יום שלישי, 8 באוקטובר 1996

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.

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.

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


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 (SO42-) לסולפיד (S2-). 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.

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.

אין תגובות:

פרסום תגובה