למידה עמוקה במיוחד

מעמקי הים אפופי מסתורין. חלק מהיצורים החיים בהם חיוורים ומבהילים למראה, ואילו אחרים קטנטנים, רכים ולפעמים זוהרים. אך רוב דיירי המעמקים פשוט אינם מוכרים למדע. יכולותנו ללמוד את תהומות האוקיינוסים נותרה מוגבלת עד כדי כך שיש מי שסבורים שהמיפוי של קרקעות מאדים והירח מקיף ומפורט יותר מזה של קרקעית האוקיינוסים שלנו בכדור הארץ.

מאמצים בינלאומיים ניכרים נעשים כיום לצמצם את פערי הידע שלנו על המתרחש עמוק מתחת לפני הים. במוקד שלהם נמצא פיתוח מערכות רובוטיות מופעלות מרחוק שיהיו מסוגלות לעמוד בלחצים העצומים ששוררים במעמקים, לצלם את המתרחש שם ולאסוף דגימות. בעוד שבעבר חוקרים בעיקר שאלו מערכות רובוטיות צבאיות, בשנים האחרונות כבר משרתים את המדענים רובוטים מתוחכמים שפותחו במיוחד כדי לתעד ולאסוף דגימות בתנאים הייחודיים השוררים במערכות האקולוגיות של תהומות האוקיינוסים.

במחקר חדש שיתפו פעולה מהנדסים, חוקרי ביולוגיה ימית ואוקיינוגרפים – הישג מרשים כשלעצמו – וחנכו כלי רכב תת-ימי משוכלל שנשלט מרחוק, בשם "סאבסטיאן" (Subastian). הרובוט החדשני מסוגל לצלול לעומק מרבי של 4,500 מטר מתחת לפני הים, ללכוד בעלי חיים זעירים, לתעד, לשאוב אותם לתוכו ולקבע אותם – והכול במעמקים. באמצעות סאבסטיאן החוקרים תיעדו עד כה יותר משישים מינים שונים, ביניהם פרטים ממערכות התולעים הטבעתיות, הצורבנים, הספוגיים ועוד.

חברי הקבוצה מכינים את כלי הרכב התת-ימי לצלילה ומטפלים בזרוע הרובוטית | מקור: Jovelle Tamayo/Schmidt Ocean Institute

אגרוף קפוץ

איכות המעקב הגבוהה התאפשרה בזכות שורה של טכנולוגיות מתקדמות ששולבו ברובוט. בין השאר, החוקרים התקינו מערכת צילום בשלט רחוק המבוססת על שדה אור (Light field camera), ובה סדרת עדשות צפופות המרכיבות תמונה תלת-ממדית של האובייקט באיכות גבוהה במיוחד. בנוסף הם יצרו זרוע רובוטית שעוצבה בהשראת אומנות קיפול הנייר היפנית (אוריגמי), שאצבעותיה, הנקמצות בעדינות לאגרוף, נסגרות כמלכודת עגולה סביב היצור החי. במידת הצורך אפשר לשאוב את היצור שנלכד לתוך אחד מכמה תאים נפרדים, כדי לבודד את הדגימות זו מזו, ולהציף את הרקמה בחומרי שימור מקבעים. 

האיכות המרהיבה של התמונות היא בונוס חשוב, אבל העיקר הוא אחר: "עבור חוקרי ביולוגיה ימית, ובמיוחד אלה שעוסקים בפן המולקולרי של היצורים שחיים במעמקים, אחד הפיתוחים היותר מרשימים במחקר הוא היכולת לשאוב, לשמר ולקבע מולקולות DNA ו-RNA בתוך המים", מדגיש עומר אופנהיימר, בעל תואר שני בביולוגיה ימית מאוניברסיטת חיפה, שלא היה שותף למחקר הנוכחי. אופנהיימר השתתף בעבר בהפלגות לחקר מערכות אקולוגיות במעמקים, ובהן תופעה גיאומורפולוגית ייחודית במים הטריטוריאליים של ישראל שמכונה "הפרעת פלמחים". גם שם, לדבריו, הצוות תיעד יצורים ימיים מרתקים, אך בהיעדר טכנולוגיית שימור תת-ימית הם נאלצו להסתפק בדגימות באיכות ירודה יותר.

לדבריו, טכנולוגיה המקבעת את היצורים הללו כבר בסביבת המחיה הטבעית שלהם היא קריטית ליכולת שלנו ללמוד עליהם: "מי שרוצה לדעת אילו גֵנים פעילים אצל היצורים הללו, לא יכול להסתמך על ממצאים שהתקבלו אחרי שבעל החיים נעקר מעומק של 800 מטר, טולטל, ורק אז עבר תהליך של קיבוע", מסביר אופנהיימר. "המסע שתעבור הרקמה במקרה כזה, שכולל שינויי טמפרטורה מהותיים והבדלים קריטיים בלחצים האטמוספריים שמופעלים על הגוף בעודה נמשית מהמים, יוצר שינויים חריגים ומהירים בפעילות הגֵנים ברקמה". אם מקבעים רקמה במעמקים, ושואבים אותה באופן נקודתי ומדויק כפי שעשה הרובוט במחקר, אפשר להשיג מידע הרבה יותר אמין בנוגע למערכות הביולוגיות הקיימות במעמקים.

הסרטון מראה את הזרוע הרובוטית שעוצבה בהשראת אומנות קיפול הנייר היפנית סוגרת על היצור בלי לפגוע בו:

ארץ יצורי המעמקים 

את הפוטנציאל הגלום בשילוב הטכנולוגיות שהותקנו בסאבסטיאן הדגימו החוקרים באמצעות ארבעה מינים שאספו: שני פרטים מסדרת הסיפונופורים, פרט ממשפחת הסלפיים, ותולעת טבעתית אחת. הצלבת המידע מכל מערכות הרובוט אפשרה לחוקרים לסווג שלושה מהיצורים הללו עד לרמת זיהוי המין. להפתעתם, לשלושה מארבעת היצורים שבחנו היה מטען גנטי בעל יותר מ-20 מיליארד זוגות בסיסים של DNA, ואצל אחד מהם נמצאו 27 מיליארד זוגות בסיסים. מדובר במטען גנטי ארוך פי תשעה מזה של בני האדם. "זאת כמות מדהימה בשביל יצור שחי באוקיינוס, בלי ידיים או עיניים, שרוב גופו עשוי ג'לטין" טוען החוקר ג'ון ברנס (Burns), שהשתתף במחקר, בריאיון לכתב העת Science.

דוגמה מרתקת נוספת לאפשרויות שעומדות לרשות החוקרים בזכות שילוב הטכנולוגיות שפיתחו, התקבלה בממצאים הנוגעים לתולעת טבעתית בשם Tomopteris worm. במהלך תיעוד התנהגות התולעת במים, היא נצפתה בוחנת את סביבתה באמצעות שני מחושים קדמיים, שאורכם כמחצית מאורך גופה. לאחר תיעוד וקיבוע של התולעת, החוקרים בודדו את המחושים משאר הגוף, והשוו בין הגֵנים הפעילים בהם לאלה שבשאר הגוף. כך הם גילו שהמחושים הם חיישנים עצביים, שיש בהם קולטנים לחישה של עוצמות אור נמוכות ואותות כימיים של אמוניה – חומר פסולת שפולטים יצורים שהתולעת טורפת – ושל הטעם המתוק.

החוקרים שוקדים כעת לשדרג את המערכת כך שתוכל לדגום את היצורים כדי שנוכל ללמוד אותם ולגלות מינים חדשים, ולאחר מכן לשחרר אותם בחזרה ללא כל נזק. טכנולוגיה שכזו תאפשר לנו לגלות מינים חדשים, ללמוד על אורח חייהם, ולמצוא דרכים לשמור עליהם.