חיים על המאדים - האומנם? - יוסף זקבך

בשבעה באוגוסט 1996 הכריזו מדעני רשות התעופה והחלל האמריקנית (נאס"א) בכל אמצעי התקשורת שייתכן שנמצאו סימנים של צורות חיים מאובנות במאדים. יש הרואים במימצאים של ההודעה את הגילוי המרגש ביותר של המאה, ויש המסתייגים ממנה מטעמים רבים.

כוכב הלכת מאדים,צילומים: NASA 

הכרזה זו התבססה על מימצאים שנתגלו בתוך גוש סלע בגודל תפוח-אדמה, במשקל כשני ק"ג, שמקורו במאדים, ושפגע באנטארקטיקה כמטאוריט לפני כ-13,000 שנים. הודעה זו פורסמה כסיכום של מחקרים שנמשכו יותר משנתיים, בידי דוד מק-קיי (McKay), שעמד בראש מדעני נאס"א. הכתבה שלהם פורסמה בעיתון "סאיינס" (science) ב-16 לאוגוסט 1996 ועוררה התרגשות רבה בציבור ובקרב אנשי מדע, ומאידך - פולמוס ערני.

תגלית זו, שבה התגלה לכאורה שבעבר חיו במאדים יצורים דמויי חיידקים זעירים והם נותרו כמאובני-מיקרו בתוככי המטאוריט, מעלה שוב את השאלה לגבי חיים מחוץ לכדור-הארץ. לאירוע זה יש השלכה לגבי דרך התהוות החיים בכדור-הארץ.

לפני כ-20 שנה, נחתה החללית האמריקנית "ויקינג" על מאדים. הנחיתה כוונה לחודש יולי 1976, לכבוד יובל ה-200 להכרזת העצמאות של ארצות-הברית. מכשיריה המדויקים של החללית, שבדקו דגימות משכבת הקרקע העליונה של הכוכב, לא מצאו כל עקבות לפעילות אורגנית או לצורות חיים כלשהן. אולם עובדה זו לא שמה קץ לתקווה למצוא חיים בכוכב הלכת האדום.

גילו של המטאוריט העתיק שמדובר בו נאמד ב-4.5 מיליארדי שנים, והוא התגלה בשנת 1984 בשכבת השלג והקרח אשר באנטארקטיקה. המדענים סבורים כי מקורו במאדים, כמו אחד-עשר המטאוריטים הנוספים שהתגלו וזוהו באזור מאז 1982 (גילם של אלה נמוך יותר מהאבן שמדובר בה ונאמד בפחות מ-1.3 מיליארד שנים). יש להדגיש שזו סברה - אין איש יכול להיות בטוח בכך לחלוטין. המחקרים בעשור האחרון שיכנעו מדענים רבים שתריסר סלעי מטאוריטים אלה הגיעו לכדור-הארץ לאחר שגוף כגון אסטרואיד או כוכב שביט ענקי פגע פגיעה עזה במאדים לפני כ-15 מיליוני שנים. הפגיעה גרמה לכריית מכתש עצום ולהרחקתם של גושי סלעים מפניו של כוכב הלכת. במשך מיליוני שנים רחפו ונדדו הגושים הללו בחלל, עד שנקלעו לקירבת כדור-הארץ ונמשכו אליו בכוח הכבידה. הסלע ה"נודד" שמדובר בו נחת בשדה קרח באזור הקוטב הדרומי, באתר שנקרא "גבעות אלן" (Allen Hills) ומכאן סימונו, ALH84001,כאשר 84 מציין את שנת התגלית (איור 1).

איור 1: הסלע ALH84001,

מטאוריט שמקורו במאדים ושנתגלו בו סימנים

הסלע נקבובי, ובתוך הנקבים שבעומקו נמצאו גופיפים כדוריים בגוון צהוב-כתום של סידן פחמתי. תרכובת זו נדירה במטאוריטים, אולם הפחמה (קרבונט) שאובחנה בו זהה לתרכובות שבאבני הגיר שבכדור-הארץ. ידוע כי יצירה כימית של אבן גיר דורשת מים נוזליים ופחמן דו-חמצני, אולם כיום אין מים נוזליים על-פני מאדים. מדעני כוכבי הלכת סוברים כי לפני כשלושה וחצי מיליארדי שנים (כאשר הכוכב היה בן מיליארד שנים) היתה במאדים תכולה גבוהה של מים נוזליים. הטמפרטורה היתה גבוהה יותר מבהווה, וגופי מים כיסו חלק גדול משטחו. המים והפחמן הדו-חמצני שבו יצרו מינרלים ופחמות, ואלה התגבשו בנקבי סלעים. כן היו בו פעילויות וולקניות של הרי-געש, מפולות עפר וסחף של רוחות ומים.

ההוכחה הטובה יותר ל"עידן הרטוב" במאדים נובעת מהתמונות שנשלחו ארצה בשנות ה-70 מהחללית "מרינר", אשר ריחפה סביבו. הצילומים הראו מעין ערוצי נהרות יבשים ומפותלים, קניונים עצומים ודלתות שנחצבו ממים זורמים לפני למעלה משלושה מיליארדי שנים (איור 2). כתוצאה מכך, ייתכן שהיו בו תנאים מתונים ונוחים לקיום חיים ירודים, אשר חלקם התאבנו בנקיקי הסלעים.

איור 2: ערוצי נהרות יבשים ומפותלים על-פני מאדים,

המעידים על מים זורמים שהיו בו בעבר

צוות החוקרים בראשות מק-קיי סבורים כי הגופיפים הכדוריים של סידן פחמתי בתוך ALH84001 נוצרו במאדים במשך העידן הרטוב הקדום. סביב כל כדורית קיימים כתמים של תרכובות של תחמוצת ברזל (מגנטיט Fe₃O₄) ושל ברזל גופרי (FeS). צורתם והרכבם דומים לאלה של גרגרים שנוצרו על-ידי פעילות ביולוגית המוכרת לנו, של חיידקים אנאירוביים (שאינם צורכים חמצן לנשימתם), ושל יצורים מיקרוסקופים נוספים. גודל הכדוריות הוא פחות מרבע מילימטר (בין 50 ל-250 אלפיות המ"מ), וגילם נאמד ב-3.6 מיליארד שנים - עידן המקביל גם לתחילת התהוות החיים בכדור-הארץ. סמוך לכדוריות הפחמתיות הללו נמצאו תרכובות כתומות ובתוכן קבוצה של מולקולות אורגניות המכונות הידרוקרבונטים ארומטיים פוליציקליים (PHAs). אלה תרכובות רב-טבעתיות ארומטיות של פחמימנים. בכדור-הארץ, תרכובות אלה נוצרות בעשן להבת הנר, או כתוצאה מצליית בשר בגריל מעל לפחמים לוהטים. התרכובות הרב-טבעתיות הללו, שנמצאו בתוך אבן המטאוריט, דומות להפליא גם לתרכובות שנוצרות מרקבון חומר אורגני מצוי.

יש שמקשים: אולי תרכובות אלה, שאובחנו בסלע ממאדים, הן תוצאה של זיהום חיידקים ארציים? התשובה לכך שלילית, וההסבר: ריכוז התרכובות באזור הקליפה נמוך יותר מאשר בתוכה. אילו זוהמה האבן מזיהום חיצוני של חיידקים, שמקורו באטמוספירת כדור-הארץ, היה המצב הפוך. במקרה כזה היה ריכוזם בחלקה החיצוני של האבן גבוה יותר מאשר ריכוזם בתוכה.

גילויים אלה מרשימים כשהם לעצמם, אולם המימצאים המדהימים ביותר ואשר עוררו את מרב הפולמוס בין אנשי המקצוע הם צורות זעירות ומשונות המקובצות בצפיפות זו ליד זו (צילום במיקרוסקופ אלקטרונים סורק, SEM, איור 3). מבנים אחדים שנתגלו הינם בדמות "ביצה" או "לביבה" וכן בצורת "תולעים חוטיות", בעלות מחיצות המפלחות אותן לפלחים וקטעים, בדומה למצוי בחיידקים. הממד הגדול ביותר של גופיף כזה הינו פחות ממאית הקוטר של שערת אדם. גודלם וצורתם של מבנים "ביולוגיים" אלה מזכירים חיידקים זעירים מאובנים (ננו-בקטריות) מכדור-הארץ שממדיהם מגיעים לכמה עשרות ננו-מטרים בלבד (חיידקים זעירים אלה הם אולי "הגשר האבולוציוני" או צורות-הביניים המקשרות בין הווירוסים לחיידקים).

איור 3: צורות זעירות, שהתגלו במטאוריט ממאדים

בסיוע מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM).

הואיל וגיל מאובני מאדים הוא 3.6 מיליארדי שנים, כגיל מקור החיים בכדור-הארץ, סוברים מק-קיי ועמיתיו כי צורות אלה הן קרוב לוודאי שאריות מאובנות קמאיות של יצורי-מאדים חד-תאיים. מדענים בריטיים, שבדקו את הצורות ה"ביולוגיות" שנתגלו במטאוריט ALH84001 בבדיקות איזוטופיות, טוענים שמימצאיהם דומים לאלה המאפיינים חיידקים מיוחדים יוצרי מתן (CH₄).

המתנגדים לפרשנות ה"ביולוגית" טוענים שייתכן כי צורות אלו, הקטנות פי עשרה מהחיידק הזעיר ביותר (אורכן עשר אלפיות המילימטר), הן למעשה פסים של בוץ שנטבעו בסלע המטאוריט. יש הטוענים שאלו הם גבישונים של המינרל מגנטיט.

לדברי חוקרי נאס"א, ייתכן שהמיקרואורגניזמים התפתחו באווירה חמה שנבעה מפעילות וולקנית מתחת למעטה הקרח, בעמקי אדמת מאדים, ואשר התאימה ליצורים תרמופיליים (אוהבי-חום). בכדור-הארץ ידועים יצורים ירודים (מקבוצת הארכיאה) החיים בקרקעית האוקיינוסים (בעומק של קילומטרים רבים) במים שהטמפרטורה שלהם למעלה מ-100oC, בקרבת מעיינות תת-ימיים וולקניים, שאור השמש אינו מגיע אליהם כלל.

בכוכב מאדים יכולים להתקיים חיים (לפחות מבחינה תיאורטית) גם כיום מתחת לפני השטח. אך יש לזכור כי אין כרגע למדענים כל הוכחה ניצחת וישירה לקיומם של חיים קמאיים על-פני מאדים. לצורך בדיקה כזו יש צורך לבחון היטב דוגמאות קרקע רבות. שיגור סידרת החלליות החדשות לחקר מאדים החל בסתיו 1996: שתי חלליות אמריקניות נשלחו לעבר מאדים ויגיעו אליו בשנה הבאה. החלליות יקיפו את כוכב הלכת, ובחונים (probes) יישלחו וינחתו על הכוכב (האחד, ביום העצמאות האמריקני - 4 ביולי 1997). מבצע החזרת דוגמות קרקע ממאדים בחלליות אל כדור-הארץ נועד לתחילת שנות האלפיים. רק בשלבים מאוחרים יותר ייתכן גם שיגור אסטרונאוטים אל מאדים - מבצע שעל-פי ההערכה יעלה כ-100 מיליארדי דולרים, סכום ענק לכל הדעות...

אם יתברר שאכן נמצאו מאובני יצורים חיים על מאדים, חשיבותו העיקרית של הגילוי תהיה בכך שכדור-הארץ איננו מקור החיים הבלעדי. אם היו אי-פעם מיקרואורגניזמים על-פני מאדים, אזי ייתכן שהחיים נבראו גם בכוכבים נוספים במערכת השמש ומחוצה לה.

מקור החיים וחיים חוץ-ארציים

קשה להגדיר מהם חיים, אולם ניתן לתאר את המאפיין כל יצור חי: מבנה התא, מבנים כימיים כמו מולקולות DNA, RNA וחלבונים בעלי תכונות אנזימטיות, כושר התרבות, גידול וחילופי חומרים, תורשה וכו'. קיימות דעות שונות אודות מקור החיים עלי אדמות. סבורים כי החיים החלו בתוך "מרק בראשיתי" - אגמים של תמיסות כימיות. אטומים שהתרכזו בצפיפות יחסית בנוזלי אגמים אלה הגיבו אלה עם אלה תוך יצירת מולקולות אורגניות מורכבות יותר ויותר (בתהליך המכונה לעתים "אבולוציה כימית"). בסיוע גורמים פיזיקלים רבים (קרניים על-סגולות, גלי הלם, טמפרטורות גבוהות והתפרקויות חשמליות באטמוספירה), יצרו המגיבים הכימיים תרכובות של "דלקים" ביוכימיים מורכבים (כדוגמת הגלוקוזה ונגזרותיה). אנרגיית סוכרים אלה ודומיהם שימשה לאחר מכן את התאים הקדומים ביותר, שנוצרו בתהליך של "אבולוציה ביולוגית". תאים אלה היו החלוץ לפני מחנה החיידקים (המכונים "פרוקריוטיים"), שהופיעו מיליארדי שנים לפני שאר התאים בעלי הגרעין ובעלי האברונים הממודרים ("אאוקריוטיים"). קיימת סברה שהתאים הקדומים הראשונים - צורת החיים הראשונה - התפתחו במספר מקומות לפני כ-3.6 מיליארדי שנים או אף יותר, באמצעות מנגנוני אבולוציה מגוונים, בתוך "המרק הבראשיתי", על-פני חרסיות או במינרלים שונים, אולם רק התאים המוצלחים ביותר שרדו בתהליך הברירה הטבעית.

לשאלה מהיכן הופיעו ניצני החיים בכדור-הארץ ניתנו שלוש תשובות אפשריות: 

1. החיים נבראו רק בכדור-הארץ והתפתחו כאן. ייתכן שבעבר הרחוק היו התנגשויות בין גופים שמימיים, וכוכבי לכת "סקלו" זה את זה בסלעי מטאוריטים (יש הרואים בכך כעין "הפריה בינפלנטרית הדדית"). אם אכן עצם כבד מגרמי השמים נפל על-פני הארץ וגרם להתזת סלעים לעבר החלל, ואלה הגיעו אל פני מאדים, הרי שהצורות החשודות כמאובנים (כמו בסלע ALH84001), שהתגלו באנטארקטיקה, היו למעשה ממקור ארצי והוסעו אל מאדים ובחזרה.
2. החיים נוצרו במקומות שונים (בארץ ובמאדים, למשל), שבהם התנאים הפיזיקליים והכימיים איפשרו זאת.
3. החיים נוצרו בגופים שונים שמחוץ לכדור-הארץ, והובאו אליו, למשל, מכוכב לכת דוגמת מאדים.

היכן לחפש חיים מחוץ לכדור-הארץ?

בין האתרים האפשריים לקיום חיים חיצוניים ניתן להצביע היום, כאמור, על מאדים. כוכב זה הוא המועמד הרציני ביותר למציאת צורות חיים חוץ-ארציים. לפני כמה תריסרי שנים הועלו השערות כי כוכבי לכת כמו צדק או נוגה עשויים להכיל צורות של חיים ירודים. השערות אלה התבדו לאור המידע החדש הנוגע לגרמי שמים אלה. כיום מדברים על "אירופה", אחד מירחיו של צדק, כמקום שייתכנו בו חיים, וכן על כוכבי לכת נוספים מחוץ למערכת השמש. תצלומי החללית "גליליאו" רומזים כי על-פני "אירופה" יש קרח או אף מים נוזליים. בתנאים אלה יכולים להתהוות חיים ירודים. מובן שבכוכבי לכת מחוץ למערכת השמש יכולים להיות תנאים שהיוו ומהווים מצע להתפתחות צורות של חיים.

היש ממש במימצאים של "חיים" על המאדים?

התשובה תלויה בנשאל או ביחסי-הציבור שלו. יש הטוענים כי אפילו אם מימצאי נאס"א אודות חיים במאדים הם נכונים, בכל זאת כדאי יותר להשקיע את האמצעים הכספיים העצומים בטיפוח החיים על-פני כדור-הארץ, במקום "להשליך" הון עתק לחלל. המתנגדים למימצאים הנ"ל טוענים כי ההודעות הסנסציוניות של נאס"א מיועדות ליחסי-ציבור, כדי ליצור דעת-קהל אוהדת למחקרי החלל ולגייס מימון עבורם. ואכן, הפירסום הצליח מאוד, ונשיא ארה"ב הודיע לאחרונה על הקצאת משאבים גדולים לנאס"א. יש לזכור כי הפירסומים הופצו לאחר שסוכנות החלל האמריקנית היתה נתונה בשנים האחרונות במשבר גדול במידת הפופולריות שלה. המתנגדים גם טוענים כי הפירסום נעשה במתכוון, לפני החלטות הממשל והקונגרס על תקציב נאס"א.

שאלת מהות החיים והאפשרות שמקורם מחוץ לכדור-הארץ הינה מלהיבה ומרתקת. השאלה שמעסיקה רבים, ושהעסיקה את האנושות כבר בעבר במשך מאות בשנים היא, האם אנו בודדים ביקום או שיש לנו שכנים חיים שעדיין לא הצלחנו לפגוש אותם.

ישנם אינספור סיפורי מדע בדיוני אודות יצורים חוץ-ארציים הבאים לבקרנו חדשות לבקרים. אך האם הפעם יש למדע "סיפור אמיתי" אודות חיים חוץ-ארציים? נחכה ונראה.

עוד על מאדים

כיום, אטמוספירת מאדים דלילה, הטמפרטורה בה נמוכה בהרבה מהאפס, ולכן המים הקיימים בו קפואים. ענני מים דלילים מרחפים על-פני מאדים. בחורף רואים כיפה לבנה מעל לקוטב ה"צפוני", כנראה של פחמן דו-חמצני קפוא. בקיץ, החלק הצחור הצפוני נעלם וזורם אל עבר הקוטב ה"דרומי". מתחת לפני שטח מאדים יש שכבת קרח בעובי מטר אחד, הנקרא קרח תמידי (פרמה-פרוסט). כאמור, ייתכן שלפני כ-3.6 מיליארדי שנים התאימו התנאים לקיום פעילות ביולוגית. במשך העידנים נעלמו האוקיינוסים, אך שרידי ערוצי הנהרות עדיין נראים היטב בתצלומים. כיום האטמוספירה מדולדלת וכוכב הלכת יבש, קר וחרב.

מדוע נעלמו גופי המים הנוזליים מהמאדים? משערים כי שילוב של כמה תופעות גרם לכך, וביניהן הפעילות הוולקנית, שהעלתה את ריכוז הפחמן הדו-חמצני. הדבר גרם לאפקט החממה ולהעלאת טמפרטורת הכוכב והאטמוספירה שלו. העלאת הטמפרטורה גרמה להיעלמות המים הנוזליים. אלה התנדפו ונעלמו, ונשארו אולי רק באזורי הקטבים. יש הסבורים כי שינויי האקלים התרחשו על-פני מאדים לאחר שחל שינוי במסלולו סביב השמש.

לעיון נוסף

Scientific American, Nov. 1996, p. 80; Sciene, Aug 16 1996, p. 846

ד"ר יוסף זקבך הוא מומחה למדעי הצמח וחבר הצוות לפיקוח והדרכת מורי הכימיה של המינהל לחינוך התיישבותי במשרד החינוך.

תודה לפרופ' רפאל איקן, האוניברסיטה העברית בירושלים, ולפרופ' יוליאן צ'לה-פלורס (Julian Chela-Flores) מהמכון הבינלאומי לפיסיקה תיאורטית בטריאסט, איטליה (ICTP)

פורסם ב"כמעט 2000" 17, עמ' 45-42, חורף 1997.

שריפה וטוב בה - יהודית הרלבן

שרפות נתפסות כמעט תמיד כאירוע הרסני, אך יש המייחסים להן גם את האצת תהליך האכלוס מחדש של הצומח. המדענים זכירסון, נילסון וורדל (Zackirsson, Nilsson and Wardle), שחקרו את השפעת השרפה על תכונות הקרקע, סבורים כי לתוצר השרפה - הפחם, יש השפעה מכרעת על הקצב והטיב של אכלוס היער המחטני בשלב שלאחר השרפה.

הפחם הוא חומר אינרטי (שאינו מגיב בתהליכים כימיים), ועל כן ההשפעה היחידה שיוחסה לו בעבר הייתה שינוי בתכונות הפיזיקליות של הקרקע. שינוי כזה יכול להיות לדוגמה גידול ביכולת נשיאת המים של הקרקע עקב הצטברות פחם לאחר שרפה, והפיכת קרקעות שהיו מנוקזות היטב לקרקעות ביצתיות. רוב המחקרים הנוגעים להתפתחות היער לאחר השרפה עוסקים בשינויים הנגרמים לקרקע עקב אבדן החומר האורגני מרצפת היער - השכבה הכוללת עלים שנשרו, עצים נפולים, וכדומה. בשגרה החומר האורגני מתפרק ברצפת היער, והנוטרינטים (חומרי המזון) החיוניים לצמיחה משתחררים אל הקרקע, ושם הם ׳׳ממוחזרים".

כתוצאה מהשרפה קורים כמה דברים: משתחרר שטף נוטרינטים גדול מנשורת העלים ומהביומסה; מסולק החומר האורגני משטח פני הקרקע; יכולת קיבול הקטיונים (היונים החיוביים) בעומק הקרקע יורדת, ויורדת אף חומציות הקרקע. ההעשרה הזמנית של הקרקע בנוטרינטים שהשתחררו משרפת הביומסה מעודדת השתלטות של צמחים הנחשבים "זללנים". לאחר השרפה נובטים יותר זרעים, מכיוון שבהיעדר החומר האורגני שהפריד ביניהם, הנגישות שלהם אל חומרי המזון בקרקע קלה. השרפה בעצם מאיצה את התפתחות היער מחדש.

שריפת יער במישיגן
US forest service

זה זמן מה ידועה "פריחה” באוכלוסיות החיידקים השונות מיד לאחר השרפה. נהוג היה לחשוב ששטף הנוטרינטים הגבוה בקרקע הוא הגורם להתפתחותם, ואולם מתברר שמעורב כאן גורם חשוב נוסף, והוא שרפת תרכובות אורגניות מסוימות המעכבות צמיחה, כגון טניס (tanis). תרכובות אלו ידועות כמדכאות התפתחות של אוכלוסיות החיידקים המשתתפות בתהליכים בקרקע כגון קיבוע חנקן. סילוק התרכובות מעכבות הצמיחה פותח דרך להתפתחות מחודשת של הקרקע והצמחייה.

זכירסון וחבריו מציעים כי הפחם יכול לעמוד בבסיסו של עוד מנגנון המסלק מהקרקע תרכובות אורגניות המעכבות התפתחות - על ידי ספיחתן. על אף שהפחם אינרטי (אינו מגיב בתהליכים כימיים), הוא מסוגל לספוח על פניו חומצות אורגניות כגון פנול, החשובות לאקולוגיה של הקרקע. הם דגמו כמה אתרים בשוודיה שבהם היו שרפות, ובדקו שם את נוכחותו של חומר מעכב חמצון ששמו פנוליקס (phenolics), שמייצר אותו גרגר יער מסוים. הפנוליקס מעכב התפתחות של חיידקים הנחוצים בשלבי הנביטה של כמה מיני עצים. החוקרים מיצו את הפנוליקס מגרגר היער, והוסיפו אל התמיסה גרגרי פחם שנלקחו מאתרים שונים. לאחר מכן השתמשו בתמיסות השונות להנבטת זרעים. נמצא שנביטת הזרעים הייתה טובה יותר כאשר הפחם היה ״צעיר״, כלומר פחם שהוא תוצר שרפה שקרתה לפני זמן קצר. התברר כי הפחם ה״צעיר" ספח פנוליקס פי שמונה יחסית לספיחה שספח פחם שנוצר לפני כמאה שנה, ובכך הפחית את השפעת הפנוליקס על התפתחות החיידקים. מסקירה שנעשתה בכמה יערות בשוודיה עולה שבמאת השנים הראשונות לאחר שרפת היער חלה בו התפתחות מהירה, וב־200 השנים שלאחר מכן ירד קצב ההתפתחות.


פורסם ב"גליליאו" גיליון 24, ספטמבר אוקטובר, 1997.

חיידקים נגד יתושים / עמוס רובין, יורם כחלון, יצחק מאיר

נחל קנה שבשומרון מושך אליו לא רק מטיילים, אלא גם יתושים. ניסיון מיוחד להדברה ביולוגית של המיטרד, הוכתר שם בהצלחה לא מבוטלת

לאורכו של נחל קנה, שתחילתו באגן היקוות במרכז הרי השומרון ממזרח, וסופו בשפך הירקון ממערב, ממוקמים ישובים רבים, ישראליים ופלסטיניים כאחד.

הנחל, המהווה אתר טיולים בתחום שמורת טבע מוכרזת, משמש למרבה הצער, גם כמוביל שפכים הזורמים בינות לשפיעת מעיינות. מיטרדי היתושים לאורכו נותרו ללא פיתרון, בעיקר עקב ריבוי הרשויות שבתחומיהן הוא זורם. סיבה נוספת: התנגדות רשות שמורות הטבע להדברה כימית של היתושים, מחשש לפגיעה במיני האויבים הטבעיים של היתושים בנחל, ובחרקים אחרים בסביבה.

איגוד ערים לאיכות הסביבה שומרון, שנחל קנה זורם בתחום שיפוטו, חיפש פתרון סביר למצוקת תושבי הסביבה. הוחלט לבחון את אופציית הלוחמה הביולוגית ביתושים, והמועמד המועדף לניסוי היה החיידק Bacillus sphaericus.

כידוע, היתושה מטילה את ביציה במים, מהן בוקעות הרימות החיות סמוך לשטח פני המים עד שהן מתגלמות, ומהגולם בוקע היתוש הבוגר. היתושה הנקבה זקוקה למזון חלבוני עשיר על-מנת לייצר ביצים, ולשם כך היא מוצצת את דם האדם. חדק היתושה חודר דרך העור לתוך נים של דם. לפני המציצה, היא מזריקה חומרים אשר גורמים לתגובות הידועות - נפיחות מקומית, אדמומית וגירוי חזק.

רימות היתוש ניזונות מחומרי מזון אורגניים שבמים, ועם המים מגיע גם החיידק שרוסס על פני מי הנחל, אל מערכת העיכול. החיידק מפריש רעלן אשר גורם לשיתוק שרירי המעי התיכון, מה שמביא למות הרימה מרעב. יש לציין שהחיידק אינו מזיק לבני-אדם, או לבעלי-חיים מועילים אחרים שבנחל.

ריסוס חיידקי Bacillus sphaericus בנחל קנה

הניסוי הראשוני נערך בקיץ 1995 בנחל קנה, באזור הנמצא במרכז השומרון, בסמוך למספר ישובים אשר סובלים ממטרד קשה של יתושים. מדובר בכ-12 אלף תושבי יקיר, נופים, קרני שומרון ועמנואל.

בערוץ הנחל ישנה זרימה נמשכת של ביוב ממיתקן טיפול השפכים של העיר עמנואל, אשר איננו פועל כראוי ונימצא בתהליכי שיקום. כמו כן, זורמים בנחל מי מעיינות לפני ואחרי מוצא שפכי עמנואל.

בבדיקה נמצא כי מרבית רימות היתושים באזור, הן מזן culex pipiens, שהוא יתוש הבית המצוי, המטריד בני-אדם בעקיצותיו. הטיפול הניסיוני נערך בשלושה אתרים של הנחל. שני הראשונים ממוקמים במורד הנחל, בסמוך למוצא הקולחים. האזור הסמוך למוצא המיתקן הקיף כ-120 מ"ר מים והשני כ75- מ"ר. בשניהם הייתה זרימת המים קלה, העשבים הגיעו לגובה של 25 ס"מ מעל פני המים, וכמות החומר האורגני שנמדדה הייתה גבוהה ביותר, עקב חדירת הביוב הגולמי.

אזור שלישי, בשטח של כ-110 מ"ר, הממוקם במורד הנחל במרחק של כ-250 מטרים מהאזור הראשון, נבחר לשמש כאזור ביקורת.

שני אזורי הניסוי רוססו חמש פעמים במשך הקיץ, דגימות מים לספירת זחלי יתושים נלקחו משלושת האתרים 12 פעמים, בחודשים יוני-יולי. בכל פעם נלקחו חמש דגימות של רבע ליטר כל אחת, מכל אזור, ונעשתה ספירת מספר רימות היתושים בדגימה.

ספירת הרימות באתרים המטופלים בחיידק הראתה ירידה מובהקת לרמה של 35%, בהשוואה למספר הרימות בחלקה הבלתי-מטופלת.

התוצאות לא השביעו רצון, ויוחסו לכך שרמת הזיהום בחומרים אורגניים הקטינה את יעילות הדבקת הרימות בחיידקים המרוססים. ניסוי נוסף נעשה במים בעלי עומס אורגני נמוך בהרבה. כאן החיידקים קטלו את מרבית הרימות שהיו בסביבה.

תוצאות ניסוי זה עודדו את אנשי איגוד ערים לאיכות הסביבה שומרון, ובעקבותיהן נעשתה בקיץ 1996 התארגנות אזורית להדברת יתושים בשילוב של חומרים טבעיים וחיידקים. ואכן, פעולות המניעה וההדברה שנעשו בחודשים יוני עד אוקטובר, הניבו תוצאות חיוביות. השיטה המוצלחת מיושמת גם בקיץ 97'.

תוצאות נמדדות גם לפי ביטוין בשטח. ואכן, תושבי הישובים והכפרים שמשתי גדות הנחל, דיווחו על הקלה במכת היתושים. וחשוב מכל: הדברת היתושים נעשתה ללא פגיעה באלמנטים הטבעיים של בעלי-החיים שבסביבה, וללא זיהום בחומרי הדברה.

נטילת דגימות מים לספירת יתושים

עמוס רובין הוא אנטומולוג בשירות יעוץ להדברה משולבת; יורם כחלון הוא אגרונום בחברת "תרסיס"; 'צחק מאיר הוא מזכ"ל איגוד ערים לאיכות הסביבה שומרון. 

 פורסם ב"ירוק כחול לבן" 15, אוגוסט-ספטמבר 1997

חקלאות מים ללא צריכת מים - מרית סלוין

הצפיפות הגבוהה של דגים בבריכות הדגים פוגעת בשרשרת האקולוגית, בה כל יצור חי עושה שימוש יעיל וחסכוני בסביבתו הטבעית.

התוצאה היא היווצרות עודפים של חנקן, שרעיל לדגים. שטיפת חנקן רעיל זה נעשית על ידי החלפת המים או על ידי ניקוי המים בביופילטרים. שיטות אלה מהוות פתרונות יקרים מאוד. צוות חוקרים בטכניון בראשות פרופ' יורם אבנימלך מהפקולטה להנדסה חקלאית, בדק שיטה חלופית ומצא כי הוספת חומר פחממני לבריכה כגון: עמילן, קמח חיטה, או תאית, המתקבל כתוצר לוואי בתעשיית הנייר, יכולה להביא להורדת ריכוז החנקן במים ובכך לפתור את בעיית הרעלת הדגים.

פרופ, יורם אבנימלך, שערך את המחקר במסגרת עיסוקו בשימור הסביבה ומיחזור מקורות טבעיים, מסביר את התהליך: "החומר הפחממני משמש מזון לחיידקים. החיידקים מפרקים את החומר, משתמשים בחלק ממנו לאנרגיה וביתרת החומר משתמשים ליצירת תאים חדשים. יצירת תאים חדשים דורשת יצירת חלבון - תהליך הכרוך בניצול חנקן ופחמן. התוצאה היא ירידה מהירה בריכוז החנקן". אולם יתרון זה איננו הרווח היחידי. תוך כדי ניצול החנקן, מייצרים החיידקים חלבון, המהווה כ־30% ממזון הדגים והוא החלק היקר שבו. כך מתקבל מקור מזון ״מקומי״ וזול לדגים בבריכה.

בריכת דגים באזור חדרה
מלי קוך, מתוך אתר פיקיויקי

הגישה המוצעת מביאה לחסכון כפול: חסכון משמעותי במים - במקום 5,000 קוב מים לדונם ליום, ניתן להסתפק ב־200-100 קוב מים; בנוסף, אפשר להגיע לחסכון של כשליש מההוצאות על מזון, על ידי ניצול מרבי של שיירי המזון הנשארים במים ואינם נשטפים החוצה. מערכת המים הסגורה מאפשרת מיחזור החנקן וחסכון בחלק ניכר מהחלבון. מחיר הוספת החומר הפתממני נמוך לאין שעור ממחיר החלבון, במיוחד כיום, כאשר מחירי החלבון בעולם הולכים ועולים בגלל הקושי בהשגתו.

השיטה כבר פועלת בהצלחה במושב קדש ברנע בדרום הארץ, מקום בו החסכון במים מהווה גורם מכריע.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 23, יולי-אוגוסט 1997

מחסן פנימי לתרכיבי חיסון - צבי עצמון

תרכיבי חיסון רבים צריך לחזור ולהזריק כמה פעמים, בהפרשי זמן, כדי לזכות ברמת חיסון נאותה. הדבר מסורבל ולא נוח, ופעמים אנשים מדלגים על חלק מסדרת החיסונים. 

חוקרים מחברת הביוטכנולוגיה גננטק ומהמכון הלאומי האמריקני לבריאות החליטו לנסות ולמצוא דרך להזרקה חד־פעמית של סדרת התרכיבים כולה. הרעיון הוא להחדיר לגוף מעין קופסיות (קפסולות) מיקרוסקופיות שבתוכן תרכיב החיסון, באופן שלקופסיות שונות ״תאריך שחרור״ שונה. הקופסיות הן בקוטר 30־50 מיקרומטר (מיליונית המטר), והמעטפת שלהן עשויה מפולימר המתפרק באיטיות בגוף - זהו אותו פולימר שממנו מייצרים חוטים מתאכלים המשמשים לעשיית תפרים פנימיים בניתוחים. ״תאריך השחרור״ של הקופסית נקבע לפי אורך הפולימר - ככל שהפולימר ארוך יותר הוא שומר על שלמות המעטפת זמן ארוך יותר, בטרם נבעים בה חורים המאפשרים שחרור של התרכיב. החוקרים טענו את הקופסיות השונות בחלבון בלתי מזיק של נגיף האיידס והחדירו אותן לחיות ניסוי. ואכן, בכל חיה התגלו נוגדנים ספציפיים רק לאחר שחלף מועד השחרור המתוכנן — חודש, חודשיים, שלושה או שישה חודשים מיום ההחדרה. ההנחה היא כ׳ אם יחדירו לאדם ״קוקט״ל״ של סוגי קופסיות שונים, יהיה אפשר לתת סדרת חיסונים ארוכה בטיפול קצר אחד. תינוקות ואימהות ודאי יהיו אסירי תודה על כך, וגם האחיות המחסנות. וגם בריאות הציבור תצא נשכרת.

ואולי יהיה אפשר לנצל שיטה זו גם כדי להקל מעט על כלבים ובעליהם, וגם לצמצם את סכנת הכלבת? ואולי יהיה אפשר גם לנצלה אי פעם כתחליף לסדרה ארוכה־מתישה של זריקות חיסון כנגד אלרגנים, זריקות הניתנות במקרים מסוימים לסובלים מתופעות אלרגיה קשות?

חיסון ה-MMR, בשמו המסחרי Priorix
צילום: דרור בר-ניר

פורסם ב"גליליאו" גיליון 23, יולי-אוגוסט 1997

נגיף שפעת משוחזר - איתי בן-פורת

בשנת 1918 תקפה את העולם מגפת השפעת הקשה ביותר במאה זו, וקטלה יותר מ־20 מיליון איש ברחבי העולם. מגפה זו הייתה יוצאת דופן בהיקפה: היא שטפה לא רק את אירופה וצפון אמריקה, אלא הגיעה עד לאזורים הנידחים ביותר באלסקה ובאיי האוקיינוס השקט. המחלה תקפה אחוזים גבוהים של האוכלוסייה (לדוגמה: 28% מאוכלוסיית ארצות־הברית חלו במחלה), ושיעור התמותה היה גבוה ביותר - 2.5% - לעומת 0.1% אחד במגפות שפעת רגילות. שיעורי התמותה היו גבוהים במיוחד דוקא בקרב האוכלוסייה הצעירה, אוכלוסייה עמידה יותר בפני השפעת מאוכלוסיות גיל אחרות. אופייה היוצא דופן של מגפת השפעת ב־1918 העלה את העניין במאפייניו של הנגיף גורם המחלה, אך מכיוון שב־1918 לא הייתה הטכנולוגיה הדרושה לבידוד הנגיף ולשימורו, עד כה הנגיף לא נחקר.

בעת האחרונה פורסם בעיתון Science כי חוקרים מן המכון לפתולוגיה של צבא ארצות־הברית הצליחו לבודד חלקים של נגיף השפעת מגופתו של טוראי בצבא ארצות־הברית שמת במגפת השפעת ב־1918 בגיל 21. החוקרים, בראשות ג׳פרי טאובנברגר (Taubenberger), חושפים בפעם הראשונה את סודותיו הקטלניים של הנגיף. חשיבותו הרבה של המחקר בכך שיאפשר, ככל הנראה, גם זיהוי מוקדם של זני שפעת שיופיעו בעתיד, ויקל את ההתמודדות עמם.

טאובנברגר עשה שימוש בדוגמאות מרקמת ריאה שנלקחו מחיילים אמריקנים אשר מתו במגפה ונשמרו בפורמלין במכון לפתולוגיה בוושינגטון.

שני קשיים מרכזיים עמדו בפני החוקרים בשחזור הנגיף מן הדוגמאות. ראשית, נגיף השפעת תוקף את מערכת הנשימה, מתרבה, ויוצא חזרה אל האוויר בתוך ימים אחדים. כשהחולה מת, ברוב המקרים הנגיפים כבר אינם נמצאים בגופו. לפיכך היה ברור שרק בחולים שמתו ימים אחדים לאחר הופעת המחלה יש סיכוי למצוא את הנגיף. שנית, נגיף השפעת נושא את מטענו הגנטי על גבי חומצת הגרעין RNA, שמתפרקת באופן מהיר יותר מאשר ה-DNA, וכך קטנים הסיכויים לשימור הנגיף בדוגמאות.

כדי לשחזר מקטעים של הנגיף השתמשו החוקרים בשיטת ה-PCR, המאפשרת ״הגברה״ של קטעי חומצות גרעין בדגימות, גם אם כמותם הראשונית זעירה (ראו "הכפלה פי מיליארדים", גליליאו 21). מתוך 28 דוגמות רקמה, רק הדוגמה מן הטוראי בן ה-21 נתנה תוצאות חיוביות. החוקרים הצליחו לקבל 9 מקטעים מתוך 5 גנים של הנגיף, ביניהם גנים המקודדים לחלבונים המעורבים בתהליך ההדבקה של הנגיף (המאגלוטינין ונויראמינידאז). באמצעות קביעת הרצף הגנטי של מקטעים אלו היה אפשר ללמוד על מאפייניו של הנגיף הקטלני ולהשוותו לזנים אחרים שלו.

על פי הידוע היום, המאגר הטבעי של נגיפי השפעת הוא כנראה בעופות בר, ותהליך ההעברה לאדם מתרחש באמצעות חזירים. אלה יכולים להידבק בכמה זנים שונים של נגיף - כאלה שמקורם בעופות, וכאלה התוקפים בני־אדם. כאשר חזיר נושא נגיפים מכמה מקורות, מתאפשרת החלפה של מידע גנטי בין הזנים. זהו ככל הנראה האופן שבו בדרך כלל נוצרים זנים שונים של נגיפי שפעת. התהליך מתרחש בעיקר באזורים כפריים בסין, שם לעתים קרובות חיים עופות, חזירים ובני־אדם בכפיפה אחת. אחת השאלות המרכזיות הייתה מה מקורו של הזן הקטלני - האם זהו נגיף שמקורו בעופות ועבר שינויים, או שמא מקורו בחזיר. החוקרים מצאו כי זן הנגיף שתקף את הטוראי דומה לזן הנגיף ה״קלאסי" הנפוץ בחזירים, ולא לזני העופות. המשמעות המעשית הנגזרת מממצא זה היא שיש צורך לעקוב אחר זני הנגיפים הקיימים בחזירים. 

על מנת לספק תשובות לשאלות הנוספות שטרם הובהרו, החוקרים ממשיכים לבודד מקטעים נוספים מן הנגיף, ולחפש דוגמאות אצל אנשים נוספים אשר ייתכן שנשאו את הנגיף.

צילום במקרוסקופ אלקטרונים סורק של נגיף השפעת הספרדית.
צולם ב-2005 - לאחר גידול הנגיף בתרבית תאים.
CDC/Cynthia Goldsmith

פורסם ב"גליליאו" גיליון 23, יולי 1997

מנועים מולקולריים - איתי בן-פורת

מהו המנוע הקטן בעולם? מחקר המתפרסם בימים אלה מציג באופן ויזואלי כיצד מסתובב המנוע הקטן בעולם - מנוע שקוטרו מאית המיקרון (מיקרון = אלפית המילימטר), המנועים הזעירים ביותר הם המנועים המולקולריים - מנועים הפועלים בתאי יצורים חיים, ובנויים מחלבונים. מנוע כזה מאפשר למשל תנועת חיידקים במים.

לחיידקים "זרוע" ארוכה המכונה שוטון (Flagellum), שמסתובבת במים כמו מדחף, ודוחפת את החיידק קדימה. מנוע מסתובב זה בנוי מאוסף של חלבונים, והוא מסוגל בחיידקים מסוימים להסתובב בקצב של עד 1000 סיבובים בשניה. אם מקבעים את זרוע החיידק למצע כלשהו, ניתן לראות את החיידק כולו מסתובב על ציר הזרוע.

מנועים אחרים הממוקמים בתאים פועלים לדחיפת סיבים אחד כנגד השני (למשל בתאי שריר), או להעברת שלפוחיות קטנטנות לאורך שלוחות התא (למשל בתאי עצב). אולם, המנוע הקטן מכולם הוא אולי החלבון החשוב ביותר בגופנו - האנזים שאחראי להמיר את האנרגיה המתקבלת מתהליך הנשימה למטבע האנרגיה של הגוף . מולקולת ה-ATP.

ATP (אדנוזין-טרי פוספט) היא מולקולה האוגרת בתוכה את האנרגיה בקשר כימי. תהליך העמסת המולקולה באנרגיה מתרחש במיטוכונדריונים - האברונים האחראים על יצור האנרגיה בתאי הגוף. האנזים ממיר האנרגיה בנוי בצורה המזכירה פטריה - עמוד מרכזי, וסביבו 6 "כדורים" חלבוניים. מבנה זה העלה בעבר את ההשערה כי האנזים פועל כמנוע מסתובב: זרם פרוטונים העובר דרכו יוצר את הסיבוב סביב המוט המרכזי, והסיבוב מפעיל את ייצור ה-ATP ושחרורו לתא.

המנוע המולקולרי - האנזים מייצר ה-ATP ומוט שהוצמד לו

מספר מחקרים תמכו במודל ה"מנוע הסיבובי" בעבר, אולם קבוצת מחקר בראשות קאזוהיקו קינוסיטה (Kinosita) מיוקוהמה, יפן, מספקת בימים אלה את העדות המשכנעת ביותר - מבט ישיר דרך המיקרוסקופ. החוקרים קיבעו את האנזים למצע מוצק, וחיברו לעמוד המרכזי של המנוע מעין "מוט" באורך מיקרון, הבנוי משרשרת חלבון, ומסומן בחומר פלואורסצנטי. תוספת של ATP גורמת בתנאים אלה לאנזים לפעול (אך בכיוון "הפוך" - הוא מפרק את ה-ATP). ואכן, בהתבוננות במיקרוסקופ ראו החוקרים את המוטות הפלואורסצנטים מסתובבים כנגד כיוון השעון! קצב הסיבוב היה כ-4 פעמים בשניה, אולם יש לזכור כי ה"מוט" שהורכב על המנוע מאט ככל הנראה את קצב הסיבוב. עבודה זו מספקת הצצה ישירה אל סיבובו של המנוע הקטן בעולם, ותאפשר להבין באופן מדויק את תהליך ייצור ה-ATP בתאים.

תמונות עוקבות של תנועת הסיבוב של המנוע המולקולרי, דרך המיקרוסקופ הפלורסצנטי.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 23, יולי-אוגוסט 1997