מסלול מטבולי חדש נתגלה בקרקעית הים - דני וסה

מחקר בין-לאומי מגלה לראשונה כי חיידק החי בצוותאות עם צדפה בנביעות חמות תת-ימיות עושה שימוש במימן כמקור אנרגיה לייצור חומר אורגני

גילוים של המעיינות החמים התת-ימיים (Hydrothermal vents) בשנות השבעים של המאה הקודמת חולל מהפכה של ממש בהבנתנו את התהליכים המתרחשים בכדור הארץ ובתהליכי החיים. יותר מכל הופתעו החוקרים לגלות שהמעיינות השוכנים בקרקעית האוקיינוסים בעומקים אדירים, 3,000 מטרים מתחת לפני הים, הם נאות מדבר ימיים שוקקי חיים. בחשכה מוחלטת ובלחץ אדיר של עמודת המים שמעליהם חיים במעיינות תולעים, רכיכות וסרטנאים, ששורדים בזכות חיים שיתופיים עם חיידקים כימוסינתטיים. אלה מנצלים את עושר המינרלים העתירים באנרגיה כימית בסביבת המעיינות ליצירת חומר אורגני בעבור פונדקאיהם.

אגודת צדפות בקרקעית האוקיינוס וארובות שחורות של מינרלים בסביבות המעיינות החמים
צילום: Marum, Bremen University

מאז שנתגלו המעיינות על שפע החיים שסביבם ועד היום היו ידועים למדע רק שני מקורות אנרגיה שאותם מנצלים החיידקים הצוותאיים לייצור חומר אורגני: תרכובות גופרית מחוזרות ומתאן, שהחיידקים מחמצנים וקוצרים את האנרגיה המשתחררת בתהליך. כעת מצא צוות חוקרים בין-לאומי בזימים של צדפת המעמקים Bathymodiolus puteoserpentis חיידק צוותאי מחמצן תרכובות גופרית, שיכול לנצל גם מימן כמקור אנרגיה ליצירת חומר אורגני.

צוות החוקרים השתמש בשתי צוללות מחקר בלתי מאוישות שבעזרתן דגם צדפות מאתר של מעיינות חמים תת-ימיים הקרוי לוגצ'וב (Logachev), שבעומק כ-3,000 מטרים מתחת לפני הים באוקיינוס האטלנטי. משהועלו הצדפות לפני השטח, הראו החוקרים במעבדתם שעל גבי הספינה שהצדפות צורכות מימן וחישבו שאוכלוסייה של כחצי מיליון צדפות כמו זו שבאתר המחקר, יכולה לצרוך כמות מרשימה של כ-40 מיליון ליטרים של מימן בשנה, נתון שמעיד על יצרנות ראשונית משמעותית של החיידקים הצוותאיים.

ארובות "לבנות" במעיין תת-מימי באוקיינוס השקט
צילום: NOAA, wikimedia commons

בשובם למעבדתם על היבשה, זיהו החוקרים בחיידק הצוותאי את ההידרוגנאז – האנזים העיקרי שאחראי לחמצון מימן, וזאת על ידי שימוש בטכניקות מולקולריות. נוסף על כך, זיהו החוקרים בחיידקים צוותאיים של B. puteoserpentis שנדגמו באוקיינוס השקט את הגן hupL המקודד ליצירת ההידרוגנאז מחמצֵן המימן ומצאו שגן זה רווח גם בחיידקים צוותאיים של יצורים אחרים שוכני מעיינות חמים תת-ימיים, כמו תולעי הענק Riftia pachyptila וחסילוני Rimicaris exoculata.

ממצאי צוות החוקרים מצביעים כי השימוש במימן כמקור אנרגיה רווח במעיינות חמים תת ימיים, במיוחד בכאלה בהם המימן נפוץ. תוצאות המחקר פורסמו לאחרונה בשבועון Nature ויש להן חשיבות רבה, מכיוון שניצול המימן על ידי החיידקים הצוותאיים הוא פשוט ויעיל פי כמה מאשר הפקת אנרגיה מגופרית או ממתאן. ייתכן שגילוי המסלול המטבולי הזה וזיהוי הגן האחראי לחמצון מימן גזי יתרום לתחום הביוטכנולוגיה, וישמש בעתיד לפיתוח אנרגיות מתחדשות ממקור ביולוגי.

משוכני המעיינות: תולעת הענק Riftia pachyptila צילום:  Monika Bright, University of Vienna, Austria מעיינות תת-ימיים נוצרים על גבי רכסים מרכז-אוקייניים, במקום שבו שני לוחות טקטוניים ימיים מתרחקים זה מזה. עקב ההתרחקות פורצת מגמה ממעמקי כדור הארץ דרך הקרע שבין הלוחות, מתמצקת על קרקעית האוקיינוס ונוצר קרום אוקייני חדש. בהגיעם לקרבת המגמה הרותחת, מים שמחלחלים אל תוך הקרע שבין הלוחות מתחממים לטמפרטורות אדירות וממסים לתוכם מינרלים מקרום כדור הארץ. במעיינות תת-ימיים נוזל טעון זה פורץ חזרה מעלה אל קרקעית האוקיינוס בטמפרטורה של כ-400 מעלות צלסיוס ובא במגע עם מי האוקיינוס שהטמפרטורה שלהם היא כשתי מעלות בלבד. הבדל הטפרטורות גורם לשיקוע המינרלים מתוך הנוזל ואלה מצטברים סביב הנביעה ויוצרים מבנים דמויי ארובות שחורות המתנשאים לגבהים של עד 20 מטרים מעל לקרקעית.

קישורים

המאמר המקורי

פורסם בגליליאו 158, אוקטובר 2011

 באדיבות המחבר ומערכת גליליאו