חיים בים המוות - אהרון אורן

למרות שמו "ים המוות", בים המלח מתקיימים יצורים חיים - חיידקים אוהבי מלח ואצות מיקרוסקופיות, לעתים אף בכמויות אדירות. אולם השינויים הגדולים - בגלל תנאים אקלים ומעשה ידי אדם - המתרחשים באגם, הופכים מיקרואורגניזמים אלה לנדירים יותר ויותר.

מיקרואורגניזמים שבודדו מים המלח: האצה הירוקית דונליאלה וכמה מיני חיידקים אוהבי מלח אדומים

אם נרצה להעלות בדמיון את גן העדן ודאי שלא נחשוב על ים המלח דווקא: מכל בחינה אפשרית הוא קרוב יותר לתיאור התופת והגהינום: הרי זה "המקום הנמוך ביותר בעולם", החום הלוהט השורר בסביבתו חודשים רבים בשנה, תרכובות הגופרית, סיפורי החטא הקדמונים והעונש הנורא שניחת על האזור, ויותר מכל - ריכוז המלח הגבוה עד כדי רוויה, כל אלה הופכים אותו אנטיתזה למושג מים חיים. ואכן, אין הוא סביבה מסבירת פנים עבור רוב צורות החיים. ריכוז המלחים בו גבוה ביותר, והוא אף נמצא בעלייה. בתוך כך חלה גם עלייה בריכוזם היחסי של מלחי מגנזיום וסידן.

אמנם, יצורים עילאיים אינם מסוגלים להתקיים במי ים המלח, אך - בניגוד לתפיסה הרווחת - באגם אכן מתקיימים חיים: אצות מיקרוסקופיות וחיידקים, ולא זו בלבד, אלא שלעתים - בכמויות גדולות מאוד. המיקרואורגניזמים בים המלח מותאמים לקיום בתנאי מליחות-על. היום, ריכוז המלחים כה גבוה והרכב המלחים כה חריג עד שאותם מיקרואורגניזמים, שבדרך-כלל יכולים להתקיים בתנאי מליחות-על, אינם יכולים לחיות בים המלח. ואולם, כאשר מגיעים לאגם מי שיטפונות רבים, המוהלים את שכבת המים העליונה - וזאת בחורף גשום במיוחד, נוצרים התנאים לשגשוגן של המוני אצות וחיידקים בים המלח, ומי האגם "פורחים" אז בצבע אדמדם.

"אגם וולקאני, ים-המוות: בלי דגים, חסר-צמחייה, שקוע עמוק בתוך האדמה. אין רוח שתישא את הגלים, אפורים כעופרת, מי-רעל ערפיליים. גופרית הם קראו לזה מומטרת ארצה: ערי-הכיכר: סדום, עמורה, אדום. כולם שמות מתים. ים-המוות בארץ מתה, אפורה וזקנה".
ג'ימס ג'ויס, יוליסס (1922) תרגום: יעל רנן

מאז ומתמיד נחשב ים המלח לסביבה עוינת לחיים. ואכן, נשאלת השאלה: כיצד מסוגלים יצורים חיים להחזיק מעמד במים הרוויים במלח, עם ריכוז המלחים המגיע עד לכ-340 גרם לליטר, ובהרכב מלחים ייחודי, כזה שמונע אף את גידולם של המיקרואורגניזמים המותאמים לקיום בתמיסות מרוכזות של מלח בישול (NaCl). השם "ים המוות" (באנגלית: Dead Sea וכינויים דומים מופיעים בשפות אחרות) משקף את הדעה הרווחת, שאגם זה אינו מאפשר קיום חיים. שם זה הופיע לראשונה במאה השנייה לספירה. מעניין שהעדר יצורים חיים לא הודגש אף פעם במקורות היהודיים הקדומים: בתנ"ך מכונה האגם "ים המלח", "ים הערבה" או "הים הקדמוני", ובתלמוד "ימא דסדום" - אף לא אחד משמות אלה מרמז על העדר חיים. מכל מקום, הדעה שאין יצור חי המתקיים בים המלח רווחת גם היום, ורוב מדריכי הטיולים מציינים בפני התיירים המבקרים באזור כי האגם חסר חיים.

אלא שהעובדות שונות במקצת. כבר בשנות השלושים של המאה הוכח כי בים המלח מתקיימים מיקרואורגניזמים ייחודיים. בתנאים מסוימים מספרם יכול להגיע לממדים אדירים, בזמנים אלה אין כלל צורך לשאול האם קיימים חיים בים המלח; צבעם האדמדם של המים, הנובע מקיום מיליארדים של חיידקים אדומים בכל ליטר, מכריז על התשובה.

כימיה ופיזיקה - שאלה של חיים ומוות

לתכונות הפיזיקליות והכימיות של מי ים המלח השפעה ישירה על החיים בו, ומן הראוי לתארן כאן.

ים המלח הוא "המקום הנמוך ביותר" על פני כדור הארץ. כיום מפלס המים נמצא כ-411 מטרים מתחת לפני הים התיכון. מפלס זה עבר שינויים מרחיקי לכת בשנים האחרונות, והדבר השפיע השפעה ניכרת על תכונות האגם. המחקר המודרני הראשון שעסק בתכונות הפיזיקליות והכימיות של ים המלח נערך בשנים 1960-1959 על ידי אנשי המכון הגאולוגי. בתקופה זו עמד המפלס על 393 מטרים מתחת לפני הים, וים המלח השתרע על שטח גדול בהרבה מאשר היום. האגם היה מורכב משני חלקים: האגן הצפוני העמוק והאגן הדרומי הרדוד (עומקו היה כ-8 מטרים בלבד). מצר הלשון (שעומקו היה כ-6 מטרים) הפריד בין שני האגמים. רוב האטלסים מציגים עדיין תמונה זו.

השינויים המהירים שחלו בים המלח מקורם בשינויים במאזן המים של האגם ושל אגן ההיקוות שלו. מפלס המים באגם נקבע על-ידי המאזן שבין כמות המים הנכנסים מדי שנה משיטפונות החורף, מנהר הירדן ומנחלים נוספים, לבין מידת ההתאדות. באקלים החם שבסביבת ים המלח התאדות המים מהירה ביותר - כ-105 סנטימטרים לשנה. כיום אין איזון בין קצב כניסת המים המתוקים לבין קצב ההתאדות. בשנים הראשונות של המאה שלנו מפלס המים היה כ-391 מטרים, כלומר כ-20 מטרים מעל המפלס הנוכחי מאז חלה ירידה מתמדת במפלס. מקורה הראשון של ירידה זו היה שינויים באקלים. מאז הפעלת המוביל הארצי, בתחילת שנות השישים, חלה הקטנה ניכרת ביותר בכמויות המים הזורמות אל ים המלח דרך נהר הירדן, והתוצאה הייתה ירידה מזורזת במפלס האגם - כ-60 סנטימטרים לשנה בממוצע בעשרים השנים האחרונות. בעקבות זאת, בשנת 1976 נותק האגן הדרומי הרדוד מהאגן הצפוני, וכיום האגן הדרומי אינו קיים עוד. השטח של האגן הדרומי ז"ל מכוסה כיום בבריכות האידוי של מפעלי ים המלח ושל מפעל האשלג הירדני. מפלס הבריכות האלה גבוה בכ-10 מטרים ממפלס המים באגן הצפוני, ובריכות האידוי הראשונות (מול בתי המלון של עין בוקק) ניזונות במים המועלים מן האגן הצפוני בעזרת משאבות הממוקמות מול המצדה.

לשינויי המפלס נודעה השפעה ניכרת על התכונות הפיזיקליות והכימיות של ים המלח. במחקרים שנערכו בשנים 1960-1959 התברר כי ים המלח היה גוף מים משוכב, עשוי שכבות מים נפרדות. ארבעים המטרים העליונים של המים באגן הצפוני היו בעלי מליחות נמוכה יחסית: כ-300 גרם לליטר. בשכבת מעבר (בין 40 ל-80 מטר) עלתה המליחות באופן הדרגתי, כך שבמי העומק התקיים ערך אחיד וגבוה - כ-332 גרם לליטר. הפרש המליחויות התבטא בהבדלים בצפיפות המים: מים קלים יחסית (שמשקלם הסגולי כ-1.205 גרם למ"ל) בפני השטח, ומים כבדים יותר (כ-1.233 גרם למ"ל) בעומק. הפרש זה במשקל הסגולי הוא שמנע משכבות המים להתערבב. שכבת המים התחתונה הייתה אל-אווירנית (שרויה בתנאים של חוסר חמצן), ועשירה בסולפידים (יוני גופרית). בגלל הירידה במפלס הים, עלתה במשך השנים מליחותה של שכבת המים העליונה, עד שבפברואר 1979 עלתה מליחות מי השטח לערך כה גבוה שהמשקל הסגולי של שכבת המים העליונה השתווה לזה של מי העומק. התוצאה הייתה ערבוב של גוף המים כולו, וכך התבטלו התנאים האל-אווירניים בעומק.

מאז אותו ערבוב של שנת 1979 הופיע מצב חדש בים המלח. בדרך כלל פני הים מלוחים מאוד (כ-340 גרם מלחים לליטר). התחממות המים של פני השטח בחודשי הקיץ אמנם גורמת לירידה קטנה במשקל הסגולי, אך התקררות המים בתחילת החורף מביאה לערבוב מחודש. אולם, כאשר מגיעים לאגם מי שיטפונות רבים בחורף גשום מהרגיל, נוצר מחדש שיכוב, המבוסס על הפרשי מליחות. אירוע כזה התרחש בחורף 80-1979, כאשר מי השיטפונות שהתערבבו במי השטח יצרו שכבה בעובי של כ-5 מטרים (בעלת משקל סגולי של כ-1.2 גרם למ"ל). רק בסוף 1982 התאדו המים שנוספו, וחל ערבוב מחודש. כמויות מים גדולות הרבה יותר נכנסו לים המלח בחורף 92-1991, שהיה חורף קר במיוחד, בו כוסתה ירושלים בשלג רב. מלבד מי השיטפונות מהאזור, נוספו לאגם מים רבים גם מנהר הירדן , וזאת לאחר פתיחה ממושכת של סכר דגניה. התוצאה הייתה היווצרות שכבה מהולה בעובי 5 מטרים, עם מליחות נמוכה עד כדי 260 גרם מלחים לליטר (מיהול לכ-70 אחוז מהמליחות המקורית). רק בסוף 1995 התבטל השיכוב שנוצר בעקבות החורף הגשום ההוא.

הרכב המלחים בים המלח ייחודי ושונה לחלוטין מכל יתר גופי המים מלוחי-העל שבעולם, בכך שהם עשירים במלחי נתרן, מגנזיום וסידן, הקשורים עם יוני כלור. בים המלח יוני המגנזיום והסידן מהווים כ-57 אחוז מסך כל היונים החיוביים (קטיונים), וזאת בהשוואה לכ-13 אחוזים בלבד במי ים!

תרומת קטיונים אלה אף גדלה והולכת. כיום, ים המלח רווי מבחינת יוני נתרן לפיכך כל ירידה נוספת במפלס גורמת לשקיעה של גבישי מלח בישול (NaCl), ובתוך כך חלה עלייה בריכוזי המגנזיום, הסידן והאשלגן. כך, בגלל שקיעה עצומה של מלח ב-15 השנים האחרונות, רוב קרקעית האגם מכוסה בשכבה עבה של מלח בישול.

בתנאים מסוימים מספרם יכול להגיע לממדים אדירים, בזמנים אלה אין כלל צורך לשאול האם קיימים חיים בים המלח; צבעם האדמדם של המים, הנובע מקיום מיליארדים של חיידקים אדומים בכל ליטר, מכריז על התשובה.

לא לווייתנים, אבל...

בסוף שנות השלושים התברר כי בים המלח מתקיימים יצורים חיים זעירים - מיקרואורגניזמים. בנימין אלעזרי-וולקני, אז סטודנט לתואר דוקטור באוניברסיטה העברית בירושלים, ערך מחקר על הביולוגיה של ים המלח. במסגרת עבודתו, שתוצאותיה הראשונות פורסמו ב-1936 בכתב העת נייצ'ר (Nature). וולקני תיאר מגוון אצות וחיידקים, ומאוחר יותר אף חד-תאיים כגון אמבות וריסניות, שהצליח לבודד מים המלח. מקצת החיידקים שבודדו היו חיידקים הלופיליים (אוהבי מלח) שצבעם אדום. בודדו גם חיידקים אל-אווירניים (שחיים בתנאים של חוסר חמצן), ובחיפוש אחר יצורים פוטוסינתטיים נתגלו אצות ירוקיות חד-תאיות מסוג דונליאלה (Dunaliella) - אצות שהיו מוכרות מסביבות בעלות מליחות-על במקומות אחרים בעולם. עבודתו החלוצית של וולקני הוכיחה באופן חד-משמעי כי ים המלח אינו "ים המוות". שיטות עבודתו אפשרו לקבל תוצאות איכותיות בלבד, ולא מידע כמותי על מספרם ותפוצתם של המיקרואורגניזמים השונים. אגב, בנימין וולקני משמש עד היום כפרופסור במכון סקריפס בסן דיאגו, קליפורניה.

ההערכות הכמותיות הראשונות של צפיפות אוכלוסיות המיקרואורגניזמים בים המלח נעשו בשנות 64-1963 על ידי פרופ' איאן קפלן מאוניברסיטת לוס אנג'לס, במסגרת שנת שבתון שעשה בישראל. בבדיקות מיקרוסקופיות נתגלו מיקרואורגניזמים במספרים גבוהים מאוד: בליטר מים שנאספו מפני השטח נצפו בין שלושה מיליארד לתשעה מיליארד חיידקים! לצורך השוואה נציין כי מי הים התיכון מכילים, לכל היותר, כמה מאות מיליוני חיידקים לליטר. גם מספרם של תאי האצות נתבררו כגבוהים מאוד: עד ארבעים מיליון תאים לליטר מי-שטח. לעבודות הכמותיות האלו לא היה המשך עד סוף שנת 1979, כאשר התחלתי במחקריי על הביולוגיה של ים המלח. יש להצטער על העדר נתונים כמותיים לתקופה שבין 1964 ל-1979, תקופה שבה התרחשו, כאמור, שינויים מרחיקי לכת במבנה הפיזיקלי של האגם.

שיכוב וערבוב המים בים המלח. חתך בים המלח, מצפון לדרום. בשנים 60-1959 שיכוב יציב עם שכבת מעבר בעומק 80-40 מטר; ב-1979 לאחר ערבוב האגם; וב-1992, לאחר שמי השטפונות הרבים יצרו שיכוב חד ב-5 המטרים העליונים של גוף המים. שימו לב לירידה המתמדת במפלס המים ולהעלמות האגן הדרומי.

היום ברור שמגוון המיקרואורגניזמים בים המלח מצומצם למדי, כפי שניתן לצפות בסביבה כה קיצונית. האצה דונליאלה היא הייצור הפוטוסינתטי היחיד המתקיים באגם. האצה מקיימת פוטוסינתזה בעזרת הכלורופיל שבכלורופלסט שלה. היא מקבעת פחמן דו חמצני לחומר אורגני, וכך מגדילה את מקורות המזון הזמינים לחיידקים.

מספר חיידקים הלופיליים-קיצוניים שצבעם אדום בודדו מים המלח. חיידקים אדומים כאלה ידועים גם ממקווי מים אחרים בעולם, שבהם יש מליחות-על. דוגמה לכך אפשר לראות בבריכות המלח של חברת המלח באילת; בריכות הגיבוש הרוויות במלח בישול נצבעות, בעיקר בחודשי הקיץ, באדום הודות לאוכלוסיות צפופות מאוד של חיידקים אוהבי-מלח אדומים.

כאשר בדקו את "ייחוסם" הסיסטמטי של החיידקים בים המלח, התברר כי אין קרבה אבולוציונית ביניהם לבין רוב מיני החיידקים שאנו מכירים: החיידקים ההלופיליים שייכים לממלכת הארכיבקטריה (Archaebacteria) קבוצה שבשלב מוקדם באבולוציה של החיים על פני כדור הארץ נפרדה משתי הקבוצות האחרות: האיבקטריה - הקבוצה הכוללת את רוב החיידקים המוכרים, והאיקריוטים - הקבוצה שעמה נמנים בעלי החיים, הצמחים, האצות, הפטריות והחד-תאיים. ייתכן שלפחות מקצת מהחיידקים האדומים שבודדו מים המלח ייחודיים לסביבה זו. המינים שבודדו מים המלח כוללים את Haloferax volcanii (המכונה על שם בנימין וולקני) Haloarcula marismortui (על שמו של ים המוות בלטינית), Halorubrum sodomense, ו-Halobaculum gommorense (על שם סדום ועמורה, בהתאמה). איננו יודעים עדיין מי מהמינים הללו שולט בפריחות החיידקים המתפתחות מעת לעת באגם. כל החיידקים האלה הם הטרוטרופיים, כלומר, הם זקוקים לחומרים אורגניים מן המוכן. ואולם, מין אחד לפחות (Halorubrum sodomense) מסוגל, בתנאים מסוימים, לנצל את אור השמש כמקור אנרגייה; האור נבלע בו בצבען הסגול בקטריורודופסין ומאפשר פוטוסינתזה.

בין החיידקים שבודד וולקני מים המלח נמצאו גם נציגים של ממלכת האיבקטריה, וגם היום ניתן לבודד חיידקים כאלה מהאגם, אך מבחינה כמותית חשיבותם בים המלח משנית. מספר חוקרים ניסו לבודד מים המלח חיידקים אל-אווירניים, המחזרים יוני סולפט (SO₄^2-) לסולפיד (S^2-). לפני ערבוב הים בשנת 1979 הכילו, כזכור, מי העומק יוני סולפיד, וקיימות עדויות לכך שסולפיד זה מקורו ביולוגי. ובכלל, יש עניין רב במחזור הגופרית באגם, שמאז ומתמיד היה קשור קשר הדוק לגופרית.

"וה' המטיר על-סדום ועל-עמורה גפרית ואש מאת ה' מן-השמים"

(בראשית יט: 24)

ואולם טרם הוברר מיהו החיידק האחראי על יצירת הסולפיד בקרקעית ים המלח.

ים המלח לפי "קווי עומק" (מטרים מתחת למפלס הים התיכון).  קו החוף נמצא במפלס 411 מטרים כך שהעומק המרבי של האגם הוא כ320- מטרים.

ים המלח לפי "קווי עומק" (מטרים מתחת למפלס הים התיכון). 

קו החוף נמצא במפלס 411 מטרים כך שהעומק המרבי של האגם הוא כ320- מטרים.

החיים המלוחים

כל המיקרואורגניזמים החיים בים המלח חייבים להיות מותאמים לחיים בריכוזי מלח גבוהים ביותר. הדבר נכון, כמובן, גם לגבי חיידקים ואצות המתקיימים בתנאי מליחות-על במקומות אחרים בעולם, מקומות בהם ריכוז המלח קרוב לרוויה.

אחד הגורמים העיקריים המכתיבים את תפקודם של המיקרואורגניזמים אוהבי-המלח הוא, שקרומיות תאיהם, בדומה לקרומיות תאיהם של כל היצורים החיים האחרים, חדירות למים. פירוש הדבר הוא כי הריכוז הכללי של החומרים המומסים בתוך התא חייב להיות דומה לזה שמחוץ לתא, במי הים. לו היה ריכוזם בפנים התא נמוך יותר, מים היו ממהרים לצאת, בתהליך האוסמוזה, מתוך התא החוצה, והתא היה מתכווץ ומתייבש. תכונה נוספת משותפת כמעט לכל היצורים החיים על פני כדור הארץ היא, שריכוז המלחים בתוך התא נותר נמוך יחסית, שכן בריכוזי מלח גבוהים רוב האנזימים אינם מתפקדים. בנוסף לכך, מסיסותם של אנזימים, כמו גם חלבונים תוך-תאיים אחרים, מוגבלת בסביבות מלוחות מאוד. הדרך שבה יצורים הלופיליים שונים מתמודדים עם אתגרים אלה שונה בקבוצות האורגניזמים השונים.

האצה דונליאלה, בדומה לרוב היצורים החיים האחרים, מחזיקה ריכוזי מלח נמוכים בתוך התא. האיזון האוסמוטי נשמר בה הודות לריכוזים גבוהים של גליצרול (גליצרין). תא הדונליאלה מייצר גליצרול, המצטבר בתוך התא בריכוז גבוה, וכך נמנעת יציאה אוסמוטית של מים. לתאי הדונליאלה יכולת להסתגל במהירות לשינויים פתאומיים בריכוזי המלח בסביבתם. התאים חסרי דופן קשיחה, והם מסוגלים להתנפח ולהתכווץ לפי התנאים. כאשר מעבירים תאי דונליאלה מריכוז מלח נמוך יחסית לריכוז גבוה יותר, התאים מתכווצים במהירות; הקטנת נפח התא מגדילה את ריכוז הגליצרול, עד שמושג איזון אוסמוטי לפי המליחות החיצונית החדשה. אחר כך התא מתחיל לייצר מולקולות גליצרול חדשות, ואז הוא חוזר לנפחו המקורי. לעומת זאת, ירידה במליחות החיצונית גורמת להתנפחות אוסמוטית של התא, תוך ירידה של ריכוז הגליצרול התוך-תאי ביחס ישיר להגדלת נפחו. מאוחר יותר תא הדונליאלה מפרק גליצרול, וכך חוזר לנפחו המקורי. מנגנון הוויסות האוסמוטי הזה מקנה לדונליאלה מידה גדולה של גמישות מבחינת ריכוזי המלח שבהם היא מסוגלת לחיות.

החיידקים ההלופיליים האדומים הם יוצאי דופן בתכונותיהם: חיידקים אלה צוברים מלח, במיוחד אשלגן כלורי (KCI), בריכוז דומה לריכוז המלח החיצוני. אסטרטגיה זו של הסתגלות לחיים במליחות גבוהה מחייבת התאמה של כל המנגנונים האנזימיים בתוך תא החיידק, כך שמתאפשרת פעילות תקינה למרות ריכוזו הגבוה של אשלגן כלורי בתא. מתברר שלכל החלבונים שבחיידקים אלה מבנה מיוחד - תכולה גבוהה ביותר של חומצות אמיניות חומציות. לכן חלבונים אלה יציבים ופעילים רק בריכוזי מלח גבוהים, ואין הם מתפקדים בסביבות דלות במלחים. לפיכך החיידקים ההלופיליים האדומים מוגבלים לסביבה שבה ריכוזי המלח גבוהים ביותר, ויכולתם להסתגל לשינויים במליחות הסביבה מוגבלת.

המיקרואורגניזמים החיים בים המלח חייבים להתמודד לא רק עם ריכוזי מלח גבוהים במיוחד, הם גם צריכים לתפקד בהרכב הייחודי של המלחים במי האגם. כאמור, הקטיונים של מגנזיום וסידן מהווים חלק ניכר מכלל המלחים שבמי ים המלח. עמידותם של מיני החיידקים ההלופיליים שבודדו מים המלח לריכוזים גבוהים של קטיונים אלה גדולה יותר מעמידותם של מינים מקבילים שבודדו מסביבות עתירות מלח אחרות. הידע שלנו על המנגנונים המאפשרים חיים בתמלחות שבהן כלוריד המגנזיום הוא המלח העיקרי עדיין מצומצם וחלקי.

החלבון שמושך את המים - מרית סלוין

כל תאיהם של היצורים החיים עטופים בקרום חדור ליונים ולמולקולות מים. הואיל והריכוז הפנימי של המלח בתאים שואף להשתוות לריכוז החיצוני, הרי במים מלוחים מאוד יאבדו התאים נוזלים ויצטמקו. החיידקים ההלופיליים מצליחים לשמור בתוך התא ריכוז מלחים דומה לזה שבים המלח ,וכך מונעים בריחת מים מהתא. אך, לעומת זאת, בריכוזי מלח גבוהים שוקעים חלבונים, וכאשר אינם מסיסים, הם לא מסוגלים לתפקד. מה, אם כך, מאפשר לחלבוני התא לתפקד בריכוזי מלח כה גבוהים?

צוות חוקרים מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן למדע החליט לבדוק האם המבנה של חלבוני החיידקים ההלופיליים שבים המלח שונה מזה של חיידקים אחרים. הם חקרו את החיידק הלוארקולה מריסמורטוי (Haloarcula marismortui), ובו בחרו בפרדוקסין - חלבון המשתתף בתהליכי יצירת האנרגיה בתא. כדי למצוא מבנה תלת ממדי של חלבון מגבשים תחילה את החלבון, ואחר כך מפציצים את הגביש בקרני-X (רנטגן). הקרינה מוחזרת מהגביש במישורים שונים, בהתאם למבנה התלת ממדי של החלבון, והיא יוצרת תמונת דיפרקציה (השתברות). את נתוני התמונה מנתחים בתהליך יקר וממושך, באמצעות שיטות מתמטיות ומחשוב מתוחכם.

"לאחר שפענחנו את מבנה החלבון, ניסינו לראות האם אפשר להבין את סוד פעולתו בריכוזי מלח גבוהים, זאת באמצעות השוואה לחלבונים דומים ביצורים שאינם אוהבי מלח", אומרת דר' מיכל הראל, שחוקרת את הנושא יחד עם דר' מנחם שהם, דר' פליקס פרולוב ופרופ' יואל זוסמן. התברר שבמולקולת חלבון הפרדוקסין של החיידק ההלופילי יש אזור נוסף שאינו קיים בפרדוקסין של חיידקים "רגילים". אזור זה ושאר פני המולקולה טעונים במטען חשמלי שלילי חזק יחסית, ולכן הם מושכים אליהם מולקולות רבות של מים ושל יונים טעונים במטען חשמלי חיובי. מולקולות המים והיונים החיוביים מקיפים את החלבון במעין שכבת מגן צפופה במיוחד. "שכבה זו שעוטפת את החלבון בחיידק שלנו היא הרבה יותר צפופה מאשר באורגניזמים שאינם חובבי מלח. כאן היה לנו הבדל משכנע שקשור כנראה ליכולתו של החיידק לחיות בסביבה הקשוחה וההרסנית של ים המלח", אומרת הראל.

דינמיקה של אוכלוסיות

ברוב מקווי המים בעולם המצטיינים במליחות-על (אגמים טבעיים כגון ימת המלח הגדולה שביוטה, ארה"ב, או בריכות אידוי להפקת מלח) מתקיימות אוכלוסיות צפופות של חיידקים הלופיליים, וגם מינים שונים של דונליאלה מצויים בהם בכמויות גדולות בדרך כלל. הצפיפות הגבוהה נובעת, בין היתר, מהעדר חד-תאיים ובעלי חיים אחרים הניזונים מן האצות החד-תאיות והחיידקים.

בהעדר אוכלוסייה מווסתת של אוכלי אצות וחיידקים, גודל האוכלוסיות במקווי מים שבהם מליחות-על נקבע בדרך כלל רק על ידי הזמינות של חומרי מזון אי-אורגניים ואורגניים, ואולם בים המלח קיים גורם נוסף, ייחודי - הריכוזים הגבוהים של יוני מגנזיום וסידן. כזכור, ריכוזים אלה אף גדלו והלכו בשנים האחרונות.

רק בסוף 1979 התחילו לעקוב באופן שיטתי אחר השינויים המתרחשים באוכלוסיות האצות והחיידקים בים המלח. יש להצטער על כך שפרט למדידות הבודדות שנעשו בשנים 64-1963' לא קיימים נתונים כמותיים על המיקרואורגניזמים בים המלח לפני שהתרחש ערבוב עמודת המים בתחילת 1979. מאז 1980 יש בידינו נתונים רבים על הביולוגיה של האגם, המלווים במידע על השינויים הכימיים והפיזיקליים שחלו בעמודת המים בתקופה זו. ללא הנתונים על המבנה הפיזיקלי של עמודת המים לא היה אפשר להבין כראוי את התהליכים הביולוגיים המתרחשים.

בשנת 1980 הופיעה פריחה צפופה של האצה דונליאלה בחודשי הקיץ, שבשיאה נמצאו כמעט תשעה מיליארד תאי אצה בליטר, אשר התפתחו בשכבת המים העליונה. לקראת סוף אותה שנה הצטמצם מספרן באגם, ובעקבותיהן שגשגו חיידקים אוהבי-מלח אדומים, שמספרם הרקיע עד כדי עשרים מיליארד לליטר. אוכלוסייה צפופה זו העניקה לאגם כולו צבע אדמדם בחודשי הסתיו של 1980.

את שרשרת האירועים שהובילה להתפתחותם ההמונית של אצות וחיידקים בשנת 1980 אפשר לתאר כך: חורף 80-1979 היה חורף גשום במיוחד, מי שיטפונות מהלו את השכבות העליונות, תוך הורדת המליחות. המליחות הנמוכה יחסית אפשרה לדונליאלה להתרבות. בהיותה יצור פוטוסינתטי, המשתמש באור השמש כבמקור אנרגייה להטמעת פחמן דו-חמצני לחומרים אורגניים, דרושים לאצה חומרי מזון אי-אורגניים - מקורות חנקן, גופרית וזרחן. תרכובות חנקן וגופרית קיימות במי ים המלח בשפע, אך לא כן זרחן. השיטפונות הרבים גרפו כנראה לאגם כמויות גדולות של תרכובות זרחן, ואלו אפשרו לאצות לשגשג.

החיידקים ההלופיליים האדומים ניזונו והתפתחו מהחומרים האורגניים שיצרה הדונליאלה. יש עדויות לכך שגליצרול, המיוצר, כזכור, בכמויות גדולות בתאי האצות כמייצב אוסמוטי, הוא המרכיב העיקרי ב"תפריט" החיידקים. מתברר כי חלק מסוים מן הגליצרול דולף אל מחוץ לתא האצה והופך זמין לחיידקים, והשאר הופך זמין בעת מותן של האצות והתפרקותן.

כאשר פסקו התנאים להיות מתאימים לקיום האצות, הן בגלל עלייה במליחות המים עקב האידוי המוגבר בחודשי הקיץ והן בגלל מחסור בתרכובות זרחן ובחומרי מזון אחרים, תאי הדונליאלה נעלמו מנוף המים. ייתכן שמקצתן התפרקו, וחלקן יצרו תאי קיימא בעלי דופן עבה, שמסוגלים לשרוד תקופות ממושכות, אלה שקעו לקרקעית האגם. אוכלוסיית החיידקים נשארה ברובה במצב של פעילות נמוכה במים. ייתכן שכמצב זה, של מחסור בחומרי מזון אורגניים, החיידקים שורדים, בחלקם, הודות לצבען בקטריורודופסין, שבעזרתו התאים מסוגלים להשתמש באור השמש כמקור אנרגיה חלופי.

פריחות עונתיות כפי שנצפו בשנת 1980 לא מתפתחות מדי שנה; למעשה מדובר בתופעות נדירות, שקיומן מותנה בהיווצרות שכבת מים עליונה שהיא מהולה במידה מספקת. לאחר תום השיכוב, בסוף שנת 1982, החלה תקופה בת תשע שנים שבהן הפך ים המלח כמעט ל"ים המוות": לא הייתה כל עדות לתאי דונליאלה במים, ונשארה רק אוכלוסיית חיידקים דלה. בכל התקופה הזאת הייתה מליחותה של שכבת המים העליונה גבוהה ביותר, מלח בישול שקע, והיחס בין ריכוזי הקטיונים הדו-ערכיים (סידן ומגנזיום) לחד-ערכיים (נתרן ואשלגן) המשיך לעלות.

אולם, המיקרואורגניזמים שאכלסו בעבר את ים המלח לא נכחדו. בתום החורף הגשום מאוד של 92-1991' אוכלוסיית הדונליאלות התפתחה במהירות וכך גם אוכלוסיית החיידקים. פעם נוספת הפך ים המלח אדום הודות לחיידקים אוהבי-מלח, אלא שגם הפעם דעכו הדונליאלות במהירות, ואילו החיידקים שמרו על מספרם הגבוה עד לערבוב מחודש שאירע בנובמבר 1995. היום ים המלח מתקרב פעם נוספת למצב של "ים המוות".

הנטייה למליחות קיצונית במי ים המלח צפויה להמשך גם בעתיד, והתוצאה תהיה שמי ים המלח יהיו דומים בתכונותיהם לתמלחות המצויות כיום בבריכות האידוי בשטח של האגן הדרומי לשעבר, תמלחות שבהן אין יצורים חיים.

פטריות המלח שמעוגנות בקרקעית ים המלח.
צילום: החברה להגנת הטבע

אחרית החיים או תעלת הימים?

הביולוגיה של ים המלח עשויה להשתנות בצורה מרחיקת לכת אם, אי-פעם בעתיד, תמומש אחת התוכניות לחיבור ים המלח עם הים התיכון או עם ים-סוף. תוכנית "תעלת הימים", כפי שגובשה בשנות השבעים, אמורה הייתה לחבר את ים המלח עם הים התיכון בעזרת תעלה ומנהרה, ולנצל הפרשי מפלס של יותר מ-400 מטר לצורך הפקת אנרגיה הידרו-חשמלית, ובתוך כך לשמור על מפלס ים המלח בערך קבוע. זו הייתה תוכנית קורצת כאשר מחירי הדלק בעולם היו גבוהים מאוד. מחקרים רבים, ובכללם כאלה שהזכרנו, נערכו כדי לנסות ולענות על שאלות הקשורות לגאולוגיה, לכימיה, לפיזיקה ולביולוגיה של ים המלח. הערכות כלכליות של התוכנית, יחד עם שיקולים פוליטיים הקשורים להשפעת הפרויקט על הצד הירדני של האגם, הובילו לביטול התוכנית בשנות השמונים. בעקבות הסכמי השלום עם ירדן, ייתכן שתיפתח דרך לפיתוח משותף של תעלה מים-סוף לים המלח, לתועלת שתי המדינות.

להזרמת כמויות גדולות של מי הים התיכון או מי ים-סוף אל ים המלח תהיה, ללא ספק, השפעה מרחיקת לכת על החיים באגם. היווצרות שכבת מים בעלת מליחות נמוכה יחסית, הצפה על פני התמלחות הכבדות, נראית בלתי נמנעת. כל המחקרים - תצפיות בים המלח עצמו וניסויי הדמיה במעבדה - מצביעים על כך שעידן הפריחות הצפופות של מיקרואורגניזמים בים המלח עשוי אז לשוב ולפקוד את האגם. ואולי אי פעם בעתיד ישכשכו בים המלח אפילו דגים, על פי חזונו של הנביא יחזקאל:

"והיה כל-נפש חיה אשר ישרץ אל כל-אשר יבוא שם נחלים יחיה והיה הדגה רבה מאד כי באו שמה המים האלה וירפאו וחי כל אשר-יבוא שמה הנחל. והיה יעמדו עליו דוגים מעין גדי ועד-עין עגלים משטוח לחרמים יהיו למינה תהיה דגתם כדגת הים הגדול רבה מאד"
(יחזקאל מז: 10-9)

אולם, יש לצפות שגם בזמן ההוא ייוותר מקום גם למיקרואורגניזמים אוהבי המלח, שהרי הנביא ממשיך:

"בצותו וגבאיו ולא ירפאו למלח נתנו"
(יחזקאל מז: 11)

לקריאה נוספת:

אלי רז (1993) ספר ים המלח, הוצאת רשות שמורות הטבע - מועצה איזורית תמר
אהרון אורן (1981) צורות חיים בים המלח. מדע כ"ה: 171-168.

Scientific American. The Dead Sea. October 1983: 84-91.

פרופ' אהרון אורן נמנה עם סגל המכון למדעי החיים באוניברסיטה העברית, ומכהן כמנהל מרכז משה שילה לביוגאוכימיה ימית. מחקריו עוסקים באקולוגיה של מקווי מים מלוחי-על, ובפיזיולוגיה ובביוכימיה של המיקרואורגניזמים החיים בהם.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 18, עמ' 43-36, אוקטובר 1996.

האם האבולה שינתה היסטוריה? - מרית סלוין

האם מגפת הדבר שהתחוללה באתונה בשנים 430־427 לפני הספירה לא ה״תה אלא מגיפת אבולה? יש חוקרים החושבים כך. המגפה המסתורית הסרת התקדים סימנה את תום תקופת שלטון פריקלס באתונה, כמו גם את חיסול המלחמה עם ספרטה, והחישה, ככל הנראה, את סופו של תור הזהב של יוון. ההיסטוריון היווני תוקידידס מספר כי באורח פתאומי הופיעה באתונה מחלה קשה שמוצאה ״באתיופיה ליד מצרים, שעברה אל עבר מצרים ולוב", ואז ״פתאום תקפה את אתונה״. תוקידידס, שהיה מניצולי המגפה, מציין כי יותר מ־300,000 אתונאים (אחד מכל שלושה) מתו מהמחלה, שסימניה היו חום גבוה, שלפוחיות בעור, הקאות, כיבים במעיים ושלשולים. רוב הקורבנות מתו כשבוע לאחר התפרצות המחלה.

נגיף אבולה במיקרוסקופ אלקטרונים
CDC/Frederick A. Murphy

החוקר פטריק אולסון (Olson) אפידמיולוג מהמרכז הרפואי הימי בסן־דיגו, קליפורניה, סבור כי נגיף האבולה עשוי להיות הגורם למגפה המסתורית. במכתב שכתב לכתב העת ״התפרצות מחלות חדשות״ (Imerging Infections Diseases), הוא מציין כי המחלה המסתורית ביוון כמו מחלת האבולה, שפרצה בזאיר ב־1995, הופיעו ונעלמו בפתאומיות, ובשתיהן הקורבנות מתו בתוך זמן קצר. מה שעורר במיוחד את תשומת לבו היו הגיהוקים שאפיינו 15 אחוזים מנפגעי האבולה - סימפטום לא רגיל, שהוזכר גם על ידי תוקידידס. קיימים עוד רמזים תומכים: באי סנטוריני שליד אתונה נמצאים שרידים של ציורי קיר מינואיים, ובהם רואים קופים ירוקים, הידועים כפונדקאים של נגיף האבולה. הנגיף יכול היה בקלות להיות מופץ על ידי מלחים מספינות שהגיעו מאפריקה לאתונה.

לצערם של החוקרים, לא נותרו כל עדויות גנטיות על אופיו של הנגיף המסתורי, וזאת בגלל העובדה שהיוונים שרפו את כל מתיהם כדי למנוע הידבקות.
,

פורסם ב"גליליאו" 18, ספטמבר/אוקטובר 1996

מתנוקוקוס (Methanococcus) - מיקרואורגניזם יחודי שאינו חיידק

 

בשנת 1977 הסעיר Carl Woese את העולם המיקרוביולוגי בהכריזו, שקבוצת מיקרואורגניזמים שנתגלתה זה מקרוב, אינה חידקים, אלא קבוצה סיסטמתית עצמאית שקרא לה ארכיאה (Archaea).

בתחילת 1996 קיבלה גרסה זו חיזוק חד משמעי, לאחר שמכון למחקר גנומי בגייטסברג, מרילנד, סיים למפות את כל הרצף של אחד מחברי הקבוצה הנ"ל - Methanococcus jannaschii. מיקרואורגניזם זה חי במעמקי הים בסמוך לנביעות חמות מאד. האורגניזם משגשג בטמפרטורה של כ-100°C ומתרבה תוך שהוא מנצל תרכובות אי-אורגניות בלבד, ומפריש מתאן כתוצר לוואי.

Methanococcus jannaschii ©UC Berkeley Electron Microscope Lab

קרול בולט, שעמדה בראש הקבוצה הכריזה בכנוס של מחלקת האנרגיה של ארה"ב, שהצליחו למפות את רצף ה-DNA של האורגניזם הכולל 1.7 מיליון זוגות בסיסים. לחלק הארי של הגנום לא נמצא מקבילות ברצפים של גנים השמורים במאגרי המידע.

Methanococcus jannaschii הינו המיקרואורגניזם השלישי שכל רצף הגנים בו נקבע, לאחר המופילוס אינפלואנזה (Haemophilus influenzae) ומיקופלסמה גניטליום (Mycoplasma genitalium).

תקציר המאמר מ-Science: 

פורסם ב"סינתזיס" 14, ספטמבר 1996.

שם הארכאון השתנה  בהמשך  ל- Methanocaldococcus jannaschii

קולטן נוסף לנגיף האיידס - איתי בן-פורת

בשבועות האחרונים ראתה אור אחת מפריצות הדרך החשובות ביותר בחקר נגיף האיידס: חוליה חשובה התבררה במנגנון החדירה של הנגיף לתאים. מאז 1984 ידוע כי נגיף האיידס חודר תאי לימפוציטים מסוג T של מערכת החיסון על ידי היצמדות לקולטן המכונה CD4, שנמצא על פניהם. תאים אלה נהרסים כאשר מתפתחת מחלת האיידס. ב־1986 גילו כי לא די בקולטן זה כדי לגרום להדבקה, ומעורב בה, ככל הנראה, גורם נוסף. הדבר התברר בניסויי מעבדה, בהם יצרו תאים של קוף או עכבר, שעל פניהם נמצא קולטן ה־CD4, ומצאו כי לא ניתן להדביק תאים אלה בנגיף. מזה כעשר שנים מתנהל החיפוש אחר קולטנים נוספים, ועד כה לא נראו תוצאות. אולם, בשבועות האחרונים התפרסם בכתבי העת Science  ו-Nature גילויים של שני קולטנים חדשים לנגיף האיידס.

צילום במיקרוסקופ אלקטרונים של נגיפי איידס שמקיפים תא-T ה״כדורים״ בתמונה הם הנגיפים,
והנגיף המסומן בחץ מצוי בתהליך חדירה לתא.

לפני כחצי שנה התפרסמה עבודה של רוברט גאלו (Gallo) וצוותו ממכון הבריאות הלאומי בארה״ב אשר גילו כי מספר חומרים הקרויים ׳׳כימוקינים׳׳, המעורבים בתהליכים דלקתיים בגוף, מעכבים הדבקה בנגיף האיידס. עיכוב כזה יכול להתרחש אם החומרים הללו נקשרים לאותו קולטן שאליו נקשר הנגיף בתאי ה־T ובכך מתחרים בו ומונעים את קשירתו לתא. הגילוי הוביל למירוץ לזיהוי הקולטנים שאליהם נקשרים הכימוקינים. שלוש קבוצות מחקר גילו במקביל קולטן כזה הנקרא 5-CC-CKR, שנחוץ להדבקת תאים על ידי נגיף האיידס. ואכן צרוף הקולטנים CC-CKR-5-ו CD4  מאפשר הדבקה של תאי קוף או עכבר על ידי הנגיף.

באותה עת נתגלה קולטן נוסף שכונה fusin, הפועל אף הוא באופן דומה, על ידי אדוארד ברגר (Berger) וקבוצתו, מהמכון הלאומי לאלרגיה ומחלות מידבקות בוושינגטון, ארה״ב. לגילוי הקולטנים החדשים עשויה להיות חשיבות מכרעת בחקר מחלת האיידס. אחד הקשיים הגדולים ביותר בחקר המחלה כיום הוא חוסר האפשרות לערוך ניסיונות בחיות מעבדה, שכן הנגיף מדביק רק בני־אדם ושימפנזים. גילוי זה עשוי לאפשר פיתוח חיות מודל שניתן להדביק בנגיף - למשל עכברים שיישאו את הקולטנים לנגיף על תאיהם. בחיות כאלה ניתן יהיה לחקור את המנגנון שבו הנגיף הורס את התאים ולנסות לפתח טיפולים וחיסונים למחלה. זיהוי הקולטנים פותח כיוונים חדשים בטיפול: פיתוח חומרים אשר ייקשרו לקולטנים אלה וימנעו את קשירת הנגיף. ידוע זה מכבר כי אחוז קטן מהאוכלוסיה עמיד בפני הידבקות בנגיף האיידס. אפשרות מעניינת העולה ממצאים אלה היא כי אצל האנשים העמידים פגום אחד מהקולטנים שנתגלו, ולכן הנגיף אינו יכול לחדור לתאי ה-T שלהם. ממצאים אלה, יחד עם השגים חדשים בתחום הטיפול הרפואי במחלת האיידס, מהווים את פריצת הדרך הגדולה ביותר בחקר האיידס בעשור האחרון.

פורסם ב"גליליאו" 18, ספטמבר/אוקטובר 1996

אולי אנחנו לא לבד - עקיבא בר-נון

האם הגיע הרגע שחיכינו לו מאז שנשאנו את עינינו לשמים? האם אמנם התגלתה העדות הראשונה לחיים מחוץ לכדור הארץ? העדויות ממחקר שנמשך שנתיים, על מטאוריט שהגיע אלינו ממאדים, מראות כי אמנם ייתכן שנמצאים בו מאובנים של חיידקים בני 3.6 מיליארד שנים, הדומים למאובני החיידקים הראשונים, בני אותו גיל, שנמצאו בסלעי הארץ.

כאשר עדויות אלו יאומתו על ידי מחקרים נוספים, והמסקנות על מאובנים של חיים פרימיטיביים על מאדים יאושרו גם הן, נדע לבטח כי גם על מאדים, שכננו במערכת השמש שנוצר, כמו כדור-הארץ לפני 4.5 מיליארד שנה, החלו החיים באותה תקופה שהם נוצרו על פני כדור הארץ הקדום.

אם אכן כך, הרי יצירתם של חיים מחומר לא חי הוא תהליך הקורה די בקלות, במשך מיליארד השנים הראשונות להיווצרותה של פלנטה, כאשר התנאים מתאימים (תנאים מתאימים הם חוסר חמצן חופשי ונוכחות מים נוזליים). אם אמנם החיים נוצרים בקלות יחסית, הרי צפיפות החיים בגלקסיה שלנו, המכילה כמאה מיליארד כוכבים שלחלק ניכר מהם יש פלנטות, יכולה להיות גדולה.

יש לזכור כי החיים שאנו מדברים עליהם פרימיטיביים ביותר - חיידקים בלבד. החיידקים שלטו על פני כדור הארץ במשך כשלושה מיליארד שנים, מעת היווצרותן לפני כ-3.6 מיליארד שנים ועד לפני כ-700 מליון שנים, אז החלו להופיע יצורים גדולים ומסובכים יותר.האדם הופיע רק לפני 3 עד 5 מיליון שנים, והציוויליזציה שלנו היא בת פחות מ-10,000 שנים - רק שלוש מיליוניות מגיל החיים על פני כדור הארץ. בכדי שנוכל להעריך את הסיכוי ליצור קשר רדיו עם ציוויליזציות אחרות, יש לשאול כמובן אם שלוש מיליוניות אלו הן הכרחיות בהתפתחות החיים ולכך יש לנו רק דוגמה אחת - על פני כדור הארץ.

באשר לממצאים מהסלע של מאדים. סלע זה, שמשקלו כ-1.5 קילוגרמים, נתגלה בשנת 1984 באנטארקטיקה באזור הנקרא Allan Hills לכן סימונו ALH 84001. קל למצוא מטאוריטים באנטארקטיקה: קירות הסלע המתגלים בשברים בולטים בקרח הלבן. כמו כן, בגלל הקור העצום והיובש הרב שבעקבותיו (יותר מאשר בסהרה), יש שם מעט מאוד מיקרואורגניזמים היכולים לזהם את המטאוריטים. לפי עובי שכבת הקרח, שכב המטאוריט שם כ-13,000 שנים מאז הגיע לכדור הארץ. לפי חשיפתו לקרינה קוסמית בחלל, לפני שהגיע לארץ, נראה ששהה שם כ-15 מיליון שנים, מאז הותז מפניו של מאדים על ידי פגיעת מטאוריט גדול. עד היום יש בידינו 12 מטאוריטים שהגיעו ממאדים הנקראים קבוצת SNC לפי מקומות מציאתם (Shergotty Nakhla - Chassihny).

לבד מכדור הארץ, מאדים הוא המתאים ביותר במערכת השמש ליצירת חיים. ליצירת חיים דרושים מים נוזליים, כדי שהחומרים האורגניים יתמוססו בהם ויפעלו זה על זה עד ליצירת אבני היסוד של החיים. מרחקו של מאדים מהשמש גדול פי 1.5 מזה של הארץ, לכן הוא מקבל פי 2.25 (1.5 בריבוע) פחות קרינה מהשמש, וכיום הטמפרטורה השוררת בו מצויה מתחת לאפס, ומימיו קפואים בקטבים ומתחת לפני הקרקע - בצורת קרח-עד (פרמהפרוסט), כפי שאנו מכירים באנטארקטיקה.

אולם, צילומי פני הקרקע של מאדים מורים בבירור כי אי פעם היו על פניו מים נוזליים. על פני הכוכב אפשר להבחין בוואדיות שנוצרו על ידי מים נוזליים, ואף באזורי שיטפונות גדולים. גם המטאוריטים שהגיעו ממאדים מכילים מינרלים שנוצרו בנוכחות מים נוזליים. לכן סביר להניח כי בשחר ימיו הכיל מאדים באטמוספרה שלו כמויות גדולות יותר של פחמן דו-חמצני ואדי מים אשר על ידי אפקט החממה גרמו לטמפרטורת שטח די גבוהה כדי לאפשר את קיומם של מים נוזליים ולא רק קרח, כמו היום. מאדים החם התקרר במשך השנים. המים קפאו ואחריהם גם הפחמן הדו חמצני. עם היעלמותם של גזי החממה הללו (המחממים כיום את כדור הארץ) קפא מאדים ונותר קר עד היום. פעילות אקראית שמתרחשת בו גורמת לחימום הקרקע תוך התכת הקרח וגרימת שיטפונות אדירים שהעדות להם נראית כיום בצילומי מאדים.

המטאוריט שנבדק הוא סלע בזלת סדוק הנשבר בקלות לאורך הסדקים. הוא התגבש לפני 4.5 מיליארדי שנים, באותה עת בה נוצר כדור הארץ. לפני 3.6 מיליארדי שנים, בהיותו במאדים, זרמו לתוך הסדקים מים ובתוכם פחמן דו חמצני מומס. הם הפכו במשך הזמן לתרכובות פחמן מוצקות (גיר). בתוכן נמצאו כדורים, אף הם בנויים מתרכובות פחמן, ומסביבם קליפה של ברזל חמצני (מגנטיט) וברזל גפריתי שניהם נוצרים בכדור הארץ על ידי תהליכי חמצון וחיזור של חיידקים. ליד תרכובות הברזל נמצא חומר אורגני - תרכובות ארומטיות פוליציקליות (PAH), הדומות לנפתלין שאנו מכירים. חומרים אלו נוצרים בחימום של חומר חי לטמפרטורות גבוהות בהיעדר חמצן. ההרכב האיזוטופי של תרכובות הפחמן ושל החומרים האורגניים מראה בבירור שאלו אינם זיהומים שנרכשו על פני הארץ, אלא מקורם במאדים. כמו כן הרכב הסלע עצמו דומה להרכב סלעי מאדים, כפי שהראו הבדיקות שנערכו על פני מאדים בשנת 1976 על ידי שתי חלליות הוויקינג שנחתו עליו. הן חיפשו מיקרואורגניזמים החיים שם היום, אך הבדיקות הביוכימיות העדינות הופרעו על ידי אדמת מאדים, והתוצאות לא היו חד משמעיות. בתרכובות הפחמן נמצאו גם גופים חוטיים בגודל של כחצי אלפית המילימטר, הדומים למאובני החיידקים הראשונים שנמצאו בסלעי הארץ.

בהיבט כללי, אם כי כל תוצאה לכשעצמה יכולה להיות מוסברת על ידי תהליכים שאינם קשורים בחיים, הרי אוסף כל התוצאות יחד באזור קטן מאוד בסלע, הוא, ככל הנראה, עדות לחיים פרימיטיביים שהתקיימו על מאדים. המאמר המסכם את תוצאות המחקר מופיע בעתון סאיינס (Science) ב-16 באוגוסט 96.

בשנים הבאות נחזור להקיף את מאדים, לנחות עליו ולבדקו על ידי מעבדה אוטומטית, בשנת 2005, אולי תתאפשר החזרת דגימה ממאדים לארץ, לבדיקות נוספות. לאור הממצאים הנוכחיים, צריך יהיה כמובן לשמור את הדגימות בתנאי בידוד קיצוניים כדי שלא יזהמו את כדור הארץ בחיים שמחוצה לו. נראה שלא ירחק היום וגם האדם ינחת על מאדים, אך בינתיים יחזרו החוקרים במעבדות רבות בעולם על הבדיקות שנערכו במרכז החלל של נאס"א ובאוניברסיטת סטנפורד, כדי לוודא את אמיתותן, ויבדקו אף את המטאוריטים האחרים שהגיעו אלינו ממאדים.

פרופ' עקיבא בר-נון הוא ראש החוג לגיאופיסיקה ולמדעים פלנטריים באוניברסיטת תל-אביב.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 18, ספטמבר/אוקטובר 1996.

סיפור הפניצילין במהדורה שנייה - מרית סלוין

בחודש מארס האחרון קיבל פרופ׳ יהודה פולקמן פרס על הישגיו בתחום האימונולוגיה וחקר הסרטן, לזכרו של הרב שי שכנאי, בטקס שנערך בבית הספר לרפואה של האוניברסיטה העברית והדסה. נפגשתי עמו ושוחחנו על עבודתו.

״באמצע שנות השמונים עבד במעבדתי דונלד אינגבר - חוקר צעיר שאך זה סיים את עבודת הדוקטורט שלו. במסגרת עבודתו גידל תאי אנדוטל (תאים שמרפדים את דופן כלי הדם) בתרביות. יום אחד ביקש ממני להציץ על אחת התרביות שהייתה מזוהמת בפטרייה נדירה. הזיהום היה ברור, וכל אחד היה זורק את צלחת התרבית - זהו אחד מחוקי היסוד של העבודה בתרביות רקמה. אך אינגבר ראה פרט קטן שהביא לתגלית גדולה״, מספר פרופ׳ פולקמן. אינגבר שם לב לכך שהפטריה המזהמת ותאי האנדוטל מצויים באותו מוקד ראייה של המיקרוסקופ. כדי להבין את משמעות הדבר יש לדעת כי תאים חיים שגדלים בתרבית נדבקים לדופן של צלחת הגידול, וכשהם מתים הם צפים בנוזל העליון, ואז הם נראים במוקד ראייה שונה מבעד למיקרוסקופ. אינגבר ראה כי תאי האנדוטל וגם הפטרייה היו דבוקים לדופן הצלחת, ומשמעו של דבר הוא שהפטרייה לא גרמה למות התאים, אלא רק עיכבה את התפתחותם. ״מהפטרייה בודדנו מולקולה שהתבררה כאחד המעכבים החזקים של גידול כלי־דם״, ממשיך פולקמן.

הפטריה Aspergillus fumigatus, המייצרת  את התרופה המעכבת  גידול כליח דם חדשים - FumagilinUS Department of Health and Human Services, Center for disease control 

כבר בתחילת שנות ה־70׳ העלה פולקמן את ההשערה כי גידולים סרטניים מוצקים תלויים בהתפתחותם בכלי הדם שעוטפים אותם, דרכם הם מקבלים אספקה של חמצן וחומרי מזון. ״באופן נורמלי אין יצירה של כלי דם חדשים בגוף, להוציא את מערכת הרבייה של האישה, שם מדי חודש נוצרים כלי דם חדשים ברחם. אולם במצבים פתולוגיים, כמו, למשל, בהתקף לב, בריפוי פצעים או בגידולים ממאירים, נוצר גירוי ליצירתם של כלי דם חדשים. בשני המקרים הראשונים עם השיקום נפסקת יצירת כלי הדם, אך בגידולים סרטניים נוצרים כלי דם חדשים ללא הרף״, אומר פולקמן. כשנוצר גידול סרטני הוא יכול להיות במקום אחד, בלי לגדול במשך 4־5 שנים. בשלב מסוים נוצרת תפנית דרמטית שמתבטאת ביצירת מולקולות מיוחדות על ידי הגידול, שמגרות יצירת כלי דם מסביבו. יחסי הגומלין בין הגידול לכלי הדם מאפשרים את גדילתו והתפתחותו.

את יחסי הגומלין האלה החליט פולקמן לחקור, ולשם כך החל לפתח במעבדתו שיטות לגידול תאי האנדוטל של צינוריות הדם. "לפני 72׳ אף אחד בעולם לא ידע איך לגדל תאים אלה בתרבית, וכולם אמרו שאני משוגע ומבזבז את זמני״, הוא אומר. שש שנים לקח לצוות לפתח שיטות עבודה, וב־78׳ גילו את המולקולה הראשונה המעודדת יצירתם של כלי דם. פולקמן וצוותו יצרו בכך תחום מחקר חדש ופיתחו כמעט את כל שיטות המחקר בו, והיום בודדו כבר שבעה גורמי גידול של כלי־דם במעבדות שונות בעולם. פולקמן ניבא גם את קיומם של גורמים טבעיים המעכבים יצירת כלי דם. "לגורמים מעכבי התפתחות כלי־דם יש פוטנציאל ריפוי עצום, החל בריפוי כתמי עור שנוצרים מריבוי כלי דם, או בטיפול בעיוורון שנגרם בגלל גודש כלי דם ברשתית במחלת הסוכרת, וכלה בדיכוי התפתחות גידולים סרטניים״, אומר פולקמן. ״חשיבותם של גורמי העיכוב הניעה אותי לחפש אחריהם במשנה מרץ, וגייסתי צוות גדול במעבדה לחיפוש מולקולות כאלה״, הוא מוסיף.

בימים אלה דיווח צוות המחקר על גילויין של שלוש מולקולות חדשות שמעכבות גידול כלי דם פתולוגיים. ״זהו צעד בפיתוח תרופות לא קונוונציונליות״, אומר פולקמן. ״בניסויים שערכנו בעכברים מצאנו כי אין הם מפתחים תנגודת לתרופות, לתרופות אין תופעות לוואי ואפשר להשתמש בהן זמן רב. שלוש המולקולות החדשות שמצאנו מכווצות את הגידול ומשאירות אותו בגודל מיקרוסקופי שאינו מזיק, מה שמכונה בשפת המדענים - גידול רדום. במצב כזה אפשר לחיות שנים רבות״. עם זאת פולקמן מדגיש, כי למרות ההצלחה הגדולה בניסויים יידרש עוד זמן כדי להוכיח אם התרופות מועילות גם לבני אדם.

בשל הפוטנציאל הרפואי והכלכלי הטמון בתחום זה, מרכזי מחקר וחברות רבות מחפשות חומרים מעכבי גידול כלי דם. 26 חברות בעולם מנסות היום תשעה גורמים מעכבי כלי דם שבודדו לאחרונה, ובעתיד יימצאו, קרוב לוודאי, רבים נוספים.

פורסם ב"גליליאו" 17, יולי/אוגוסט 1996

התאבדות כפויה - מרית סלוין

מערכת החיסון אמורה להגן עלינו מפני כל גורם בלתי רצוי החודר לגוף. פעולת הגנה זו נעשית באמצעות כמה ״חוליות חיסול״, שאחת מהן הם תאי ההרג. תאים אלה, שהם סוגים שונים של תאי דם לבנים, בנויים להילחם בתאי גוף שפלשו אליהם נגיפים או חיידקים, בתאים סרטניים מסוימים ובתאים של איבר זר שהושתל בגוף.

כאשר מאתרים תאי ההרג תא גוף ש״נכבש״ בידי פולש זר, או תא סרטני, הם נצמדים אליו והורגים אותו. יכולתם של תאי ההרג לזהות את תאי המטרה, מבוססת על התאמה מבנית בין קולטנים מיוחדים המצויים על שטח הפנים שלהם, לבין מבנים מולקולריים ייחודיים - מעין שלטי זיהוי - שמציגים בפניהם תאי המטרה. כשמתגלה התאמה כזאת, תא ההרג מזהה את התא כאויב, ומשמיד אותו. 

כיצד בדיוק מתבצעת ההשמדה? חוקרים רבים בעולם מנסים לענות על שאלה זו במשך שנים רבות. לכולם ברור כי תהליך ההשמדה מתחיל בהיצמדות תא ההרג אל תא המטרה. אך מה קורה לאחר מכן? מהם התהליכים המביאים בסופו של דבר לחיסולו של הפולש? היום ידוע כי תאי ההרג מפעילים בתאי המטרה מעין ״תוכנת התאבדות״ ייחודית, הגורמת לתאי המטרה לאבד את עצמם לדעת. זוהי תוכנה גנטית פנימית הטמונה בכל אחד מתאי הגוף (לרבות תאי ההרג עצמם), המורה להם לאבד את עצמם לדעת. תופעה זו של השמדה עצמית קרויה אפופטוזיס (ביוונית השלה או השרה - כינוי שנובע מהדמיון שבין התופעה לבין תהליך השלכת שבו מתים עלי העצים בסתיו, תהליך המתבצע אף הוא בדרך של התאבדות תאית), והיא אחד המנגנונים שבחר הטבע בכדי לשמור על אוכלוסייה קבועה של תאי הגוף. בדרך זו נוצר שיווי משקל בין התאים החדשים שמיתוספים לגוף ובין התאים הזקנים שהגיעה שעתם למות. 

בגוף מתרחשת כל הזמן תחלופה של תאי הגוף — תאים מתים ותאים חדשים ממלאים את מקומם. כל איבר בגוף גודלו מוגדר, ומה שקובע את הגודל הוא, בין השאר, קצב המוות של התאים שמרכיבים אותו. נשאלת השאלה מה גורם לתאים למות, שכן עצם הימצאותה של תוכנת ההתאבדות אינו מספיק, מישהו צריך להפעיל אותה. ״מערכת ההתאבדות התאית מצויה במצב של בררת מחדל - אם אינה מקבלת אותות חיצוניים, מופעלת התוכנה״. מסביר פרופ׳ דוד ולך מהמחלקה לחקר ממברנות וביופיסיקה, שחוקר יחד עם צוותו את תהליכי ההתאבדות העצמית המתרחשים בתא. ״את האיתות החיצוני מקבל התא באמצעות אותות בין תאיים, בהם ׳מולקולות מסר׳ מסוימות, המכונות גורמי גידול - כל אלה מהווים מעין מערכת בקרה ומידע על צורך השעה. יש אותות הנותנים סיגנל למוות ויש כאלה הנותנים סיגנל המונע מוות״. 

צוות החוקרים מצא כי תוכנת ההתאבדות מופעלת לא רק באופן ספונטני על ידי תאי הגוף שהגיעה שעתם לצאת מהמערכת, אלא גם באופן מושרה על ידי גורמים חיצוניים. פרופ׳ ולך סבור כי מות תאים כתוצאה מהתקפה בנגיף אלים, למשל, יכול להיגרם במקרים מסוימים בגלל הפעלת מנגנון ההתאבדות התאי על־ידי הנגיף, ולא על ידי חומרי רעל שהוא מפריש. גם תאי ההרג מפעילים את מנגנון ההתאבדות התאי באמצעות ״מולקולות המסר״, שנצמדות לקולטנים שעל קרום תא המטרה, לאחר זיהויו על ידי תא ההרג. חלקו החיצוני של הקולטן קושר את ״מולקולת המסר״, ובעקבות זאת מתחיל חלקו הפנימי של הקולטן (המצוי בתוך התא) להפעיל שרשרת תהליכים ביוכימיים, שמסתיימת במות התא. 

בעבר סברו כי שרשרת זו ארוכה ומורכבת, בדומה למירוץ שליחים ארוך ומפותל, שבמהלכו מופעלים חלבונים רבים המעבירים את המסר מחלבון אחד למשנהו. לאחרונה גילה פרופ׳ ולך כי שרשרת המוות היא קצרה ופשוטה יחסית. במאמר שפורסם בימים אלה בכתב העת היוקרתי Cell מתאר ולך את רצף ההתרחשויות. ״החלק הפנימי של הקולטן מעביר את המסר לחלבון מתווך, שקיבל את השם ׳מוות 1׳ (1-M0RT) שאותו גילינו ושיבטנו בעבר. החלבון מתווך בין הקולטן לבין אנזים, שקראנו לו ׳מאך׳ (MACH) - זהו ׳כלי הנשק׳ שבאמצעותו התא משמיד את עצמו׳׳. אנזים זה מבקע חלבונים מסוימים חיוניים לתא, ובכך גורם למותו. 

בשלב זה הצליח צוות החוקרים לשתק במעבדה את שרשרת המוות הביוכימית שמובילה להתאבדות התא. פרופ׳ ולך סבור כי המרחק לפיתוח תרופה שתדכא את פעילותו של האנזים, קצר יחסית. האנזים הוא בעל מבנה ייחודי, ולכן ניתן לצפות כי בעתיד אפשר יהיה ל״תפור״ תרופה שתשפיע עליו בלבד. תרופות כאלה יוכלו לשמש במלחמה כנגד מחלות אוטואימוניות, שם מתקיפה מערכת החיסון רקמות גוף ומביאה לחיסולן באמצעות הפעלת ״תוכנת ההתאבדות" של תאי הרקמה.

פורסם ב"גליליאו" 17, יולי/אוגוסט 1996