המיקרוסקופ התת-ימי שעוקב אחרי אלמוגים

שוניות האלמוגים יוצרות מבנים עצומים בגודלם, שאת חלקם אפשר לראות בעין בלתי מזוינת אפילו מהחלל החיצון. הן משמשות בית ליותר מרבע ממיני בעלי החיים שבאוקיינוס, והחשיבות האקולוגית והכלכלית שלהן עצומה. אולם למרות גודלן הן מורכבות למעשה מיצורים זעירים, שעד כה היה כמעט בלתי אפשרי לחקור בסביבתם הטבעית. מיקרוסקופ חדש, שפועל מתחת לפני המים, עשוי לפתור את הבעיה.

שוניות אלמוגים הן אוסף של מושבות אלמוגים, וכל מושבת אלמוגים היא צבר של פוליפים קטנים שגודלם עומד על מילימטרים בודדים. מקורה של כל מושבה כזאת הוא בפוליפ אחד שהשתכפל, בקצב גדילה אטי שמגיע בתנאים מיטביים לסנטימטרים ספורים בשנה.

המחקר הביולוגי של השוניות מורכב מאוד, מכיוון שלא תמיד קל לגדל אלמוגים במעבדה ולדמות את תנאי האוקיינוס, ואילו בים הפתוח קשה מאוד לעקוב אחריהם. המיקרוסקופ החדש, שמכונה BUM (Benthic Underwater Microscope) נועד לענות על האתגר ומאפשר מעקב מיקרוסקופי עד רמת המיקרומטר (אלפית המילימטר) בתנאי הסביבה הטבעית.

אתגר הצילום המיקרוסקופי
קבוצת החוקרים ממכון סקריפס לאוקיינוגרפיה בסן דייגו, יחד עם חוקרים מאוניברסיטת בר אילן, אוניברסיטת חיפה והמכון הבין-אוניברסיטאי לחקר הימים באילת, עובדת כבר כמה שנים על פיתוח המיקרוסקופ. המטרה לא פשוטה: יצירת מכשיר שיוכל לעבוד על קרקעית הים ולעקוב אחרי אורגניזמים בסביבתם הטבעית תוך הפרעה מזערית לאורח חייהם.

צילום מיקרוסקופי, ובמיוחד צילום תת-ימי, מציב כמה אתגרים: ראשית, יש לעבוד עם צמצם פתוח כדי לקבל את כמה שיותר אור, אך בגלל זה רק חלק מהאובייקטים נמצאים במוקד. שנית, כדי לצמצם את הפגיעה וההתערבות באובייקט הנחקר יש להתרחק ממנו כמה שיותר. ולבסוף, מכיוון שהמכשיר מוצב בסביבה טבעית משתנה, הוא עלול לזוז כל הזמן ולכן דרושה יכולת מיקוד אוטומטית.

החוקרים פתרו את הבעיות האלה באמצעים טכנולוגיים מתקדמים, כמו עדשות המשנות את צורתן, נורות LED לחשיפה מהירה ועדשות מיקרוסקופ בעלות אורך מוקד גבוה. התוצאה היא מכשיר שמסוגל להפריד עצמים עד גודל של 2.2 מיקרומטר, ומרחק העבודה הוא 65 מילימטר לפחות, כך שאפשר לעקוב אחרי יצורים חיים ברזולוציה גבוהה בלי כל מגע בהם.

כמו כן, אורגניזמים ימיים רבים, כגון הזואוקסנטלות שחיות בשיתוף עם האלמוגים, פולטים קרינה פלואורסצנטית, שגם אחריה אפשר לעקוב באמצעות המיקרוסקופ. כדי לפתור את בעיית עומק השדה תוכנן המכשיר כך שיצלם כל תמונה כמה פעמים עם נקודת מוקד שונה. כשמרכיבים כל התמונות יחד מתקבלת תמונה תלת-ממדית שלמה.

שאלות רבות
השימוש במיקרוסקופ התת-ימי מאפשר לחוקרים לעקוב אחרי תהליכים רבים שמתרחשים במושבת אלמוגים, כמו תהליך ההלבנה שנצפה באתרים רבים ברחבי העולם. על גבי האלמוג חיות אצות המספקות לו מזון, אך לעתים, בתנאי מצוקה, האצות עוזבות את האלמוג וגורמות לו לאבד את הצבע. אם בתוך זמן מה לא יתיישבו עליו אצות חדשות, מושבת האלמוגים כולה עלולה למות. החוקרים עקבו אחרי אלמוגים בשלבים שונים של הלבנה, שעברו תהליך של התיישבות מחדש של אצות, וזיהו דפוס לתהליך זה, אך לא ברור עדיין מה משמעותו.

כיוון אחר שאפשר לחקור הוא היחסים בין פוליפים בתוך המושבה ובין מושבות שונות. החוקרים עקבו למשל אחרי צמד פוליפים מאותה מושבה ששלחו זרועות זה לעבר זה, במעין נשיקה, וחושבים שאולי כך מועברים חומרי מזון בתוך המושבה.

אפשרויות השימוש המחקריות במיקרוסקופ התת-ימי רחבות מאוד. מעבר לאלמוגים אפשר לעקוב גם אחרי יערות של אצות, מצעים של עשבי ים ועוד. אף שהמעקב הזה נעשה בקנה מידה קטן מאוד, לתהליכים שמתרחשים בממד זה יש השלכות רחבות היקף על מערכות החיים בכל האוקיינוס, שההבנה שלנו לגביהם עדיין שטחית מאוד.

עד כה נבנו שני מיקרוסקופים כאלה. התקווה היא שהביקוש מצד חוקרים נוספים יאפשר לפתח ולייצר מכשירים נוספים, שירחיבו את הידע וההבנה שלנו על תהליכים שמתרחשים ברמה המיקרוסקופית בקרקעית הים.