איך בעלי חיים משגשגים בסביבות קיצוניות על פני כדור הארץ:

מחקר ממעמקי הים ועד אגמים רעילים על פני היבשה

מעבדת עמיר ספיר, החוג לביולוגיה וסביבה, אוניברסיטת חיפה, אורנים

כדור הארץ מכיל סביבות קיצוניות רבות שבהם תנאי הסביבה שונים מאוד מהסביבה בה אנו חיים. אחת הסביבות הקיצוניות ביותר, אשר מהווה את הנישה הביולוגית הגדולה ביותר על פני כדור הארץ, היא הים העמוק מ 1000 מטר. סביבה זו מאופיינת במחסור באור ובמשאבים, ולכן האורגניזמים שחיים בסביבה זו מסתמכים על כמוסינטזה (תהליך שבו גרדיאנטים של כימיקלים משמשים ליצירת אנרגיה), ולא על פוטוסינתזה. בנוסף, הים העמוק מתאפיין בלחץ גבוה ובהרי געש תת-ימיים שיוצרים גרדיאנטים כימיים. בסביבתם מתפתחות מערכות אקולוגיות מורכבות.  מקובל לחשוב שתנאים אלו מחקים את התנאים ששררו על פני הפלנטה ארץ בתחילת התפתחות החיים וייתכן אף שתנאים אלו תומכים בקיום חיים על פני כוכבי לכת אחרים. בנוסף, על פני היבשה של כדור הארץ יש מגוון של סביבות קיצוניות שכוללות אגמי מלח, ברכות גופרית, ואגמים שבהם ריכוז הרעלן ארסן גבוה ביותר. בגלל שהגישה לסביבות אלו מוגבלת, חסר עדיין מענה להרבה שאלות מדעיות חשובות שנוגעות לחיים בסביבות קיצוניות. למשל, מהו מגוון המינים בסביבות אלו, מה המבנה של חברות בעלי חיים ואלו יחסי גומלין הם מקיימים עם אורגניזמים אחרים, איך הסביבה משפיעה על הפיזיולוגיה של בעלי החיים שמשגשגים בה, ואילו מנגנונים בעלי החיים פיתחו כדי לשרוד בתנאים קיצוניים.

 המחקר שלנו מתרכז בשלוש סביבות קיצוניות:

• ארובות געשיות ((hydrothermal vents בעומק שלושה קילומטרים מתחת לפני המים, על קרקעית הים בצפון מזרח האוקיאנוס השקט.
• בארות של הגאז מתאן, בעומק קילומטר מתחת לפני הים על קרקעיתו של האוקיאנוס השקט. 
• אגם מלוח, בסיסי (pH 10), שעשיר ברעלן ארסן במדינת קליפורניה (אגם מונו). 

אגם מונו, קליפורניה

מצאנו שבים העמוק נמטודות (תולעים נימיות) הן בעל החיים הנפוצים ביותר. גילינו שאחדות מהן חדשות למדע ושחלקן מייצרות גבישי סיליקון בתוך גופן. 

אחד ממיני הנמטודות שנאספו מבאר תת-ימית של גז מתאן

משמאל: גבישי סיליקון (מסומנים בחיצים) בתוך גופה של נמטודה שבודדה מארובה תת-ימית

מימין: מבנה גביש הסיליקון

בנוסף גילינו שאגם מונו, למרות רעילותו, תומך בקיום ושגשוג של שמונה מיני נמטודות. 

נמטודות מאגם מונו

זהו גילוי מפתיע, מכיוון שעד כה היו ידועים רק שני מיני בעלי חיים שיכולים לשרוד את רעילות האגם. המחקר שלנו מצביע על כך שבאגם מונו מתקיימת מערכת מורכבת של יחסי גומלין בין בעלי חיים שונים לבין אצות וחיידקים. מחקרינו אלו מצביעים על כך שנמטודות הינן בעלי החיים הנפוצים ביותר בסביבות קיצוניות, קרוב לוודאי בשל יכולתן לעבור התאמה לתנאים הקשים השוררים בסביבות אלו.

תכנית המחקר שלנו לעתיד היא להבין מהם המנגנונים הגנטיים והפזיולוגיים שמאפשרים לבעלי חיים לשגשג בסביבות קיצוניות, להבין את התהליכים האבולוציוניים שאפשרו את התאמתם, ולאפיין בעלי חיים בסביבות קיצוניות נוספות בארץ (למשל ים המלח) ובעולם. כמו כן אנחנו מתכננים לחקור את יחסי הגומלין בין בעלי חיים אלו לבין מיקרואורגניזמים שחיים בשכנותם, למשל חיידקים ווירוסים.