים למען מארג המזון

כשמין מסוים משגשג יותר מדי, האיזון האקולוגי בסביבת המחיה שלו מופר והוא עלול להשמיד את בעלי החיים או הצמחים שמהם הוא ניזון. נגיפים ממלאים תפקיד מרסן בגדילתן של אוכלוסיות של יצורים רבים – בים וביבשה. קצב ההדבקה של נגיפים עולה באוכלוסיות גדולות וצפופות וכך יכול למנוע מהן להשתלט על סביבתן על חשבון מינים אחרים. בזכות ההדבקה בנגיפים, מינים משגשגים ומתים בצורה מחזורית, בדומה לדינמיקה של טריפה.

הדינמיקה הזאת מתאפשרת גם בזכות העובדה שנגיפים יכולים לא פעם להישאר רדומים בתאים. במצב כזה הם לא הורגים את התא המארח אלא רק נמצאים בו. לא ברור לגמרי מתי ואיך נגיפים עוברים ממצב רדום למצב אלים, אך ידוע שבמהלך הפריחה של מיקרו-אצות, הצפיפות הגבוהה מכניסה את האצות למצוקה (עקה), שמעודדת את הנגיפים לעבור למצב אלים.

שינויי האקלים עלולים לשנות גם תרומתם של הנגיפים לשמירה על מארג המזון. העלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני באוקיינוס מעלה לא רק את הטמפרטורה אלא גם את חומציות המים. חוקרים חוזים שעד סוף המאה רמת החומציות תעלה בצורה משמעותית. עלייה בחומציות עלולה לפגוע במינים של מיקרו-אצות שהשלד החיצוני שלהן עשוי גיר, כמו האצה Emiliania huxleyi האחראית לפריחות הענק באוקיינוס, שכן השלד הגירני שלהן מתפרק בחומציות גבוהה.

מחקרים רבים בחנו את ההשפעות של האקלים על קצב ההדבקה של נגיפים ימיים. המחקרים מראים שבדרך כלל כשהטמפרטורה עולה בעד 15 מעלות במקומות קרים, קצב ההתרבות של חיידקים או מיקרו-אצות עולה, ואיתו גובר גם קצב ההדבקה. עם זאת הרבה מחקרים הראו שבאזורים חמים יותר המגמה היא הפוכה וקצב ההדבקה יורד עם העלייה בטמפרטורה. עדיין לא ברור מדוע זה כך ונראה כי קצב ההדבקה תלוי גם בגורמים אחרים שטרם פוענחו.

מחקרים אחרים הראו ששינויים בזמינותם של חומרים מזינים כמו זרחן, חנקן וברזל עשויים להשפיע גם הם על יכולת ההדבקה של נגיפים ימיים. שיוניים כאלה מתרחשים לעיתים מזומנות בקרבת החופים, בעיקר עקב הזרמת שפכים מזוהמים בנחלים. למרות העיסוק המחקרי הרב בנושא, אנחנו עדיין רחוקים מלהבין לעומק את מלוא ההשלכות שיהיו לשינויי האקלים על פעילות הנגיפים הימיים והשפעתם על האקולוגיה כולה.