החלטות גורליות בבריכות ושלוליות

מעבדת אלון זילברבוש, החוג לביולוגיה וסביבה - אורנים

מהי ההחלטה החשובה ביותר שנקבל במהלך חיינו?

בשבילנו בני האדם זוהי שאלה קשה. אנחנו מקבלים עשרות החלטות מדי יום. לרוב ההחלטות שנקבל כמו מתי לקום, מה לאכול לארוחת הבוקר ואיזה אוטובוס לקחת לעבודה, תהיה השפעה קטנה לטווח הארוך. החלטות אחרות כמו בחירת מסלול לימודים, מקום מגורים או בן\בת זוג הן גורליות יותר, אך האם אנחנו יכולים באמת לשים את האצבע על ההחלטה הקריטית ביותר שנקבל במהלך חיינו?

אצל נקבות היתושים התשובה על השאלה הזו פשוטה יותר. נקבה של יתוש, כמו מיני חרקים רבים, אינה מטפלת בצאצאיה, והדאגה ההורית אצלה מסתכמת בהחלטה באיזה מקור מים להטיל את ביציה. במקרים רבים לא תזכה הנקבה לקיים מחזור שני של הטלות כך שהיא נדרשת לשים, באופן מילולי, את כל הביצים בסל אחד. לפיכך ישנה חשיבות עצומה מבחינת היתושה לדעת באיזה מקור מים להטיל. אם מקור המים קטן מדי, לא יהיה מספיק מזון לזחלים שיבקעו מהביצים. אם הוא צפוף מדי הם יתמודדו עם תחרות קשה, ואם יש טורפים במים יתכן שהזחלים ייאכלו מיד אחרי הבקיעה. החלטה שגויה עשויה בקלות להוביל למוות של כל הצאצאים ובכך תיכשל הנקבה בהעברה של המטען הגנטי שלה לדורות הבאים. לכן בחירת מקור מים, שיהיה מתאים להתפתחות הצאצאים היא ככל הנראה, ההחלטה החשובה ביותר שהיתושה תצטרך לקבל בחייה הקצרים.

יתוש המליחות, כוכב המחקר

למזלה, מצוידת היתושה בחוש ריח מרשים. קצות הגפיים, המחושים והבחנינים שלה מרוצפים בקולטנים הרגישים למגוון גדול של חומרים כימיים. חומרים אלו משמשים כסיגנלים הנותנים ליתושה מידע רב על סביבתה. כך מסוגלת היתושה לאתר שלולית מים קטנה בחושך מוחלט (באופן דומה היא תאתר מקור טוב לדם, אבל זה כבר לפעם אחרת). יתרה מזו, עוד לפני שהיתושה מגיעה אל המים היא מקבלת מידע רב על הרכבם. בנוסף ליכולת זיהוי של כמות החומר האורגני, רמת החומציות או המצאות מזהמים במים, יודעת היתושה מי כבר נמצא במים. ידע על ביצים, זחלים ומינים מתחרים או כאלה הטורפים זחלים, עוזרים לה להחליט בזמן קצר אם להטיל כאן או להמשיך לחפש.

בריכת הטלה נסיונית ליתושים

במעבדה של  דר' אלון זילברבוש בודקים מהם הגורמים המשפיעים על החלטה משמעותית זו. מחקר העומד להתפרסם בקרוב, מראה שלבחירת מקור המים על ידי הנקבה יש השפעות המרחיקות מעבר להישרדות הזחלים, וכי לסיגנלים הכימיים בהם נעזרת היתושה לצורך הבחירה תפקיד חשוב גם בעיצוב חברת האצות. מטרת המחקר הייתה לבדוק כיצד מאזנות נקבות מטילות בין כמה סיגנלים כימיים. לצורך זה הוצבו בשטח בריכות הטלה בעלי ריכוזי מליחות שונים אשר חצי מהם הכילו גם שטגבים טורפי זחלים (Notonectidae) הידועים כמפרישי חומר דוחה הטלות. המחקר נערך בכיכר סדום בסמוך למושב עין תמר, איזור המכיל מספר גדול של יתושים וחרקים אחרים המתרבים היטב במים מליחים. 

שטח המחקר בכיכר סדום

לאחר מספר שבועות של תיעוד ההטלות בבריכות, שמנו לב לתופעה מעניינת. בריכות שהכילו טורפים התמלאו גם באצות. התופעה הייתה כל כך ברורה עד שבבריכות אילו היינו צריכים לפנות מסך של אצות מפני המים לפני בדיקתם. דגימות של אצות שנלקחו מהבריכות הראו קשר חזק בין כמות האצות למספר זחלים של יתוש המליחות (Ochlerotatus caspius) שהיה מין היתוש הנפוץ ביותר בשטח. נקבות של מין יתוש זה (הידוע בחיבתו למים מליחים) הטילו את ביציהן על פני מגוון רב של ריכוזי מליחות אך נמנעו ממים מתוקים כשאלו הכילו זחלי יתושים של מינים מתחרים, וכן מבריכות שהכילו שטגבים טורפים. זחלים שהתפתחו בבריכות בהן כן הטילו הנקבות ניזונו מהאצות שבהן. בכך שינו הזחלים, לא רק את כמות האצות אלא גם את מבנה החברה שלהן.

מתוצאות המחקר אפשר לראות כי להחלטות שאנחנו מקבלים, לעיתים מתוך אינסטינקט וללא חשיבה מרובה, יכולות להיות השפעות מרחיקות לכת על חייהם של אחרים.

את התמונות המצורפות צילם דר' עדו צורים 

אורנים בהתחדשות

אורנים בהתחדשות

מעבדת רחל בן שלמה, לביולוגיה וסביבה, אוניברסיטת חיפה - אורנים

מה קורה ביער אורנים אחרי שריפה? עצי אורן ירושלים, מין האורן השכיח ביותר ובעל התפוצה הרחבה ביותר באגן הים התיכון, אינם שורדים את השריפות. מצד שני, הם מותאמים להתחדשות לאחר שריפה הודות לאצטרובלים בעלי מבנה מיוחד (המכונים אצטרובלים אפילים) המגנים על הזרעים מפני האש. הזרעים משתחררים מהאצטרובלים במהלך השריפה ומיד אחריה, נובטים ומאפשרים התחדשות של היער באקלים הים-תיכוני המועד לשריפות חוזרות.

הודות לתחרות מופחתת מול צמחים אחרים, נוצר תחת חופת עץ אורן ירושלים שרוף בית גידול מיטבי להתבססות והישרדות של נבטי אורן צעירים בשנות חייהם הראשונות. לכן, העצים המתחדשים לאחר שריפה גדלים באותם המקומות שבהם צמחו העצים הבוגרים לפני השריפה. לזרעי האורן יש כנפית שמאפשרת להם הפצה על ידי הרוח, אך הם גדולים וכבדים יחסית והכנפית שלהם נושרת בזמן ההפצה. בנוסף, מקורם של חלק מהזרעים הנובטים אחרי השריפה הוא מאצטרובלים אפילים הנופלים על הקרקע או נותרים על העץ השרוף. שילוב גורמים אלו מעלה השערה שמרבית הזרעים של העץ השרוף נפוצים בקרבת העץ, וזוכים לתנאים טובים לנביטה והתבססות בבית הגידול תחת חופתו.

אחרי השריפה הגדולה בכרמל, דצמבר 2010

אז האם אלה בעצם עצים ש"חיים לנצח" מבחינה גנטית, כלומר האם כל עץ שרוף פשוט מפנה את מקומו לצאצאים שלו שגדלים אחריו? תלמידת המוסמך אנה גרשברג, בהנחייתם של ד"ר רחל בן-שלמה ופרופ' גידי נאמן, בדקה את השאלה לגבי אוכלוסייה טבעית של אורן ירושלים בהר כרמל. בזמן המחקר הייתה האוכלוסייה בשלבי התחדשות, שנתיים לאחר שריפה שכילתה את כל העצים בשטח. אנה דגמה עשרה נבטים גדולים של אורן מתחת לכל אחד מעשרים עצים גדולים ושרופים. היא השתמשה בשיטות גנטיות כדי לקבוע את מידת הקרבה המשפחתית בתוך קבוצת הנבטים שמתחת לכל עץ שרוף, לבחון את המגוון הגנטי של הנבטים בתוך קבוצות ובין קבוצות, ולבדוק האם הקרבה בין קבוצות הנבטים עולה ככל שמיקומן בשטח קרוב יותר.

האצטרובלים שורדים את השריפה, וחלקם נפתחים ומפיצים זרעים לאחריה

ממצאי המחקר הראו שלא קיימת נטייה של נבטים תחת אותו עץ שרוף להיות קרובי משפחה. מרבית ההבדלים הגנטיים שנמצאו היו בתוך קבוצות הנבטים ולא ביניהן. כלל אוכלוסיית הנבטים שנבדקה התבררה כמגוונת גנטית, ולא נמצאה עדות לכך שהיא מורכבת מקרובי משפחה. בנוסף, מידת הקרבה הפיזית בין נבטים לא תאמה את מידת הדמיון הגנטי ביניהם.

תוצאות אלה מלמדות, שהפצת זרעי אורן ירושלים במהלך השריפה מתרחשת למרחקים גדולים יחסית. כתוצאה מכך, נבטים ממקורות שונים ומגוונים מתחרים על המקומות שמתפנים מתחת לעצים שרופים. היער, אם כן, משנה את פניו מבחינה גנטית כשהוא מתחדש אחרי שריפה.

חי על החסה: על הדברה ביולוגיה של חסת המים

מעבדת אלעד חיל, ביולוגיה וסביבה, אוניברסיטת חיפה - אורנים

מינים פולשים הם אורגניזמים שחרגו מתחום תפוצתם הטבעי בעקבות פעילות האדם. מינים פולשים עלולים להתפשט באזור המחיה החדש ולשבש את התפקוד של מערכות אקולוגיות ע"י דחיקה או טריפה של מינים מקומיים, שינוי אופי בתי הגידול, הפצת מחלות ועוד. אחת ההיפותזות המסבירות את הצלחת התבססות והתרבות מינים פולשים באזור חדש, היא היפותזת היעדר אויבים טבעיים (The enemy release hypothesis). ע"פ היפותזה זו מין פולש שחדר למערכת אקולוגית חדשה מתרבה ומתפשט משום שאין באזור הנפלש אויבים טבעיים המווסתים את אוכלוסייתו היות וברוב המקרים, אלה אינם מגיעים ביחד עם המין הפולש מאזור המוצא.

דוגמה למין פולש שמתפשט בארץ בשנים האחרונות הוא חסת המים (Pistia stratiotes) – צמח מים צף, עשבוני, רב שנתי הגדל במקווי מים מתוקים. חסת המים יוצרת מעטה צימוח צפוף מאד על פני המים אשר דוחק מינים מקומיים של צמחי מים, מצמצם את חילופי הגזים מפני השטח של המים ובכך גורם לירידה דרסטית בשיעור החמצן המומס במים ולעליית ריכוז ה-CO₂ במים, גורם לירידה ב-pH, לשינויים במשטר הטמפרטורה של המים ולחסימת האור הנכנס לגוף המים. בנוסף לנזק האקולוגי, נגרם נזק כלכלי כאשר המעטה הצפוף של חסת המים סותם תעלות ומקווי מים ופוגע בפעילות דיג ושיט. לא ידוע בדיוק איך ומתי הגיעה חסת המים ארצה (היא נחשבת מין אנדמי בדרום ומרכז אמריקה), אך היא נצפתה לראשונה בישראל בשנת 2004 באגמון החולה ובתעלת ניקוז ביסוד המעלה שבגליל העליון, לאחר מכן בין השנים 2005-2008 נצפתה בנחלים דרומיים יותר החל משפך נחל צלמון, דרך נחל אלכסנדר בשרון ועד נחל לכיש במישור החוף הדרומי, ובשנים לאחר מכן מוקדים נוספים התגלו בשמורת עיינות תמסח בחוף הכרמל (2009), עין ריחנייה בנחל השופט (2011) ובלגונת הזאכי (2013).

הדברה של חסת המים בישראל מבוססת על עקירה ופינוי של האזור הנגוע באופן ידני או ממוכן. שיטה זו עשויה להיות יעילה במוקדים קטנים ורק אם היא מתבצעת באופן יסודי ועקבי, אך ברוב המקרים אינה מביאה לפתרון מוחלט של הבעיה, משום שלא ניתן להגיע לניקיון מלא והחסה מתחדשת במהירות רבה משאריות בשטח. שיטת הדברה נוספת היא ריסוס של קוטלי עשבים כימיים, אך גם יעילותם של אלה מוגבלת ואף בעייתית עקב חשש לפגיעה בצמחיה, זיהום המים וירידה בשיעור החמצן במים בגלל התפרקות הביומסה הצמחית.

תעלת מים בעמק חפר, מכוסה לחלוטין בשכבה עבה וצפופה של חסת המים

דרך נוספת להתמודדות עם מין פולש היא הדברה ביולוגית - שימוש באויבים טבעיים (טורפים, טפילים או פתוגנים). כאשר המין הפולש הוא צמח, ניתן להשתמש בפרוקי רגליים צמחוניים הניזונים ממנו. במהלך 2014-15 בוצע סקר שמטרתו היתה ללמוד האם קיימים בארץ אורגניזמים הניזונים מחסת המים, שעשויים לשמש להדברה ביולוגית יעילה של צמח זה. לצורך כך נדגמו צמחי חסה ממוקדים שונים ברחבי הארץ, החל מאגמון החולה ועד נחל אלכסנדר, וכל האורגניזמים שנמצאו עליהם תועדו, תוך תשומת לב חיפוש אחר סימני אכילה או נזק על הצמחים.

חסת מים בלגונת הזאכי.

המחקר בוצע ע"י תלמידת המוסמך צליל שטרית, בהנחיה משותפת של ד"ר אלעד חיל (החוג לביולוגיה וסביבה של אוניברסיטת חיפה במכללת אורנים) וד"ר ליאורה שאלתיאל-הרפז (מו"פ צפון / מכללת תל-חי).

במהלך הדיגומים נאספו מספר מאות פרטים שנמצאו על חסת המים, חלקם זוהו לרמת המין והשאר לרמת הסדרה או משפחה. רוב הפרטים שנאספו היו פרוקי הרגליים: עכבישניים שונים (בעיקר אקריות מסדרת ה Oribatida), מעט סרטנאים, קולמבולות וחרקים שונים. בנוסף לפרוקי הרגליים נמצאו גם רכיכות (שחריר הנחלים, בועונית חדה וביתניה זעירה). באף אחד מהאתרים לא נראו צמחים עם סימני נגיסה או נזק. עושה רושם, אם כן, שרוב היצורים שאיתרע מזלם להיתפס בדגימות פשוט חיים בבית הגידול המימי בקרבת או על גבי חסת המים (למשל, זחלים של שפיריות, שטגבים, סרטנאים, זחלי ימשושים ועוד) אך לא ניזונים ממנה או גורמים לה נזק. יחד עם זאת, מבין פרוקי הרגליים זוהו שתי כנימות הנחשבות למזיקות של צמחים שונים: כנימת עלה הנופריים (The waterlily aphid, Rhopalosiphum nymphaeae) וכנימה קמחית של ההדר (Planococcus citri). כנימת עלה הנופריים – כשמה כן היא, ניזונה גם מצמחי מים אחרים, ואילו קמחית ההדרים היא כנימה פוליפאגית, הניזונה ממגוון רחב של צמחים. שתי הכנימות נמצאו בכמויות קטנות מאד וכאמור לא נראו סימני נזק האופייניים להזנה של כנימות, כגון התייבשות של עלים או חלקי צמח אחרים, או סימפטומים של וירוסים צמחיים (כנימות רבות מעבירות וירוסים שפוגעים בצמחים).

צליל שטרית חותרת בקאנו ודוגמת חסת מים בלגונת הזאכי.

אז מה עושים..?

ניתן לייבא אויב טבעי מאזור המוצא של החסה כדי לעשות הדברה ביולוגית קלאסית. הדברה ביולוגית קלאסית של חסת המים בוצעה בעולם בעיקר באמצעות Neohydronomus affinis - חיפושית ממשפחת החדקוניות שמקורה באמריקה הדרומית. החדקונית יובאה לאוסטרליה, דרום אפריקה, סנגל, זימבבואה, קונגו, חוף השנהב, מאוריטניה, פפואה-גינאה החדשה וארה"ב (פלורידה), והביאה לתוצאות מרשימות ביותר תוך מספר חודשים עד שנים ספורות. ככל הידוע מהעבודות שנעשו על החדקונית עד היום, היא ספציפית לחסת המים ואין כל דיווח על נזק שהיא גורמת לצמחים אחרים במקומות בהם שוחררה. יבוא של אויב טבעי הינו הליך זהיר וארוך של הערכת סיכונים הכולל סקר ספרות יסודי, סקר פאוניסטי של א"ט מקומיים, הנפקת אישורים מהרשויות, גידול הא"ט בהסגר על מנת לוודא שהוא אינו נושא טפילים, ביצוע ניסויים לבדיקת טווח הפונדקאים שלו כדי לוודא שלא יפגע באורגניזמים שאינם המטרה, ועוד. במקרה של יבוא פרוקי רגליים להדברת צמחים מזיקים, יש לבדוק בהסגר האם אותו אורגניזם ניזון, מטיל ומתפתח על עשרות ואף מאות מיני צמחים שונים ורק אם נמצא שהוא ספציפי לצמח המזיק שאותו רוצים להדביר, הוא משוחרר. יחד עם זאת, יש לזכור שלעולם אין לדעת אילו השפעות בלתי צפויות עשויות להיות לאורגניזם מיובא במערכת אקולוגית חדשה בטווח זמן הארוך.

איך הצב מוצא את הצבה?

מעבדת אורי שיינס, ביולוגיה וסביבה, אוניברסיטת חיפה - אורנים

בימים החמים של סוף אוגוסט ותחילת ספטמבר, באופן מפתיע, מתחילים לצאת לאוויר העולם אבקועים של צב היבשה המצוי. הצבונים הקטנים, שהזוויג שלהם נקבע על פי טמפרטורת ההדגרה (נקבות בטמפרטורה גבוהה וזכרים בטמפרטורה נמוכה יחסית), החלו את ההתפתחות כאשר הצבה האם הטילה חמש ביצים לכל היותר בתוך גומה שחפרה בסוף האביב. את הביציות שלה הפרו תאי זרע שהשאיר אצלה הזכר לפני ההטלה או תאי זרע שהיא שמרה מהזדווגויות קודמות. הצבה יכולה לשמור תאי זרע למעלה משנה, ולהחליט מתי היא תפרה את הביציות ותטיל את הביצים. מיקום ומועד ההטלה אינם אקראיים, כפי שמוצא בימים אלו המאסטרנט חן פרדוביץ. בניגוד לבני האדם שחוגגים את ט"ו באב עם בן זוג יחיד, הזוחלים (והצבים ביניהם) אינם מונוגמיים ובעונה אחת יכולים להיות עם פרטים שונים. כדי להזדווג עם הנקבה צריך הזכר למצוא אותה בתוך הסבך של החורש או הבתה הים תיכונית. 

רומנטיקה בצב היבשה

לשאלה כיצד הזכר מוצא את הנקבה מנסה לענות הדוקטורנטית בקבוצה שלנו, מאי ברנהיים. בעבודת המאסטר שלה ברמת הנדיב ראתה מאי שהזכרים הולכים בנחישות, כמו טיל מונחה, ממרחק של עשרות מטרים לעבר הנקבות ומזדווגים איתן. בניסוי שהיא ערכה בכלובים באורנים הראתה מאי, שהזכרים נמשכים לנקבות בעונת הרבייה גם כאשר אין ביניהם לבין הנקבות קשר ויזואלי. כלומר ייתכן ומדובר בתקשורת כימית כמו ריח. אין מידע כיום על תקשורת ריח בין צבי יבשה וכעת מאי בודקת מורפולוגית והיסטולוגית האם יש לנקבות  בלוטות פרומונליות שעשויות לשמש ליצירת ריח מושך לזכרים.

פגיעתו הרעה של החמצן

עקה חימצונית והשפעתה על פעילותו של אנזים מפתח בתאים

מעבדת אלה פיק, החוג לביולוגיה וסביבה, אוניברסיטת חיפה, אורנים

עקה חימצונית בתאים חיים נובעת מתהליכי חילוף חומרים כמו צריכת חמצן בזמן הנשימה, כמו גם מחשיפה לחומרים מחמצנים בסביבה. חשיפה של תאים לרמות גבוהות של עקה חימצונית עלולה לגרום לפגיעה במבנה ותפקוד של חלבונים, שומנים ונוקלאוטידים, ואף להוביל למחלות כגון סרטן ופרקינסון או לזרז תהליכי הזדקנות.

מולקולות ממשפחת האוביקוויטין נקשרות לחלבונים בתאים ושולטות על שלמותם. בכך הן ממלאות תפקיד חשוב בשמירה על מאזן החלבונים בתא ובהגנה מפני עקות שונות. אבל, עצם תהליך האיחוי של המולקולות דמויות האוביקוויטין עשוי להשתבש בגלל עקה חימצונית. תהליך זה תלוי בשרשרת של אנזימים המכילים את החומצה האמינית ציסטאין באתר הפעיל. חומצה אמינית זו ידועה כרגישה במיוחד לעקה חימצונית. על כן ייתכן שאיחוי של האוביקוויטין אל חלבון המטרה ייפגע במצב של חשיפה לתנאים מחמצנים. הסטודנטית יובל קליין (שטרית), בהנחייתה של ד"ר אלה פיק, בדקה את הרגישות לעקה חימצונית של האנזים הראשון בשרשרת אנזימטית, הדרושה לאיחויו של חלבון RUB1 דמוי האוביקוויטין ( related-Ubiquitin-1 ) עם חלבון מטרה. Rub1 הוא חלבון שמור אבולוציונית ורב-תכליתי, עם תפקיד חשוב בבקרת חלוקת התא, ובקרת התיקון של נזקי דנ"א והיציבות הגנומית.

עקת חימצון פוגעת ביכולתו של אנזים מפתח לאחות בין שני חלבונים בתא השמר

החוקרות השתמשו לצורך הניסויים בתאים של שמר אפיה, אורגניזם אאוקריוטי פשוט ביותר, המוכר לכולנו מתפקידיו הקולינריים. תאי השמרים מכילים מערכת Rub1  דומה לזו שבבני אדם. השימוש בשמר כאורגניזם מודל זו בחירה מצוינת, מפני ששמרי-אפיה, בשונה מאתנו אינם מייצרים אנרגיה מנשימה תאית חימצונית באופן בלעדי: כשמצע המזון עשיר בסוכר, הם מיצרים אלכוהול (בסיס לתעשיית היין והבירה). עם זאת, כשהסוכר במצע נגמר, השמרים צורכים את האלכוהול שייצרו, ומפיקים ממנו אנרגיה תוך נשימה תאית בנוכחות חמצן, ואז יש חשש לעקה חימצונית ולצבירת נזקי חימצון. היכולת להפריד בין שני סוגי הנשימה מאפשרת השוואה ייחודית של פעילות האנזים הראשון בשרשרת האיחוי בתנאי סביבה שונים. החוקרות השרו עקה חימצונית בשמרים גם בשיטה זו וגם בשיטה נוספת, טיפול במי חמצן, ומדדו את פעילות האנזים. ניסויים אלה הראו שתנאים חימצוניים אכן פוגעים בפעילותו של האנזים הראשון בשרשרת האחראית לקשירת RUB1, וכך נמנעת קשירתו לחלבוני המטרה. תוצאות המחקר מעלות שאלות לגבי יעילותן של מערכות הבקרה התאיות בתנאי חימצון, ולגבי הנזקים הנגרמים לתאים כשמערכות אלה משתבשות.

התמודדות עם התסכול שבלמידה: כיצד לומדות דבורים לטפל בפרחים מסובכים?

מעבדת תמר קיסר, החוג לביולוגיה וסביבה, אוניברסיטת חיפה, אורנים

כיצד בעלי חיים לומדים לבצע משימות מוטוריות מסובכות, כמו לכידה וטיפול בטרף או בניית קן? זוהי שאלה מרתקת, מפני שבעלי חיים בלתי מנוסים לעיתים קרובות נכשלים בביצוע משימות כאלה, אבל ביצועיהם משתפרים מאוד ככל שהם צוברים ניסיון. מה יכול לגרום ללומדים להתעקש, להמשיך ולהתאמן, במקום להרים ידיים? במחקר שנערך בחוג לביולוגיה וסביבה באורנים נבדקת ההשערה שבעלי חיים מסוגלים לצפות את התועלת העתידית שיפיקו מהשלמת המשימה בסוף תהליך הלמידה, ושהציפייה הזו מתמרצת אותם לתרגל את המשימה שוב ושוב. השערה זו עשויה להיראות מובנת מאליה עבור בני אדם. אולם היא מהווה חידוש עבור תורת הלמידה בבעלי חיים, המניחה שבעלי חיים יחזרו ויתרגלו רק דגמי התנהגות שהוכיחו עצמם כמוצלחים בניסיונות קודמים.

דבורת בומבוס אוספת מזון בפרח בעל מבנה מסובך

במהלך המחקר הוצגו בפני דבורי בומבוס, הניזונות מצוף ומאבקה בפרחים, פרחים מהמינים דק-פרי כלאיים, לוע הארי הגדול ותורמוס ההרים. פרחי הדק-פרי קלים יחסית לגישה ולטיפול, פרחי לוע הארי בעלי מבנה מורכב יותר, ואילו פרחי התורמוס הם המסובכים ביותר. 

דק-פרי כלאיים, בעל מבנה פשוט

לוע הארי הגדול, בעל מבנה בינוני

תורמוס ההרים, בעל מבנה מסובך

מחצית מהפרחים מכל מין  (פרחים פשוטים) טופלו כך שהדבורים יוכלו להגיע בקלות לגמול מזון (מי סוכר) שהוכנס לתוכם, בעוד שהגישה לגמול המזון בפרחים האחרים (פרחים מסובכים) הייתה קשה יותר. מעקב אחרי התנהגות הדבורים הראה שהייתה להן העדפה ראשונית ומולדת לפרחים המסובכים. דבורים מנוסות טיפלו בפרחים המסובכים מהר יותר מאשר דבורים חסרות ניסיון, אבל פרחים מסובכים דרשו זמן טיפול ארוך יותר מאשר פרחים פשוטים אפילו מדבורים מנוסות. למרות זאת, הן ביקרו בפרחים המסובכים לעיתים קרובות לאורך כל הניסוי. היו הבדלים גדולים בין דבורים בשכיחות הביקורים בפרחים המסובכים. בניגוד להשערה הראשונית, שיעור הבחירה בפרחים מסובכים לא היה קשור לקצב הלמידה של הטיפול בפרחים אלה, אלא לשלב ההתפתחות של כוורת הדבורים.

מחקר זה נערך על ידי ד"ר שיוואני קרישנה, בהנחייתה של פרופ' תמר קיסר ובמימון הקרן הלאומית למדע. תוצאות ראשונות מהפרויקט הוצגו השבוע בכנס בין-לאומי באיטליה. המשך המחקר יעזור להבין כיצד פרחים בעלי מבנה מסובך שורדים בטבע, למרות שלדבורים קשה יותר להאביק אותם בהשוואה לפרחים בעלי מבנה פשוט. אנחנו מקווים שהמחקר גם ישפוך אור על מנגנוני למידה של מטלות מסובכות נוספות בבעלי חיים אחרים, ואולי גם באדם.

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.