חוקרים גילו ביערות המנגרובים הקאריביים חיידק באורך ממוצע של סנטימטר, המכיל מבנה שמזכיר גרעין תא, שאינו קיים אצל חיידקים אחרים
ביולוגים נדהמו לגלות חיידק ענקי ולא מוכר, גדול כל כך שאפשר לראות אותו אפילו בלי מיקרוסקופ. האורך הממוצע של החיידקים ממין זה הוא סנטימטר, פי 5,000 מרוב החיידקים המוכרים, ונמצאו גם פרטים שאורכם מגיע לשני סנטימטרים. לחיידק מבנה ייחודי, שונה מהמבנה האופייני והמוכר של חיידקים, וממדיו מותחים את הגבולות של מה שחשבנו שאפשרי מבחינה ביולוגית לאורגניזם חד-תאי.
אורכו של חיידק טיפוסי מגיע ל-2 מיקרומטרים (0.002 מילימטר) בלבד, ואפשר לראותו רק במיקרוסקופ. החיידק הגדול ביותר שהיה מוכר עד כה, Thiomargarita namibiensis, מגיע לאורך של 0.75 מילימטר. אך מתברר כי ביערות המנגרובים באזורים הקריביים, יערות של עצים ושיחים הגדלים בתוך מים מליחים, חיים חיידקים ענקיים שאיש לא שיער את קיומם. החוקרים קראו למין Thiomargarita magnifica. הממצאים המפתיעים פורסמו במאמר שעדיין לא עבר ביקורת עמיתים [עדכון 24 ביוני 2022: המאמר עבר ביקורת עמיתים ופורסם בכתב העת Science].
גדול פי 5,000 מרוב החיידקים המוכרים. צילום מוגדל של חלק מחיידק Thiomargarita magnifica | צילום מתוך מאמר המחקר
מדוע חיידקים אינם גדולים בהרבה?
חוקרים מכמה אוניברסיטאות בקליפורניה שהתבוננו בצמחים ביערות המנגרובים הבחינו כי חיים עליהם יצורים מוזרים הנראים כחוטים דקים. הם לא העלו על דעתם שמדובר בחיידקים, אך כאשר בחנו אותם במיקרוסקופ, ראו כי כל חוט כזה הוא למעשה תא יחיד באורך ממוצע של סנטימטר, ונמצאו גם חיידקים שאורכם שני סנטימטרים. אורכם של החיידקים גדול פי עשרה מהגודל המקסימלי שסברו עד כה שחיידקים יכולים להגיע אליו מבחינת התפקוד הביולוגי. החיידקים שהתגלו חיים בסביבה עתירת גופרית.
מדענים חשבו בעבר כי חיידקים חייבים להיות קטנים בגלל מגבלות ביופיזיקליות. זאת משום שהחיידקים, הנחשבים לאורגניזמים פשוטים חסרי מנגנוני הובלה פנימיים, מסתמכים על דיפוזיה כדי להעביר ברחבי התא חלבונים, חומרי הזנה וחמצן, וגם כדי להיפטר מרעלים. דיפוזיה היא תנועה אקראית של מולקולות מאזור שבו ריכוז החומר גבוה לאזור שריכוז החומר בו נמוך יותר. המרחק והקצב שמולקולות יכולות לעבור בדיפוזיה מוגבלים, לכן הובלה באמצעות דיפוזיה מתאימה לאורגניזם בסדר גודל של כמיקרומטר אחד, אך לא ליצור גדול יותר, משום שחומרי המזון לא יתפשטו ביעילות בכל שטח התא. החוקרים מצאו כי החיידק שגילו עוקף את המגבלה הזו באמצעות שק גדול מאוד מלא בנוזל הנמצא במרכז התא ותופס 73 אחוזים מנפחו. השק דוחס את כל שאר תוכן התא למרווח שבינו לבין הקרום העוטף את התא, וכך מקטין בפועל את החלל שחומרי ההזנה צריכים להתפזר בתוכו ומאפשר תנועה יעילה של חלבונים, חומרי הזנה ופסולת.
רוב תכולת התא נדחסת לרווח הצר שבין שק הנוזל לקרום החיצוני. מבנה סכמטי של החיידק| איור מתוך מאמר המחקר
שובר את הכללים
החיידקים שייכים לקבוצת האורגניזמים הפרוקריוטים, שאין להם גרעין והחומר הגנטי שלהם מפוזר בחלל התא. רוב מכריע של האורגניזמים בטבע, כולל כל הצמחים ובעלי החיים, שייכים לקבוצה האחרת, אֵיקריוטים. אצלם החומר הגנטי ארוז בגרעין התא, ויש להם מערכת פנימית שאחראית על שינוע והובלה של חומרים בין חלקי התא.
החיידק שהתגלה מטשטש את הגבולות בין פרוקריוטים לאיקריוטים ומציב סימן שאלה מעל כל מה שחשבנו על חיידקים. הגנום העצום שלו כולל 11 מיליון זוגות בסיסים ו-11,000 גנים, כמעט פי שלושה מהגנום של חיידק ממוצע. באופן מפתיע, החומר הגנטי שלו אינו נמצא בתא בצורה חופשית כמו בחיידקים אחרים, אלא עטוף בקרום, בדומה לגרעין התא של האיקריוטים המורכבים יותר. בשונה מתאים איקריוטים, אצל החיידקים האלה גם הריבוזומים, מפעלי החלבונים של התא, נמצאים עם החומר הגנטי בתוך מעטפת הקרום הזה, וכך החיידק יכול לייעל את ייצור החלבונים על פי ההוראות ב-DNA שלו. שום חיידק אחר המוכר לנו אינו כולל מבנים כאלה הכורכים יחד את החומר הגנטי והריבוזומים, והחוקרים הציעו לתת להם את השם פפינים (pepins).
גודל לא צפוי שעשוי לשנות את התפיסה על התפתחות החיים המורכבים. החיידק שהתגלה ביחס לכמה חיידקים ואורגניזמים אחרים | תרגום מתוך מאמר המחקר
הגילוי הייחודי מעורר שאלות רבות: האם הגודל של החיידק מקנה לו יתרון אבולוציוני? ואם כן - מהו? האם יש לשק הנוזל הגדול תפקידים נוספים חוץ מקיצור מרחקי הדיפוזיה? האם האריזה של החומר הגנטי עם הריבוזומים בתוך מעטפת קרומית היא המקור להתפתחות הגרעין של האיקריוטים? האם החלוקה המקובלת בין פרוקריוטים לאיקריוטים איבדה מתוקפה? האם יש עוד חיידקים או אורגניזמים אחרים בעלי מאפיינים דומים? כדי לענות על שאלות אלה, כמו גם על רבות אחרות, יידרש עוד מחקר רב. החוקרים מקווים כי מחקרי המשך יסייעו לפענח חלק מהתעלומות, ואולי יעזרו לנו להבין את מקומם של חיידקים אלה באבולוציה ובתהליכים שאיפשרו את התפתחותם של אורגניזמים בעלי גרעין תא, ושל החיים הרב תאיים, מתוך העולם הפרוקריוטי הקדום.
