נאס"א: מים זרמו במאדים בעבר הרחוק - אבי בליזובסקי

כמו-כן, נמצאו גם מולקולות מתאן באטמוספירה, דבר העשוי להעיד על פעילות וולקנית או אף חיידקית בהווה

הודות לשני רכבי החלל של נאס״א, אופורטיוניטי וספיריט, נמצאו ראיות חותכות לכך שעל כוכב הלכת היו פעם מספיק מים לקיום חיים - כך הודיעה הסוכנות בסדרת מסיבות עיתונאים במהלך חודש מארס. אולם, בכל מקרה לא מצאו השליחים הרובוטיים ממצאים המעידים על קיום אורגניזמים חיים על כוכב הלכת, בהווה או בעבר. 

אתר הנחיתה של אופורטיוניטי במישור מרידיאני
NASA/JPL/Ames/Cornell/ Washington University (St. Louis)

במחקר של שכבת סלע שגילה רכב החלל אופרטיוניטי נמצאו גופרית ומינרלים שונים, שנוצרו בנוכחות מים. קיומם של מים במצב הצבירה הנוזלי מעיד על כך שהאטמוספירה היתה פעם הרבה יותר דחוסה מאשר כיום (בלחץ של אחוז אחד מלחץ האוויר של כדור הארץ, המים ״רותחים״ ב-7 מעלות צלזיוס).

״מאדים היה ספוג במים מספיק כדי ליצור סביבת מחיה טובה וראויה לחיים״, אמר סטיב סקוויירס (Squyres) מדען בכיר בצוות המשימה של אופורטיוניטי. ״אולם, אין הדבר מוכיח שהיו יצורים חיים על כוכב הלכת״.

ההודעה הראשונה, מה-4 במארס, נגעה לממצאים שנתגלו בעזרת רכב החלל אופורטיוניטי במהלך עבודתו בחודשיים האחרונים, במקום המכונה מישור מרידיאני. זהו אזור מישורי שאדמתו מכילה המטיט (hematite), סוג של תחמוצת ברזל הנוצרת, בין השאר במגע עם מים. 

כבר עם נחיתת רכב החלל, גילו חוקרי נאס״א עניין רב בשכבות הסלעים במקום, משום שנראה היה כי נמצאו בעבר בתוך מקווה מים. בבדיקות שערך רכב החלל לשכבות סלעים נתגלו ממצאים של סולפטים (תרכובות גופרית) ומינרלים אחרים, שנוצרים בסביבה מימית. לפי הממצאים, אם היו חיים בזמן היווצרותם של הסלעים, אז תנאי המחיה היו מאפשרים לאותם יצורים חיים לשגשג.

״במשך השבועיים האחרונים תקפנו את הסלע הזה עם כל פיסת חומרה שיש לנו וחתיכות הפאזל נפלו כולן למקום״, אמר סקוויירס. ״האם הסלעים הללו השתנו בגלל מגע עם מים נוזלים? התשובה לשאלה זו היא חד משמעית "כן".

לדבריו יש כמה קווי מפתח בעדויות התומכים במסקנה זו. בין היתר, ההופעה הפיזית של הסלעים, הנוכחות של ״כדורונים״ קטנים וגומות על פניהם - הכול מוביל לפעילות של מים.

כשבועיים אחר כך מסר שוב סקוויירס, במסיבת עיתונאים שלישית שהוקדשה לנושא המים במאדים, כי ״אנחנו סבורים שאופורטיוניטי חונה כעת על מה שהיה פעם חוף של ים מלוח על מאדים״. זו הפעם הראשונה שלמדענים יש עדויות מוצקות - נתונים חדשים מן הניתוח שערכו הרובוטים לסלעי מאדים עצמם - כי אכן זרמו מים על מאדים. לדברי סקוויירס, מקומו הנוכחי של אופורטיוניטי היה מישור מלוח כאשר הסלעים הללו נוצרו, וייתכן שפעם הוא כוסה לפרקים במים רדודים ולעיתים היה יבש. על כדור הארץ, סביבה מסוג זה, שבה יש זרמי מים המייצרים את הצורות הללו נמצאת בחופי ים.

אופורטיוניטי מצא גם ״כמות מדהימה של מלח״, אמר בנטון קלארק, אחד החברים בצוות רכב החלל בהתייחסו להודעת נאס״א על גילוי כלורידים וברומידים באתר. ״הדרך היחידה להשיג ריכוז כזה של מלח הוא למוסס אותו במים ולאפשר למים להתאדות״, הוסיף.

קודם לכן טענו המדענים כי לכל הפחות האזור היה עשיר בסלעים מינרלים שנחשפו למים (אולי תת קרקעיים) לאחר שנוצרו. ואולם הביטחון הגובר בקיומם של ברומידים מגביר את התמיכה בהשערה שמים זרמו על פני השטח של מאדים.

ובין שתי ההכרזות הללו זימנה נאס׳׳א שוב את כתבי המדע כדי להודיע להם שהודות לספיריט נמצאו אף בצידו האחר של קו המשווה(ביחס לתאומו אופורטיוניטי המשוטט בקרקע שהיתה פעם מוצפת) - עדויות לקיום פעילות מים בעבר בסלע הוולקני האופייני לאזור. כמות המים באיזור מכתש גוסב, שבו נמצא הספיריט, היתה ללא ספק קטנה בהרבה מכמות המים שכיסתה כנראה את אזור נחיתת אופורטיוניטי במישור מרידיאני. הממצאים הם תולדה של מחקר מקיף של סלע שזכה לכינוי המפרי (Humphrey), שספיריט נתקל בו בדרך מאזור הנחיתה למכתש גדול המכונה בונוויל. ריי ארווידסון (Arvidson) סגן החוקר הראשי במשימת המאדים הנוכחית אמר דברים אלו במסיבת עיתונאים בנאס״א.

ספיריט השתמש בכלי לשיוף הסלע כדי לחדור אל מתחת לפני השטח של הסלע ולגלות סדקים המלאים במינרלים, סימן לפעילות מים המוכרת לגיאולוגיים החוקרים את הסלעים בכדור הארץ. ״אני סבור כי ההימור הטוב ביותר הוא שמים חלחלו דרך המאגמה ושהמאגמה התגבשה״, אמר ארווידסון.

המדענים אינם יכולים לקבוע מתי נכחו שם מים, ואולם העדויות מראות כי זה היה בתקופת היווצרות כוכב הלכת, לפני למעלה מ-4 מיליארדי שנים. המדענים גם אינם יכולים לומר אם מדובר במים קרקעיים עומדים, או אולי אפילו אוקיאנוס שלם - אך הנתונים מצביעים על כך שמים זרמו או ביעבעו דרך הסלעים הללו.

מדעני נאס״א דיווחו כי קשה לומר מתי שררה הסביבה הרטובה במישור מרידיאני ומתיחילחלו המים בסלעים שבמכתש גוסב. לא אופורטיוניטי ולא תאומו, ספיריט, אינם מצויידים בכלים המאפשרים לתארך סלעים. הדרך הטובה לדעת מה גיל הסלעים תהיה להביא כמה מהם בחזרה לכדור הארץ, אמר סקוויירס. ״ברור שאנחנו זקוקים מאוד למשימה שבמסגרתה יוחזרו דגימות״ , הסכים אד ויילר, עוזר למנהל נאס״א.

צילום של אופורטיוניטי החושף קרקע שהיתה פעם מוצפת מים
NASA/JPL/Cornell/USGS

חיים או רק פעילות וולקנית

בסוף חודש מארס דיווחו אסטרונומים על גילוי מתאן באטמוספירה של מאדים, דבר העשוי להצביע על פעילות וולקנית נוכחית במאדים או אף על פעילות חיידקים על פניו. בשלב זה לא ניתן להכריע בין שתי האפשרויות הללו, ועד כה לא נתגלו לא פעילויות וולקניות ולא פעילות חיידקים, אך הידיעה פורסמה בהבלטה.

הגז זוהה בעזרת טלסקופים והזיהוי נתמך במידע שנתקבל ממכשירים על החללית האירופית מארס אקספרס. 

המתאן מתקיים זמן קצר מאוד באטמוספירת מאדים, ולפיכך הוא חייב להתחדש באספקה מתמדת, ולדברי המדענים אספקה זו יכולה לנבוע מהתפרצויות וולקניות או לחילופין מפעילות חיידקים.

מאדים זוהם בחיידקים ארצנים?

מדען אמריקני מאמין כי אם תוכח הימצאות חיים על מאדים, מקורם עשוי להיות קרוב אלינו הרבה יותר מאשר סברנו עד כה. ״אני מאמין כי יש חיים על מאדים, וכי הם שם באופן חד משמעי משום שאנחנו שלחנו אותם״, אומר אנדרו שורגר (Schuerger) במאמר שפורסם בכתב העת ניו סיינטיסט בסוף מארס 2004. 

לדברי המדען מאוניברסיטת פלורידה, יש סיכוי טוב שחיידקים מכדור הארץ תפסו טרמפ למאדים על גבי ספינות חלל. שורגר אומר כי מכל החלליות ששוגרו למאדים רק שתי חלליות ויקינג ששוגרו בשנת 1976 עברו סטריליזציה בחום. התהליכים שבהם נעשה שימוש בכל המשימות מאז, לרבות שני כלי הרכב הנוכחיים וביגל 2 הבריטית עשויים היו לאפשר הישרדות של חיידקים על סיפונן.

״החיידקים קרוב לוודאי לא ישרדו בקור של כ-200 מעלות קלווין (בסביבות מינוס שבעים צלזיוס) ובסביבת חומצה גופרתית׳׳, אומר ג׳ף קרגל מהסקר הגיאולוגי האמריקני. קרגל אומר כי בריכות ומלחות של מי מלח חומציים עשויים להתקיים על מאדים, ואולם הוא אמר לניו סיינטיסט: ״יתכן שהחיידקים הגיעו ושרדו ויכול להיות שעשינו דבר נורא״.

נמצאה הסיבה להתרסקות הביגל

רכב החלל האירופי ״ביגל 2״ התרסק בסוף  דצמבר על אדמת המאדים כנראה בגלל כניסה מהירה מדי לנחיתה. מדענים בריטיים העריכו כי ייתכן שבשל טעות בחישובים, האטמוספרה של הכוכב הייתה פחות צפופה ממה ש״ציפתה״ לו ביגל ולכן כניסת החללית  הייתה מהירה מדי והמצנחים וכריות האוויר לא נפתחו בזמן כדי לרכך את נחיתתה.

נאס״א הודיעה אחרי נחיתת ה״ספיריט״ כי צפיפות האטמוספרה היתה נמוכה ממה שהעריכו מדעניה אך רכב החלל הצליח בכל זאת לנחות בשלום. הטעות בחישובים הוסברה בסופת אבק במאדים שחיממה את האטמוספרה. ספיריט שרד כנראה בזכות מספר מנגנוני ריכוך הנחיתה שעטפו אותו. לקראת נחיתת אחיו התאום, ״אופורטיונטי״, שונו החישובים כדי למנוע סכנת התרסקות.

פורסם במקור ב"גליליאו" 68, אפריל 2004.

סיבים תזונתיים - רכיב המזון הנשכח והנידח - יוסף דרור

 

הסיבים התזונתיים, הפרמנטיים והלא-פרמנטיים, טיבם וכמותם,קובעים את אופי האוכלוסיה הסימביוטית האדירה של חיידקי המעי הגס המשפיעה על כלל פעילות המעי, מפעילה את המערכת החיסונית ומספקת אנרגיה לתאי המעי הגס. לסיבים אלו, המהווים רכיב מזון עקרי בצד פחמימות, שומן וחלבון, השפעה רבה על בריאות האדם.

רכיבי המזון נחלקים בהתאם למבנם הכימי ולתפקודיהם למספר קבוצות עיקריות (שרטוט 1). מבין קבוצות אלו, ״הסיבים התזונתיים״ נחקרו פחות מכל רכיב מזון עיקרי אחר. רכיב מזון עיקרי הוא מרכיב שצריכתו היומית נמדדת בגרמים ליום, ואף בעשרות ומאות גרמים ליום. לעומת זאת הצריכה היומית של ״רכיבי המזון הזעירים״ (רכיבי המיקרו) נמדדת בחלקי גרם ואף במיקרוגרמים בודדים. הצריכה הראויה של הסיבים התזונתיים לאדם היא בין 25 ל-35 גרם ליום. לסיבים התזונתיים השפעה ניכרת על בריאות האדם, אך חשובה לא רק הכמות, אלא גם ההרכב, אלא שעדיין לא נקבע ההרכב המיטבי של סיבים תזונתיים.

שרטוט 1

רכיבי המזון העיקריים ('אבות מזון')

• פחמימות 
• ליפידים: שומנים ותרכובות שומן אחרות 
• חלבון
• סיבים תזונתיים 
• מינרלים (יסודות עיקריים)

רכיבי קורט במזון

• ויטמינים 
• ויטמינים מותנים 
• תרכובות קורט אורגניות אחרות בעלות פעילות ביולוגית 
• יסודות קורט

כרגיל, אין מסווגים את הסיבים התזונתיים בין רכיבי המזון העיקריים, או כפי שמקובל היה לכנותם - ״אבות המזון״. גם ערכם התזונתי של הסיבים התזונתיים לא נקבע במפורש, והם מוגדרים כרכיב נלווה לפחמימיות. רק לאחרונה, שנים רבות לאחר שהוגדרו הדרישות התזונתיות לרכיבי המזון האחרים נקבעה גם הדרישה לכמות המזערית הראויה בצריכה של הסיבים התזונתיים.

בתחילת המאה העשרים הוגדר ערכן התזונתי ותפקודן הייחודי של חומצות האמינו המרכיבות את החלבון. בד בבד הוגדרו המונחים ״חלבון חסר״ ו״חלבון מלא״ ונקבעו אמות המידה להרכב החלבון המיטבי לאדם. למרות שחלפה מאה שלמה, והמחקר התזונתי הסתעף וכולל מאות אלפי מחקרים, טרם הוגדרה ההשפעה הייחודית של כל אחד מרכיבי הסיבים התזונתיים על המצב הפיזיולוגי והבריאותי של האדם.

מחקר השפעת הסיבים התזונתיים על בריאות האדם עדיין בחיתוליו וחובק שדות דעת רבים. אלה נדרשים למחקר תזונתי מקיף כלשהו, אולם לגבי הסיבים התזונתיים שילוב תחומי המחקר חשוב במיוחד.

הסיבים התזונתיים מסווגים בהתאם למספר אבני בוחן: א. מידת מסיסותם באמצעים כימיים. ב. מידת היכולת לעבור התססה (פרמנטביליות) (שרטוט 2); ג. הרכב יחידות הבסיס העיקריות מהן מורכבים הפולימרים של הסיבים; ד. מידת הסתעפות הפולימרים והקף קשרי הצילוב המחברים בין השרשרות הפולימריות. וכן לפי תכונות פיזיקליות שונות כמו: כושר תאחיזת מים (לאמור, כמה מים נקשרים ליחידת משקל של הסיבים), צמיגות בסביבה מימית, קיבולת תחלופת יונים, כושר הספיחה של חומצות מרה ושל כולסטרול. כדי למדוד את השפעת הסיבים יש להגדיר איפוא את הסיבים התזונתיים ובהתאם להגדרה המפורטת לבחון את השפעת הסיבים על המצב הפיזיולוגי! משימה זאת טרם נעשתה.

שרטוט 2 - הרכיבים העיקריים של הסיבים התזונתיים

הפולימרים שמתפרקים על ידי חיידקים אינם שלובים זה בזה (קטעים המסומנים בסגול). בקטעים המשולבים זה בזה (מסומנים בצהוב) קשרים נוספים בין הפולימרים מונעים את פירוקם. בין הפולימרים הפחמימתיים קשורים פולימרים של ליגנין, אשר פריקותו מועטה ביותר, ובהקשרם מונעים את פירוק הפולימרים הפחמימתיים. בתחתית השרטוט מוצגות יחידות המבנה של החד-סוכרים המרכיבים את הפולימרים הפחמימתיים ויחידות המבנה הפנוליות של מבני הליגנין.

הסיבים התזונתיים מוגדרים כתרכובות פחמימתיות (או ליגנין) שמקורן צמחי, ושאינן עוברות עיכול (לאמור - פירוק כימי כהכנה לספיגה לגוף) במעי-הדק של האדם. מכאן מובן שעצם ההגדרה מתייחסת לאדם ואינה תקפה לבעלי חיים אחרים אשר בהם צורת עיכול אותם הרכיבים עשוי להיות שונה. מבין רכיבי המזון העיקריים, ניצולם של הסיבים התזונתיים ייחודי באדם, ואילו שומן, חלבון, ויטמינים ומינרלים דרך ניצולם בבעלי החיים האחרים דומה לשל האדם (לבד ממעלי הגירה, שלהם מערכת עיכול מיוחדת, שבה פעילות המיקרואורגניזמים גדולה במיוחד). המונח עיכול, לצורך העניין, כולל רק פירוק של רכיבי המזון על ידי האנזימים המופרשים על ידי בלוטות מערכת העיכול ודופן צינור העיכול ולא פירוק על ידי חיידקי מעיים. כל פעולות פירוק המזון בכל מערכת העיכול נעשות בעזרת אנזימים, הן אנזימים הנבנים בתאי האדם, והן אנזימים המיוצרים בתאי החיידקים. תאי האדם אינם מסוגלים לייצר אנזימים שמפרקים קשרים כימיים של הסיבים התזונתיים. העיכול נעשה בחלקה העליון של מערכת העיכול הכוללת את הקיבה, התריסריון והמעי-הדק ואילו ההתססה (פירוק על-ידי חיידקים) מתרחשת במעי-הגס (שרטוט 3).

שרטוט 3 - המעי הגס של האדם
בו חלים תהליכי ההתססה של הסיבים הפרמנטיים.  החץ מראה על החלחולת 

הסיבים התזונתיים מתפרקים בחלקם על ידי החיידקים שבמעי-הגס של האדם בתהליך התססה (פרמנטציה). תאי האדם, ותאי בעלי חיים עילאיים אחרים, אינם מסוגלים לייצר אנזימים המפרקים קשר ביתא-גלוקני 4-1 (הקיים בחומר הצמחי תאית) ומייצרים אנזימים המפרקים קשר מרחבי אלפא-גלוקוני (הקיים בעמילן). לעומת זאת חיידקי המעי מייצרים אנזימים המפרקים את שני סוגי הקשרים (שרטוט 4). אנזים המפרק קשר אלפא אינו מסוגל לפרק קשר ביתא ולהפך. למה הדבר דומה? לקורא תקליטים (פטיפון, נגן תקליטורים או כונן מחשב) הקורא תקליטים שנצרבו בכיוון השעון; כדי לקרוא תקליטים הצרובים בכיוון הפוך, נדרש מנוע המסתובב נגד השעון. כך גם האנזימים, אלא שייצור אנזים ״הפוך״ מסובך לאין ערוך מבניית מנוע ״הפוך״. בחלק העליון של מערכת העיכול, שם פעילים בעיקר אנזימים שמייצרים תאי האדם, הסיבים התזונתיים כלל אינם מתפרקים ואילו במעי־הגס, שם נוצרים אנזימים של חיידקים, מתרחש פירוק הסיבים התזונתיים. הסיבים המתפרקים על ידי חיידקי המעי-הגס מכונים ״סיבים פרמנטיים״, ואלה שכלל אינם מתפרקים מכונים סיבים לא-פרמנטיים. הליגנין (שרטוט 5) כמעט ואינו מתפרק במערכת העיכול.

שרטוט 4 - קטעים מפולימר עמילן (עליון) ופולימר תאית (תחתון)
הקווים הכחולים מציינים קשרי אלפא בין יחידות החד-סוכרים, והאדומים - קשרי ביתא

שרטוט 5 - שני דגמי פולימרים של ליגנין

מונחים

הסיבים התזונתיים מוגדרים הגדרה כימית והגדרה ביולוגית. ההגדרה הביולוגית תקפה רק לגבי מערכת העכול של האדם ותזונת האדם.

סיבים תזונתיים

מרכיבים פחמימתיים (או דמויי פחמימות, כמו ליגנין) של המזון הצמחי שאינם מתפרקים על ידי האנזימים המופרשים במערכת העכול העליונה (הקיבה, התריסריון והמעי-הדק) וממילא אינם נעכלים שם. הסיבים התזונתיים מורכבים בעקרם מפולימרים של החד-סוכרים: הקסוזות: גלוקוז, גלקטוז, מנוז, רמנוז, פרוקטוז: פנטוזות: ארבינוז וקסילוז, וכן חומצות אורוניות ונגזרות אחרות של החד-סוכרים.

סיבים תזונתיים פרמנטיים או מותססים (הגדרה ביולוגית) 

אלו המתפרקים על ידי אנזימי החיידקים (בקטריות) במעי-הגס (פרמנטציה מוגדרת, לענין זה, כפעולת פירוק אנזימטית על ידי חיידקים ולא על ידי אנזימי התאים האיקריוטיים).

סיבים תזונתיים לא פרמנטיים או סיבים תזונתיים גסים (הגדרה ביולוגית) 

כאלו שאינם מתפרקים כלל במערכת העכול.

סיבים תזונתיים מסיסים  (הגדרה כימית) 

אלו שניתן להמיס באמצעים כימיים בתנאי מעבדה. הסיבים התזונתיים המסיסים אמורים לייצג את הסיבים הפרמנטיים והלא-מסיסים את הסיבים הלא-פרמנטיים.

ביחס לחלבונים, לפחמימות ולשומנים נערכת כרגיל הקביעה האם הם מתפרקים במערכת העיכול תוך שימוש בחיות מעבדה, שכן תהליכי העיכול הבסיסיים דומים באדם ובחולדות ועכברים. לגבי סיבים תזונתיים המצב שונה: זאת מאחר שפירוקם תלוי בפעילות החיידקים וממילא בזמן השהיה במעי־הגס ובמעי העוור. שהיית המזון במעי-הגס שונה במידה ניכרת בין האדם לבין חיות המעבדה הזמינות למחקר התזונתי. לכן, מדידת תהליכי פירוק הסיבים התזונתיים בדרך ביולוגית אינה ישימה. לצורך הערכת מידת ההתפרקות של הסיבים התזונתיים פותחו שיטות כימיות אנליטיות, והסיבים התזונתיים הוגדרו הגדרה כימית בנוסף להגדרה הביולוגית. בשיטות אלו מפעילים על הסיבים התזונתיים חומצות, בסיסים ודטרגנטים, בתנאים תקניים, ומודדים את שיעור הסיבים שהומסו. מכאן המונחים סיבים תזונתיים מסיסים וסיבים לא-מסיסים. ההגדרה הכימית של הסיבים המסיסים והלא-מסיסים דומה להגדרה הביולוגית של סיבים פרמנטיים ולא־פרמנטיים, אולם אין חפיפה ביניהן. הנתונים המופיעים בטבלאות המזון מובאים מההגדרה הכימית של הסיבים.

המבנה הכימי של הסיבים התזונתיים קובע את הרכב אוכלוסיית החיידקים במעי-הגס. בפעילות תקינה, חיידקי המעי־הגס סימביונטים עם האדם. במעי-הגס מנהלים החיידקים את מחזור חייהם הקצר, מנצלים לצורכיהם את האנרגיה הכימית ממזון האדם ומעמיסים את החום והגזים המשתחררים בחילוף החומרים שלהם, על גוף האדם. החום מהווה מעמסה פיזיולוגית והגזים גורמים לאי נוחות גופנית וחברתית. סוג הסיבים התזונתיים קובע את הרכב הגזים, כמותם וריחם. בצד המעמסה תועלת רבה: חיידקי המעי-הגס חיוניים לבריאות ולפעילות פיזיולוגית טובה של מערכות הגוף. האדם מסוגל לחיות גם ללא פעילות חיידקי המעי-הגס (כמו מי שכרתו לו את המעי־גס והוא ממשיך בפעילותו היומיומית), אבל חוסר החיידקים משפיע על בריאותו.

למעי-הגס מגיעים השיירים שלא התפרקו ולא נספגו במעי-הדק, ובעיקר הסיבים התזונתיים הפרמנטיים המהווים מקור עיקרי להזנת החיידקים. למרות שהסיבים הלא-פרמנטיים אינם מתפרקים, גם להם תפקיד מכריע בקביעת אוכלוסיית החיידקים. הסיבים הפרמנטיים והלא-פרמנטיים שלובים וכרוכים אחד בשני בדרך הדוקה ביותר (שרטוט 2). הקטעים החופשיים (מסומנים בסגול) הם פרמנטיים ואלה המחוברים אחד לשני בקשרים כימיים נוספים (מסומנים בכתום) הם הלא-פרמנטיים. הפולימרים הרב-סוכריים קשורים גם בפולימרים של הליגנין (שרטוטים 2, 5), דבר המקנה יציבות, למבנה הצמחי ומקטין את האפשרות שחיידקים יתקפו ויפרקו את הסיבים. הסיבים התזונתיים אינם בהכרח בעלי מבנה סיבי, ושמם הוענק להם בשל מבנה סיבי התאית, המהווה רק אחד מרכיביהם. לפקטין (שרטוט 6) ולאוליגו-סוכרים אין מבנה סיבי. האוליגו-סוכרים (פולימרים של סוכרים בעלי 3 עד 20 יחידות סוכר) נפוצים בסוגי מזונות שונים אולם עניין מיוחד להם כחומרי פרביוטיקה (תכשירים מיוחדים, מופקים בין השאר מארטישוק) המוספים לפרוביוטיקה (תכשירי חיידקים המיטיבים עם בריאות האדם; מוספים בין השאר למוצרי חלב מיוחדים). תכשירי הפרביוטיקה משפרים את אופיה של אוכלוסיית החיידקים במעי-הגס, מקטינים את אוכלוסיית החיידקים האירוביים (בעלי פעילויות שליליות על הבריאות) ומעלים את פעולת החיידקים האנאירוביים ובמיוחד של הביפידובקטריה (חידקים אנאירוביים, בעלי השפעה חיובית מיוחדת).

שרטוט 6: בחלק העליון, קטע אופייני של פקטין מורכב מחומצה אורונית (טבעת עליונה), מתיל אסטר של חומצה אורונית (טבעת אמצעית) ואצטיל אסתר של חומצה אורונית (טבעת תחתונה), בחלק התחתון, צומת הסתעפות של פולימר הפקטין.

כדי לעכל את מזונו, מפריש החיידק לסביבתו הקרובה אנזימי פירוק. יעילותם של האנזימים המופרשים הללו נמוכה מאוד. כדי להעלות את יעילות פעילותם של האנזימים, נצמדים החיידקים לסיבים לא-פרמנטיים. קשירת החיידק, ההכרחית לפעילותו, תלויה במבנה הכימי של הסיבים הלא-פרמנטיים. בשרטוט 7 מצולם (במיקרוסקופ אלקטרונים סורק) חיידק צלולוליטי (מפרק תאית (הנצמד לאתרים לא-פרמנטיים ומפרק סיבים פרמנטים (הפירוק מתגלה כחלל שנוצר ליד החיידק). קביעת ערכם התזונתי של הסיבים התזונתיים והשפעתם על בריאות האדם מחייבת ידיעה מפורטת בדבר היחס בין סיבים פרמנטיים ללא-פרמנטיים והבנת המבנה הכימי המפורט של שני סוגי הסיבים.

שרטוט 7: תצלום במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (הגדלה פי 35,000) של חיידק (Fibrobacter succinogenes) צלוליטי (מפרק תאית) הנאחז באתרים הלא פרמנטיים של התווך הצמחי ומפרק אתרים פרמנטיים. 
(ממעבדתו של ד"ר י. מירון, מנהל המחקר החקלאי)

מקורם העיקרי של הסיבים התזונתיים הוא הדפנות של התאים הצמחיים, המהוים את הביומסה העיקרית ביבשות כדור הארץ. הסיבים התזונתיים בנויים ממספר עצום של יחידות מבנה היוצרות את הפולימרים ארוכי השרשרת (רב-סוכרים) אבל כוללות גם תרכובות שאינן סוכרים, כמו ליגנין. לכן, מספר האפשרויות התיאורטי לבניית הסיבים התזונתיים הוא בלתי מוגבל. יחידות המבנה השכיחות של סוכרי הסיבים התזונתיים נחלקות לשתי קבוצות עיקריות. א. הקסוזות (חד-סוכרים עם 6 פחמנים) - גלוקוז, גלקטוז, מנוז, רמנוז ופרוקטוז; ב. פנטוזות (חד-סוכרים עם 5 פחמנים): ארבינוז וקסילוז. כל אחד מחד־סוכרים אלה יכול לעבור התמרה כימית על ידי תרכובות נוספות, ובדרך זאת ליצור מספר רב של חד-סוכרים. למרות המגוון העצום של התרכובות העשויות להיווצר על ידי יחידות החד-סוכרים ונגזרותיהם, ניתן לסווג את הסיבים התזונתיים למספר קבוצות עיקריות (טבלה 1). בנוסף לתרכובות המוצגות בטבלה, קיימות תרכובות נוספות הנכללות תחת ההגדרה סיבים תזונתיים, כמו אלה המופקים מאצות, ונגזרות של רב-סוכרים תעשייתיים.

החד-סוכרים נוצרים בתוך התא הצמחי ומועברים אל דופן התא. קשירת החד-סוכרים לפולימרים ארוכים מתבצעת על ידי מאות אנזימים שממוקמים בדופן התא הצמחי. קשירת החד-סוכרים לפולימרים ויצירת קשרי צילוב בין הפולימרים השכנים מתרחשות כל עוד נמשכת הפעילות האנזימטית בתא. עם התקדמות תהליכי הבשלת הצמח מתרבים קשרי הצילוב ושיעור היעכלות הסיבים התזונתיים קטן. וכך עולה שיעורם של הסיבים התזונתיים בתא הצמחי אבל עולה גם חלקם של הסיבים הלא-פרמנטיים מתוך כלל הסיבים.

טבלה 1. סיווג הקבוצות העקריות של הסיבים התזונתיים

קבוצה	יחידות בסיס עיקריות (ראה שרטוט 2)	מקורות מזון שכיחים
תרכובות פנוליות אסטרים פנוליים וליגנין	פניל-פרופיונט	כל הצמחים
רב-סוכרים עמילן עמיד עמילן לא נגיש עמילן גרגרי עמילן מעובד	גלוקוז גלוקוז גלוקוז	גרעינים טחונים למחצה וזרעים תפו״ד לא מבושל, בננה   תוצרי עמילן קלויים
רב-סוכרים לא עמילניים סיבי דופן התא הצמחי תאית ביתא-גלוקנים ארבינוקסילנים ארבינוגלקטנים קסילוגלוקנים רמנוגלקטורנים סיבים תוך תאיים פקטין פרוקטנים מננים גלקטומננים	גלוקוז גלוקוז קסילוז, ארבינוז  גלקטוז, ארבינוז  גלוקוז, קסילוז  חומצות אורגניות, רמנוז   גלקטוז, מנוז  חומצות אורגניות, רמנוז פרוקטוז מנוז  גלקטוז, מנוז	מרבית צמחי המאכל  שעורה, שבולת שועל, שפון   תוצרי דגניים  קמחי דגניים  פירות תרמילי קטניות כוסבת סויה, פולפת סלק סוכר פירות   שיפון  תוצרי קקאו  גואר
אוליגוסוכרים (פריביוטיקה)  אלפא-גלקטו-אוליגוסוכרים  פרוקטו-אוליגוסוכרים טרנס-גלקטו אוליגוסוכרים	גלקטוז, גלוקוז, פרוקטוז  פרוקטוז, גלוקוז  גלקטוז, גלוקוז	כוסבת סויה, אפונה, לפתית גרעיני דנן, ארטישוק ירושלמי תוצרי חלב

המעי-הגס כולו מכיל בערך 1 ק״ג של חיידקים, המהווים את עיקר המאסה בצואת האדם, בצפיפות של 10 מיליארד עד 100 מיליארד חיידקים במ״ל תוכן מעי, המופרש בהמשך כצואה. מכאן שמספר החיידקים במעי מעל ל-10 טריליון, יותר מכלל תאי גוף האדם. גם המעי-הדק של האדם מכיל חיידקים בשיעור של עשרת-אלפים עד מיליון למ״ל, ריכוז הנמוך פי מיליון מאשר במעי-הגס. מהילדות לגיל המבוגר קיימת ירידה בכמות החיידקים האנאירוביים ושל הביפידובקטריה בשיעור שבין פי 2 עד פי 350 ובד בבד עולה חלקם של החיידקים שריכוזם נמצא במתאם עם מצב בריאות לקוי. בכמה מחקרים נמצא כי הספקת פריביוטיקה בכמות של גרמים בודדים ליום העלתה את ריכוז הביפידובקטריה פי כמה מאות והקטינה במידה משמעותית את ריכוזיהם של החיידקים הפתוגניים.

מרבית הפקטין והעמילן העמיד עוברים התססה ופירוק במעי-הגס של האדם(90% עד 100%). המיצלולוז מותסס בחלקו (50% עד 80%). תאית מותססת במידה פחותה (20% עד 80%) והליגנין כמעט שאינו מותסס (טבלה 2). ההתססה מושפעת על ידי המקור הצמחי ושלב ההבשלה, תכולת התפריט היומי והרכבו, כמות חיידקי המעיים וטיבם וכושר תאחיזת המים.

שיעור הסיבים התזונתיים בצינור העיכול עולה ככל שמתקדמים לאורכו. הסיבים התזונתיים קובעים את ההרכב והפעילות של מעל ל-500 מיני חיידקים המשפיעים באורח נמרץ, בכוון חיובי או שלילי, על כלל חילוף החומרים של גוף האדם. תוצרי הפירוק של הסיבים הפרמנטיים הם בעיקרם חומצות שומן קצרות שרשרת: חומצה אצטית (חומצת החומץ בעלת 2 פחמנים) המהווה כמחצית מכמות החומצות, חומצה פרופיונית (בעלת 3 פחמנים) וחומצה בוטירית (חומצת חמאה, בעלת 4 פחמנים). החומצה הפרופיונית מהווה כרבע מכמות החומצות וכמוה החומצה הבוטירית. כן נוצרות כמויות מועטות של חומצה לקטית (חומצת החלב) וחומצה סוקצינית וכתוצאה מהתססת החלבון על ידי החיידקים, גם כמויות זעירות של חומצה ולרית (5 פחמנים) וחומצה קפרואית (6 פחמנים). ריכוז החומצות השומניות במעי-הגס עשוי להגיע עד 2% והן נספגות במהירות. בנוסף משתחררים גזים בכמות של 2 עד 3 ליטר ליום בהרכב הנפחי (%): חנקן (67), חמצן (5), פחמן דו-חמצני (10), מתאן (4), מימן (14). משקל המימן מהווה בערך 4% ממשקל החומצות השומניות. בגלל תהליכי ההתססה המייצרים גזים, נמוך ערכם האנרגטי של הסיבים הפרמנטיים לתזונת האדם. לסיבים הלא-פרמנטיים אין כלל ערך אנרגטי תזונתי וביחד עם הסיבים הפרמנטיים ערכם האנרגטי של הסיבים התזונתיים נמוך, 1.5 עד 2 קק״ל לגרם, שעה שהערך האנרגטי של פחמימות נעכלות כ-4 קק״ל לגרם. החומצות קצרות השרשרת המתפרקות מהסיבים הפרמנטיים מספקות לאדם 10-5 אחוזים מכלל האנרגיה של המזון. החומצה הבוטירית מהווה את המקור האנרגטי של הקולונוציטים (תאי דופן המעי-הגס הבאים במגע עם תכולת המעי). מיעוט חומצה בוטירית פוגע בתפקוד הקולונוציטים וחושף אותם לפגעים. החומצה האצטית מוסעת לכבד ומשמשת כמקור אנרגיה לשריר. החומצה הפרופיונית הופכת בכבד לגלוקוז.

טבלה 2. היכולת לעבור התססה (פרמנטביליות) של סוגי הסיבים התזונתיים

	פרמנטביליות %
תאית	80-20
המיצלולוז	90-60
פקטין	100
גואר	100
סובי חטה	50
עמילן עמיד	100
אינולין, אוליגו-סוכרים	100

הסיבים התזונתים, הכמות שלהם וטיבם, משפיעים במידה רבה על שחלוף החלבון של מערכת העיכול ובדרך זאת על כלל המטבוליזם. הגדלת שיעור הסיבים התזונתיים במזון מגדילה במידה רבה את קצב שיחלוף החלבון של מערכת העכול. תאי דופן מערכת העיכול מתחדשים מדי 3 ימים, חלבוניהם מתפרקים ותחתם מסונתזים תאים חדשים על חלבוניהם. אבל שחלוף החלבון מתרחש גם בכל תא, כלומר - חלק מהחלבון שהיה קיים בתא ביום אתמול התפרק ותחתיו נוצר חלבון חדש גם מבלי שהתא נמוג והתחלף. בשתי דרכים אלו, תחלופת תאים ושחלוף חלבון תוך-תאי, מהווה שחלוף חלבון מערכת העיכול 20 עד 25% מכלל שחלופו בגוף. שחלוף החלבון בגוף מהווה גורם משמעותי בכלל הפעילות המטבולית של האדם (ושל כל בעלי החיים) ולכן הסיבים התזונתיים הינם גורם רב משמעות בהשפעה על מטבוליזם המעי וכלל המטבוליזם של גוף האדם.

למערכת העיכול תפקוד מרכזי נוסף לתפקידי העיכול - היא כוללת לפחות 15 סוגים שונים של תאים אנדוקריניים, מפרישי חלבונים חיסוניים והורמונים, ואלה מהווים כמחצית מכלל המערכת החיסונית בגוף האדם. התאים האנדוקריניים של מערכת העיכול מושפעים מהחומרים שהשתחררו על ידי פעולת החיידקים, בין אם אלה שהתפרקו מהסיבים הפרמנטיים (כמו חומצות שומן קצרות שרשרת) ובין אם אלה שפורקו מגופות החיידקים (כמו מורמיל-דיפפטיד וליפו-פולי-סוכרים). המורמיל-דיפפטיד מהווה תרכובת מעניינת ביותר ופעילותה משמעותית ביותר. הקרומית הפנימית של החיידק מוגנת על ידי מעטפת של פולימר המורכב בין השאר מיחידות של מורמיל-דיפפטיד. לאמצע הטבעת של החומצה המורמית (שרטוט 8) נקשרת שרשרת של חומצות אמינו(מסומנת באדום וכחול) ונוצר המורמיל-דיפפטיד. לשני צידי טבעת החומצה המורמית נקשרות (ראה חיצים) יחידות נוספות של נגזרות חומצה מורמית, ובדרך זאת נוצר פולימר בעל תכונות מיוחדות המאפשרות לפולימר להגן על החיידק בפני פגעים חיצוניים. בפירוקו של החיידק משתחררות למעי-הגס יחידות של מורמיל-דיפפטיד.

שרטוט 8: מבנה המורמיל-דיפפטיד. החומצה המורמית (צהוב) וקבוצת N-אצטיל (ירוק). לחומצה המורמית קשורות שתי חומצות אמינו (ירוק וכחול) אשר ביחד יוצרים את המורמיל-דיפפטיד (MDP). החיצים מסמנים את אתרי הקישור ליצירת פולימר של יחידות נוספות ובדרך זאת נוצר פולימר מסועף המגן על החיידק.

המורמיל-דיפפטיד נספג לדם ומוכר על ידי קולטנים שונים, ביניהם אלה שעל גבי המקרופג׳ים ועל גבי תאים אחרים. בתאים אלה מפעיל המורמיל-דיפפטיד את המערכת החיסונית. במוח נקלטת התרכובת על ידי קולטנים המווסתים את השינה. כאשר גידלו חולדות סטריליות (Germ Free Rats) לא התפתחו בגופן חלבונים חיסוניים אלא לאחר שהזריקו לוולדות את המורמיל-דיפפטיד. חלב אם, שלא כחלב פרה, מכיל ריכוז גבוה של אוליגו-סוכרים אשר מתפרקים במעי-הגס ומאפשרים את התרבות חיידקי ה-Bifidobacteria. חיידקים אלה משחררים מדפנותיהם  את המורמיל-דיפפטיד שכאמור מפעיל את המערכת החיסונית.

בגלל ההשפעה המכרעת של הסיבים התזונתיים על אוכלוסיית החיידקים יש לסיבים השפעה רבה על המורמיל-דיפפטיד.

מגוון הסיבים התזונתיים מתבטא בהשפעות מאוד מגוונות על התנועתיות ועל הפיזיולוגיה של מערכת העיכול, על פעילויות פיזיולוגיות אחרות ועל הפרעות בריאותיות. מדובר בהשפעה פיזיקלית של תנועת הסיבים התזונתיים לאורך צינור העיכול וחיכוך מתמיד עם דופן המעי; זמן המעבר במערכת העיכול; הגברת תחושת השובע והשפעה על ההשמנה; תדירות היציאות, הרכב הצואה, שלשול, עצירות וטחורים; שחרור של תרכובות שונות הנובעות מפעילות החיידקים וספיגתן על ידי דופן המעי-הגס (מורמיל-דיפפטיד, ליפו-פולי-סוכרים וחלבוני דופן תא החיידק); ייצור חומצות שומניות קצרות שרשרת וגזים (פחמן דו-חמצני, מימן ומתאן); הגדלת מורגי (בליטות העיכול והספיגה של המעי), עובי דופן המעי-הדק והגדלת כושר הספיגה של המעי; ספיחת תרכובות שארתיות שונות במעי ובמיוחד תרכובות רעילות ובהן תרכובות מסרטנות דוגמת נגזרות מסרטנות של חומצות מרה; הקטנת ספיגה של כולסטרול והשפעה על חילוף החומרים של הכולסטרול והשומנים; הגדלת העמידות כנגד חיידקי מעי פתוגניים ומכאן הקטנת הסיכון לאיבוד נוזלים בשלשול; הפעלת המערכת החיסונית והאנדוקרינית במישרין ובעקיפין על ידי חיידקי המעי-הגס; הפעלת תפקודים נוירולוגיים כמו שינה ותאבון באמצעות מורמיל-דיפפטיד וליפו-פולי-סוכרים; הקטנת האינדקס הגליקמי והשפעה על התגובות הגליקמיות (קצב העליה והירידה בריכוז הגלוקוז בדם לאחר ארוחה), האינסולינמית ועל הסוכרת; השפעה על עיכול חלבון וזמינות מינרלים; השפעה על הפרעות שונות של מערכת העיכול, סרטן המעי-הגס והשד, מחלות כלי הדם ויתר לחץ דם; יצירת אבנים בכיס המרה; השפעה על אנורקסיה נרבוזה (על ידי המורמיל-דיפפטיד וליפו-פולי-סוכרים); במחקרים אפידיומולוגיים נמצא קשר בין צריכת הסיבים להקטנת הסיכון למחלות לב; ויסות השינה על ידי המורמיל-דיפפטיד; התפרקות חיידקים פתוגניים אשר פעילותם מעוכבת על ידי החיידקים הניזונים מהסיבים הפרמנטיים המביאה לשחרור ליפופוליסכריד המעודד אנורקסיה; קיימות השפעות רבות נוספות של הסיבים התזונתיים על הפיזיולוגיה ועל בריאות האדם.

קיימות השגות לגבי ההשפעה המיטיבה של צריכה גדולה של סיבים תזונתיים על הבריאות. במחקרים שונים נמצא כי תוספת תכשירי סיבים תזונתיים מלאכותיים (לא תכשירי פריביוטיקה) הגדילה את הסיכון לסרטן המעי-הגס וכן גם צריכה מרובה של ירקות. למרות השגות אלו קיימת הסכמה כי צריכה מועטה של סיבים תזונתיים כרוכה בירידה בפעילות הפיזיולוגית ובמצב הבריאות. צריכה גבוהה של סיבים תזונתיים פירושה בין השאר צריכה רבה של ירקות ופירות ומשום כך צריכה גדולה של ויטמינים, מינרלים ושורה ארוכה של ״רכיבי מזון זעירים״ (רכיבי המיקרו), כמו למשל נוגדי-חימצון (אנטיאוקסידנטים) למיניהם. תרכובות אלו, בהן רבות שהשפעתן לא זוהתה, הן בעלות השפעה מיטיבה על המצב הפיזיולוגי והמצב הבריאותי. הקשר ההדוק בין תכולת תרכובות אלו ותכולות הסיבים התזונתיים ממסך את איתור ההשפעות הייחודיות השונות של כל רכיב מזון בנפרד.

לאורך מרבית דרכו האבולוציונית, צרך האדם כמויות סיבים תזונתיים גדולות בהרבה מאלו הנצרכות כיום על ידי מרבית האנשים בחברות המערביות. בהתאם לדרכו האבולוציונית, מותאמת הפיזיולוגיה של האדם לצריכה גבוהה של סיבים תזונתיים. במחקרים רבים שנערכו בחברות מערביות נמצאה צריכה מועטה של סיבים תזונתיים בכלל האוכלוסייה; צריכה מועטה כזאת שכיחה במיוחד בקרב קשישים בגלל בעיות בלעיסה. הירידה בהכנסה והנגישות לצריכת פירות וירקות. לפיכך רווחת הסכמה כי יש חשיבות מיוחדת להגדלת צריכת הפירות והירקות בקרב אלה הצורכים כמויות מועטות שלהם. הדעה המקובלת היא כי דרושים 120 גרם סיבים תזונתיים למגהקלוריה ובערך 25 עד 35 גרם לצריכה יומית כוללת.

מדוע אפוא אין הסכמה לגבי ההרכב המיטבי של הסיבים התזונתיים? כפי שהזכרנו, הסיבה נעוצה בהיעדר הגדרה של אפיוני הסיבים התזונתיים. במחקרים השונים נכללים כל הסיבים התזונתיים בעיסה אחת: פרמנטיים ולא-פרמנטיים, פקטין, תאית, המיצלולוז, עמילן עמיד, סיבים ממקורות שונים כמו דגניים, ירקות עליים, פירות וכדומה. הטבלאות התזונתיות הנמצאות בשימוש בהערכות תזונתיות כוללות רק את הרכיב סיבים תזונתיים כרכיב אחד (רק באופן חלקי ביותר שני רכיבים סיבים תזונתיים מסיסים ולא מסיסים). עד אשר תותקנה טבלאות מפורטות, סיווג הסיבים התזונתיים בהתאם לקבוצות מזון עשוי להיות מועיל לשם הערכת השפעת הסיבים התזונתיים על הבריאות והפרעותיה. ההמלצה הכוללת לצריכה מוגברת של סיבים תזונתיים אינה מבוססת דיה ודרושה המלצה מפורטת לגבי סוג הסיבים אשר ישפרו את מצב הבריאות.

אפיון רכיבי הסיבים התזונתיים אשר משמעותיים לבריאות האדם יפתח פרק חדש בהבנת הדרך לתזונה בריאה. 

לקריאה נוספת

Bowman A, Russell RM. “Dietary fiber." In: Gallaher DD, Schneeman BO. "Present knowledge in nutrition", 8th ed. Washington DC: ILSI Press, 2001 :83-91. 

Dror Y. "Dietary fiber intake for the elderly."  Nutrition 2003;19:388-9.

Xu J, Gordon Jl. "Honor thy symbionts ."PNAS 2003; 100:10453-9.

Mark A, Pereira MA, O'Reilly E , Augustsson K, et al. "Dietary fiber and risk of coronary heart disease, A pooled analysis of cohort studies." Arch. Intern Med 2004;164:370-6.

ד״ר יוסף דרור הוא חוקר במכון לביוכימיה, מדעי המזון והתזונה, הפקולטה לחקלאות, האוניברסיטה העברית

פורסם ב"גליליאו" 68,  אפריל 2004.

שביטים מפיצי חיים - יורם אורעד

מספר מדענים טוענים ששביטים שפוגעים בכדור הארץ מפיצים חיים ברחבי החלל. 

בתודעתם של בני האדם בעבר הרחוק התקשרו שביטים לאיום על החיים על פני האדמה; ואולם ייתכן ששביטים שפגעו בכדור הארץ היוו דווקא אמצעי להפצת החיים מכדור הארץ אל רחבי היקום. מכל מקום, כך טוענים המדענים צ'נדרה וויקראמאסינג (Wickramasinghe) ומקס ווליס (Wallis) מן המרכז האסטרוביולוגי של קרדיף יחד עם ביל נאפייר (Napier). על פי טענתם ייתכן ששביטים שפגעו בכדור הארץ במהלך שנות קיומו גרמו להתזת פיסות קרקע שמצויים בהן מיקרואורגניזמים מכדור הארץ אל החלל, ותוך כך הפיצו בהדרגה חיים ברחבי הגלקסיה שלנו, אפילו לקצוות המרוחקים ביותר שלה. לטענת המדענים, למרות שחלק מן המיקרואורגניזמים הושמדו עקב חום וקרינה הרי שחלק ניכר מהם שרד. 

שביט C/2015 V2, אפריל 2017
Kees Scherer, Flicker

מערכת השמש שלנו ועמה כדור הארץ, מקיפים את מרכז הגלקסיה אחת למאתיים וארבעים מיליון שנה; במהלך הקפה זו עוברת מערכת השמש בקרבתן של מערכות פלנטריות אחרות ולכן הפצת החיים לרחבי הגלקסיה אפשרית. טענה זו מחזקת את תיאוריית הפנספרמיה (panspermia) המציגה את הטענה שהחיים לא נוצרו בכדור הארץ עצמו אלא הגיעו אליו מן החלל. תיאוריית הפנספרמיה פותחה על ידי האסטרונום פרד הוֹיל (Hoyle) וצ'נדרה וויקראמאסינג החל משנת 1974. (מאמרו של ד"ר נח ברוש  מוקדש לפנספרמיה).

אחד התהליכים שאולי סייעו בהפצת החיים על ידי שביטים (אם אמנם התרחשה) הוא השתחקותם של גושי סלע ואדמה על ידי אבק בין פלנטרי, אבק המצוי בין כוכבי הלכת. ההשתחקות סייעה להפצה בכך שפירקה את גושי הסלע והאדמה לחלקים זעירים ורוח השמש הדפה אותם אל מחוץ למערכת השמש, כאשר הם נושאים בתוכם חיים. על פי ההערכה, עקב דחיפה זו, חלקים זעירים אלה יכלו ברבות השנים לצאת מתחומי מערכת השמש שלנו. סברה זו הובילה את המדענים להשערה שמערכת השמש שלנו נמצאת כיום במרכזה של מעין "דיסקת חיים" שהולכת ומתרחבת, דיסקה שהיא מעין ענן של פיסות חומר זעירות הנושאות עימן חיים בצורת מיקרואורגניזמים הנמצאים במצב של תרדמה. קוטרה של הדיסקה עשוי להגיע לשלושים שנות אור ואולי אף יותר. במהלך קיומו של כדור הארץ חלו כבר עשרות התקרבויות גדולות של מערכת השמש שלנו אל ערפיליות יוצרות שמשות, שמהן נוצרו מאוחר יותר מערכות פלנטריות. התקרבויות אלה אפשרו למיקרואורגניזמים לחדור אל מערכות שמש מתהוות שכאלו, ממש בתהליך היווצרותן.

עד סוף המאה הקודמת, שרר מצב של חוסר ודאות לגבי השאלה אם שמשות אחרות, מלבד שלנו, מוקפות גם הן במערכות פלנטריות משלהן ואם כן, עד כמה מערכות פלנטריות הן תופעה נפוצה במרחבי החלל. בשנים האחרונות (מאז שנות התשעים של המאה העשרים), התשובה על שאלה זו הולכת ומתבהרת עם גילויין של עוד ועוד מערכות פלנטריות. עד כה התגלו כבר עשרות כוכבי לכת. מערכות כוכבי לכת מתבררות כתופעה נפוצה ביקום. האם גם כוכבי לכת המסוגלים לקיים חיים על פניהם הם תופעה נפוצה? אם אכן כן, טוענים המדענים, ייתכן שהתהליך של פיזור החיים באמצעות מנגנון זה (דיסקת החיים הגורמת לפיזור המיקרואורגניזמים מכדור הארץ אל מערכות שמש בהתהוות), "הדביק" עד כה כבר למעלה מעשרה מיליארד מכוכבי הגלקסיה שלנו, גלקסיית שביל החלב, במהלך קיומה.

חיים מן החלל? - נוח ברוש - "גליליאו" 68, אפריל 2004.

פורסם ב"גליליאו" 68,  אפריל 2004.

חיים מן החלל? - נח ברוש

האם ייתכן שהחיים על-פני כדור הארץ נולדו בכלל בכוכב לכת אחר? אפשרות זו שייכת לכאורה לתחום המדע בדיוני גרידא, ואולם דומה שהתורה הגורסת כך - הפנספרמיה - זוכה באחרונה לאוזניים קשובות יותר

פנספרמיה
Pablo Carlos Budassi, Wikimedia Commons

האם תופעת החיים ייחודית לכדור הארץ? כלום ייתכן שצורות חיים פשוטות נדדו מכוכב לכת אחד לאחר בתולדות היקום וזרו חיים במקומות שונים, אולי אף בכדור הארץ עצמו? למרות שהאפשרות הועלתה לפני כמאה שנים, עדיין הדעות חלוקות לגביה, אם כי נדמה שהיא נעשית לאחרונה מקובלת יותר. מדובר באפשרות שמקור החיים על כדור הארץ הוא בחלל ואולי, בהרחבה של הטענה המקורית; היקום כולו מחובר ברשת של "החלפת חיים". אם סברה זו נכונה, כי אז אנו, תושבי כדור הארץ, איננו אלא "חוצנים", יצורים שהתפתחותם תלויה במידה זו או אחרת בצורות חיים שהיגרו לכדור הארץ ומן הסתם כבר הפיצו את עיקרי המורשת התורשתית שלהם ברחבי החלל. תיאוריה זו, המכונה "פנספרמיה" (panspermia), ממשיכה לעניין הן מדענים שחוקרים את ראשית החיים והן אסטרופיזיקאים. מקור המילה הוא ביוונית: pan = כלל, ובהרחבה תערובת, ערבוב, ו-sperm= זרע, כלומר ערבוב הזרעים (של החיים).

מבוא

עוד ביוון העתיקה טען הפילוסוף אנאקסאגוראס (Anaxagoras) שתופעת החיים אינה ייחודית לארץ, אלא שהיקום כולו מלא חיים. הוא עוד טען שהחיים הגיעו אל הארץ מהחלל, מעולמות אחרים. טענה זו, של כלליות החיים, לא התבססה כמובן על ממצאים של המדע המודרני אלא על טיעונים פילוסופיים. בתחילת המאה העשרים העלה טענה דומה הכימאי השוודי וחתן פרס נובל סווטה ארניוס (Arrhenius). טענתו היתה יותר ממוקדת מזו של אנאקסאגוראס, הואיל והתבססה על התופעה הפיזיקלית של לחץ הקרינה: ארניוס טען שצורות חיים פשוטות כגון חיידקים יכולים להתפשט ברחבי החלל על-ידי הדיפתם מסביבת כוכבים (לידם קיימים כוכבי לכת שעליהם כבר הופיעו חיים) בגלל לחץ קרני האור של הכוכבים עצמם. צורה זו של הזרעת היקום בחיים זכתה לשם רדיו-פנספרמיה (radio-panspermia) והתבררה כלא סבירה לקראת סוף המאה ה-20. ארניוס חשב שהלחץ שמפעילה הקרינה שנפלטת מהכוכבים חזק מספיק כדי להרחיק חיידקים לתוך מעמקי החלל. על כנפי הקרינה, החיידקים יכולים לעבור מכוכב לכת אחד לאחר וממערכת שמש אחת לשנייה, ולהתבסס על עולמות שלא פיתחו חיים באופן עצמאי. בצורה זו, כך חשב המדען השוודי, יכולה תופעת החיים להפיץ את עצמה לכל רחבי החלל.

מאז ימיו של ארניוס הופיעו מספר הצעות שונות, שאולי המפתיעה ביותר מביניהם היתה הצעתם של הבריטים פרד הויל (Hoyle) וצ'אנדרה ויקראמאסינג (Wickramasinghe). אלה הציעו שרסיסי חיים יכולים להגיע לכוכב לכת על גבי כוכבי שביט ואף מצאו קשר בין מגיפות על כדור הארץ לבין מטרות מטאורים. רבים מבין המטאורים נפלטים מכוכבי שביט, כך שאם מקבלים את ההנחה שעל כוכבי שביט, או בתוכם, יש צורות חיים מיקרוסקופיות, אפשר להניח שחלק מהם יגיעו במהלך השנים אל כדור הארץ. היצורים שמגיעים מהחלל על-גבי השביטים, כך טענו החוקרים, גורמים למחלות אצל בני האדם. טענה מהפכנית עוד יותר, אם כי מבוססת הרבה פחות, היא של חתן פרס נובל פרנסיס קריק (Crick), שגילה יחד עם ווטסון את מבנה ה-DNA, עליה עוד ידובר בהמשך. קריק חשב שהזרעת צורות חיים פשוטות על כוכבי לכת נטולי חיים היה מעשה מכוון של תרבות גלקטית קדומה, ש"הכינה" כוכבי לכת כך שיהיו מוכנים לקלוט צורות חיים דומות לאלה של התרבות הזורעת. צורה זו של הפצת חיים מכונה "פנספרמיה מכוונת" (directed panspermia) ולא נדון בה כלל במאמר זה.

הרעיון שהחיים הגיעו אל כדור הארץ מהחלל, ואולי אף עזבו את כדור הארך כדי לנדוד אל מקומות אחרים ביקום, מחבר את תופעת החיים על כדור הארץ ומחוצה לו למרקם אחד. הוא פותר מספר בעיות בהן מתלבטים החוקרים את ראשית החיים, כגון המהירות המדהימה של ההתהוות הראשונית של יצורים חיים, כמעט מיד לאחר התגבשותו של כדור הארץ במערכת השמש. היא גם מעלה את סף התקוות בקרב המחפשים חיים חוץ-ארציים, כיוון שהיא הופכת את בעיית הקיום של צורות חיים לשאלה "האם במקום מסוים תנאי הקיום מספיקים".

מהות החיים

אחת המשימות הקשות יותר בתחום המדעים היא להגדיר בדיוק מה היא תופעת ה"חיים". מסתבר שניתן לנסח מספר הגדרות, הכול לפי הצורך המחקרי או לפי טיב הטיעון, החל מהגדרות מדעיות שמתאימות לתחום האסטרו-ביולוגיה וכלה ברעיונות דתיים למיניהם. למשל, בתחום מדעי הביולוגיה ניתן להגדיר "חיים" במונחי התפקוד של תא חי, או במונחי התהליכים המולקולריים שמתרחשים כאשר יצור חי. ניתן גם להתייחס לתופעת התורשה כמרכיב עיקרי של החיים, אך ברור שזהו רק פן אחד ממרכיבי ההגדרה הנחוצה.

להלן מספר "הגדרות" שהציעו מדענים שונים. נאקאמורה (Nakamura) מהמכון הביולוגי בקובה יפאן הגדיר כיצור חי מערכת שלה שלוש תכונות אופייניות: מסוגלת לקיים עצמה בצורה עצמאית (ללא תמיכה חיצונית), משכפלת עצמה, ומתפתחת עקב אינטראקציה עם סביבתה. לעומתו, בראק (Brack) מהמרכז לביופיזיקה מולקולארית של צרפת טען שהחיים הם מערכת כימית המסוגלת לשכפל עצמה על-ידי אוטו-קטליזה (זירוז עצמי של תהליכים) ושעושה שגיאות המשפרות את יעילות האוטו-קטליזה. האסטרונום ריצ'רד וסט (West) מהמצפה האירופי הדרומי הגה את ההגדרה העממית, שמבוססת על מה שחושינו אומרים: יצור חי הינו משהו שמסוגל לגדול, להתפתח, להתרבות, ולהיכחד בטווח זמן שהוא בר-תפיסה על-ידי החושים האנושיים.

אם מנסים לתרגם את האמירה של וסט למושגים פשוטים יותר, יוצא שעלינו לשאול את עצמנו מספר שאלות לפני שנוכל להגדיר משהו כיצור חי. למשל, אנו בוחנים אם הדבר המסוים זז בכוחות עצמו, אם הוא מגיב ומשנה את תנועתו אם מפעילים עליו גירויים חיצוניים כגון חום או קור, אולי בעזרת מערכת עצבים שמעבדת גירויים אלה לפעולות (תגובות) של היצור. אנו בוחנים אם מושא המחקר מסוגל להתרבות על-ידי פעילות מינית, או באמצעות חלוקה, בדומה ליצורים חד-תאיים. הצריכה של חומרים מהסביבה (אוויר, מים, מזון) כדי לקיים את היצור ולאפשר את התרבותו היא גורם חשוב במסגרת השיקולים, וכן תהליך גדילה הן בממדים והן במורכבות. מתברר שהגדרות "אופרטיביות" אלה אינן ממצות וניתן על-ידן לסווג כיצורים חיים מצד אחד נגיפים ומצד שני הרים וכוכבים.

אנו רואים כי המטלה של ניסוח הגדרה מדויקת, שתבדיל בין יצור חי לחפץ נטול חיים, איננה משימה פשוטה כלל ועיקר. זו מסקנה אליה כבר הגיעו חוקרים רבים וגם לנו כדאי לאמץ גישה זו. אם ננקוט גישה זו, הרי שנהיה מוגבלים בכל הדיונים בנושא "חיים" לצורות החיים שכולנו מסכימים לגביהם. מעצם העניין, אלה יהיו חיים הדומים למה שאנו מכירים על כדור הארץ.

התכונות העיקריות של החיים על כדור הארץ

חקר צורות החיים השונות על כדור הארץ מראה שלכולם מספר תכונות משותפות. ראשית, קיומן ושגשוגן יכול להתרחש רק בתחום טמפרטורות מוגבל, יחסית. כיום אין החוקרים מכירים צורות חיים שמסוגלות לחיות בטמפרטורה של מינוס 20 מעלות צלזיוס או פחות, או בטמפרטורה העולה על 113 מעלות צלזיוס. רוב צורות החיים מעדיפות תנאי מחיה קרובים למחצית הנמוכה של טווח הטמפרטורות; זו לא בחירה מקרית: אזור טמפרטורות זה, וגם התחום המורחב עם הערכים הקיצוניים של חום או קור, הוא המקום בו המים נמצאים במצב צבירה נוזלי (בהתאם ללחץ ולריכוז המלחים בהם).

איור מס' 1: הצורה של מולקולת מים, עם אזורים בסביבה שהם חיוביים יותר (electro-positive)
או שליליים יותר (electro-negative) על-פי ריכוז המטענים במולקולה

המים הם המרכיב העיקרי שאינו "חומר אורגני" של היצורים החיים. הסיבה היא שמים, נוזל "קוטבי", מהווים אחד הממסים הטובים שקיימים. במיוחד טובה המסיסות של חומרים יוניים, כמו מלחים למיניהם, שבדרך זו מסוגלים להגיע לחלקיו השונים של יצור חי. המעבר נעשה בתהליך המשווה את ריכוז החומרים המומסים בין שני הצדדים השונים של קרום: הקרום יכול להיות קרומית התא (הממברנה) שחדירותה לחומרים השונים סלקטיבית. לגבי מהות החיים, נראה שכדי לאפשר מעבר חומרים כימיים אל ומתוך התא נדרש סוג מסוים של ממס, אך מכאן לא מתחייב שנוזל זה יהיה מים. אולי ניתן אפילו לבסס ביולוגיה על ממס כמו אמוניה, דבר שהיה מסייע לקיום חיים בתנאי טמפרטורה נמוכה, כיוון שאמוניה במצב טהור קופאת רק בטמפרטורה של מינוס 77 מעלות צלזיוס. פרט מעניין הוא ההתנהגות של תערובת אמוניה ומים; חומר זה (תערובת אווטקטית, eutectic) נשאר בצורה נוזלית בטמפרטורה של -50 מעלות צלזיוס, הרבה מתחת לאזור בו מים טהורים היו הופכים לקרח.

הפרט המאפיין הנוסף של חיים (המוכרים לנו) נעוץ באופן העברת המידע התורשתי. כל היצורים החיים עלי אדמות מעבירים מידע זה על-ידי חומר אורגני העשוי שרשרות ארוכות של מולקולות ה-DNA, חומצות גרעין בהן הקידוד נעשה על-ידי ארבעה בסיסים: אדנין (A), טימין (T), גואנין (G), וציטוזין (C).

איור מס' 2: מבנה ה-DNA - "הסליל הכפול".
שרשרת של סוכרים (S) מחוברת לשרשרת שנייה ע"י זוגות של הבסיסים A, T, G ו-C.  
מקור התמונה 

אחת המסקנות היא נחיצות קיומם של יסודות כבדים ממימן והליום בשכיחות נכבדה על כוכב לכת מסוים כדי שחיים יוכלו להיווצר ולהתקיים שם. מכאן, ומאחר שיסודות כאלה (במיוחד הפחמן, החנקן, החמצן, וכן הזרחן ועוד) נוצרו בכוכבים ולא במפץ הגדול, נובעת דרישה של קיום דור ראשון של כוכבים לפני שהחיים יוכלו בכלל להופיע במקום כלשהו ביקום.

יש לשים לב שלא דרשנו שכוכב לכת בו קיימים חיים יהיה בעל אטמוספירה המכילה חמצן חופשי. הסיבה היא שגם על כדור הארץ אנו מכירים צורות חיים שאינן זקוקות לחמצן כדי להתקיים.

לפני כשני מיליארדי שנים האטמוספירה של כדור הארץ לא הכילה כלל חמצן חופשי. זו היתה אטמוספירה של פחמן דו-חמצני, מתאן, חנקן, וגזים אחרים שאינם מקיימים תהליכי בעירה כמו שהחמצן מאפשר. היצורים שהתקיימו באותם הימים פעלו בתהליכי חילוף חומרים המכונים אלאווירניים (אנאירובים), כלומר מבלי להזדקק לאוויר (הכוונה: לחמצן מולקולרי הנמצא באוויר). יצורים אלאווירניים קיימים גם היום ואפשר לפגוש אותם בתחתית ימים ואגמים, שם אין מספיק חמצן מומס במים, או בנבכי צינור העיכול ומשם באגני חמצון. אלה לרוב הם יצורים חד-תאיים, כמו חיידקים ופטריות, אך גם בעלי חיים מאקרוסקופיים. גם באדם, בעת פעילות שרירים מאומצת, יש תהליכי פירוק אלאווירניים, אלא שבתוך כך מצטברים חומרים (כולל חומצה לקטית) שיש לחמצנם מאוחר יותר, בבחינת "חוב חמצן".

עיקרי הפנספרמיה

האם אפשרי מעבר צורות חיים בין כוכבי הלכת של מערכת השמש, או בין מערכות שמש שונות ביקום? כדי שהתשובה תהא חיובית צריכים להתקיים שלושה תנאים: יצור חי או יצורים חיים צריכים להינתק מכוכב הלכת עליו התפתחו; עליהם לעבור דרך מסוימת, קצרה או ארוכה, ברחבי החלל; והם צריכים להגיע מהחלל שליד פלנטת-המטרה אל פניו של אותו כוכב לכת. לא ברור מלכתחילה שכל אחד מהצעדים הללו הוא בר-ביצוע או אפילו אפשרי תיאורטית. בשני העשורים האחרונים התפרסמו מחקרים שמעמידים את האפשרויות הללו על בסיס חישובים מספריים, של סיכויים, כך שניתן כיום לשקול את רעיון הפנספרמיה מנקודת מבט יותר כמותית. תשומת הלב מתמקדת כעת בסוג מסוים של פנספרמיה, המכונה "ליתו-פנספרמיה (litho-panspermia), כלומר פנספרמיה על-ידי העברת גופים מוצקים נושאי חיים בין גרמי שמים שונים.

הטלת סלעים לחלל כתוצאה מפגיעה גדולה: הרעיון שחלקים מקרום כוכב לכת יכולים להתעופף לחלל נחקר מנקודת המבט של פגיעות ענקיות בפלנטות. כדי שגוף יינתק לחלוטין מכוכב לכת עליו לנוע במהירות גדולה או שווה ל"מהירות הבריחה". זו תלויה בגוף המסוים: עבור כדור הארץ מהירות זו היא כ-11 ק"מ/שנייה, עבור מאדים היא 5 ק"מ/שנייה ועבור הירח אירופה שמקיף את צדק (במרחק המסוים שלו מצדק) המהירות היא 27 ק"מ/שנייה (כלומר - שיעזוב את המערכת של צדק). לא קיים תהליך טבעי, כגון הסופה החזקה ביותר או ההתפרצות הגעשית האלימה ביותר, המסוגל להאיץ גושי סלע למהירויות אלה, פרט לאחד - התנגשות גוף גדול מהחלל עם כוכב הלכת.

פני הירח שזורים במכתשים. פעם חשבו שאלה מעידים על קיום הרי געש כבויים על הלבנה, אך כיום ברור שרוב המכתשים נוצרו מפגיעות גופי חלל בגדלים שונים. מכתשים בגדלים שונים שנוצרו על-ידי פגיעות כאלה מוכרים כיום בכל כוכבי הלכת בעלי קרקע מוצקה ונטולי אטמוספירה צפופה, בכל הירחים, ואף בגופים קטנים במערכת השמש כמו גרעינים של כוכבי שביט או אסטרואידים. מתברר שבעברה של מערכת השמש, מספר הפגיעות של גופים קטנים בגופים הגדולים יותר היה רב. שיא ההפגזה מהחלל התרחש כאשר מערכת השמש היתה בת פחות ממיליארד שנים, אך גם אחרי מועד זה היו פגיעות רבות. הפגיעה הידועה כמעט לכול היא של גוף שגודלו כ-10 ק"מ, שהתנגש בכדור הארץ באזור מפרץ מכסיקו. פגיעה זו, שהתרחשה לפני כ-65 מיליוני שנים, היתה אחד הגורמים שהביאו להכחדת מיני חיים רבים, ביניהם הדינוזאורים. ייתכן שמה שחולל את התהליך היה יותר מפגיעה אחת, ואמנם שרידי מכתש ענק מאותה תקופה נמצאו בתחתית מפרץ בנגל, ליד הודו. ייתכן גם שהפגיעות מהחלל חוללו פעילות געשית מוגברת, כגון יצירת רמת דקאן (Deccan) במרכז הודו, וזה היה גורם נוסף שהביא להכחדת הדינוזאורים. הערכות מודרניות אומדות את הקצב הממוצע של פגיעות גופים דומים לזה שהביא להכחדת הדינוזאורים כאחד בכל מאה מיליון שנים.

החוקר האמריקאי מלוש (Melosh) חישב את המתרחש בעת פגיעת גוף כזה בכדור הארץ. החישוב הוא הדמייה הידרודינמית של פגיעת אסטרואיד שקוטרו 10 ק"מ, כמו זה שפגע בכדור הארץ לפני 65 מיליוני שנים והכחיד את הדינוזאורים. במחקר נבדקו התנהגותן של פיסות חומר קטנות, הן מחומר האסטרואיד והן מקליפת הקרקע שנפגעה.

בעת פגיעת הגוף מהחלל, חלק מקרום כדור הארץ מתפרק לרסיסים. חלק מהרסיסים, שמקורם בשכבה העליונה של הארץ, מגיעים תוך זמן קצר להפליא למהירות גבוהה מאוד, מעבר למהירות הבריחה מכדור הארץ. עקב כך, הם יכולים לעזוב את כוכב הלכת שלנו ולהגיע לחלל. לאחר מסע ארוך, רסיסים אלה של כדור הארץ (ובהשלכה, גם של כוכבי לכת אחרים שם התהליך יכול להתרחש) יכולים למצוא עצמם נוחתים על כוכבי לכת שונים באותה מערכת שמש, למשל בשלנו. התרחשות זו אינה רק אפשרות תיאורטית: כיום ידועים מטאוריטים, גושי אבן שהגיעו אל פני כדור הארץ מהחלל, שזוהו בוודאות כגופים שהגיעו מכוכבי לכת אחרים במערכת השמש. גוף חלל המגיע לכדור הארץ נראה תחילה כמטאור, "כוכב נופל", ואם אינו מתכלה במעבר דרך האטמוספרה, חלקו הנושר על פני הארץ מכונה מטאוריט (ראו "אסונות מהחלל", גליליאו 57).

איור מס' 3: הדמייה של יצירת מכתש צ'יחולוב לפני 65 מיליוני שנים.
ההנחה בחישוב זה של מלוש הנה פגיעה בזווית של 45 מעלות וקידוד הצבעים הוא לפי סוג החומר. 

מטאוריטים ממאדים: המפורסם מבין המטאוריטים החוץ ארציים הוא ALH48001, מטאוריט שנאסף באנטארקטיקה בשנת 1984. חוקרים במעבדות NASA הודיעו כי מצאו בו (כך הם סוברים) שרידים מאובנים של יצורים מיקרוסקופיים שמקורם ממאדים. תולדותיו של מטאוריט זה מעניינים מאוד. הוא נזרק מפני מאדים לפני כ-15 מיליוני שנים בעקבות פגיעה של גוף גדול, כגון כוכב שביט או אסטרואיד ושייט בחלל במסלול סביב השמש. לפני כ-11,000 שנים הוא נחת על הקרח האנטרקטי. בגלל המצב המיוחד של גושי אבן על קרח תמידי באזור הרי אלן (Alan Hills) שחוצים את יבשת אנטרקטיקה, הוא לא התכסה בשלג שהפך לקרח אלא נשאר על פני הקרח, חשוף לעיני כול. שם צדה אותו עין החוקר שאסף אותו והביא אותו לבדיקה במעבדות הסטריליות של NASA.

הבדיקה, שבוצעה כעשר שנים לאחר שהמטאוריט נאסף, הראתה בבירור שמקורו ממאדים. גם הרכב החומרים באבן וגם סוגי הגזים שהיו לכודים בבועות זעירות בתוך הסלע התאימו למה שחלליות וייקינג מדדו לאחר שנחתו על קרקע מאדים בשנת 1976. הטענה, שנמצאו במטאוריט זה צורות חיים מאובנים שמקורם במאדים הסתמכה על בדיקה מיקרוסקופית שמראה פרטים הדומים למיקרו-חיידקים על כדור הארץ. יש לציין שרוב החוקרים בתחום זה אינם רואים בטענות של חוקרי NASA תשובה סופית ומוחלטת לשאלה אם היו בעבר צורות חיים על מאדים וייתכן כי מדובר בפירוש-יתר של ממצאים או בזיהום שמקורו בכדור הארץ.

בהקשר זה ראוי לציין כי עד היום נאספו כ-20 מטאוריטים שמקורם בירח, כ-25 שמקורם במאדים, וייתכן שיש גם כאלה שמקורם מכוכב הלכת נוגה (הם לא זוהו ככאלה בוודאות). רוב רובם של המטאוריטים מגיעים אלינו מחגורת האסטרואידים, גושי הסלע בגדלים שונים שמקיפים את השמש בדרך כלל בין המסלולים של מאדים וצדק. חלק מהמטאוריטים היו פעם חלק מגרעינים של כוכבי שביט. לאחר שהקרח שלכד יחד את רסיסי הסלע התנדף בגלל חום השמש, האבנים המשיכו באותו מסלול כמו השביט המקורי וחלקם אף נפל על פני כדור הארץ.

איור מס' 4:  תמונה של אחד המטאוריטים שהגיעו ממאדים שהתגלה במדבר ושמור כיום באוניברסיטת ברן בשוויץ.
הוא נקרא על שם המקום בו הוא התגלה Sayh al Uhaymir 094. 
מקור התמונה

כיוון שברור כי גושי אבן יכולים להינתק מכוכבי לכת עקב פגיעה רצינית של גרם שמימי, נברר כעת אם סביר כי צורות חיים מסוגלות לנצל אופן זה של מעבר בין עולמות כדי להעביר עצמם מכוכב לכת אחד למשנהו. לצורך זה יש לבחון אם חיידקים עמידים להאצה הפתאומית הגדולה שנדרשת כדי להשיג את מהירות הבריחה, לחימום כאשר גוש הסלע המהיר עובר את האטמוספרה, ולחשיפתו הממושכת לקרינה בהיותו בחלל שבין כוכבי הלכת. האם ניתן להאיץ אבן למהירות הבריחה תוך פרק זמן קצר ביותר מבלי למחוץ למוות כל יצור חי, ויהא זה הקטן ביותר? האם כאשר האבן עוזבת את האטמוספירה של מאדים, או חודרת לאטמוספירה של כדור הארץ, אין היא מתחממת עד כדי הריגת כל יצור חי? והאם הקרינה בחלל, במשך 15 מיליוני השנים, לא עלולה להרוג את החיידקים הבודדים שהצליחו לשרוד את ה"שיגור" ממאדים?

ההאצה: אחד הדברים שברורים מחקר המטאוריט ALH84001 הוא, שאם היו בתוכו חיידקים או יצורים חד-תאיים פשוטים כשהאבן היתה חלק ממאדים, תהליך ההתזה מפני מאדים אל החלל לא היה יכול לגרום למותם. קודם כול בחנו החוקרים את השאלה אם צורות חיים פשוטות מסוגלות להישאר בחיים לאחר האצה כה עזה, כפי שנדרש אם רסיסי הפלנטה נוצרים בפגיעה ומשתחררים מכוכב הלכת; בניסויים שערכו באוניברסיטת אריזונה שותפיו של מלוש ובהשתתפותו נורו נבגים של חיידקים, שהיו כלואים בתוך קליעי רובה, לעבר מטרות. התאוצות של הקליעים ושל תכולתם - בעת הבלימה בתוך המטרה הגיעו ל-450,000 פעם תאוצת הכובד ובכל זאת נבגי החיידקים שרדו בשכיחות גבוהה.

החימום: גם נושא ההתחממות במעבר מטאוריט באטמוספירה של כוכב לכת נבדק, והפעם לגבי ALH84001. מתברר שמרקם המטאוריט מכיל חומר מגנטי, ששומר בתוכו את התבנית המגנטית של המקום בו סלע המטאוריט התגבש. כיוון שזה היה על מאדים, תבנית וחוזק השדה המגנטי מתאימים לאזור המסוים על מאדים שם נוצר הסלע. כאשר חומר ממוגנט עובר חימום, האזורים הממוגנטים מסתדרים מחדש והשדה המגנטי הלכוד בסלע נעלם. בצורה זו ניתן לגלות אילו מקומות בתוך המטאוריט התחממו ואילו לא, וכושר הגילוי של מכשירי המדידה המודרניים הוא כזה שחימום הסלע ל-40 מעלות צלזיוס הוא בר-גילוי. ב-ALH84001 נמצא שרק הקליפה החיצונית, שעובייה כמה מילימטרים, התחממה בעוד שפנים המטאוריט נשאר קר. ממצא זה ניתן ליישם לגבי כלל המטאוריטים ולהסיק שחימום במעבר אטמוספירה אינו קוטל את צורות החיים המיקרוסקופיות שאולי היו לכודות בתוך המטאוריט. דרך אגב, הממצא מצביע גם על הצורך בגודל מינימאלי של מטאוריט, כדי שחימומו כשהוא עובר במהירות גבוהה את האטמוספירה לא יגרום לתוכו להפוך לסטרילי.

הקרינה: גודל מסוים מינימלי של מטאוריט נחוץ גם כדי לגונן על נבגי היצורים החד-תאיים מנזקי קרינה בעת השהייה בחלל. העמידות של צורות חיים מיקרוסקופיות ללא הגנה ובתנאי חלל נחקרה רבות בעשורים האחרונים. אחת מצורות החיים שנחקרו הינו Deinococcus radiodurans, סוג של חיידק שהתגלה באמצע המאה ה-20 (וראו: "שלוש טבעות שמורות, אחת עובדת", גליליאו 54, עמ' 12). המדענים שגילו אותו חקרו אופנים של שמירת מזון, למשל על-ידי חשיפתו למנות קרינה גדולות מאוד. בעוד שרוב החיידקים במזון שנחשף לקרינה מתו, חיידקי ה-Deinococcus המשיכו להתקיים וגרמו לקלקול המזון. מאז, נמצאו חיידקים מסוג זה במקומות רבים בעולם, החל מצואת פילים וכלה בסלעי גרניט באנטארקטיקה. מחקרים חדשים מראים שה-Deinococcus שורד ומשגשג גם לאחר קבלת מנות קרינה גדולות פי 3000 מאלה שהיו הורגות בני אדם.

אחד מסודות העמידות של ה-Deinococcus נעוץ ביתירות הצופן הגנטי בו. המידע חוזר על עצמו, לכן אם מתרחשת שגיאת שכפול במקום מסוים קל לגלותה ולתקנה. ואמנם, התכונה המיוחדת של ה-Deinococcus היא יכולתו לשרוד תנאים קיצוניים שונים ביותר. הוא שייך למשפחה של יצורים חד-תאיים שחיים בתאים קיצוניים, שמכונים אקסטרמופילים (extremophiles), כלומר "אוהבי קיצוניות", שהיא בדרך כלל קיצוניות מסוג אחד או שניים (למשל, טמפרטורה גבוהה). ה-Deinococcus הוא פולי-אקסטרמופילי, כלומר אוהב תנאים קיצוניים בתחומים רבים של תנאי סביבה. לכן לא בלתי נמנע שמושבת Deinococcus, שחיה בעומק הסלע, תצליח לשרוד האצה מפני כוכב לכת, שהייה ממושכת בחלל, ונחיתה על פני כוכב לכת אחר.

איור מס' 5: תא של Deinococcus radiodurans.   חיידק זה עמיד בצורה יוצאת מן הכלל לתנאים קיצוניים,
החל מרמת קרינה גבוהה ביותר וכלה בטבילה באמבט חומצה.
מקור התמונה - Michael Daly, Wikimedia Commons

סיכום ביניים: התשובות החיוביות שניתנו לשלוש השאלות של האצה, שהייה ממושכת בחלל, והגעה לפני כוכב לכת מלמדות שהתהליך של מעבר צורות חיים פשוטות, מכוכב לכת אחד לאחר בתוך מערכת השמש, אפשרי. יש לציין כי הסבירות הגבוהה היא למעברים בין כוכבי הלכת הפנימיים, משום ששם יש סיכוי גבוה יותר לפגיעה שתעיף לחלל רסיסים של הקרום המוצק ומאחר שמהירות הבריחה נמוכה יחסית. סיכוי גבוה קיים גם לגבי הירחים של צדק ובמידה מסוימת אף לירחים של אורנוס. עבור ענקי הגזים (צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון) לא ברור אם אפשרית זריקה של גוש אטמוספירי, שיהיה מסוגל להתגבש בחלל לגוש קרח כדי להגן על תכולתו. ברור גם שככל שהגוף קטן יותר, כך קל יותר לגרום לחומר שנזרק ממנו עקב פגיעה לעזוב אל מרחבי החלל. מכאן, שהסיכוי של גושי חומר לעזוב את מאדים גדול יותר מזה שגושים דומים יעזבו את כדור הארץ.

שהייה ממושכת בצורת נבגים (spores): כדי לעבור מרחקים גדולים במערכת השמש, במעבר מכוכב לכת אחד לשני, על גושי הסלע עם צורות החיים הלכודות בהם לשהות בחלל תקופה של מיליוני שנים או יותר. הסברה היא שאז היצורים החד-תאיים נמצאים ב"תרדמת", בצורה של נבגים. מצב זה מוכר על כדור הארץ והוא מאפשר ליצורים שונים לעבור תקופה ארוכה של תנאים קשים ולחזור לפעילות מלאה כאשר התנאים משתפרים.

כאשר חיידק או יצורים חד-תאיים אחרים נמצאים במצב מצוקה עקב שינוי בתנאי האקלים, לחלקם יש מנגנון הגנה שהופך אותם לנבגים על-ידי הוצאה של חלק גדול מהמים מתוך הרקמות ויצירת קליפת הגנה. המידע התורשתי, ה-DNA, נעטף בשכבות של חלבונים וסידן שמגינות על החלק החשוב של התא. בצורה זו יכול הנבג להישמר תקופה ארוכה יחסית, עד שהתנאים בשלים לחזרתו לחיים פעילים. השאלה היא כמה זמן יכול להתקיים יצור חד-תאי בצורת נבג תוך שמירת היכולת לחזור לחיים. לשאלה זו אין תשובה ברורה: ידוע שנבגים בני אלפי שנים אפשר להחזיר לפעילות מלאה והדוגמה לכך הם נבגי חיידקים שהוצאו מחנוטים במצרים ובהרי האנדים באמריקה הדרומית. מעניינים יותר הם נבגים שהוצאו ממעיים של חרקים שנלכדו במאובני ענבר בני עשרות מיליוני שנים, שחזרו לתפקוד מלא. בשיא הנוכחי מחזיקים חוקרים אמריקאיים שהצליחו לגדל נבגים של חיידקים, שהיו לכודים בטיפה של תמיסת מלח בתוך גביש מלח בן 250 מיליון שנים. החיידקים דומים מאוד לבני-דודם העכשוויים, שחיים בים המלח. המסקנה היא שאין כיום מגבלה ברורה למשך הזמן שיצורים חד-תאיים יכולים לשרוד בצורה של נבגים.

איור מס' 6: גביש מלח בו נמצאו חיידקים בני 250 מיליון שחזרו לחיים. 
מקור התמונה

לאפשרות של החלפת מידע לגבי יצורים חיים (בדמות הקוד הגנטי שלהם) בין כוכבי הלכת הפנימיים היה יכול להיות תפקיד מכריע בשלבי ההתהוות הראשוניים של החיים על כדור הארץ, ואולי על מאדים ונוגה. כמה מאות מיליוני שנים לאחר שהצטברו כוכבי לכת אלה מגופים שגודלם כשל הירח או האסטרואידים הגדולים, ירדה הטמפרטורה על פניהם כך שקיום מים במצב צבירה נוזלי היה אפשרי. העדויות הגיאולוגיות לגבי כדור הארץ מראות כי צורות חיים פשוטות כבר התבססו אז במים (מושבות של אצות חד-תאיות). היו אלה יצורים פשוטים, חד-תאיים, שניזונו תחילה מפירוק התרכובות שהיו מומסות במים ורק לאחר כמה מאות מיליוני שנים החלו להשתמש באנרגיה של קרינת השמש כדי ליצור מזון. תהליך פוטוסינתזה שלם, הכולל פירוק מולקולת המים ושחרור חמצן לאטמוספירה, החל כנראה רק לפני כשלושה מיליארדי שנים.

התקופה הראשונה של קיום כדור הארץ, בה הופיעו והתפשטו החיים, היתה גם תקופה של הפגזה מאסיבית ותכופה של אסטרואידים וכוכבי שביט. לא מן הנמנע שבגלל ריבוי התנגשויות זה בעולם שביר בו החיים עדיין לא התבססו בכל פינה, אירעו תקופות של הכחדה כוללת של החיים עלי אדמות. אם רעיון הפנספרמיה בתוך מערכת השמש נכון, כפי שראינו קודם, כי אז ניתן היה "להזריע" חיים מחדש בעולם חרב ולקצר בהרבה את מהלך האבולוציה. אם כן, בעידנים הראשונים של היווצרות כוכבי הלכת, הפנספרמיה היתה יכולה לתרום להתבססות ולקיום תופעת החיים בכל מקום בו תיאורטית חיים היו יכולים להופיע בכוחות עצמם.

איור מס' 7: מאובן של הייצורים החיים הראשונים על כדור הארץ, שכבות של סטרומטוליטים מאוסטרליה,
שגילם כ-3.5 מיליארדי שנים. 
מקור התמונה

פנספרמיה בינכוכבית: לאחר שראינו שפנספרמיה בתוך מערכת השמש אפשרית, ראוי לתת את הדעת לסוגיה אם התהליך יכול לפעול גם בקנה מידה בינכוכבי. אם נראה שהתשובה חיובית, כי אז באמת אנו ובני בנינו הננו החוצנים האמיתיים. הבעיות, במקרה זה, גדולות הרבה יותר מאשר לגבי הפנספרמיה בתוך מערכת השמש. הסיבות הן ראשית המרחקים העצומים שבין מערכות השמש ושנית, הדרישה שרסיס כוכב לכת נושא חיים ייזרק ממערכת השמש. רק לאחר מכן יש להכניס לחשבון את סיכויי ההגעה למערכת שמש אחרת, הסיכוי שבמערכת שמש זו יימצא כוכב לכת שמסוגל לשאת חיים, והסיכוי שתתרחש נחיתה מוצלחת וזריעה של חיים. לכאורה, סיכויים אלה כה נמוכים שלא כדאי כלל לדון בהם. לעומת זאת, הגורם שפועל לטובת העניין הוא הגיל המופלג של היקום, כ-14 מיליארד שנים (לעומת כ-4.5 לגבי מערכת השמש), שאינו גדול בהרבה מגיל שביל החלב (הגלקסיה שלנו).

הבעיה העיקרית של הפנספרמיה הבינכוכבית היא המרחקים העצומים שעל סלע לעבור כדי להגיע ממערכת שמש אחת לאחרת. המרחק מהשמש אל השמש הקרובה ביותר כ-4.3 שנות אור!

המרחקים באסטרונומיה נמדדים בצורה ישירה רק אל עצמים מעטים ביקום. בתוך מערכת השמש מדידות יכולות להיות מבוססת מכ"ם, כלומר על-ידי קליטת ההד של שידור גלים אלקטרומגנטיים אל מטרה; מרחקים כאלה נמדדים ב"יחידות אסטרונומיות" - יחידה אסטרונומית (י.א.) היא המרחק הממוצע בין הארץ לשמש, שהיא כ-150 מיליון ק"מ. המרחק עד פלוטו, הרחוק מבין כוכבי הלכת, הוא כ-40 י.א. מרחקים אל הכוכבים הקרובים ביותר נמדדים בשיטת הפרלקסה (parallax), התזוזה היחסית של כוכב קרוב על רקע הכוכבים הרחוקים כתוצאה מתנועת ההקפה של כדור הארץ סביב השמש. מרחקים אלה נמדדים ביחידת ה-"פרסק" (parsec), שמסומנת ב-pc, מרחקו של גרם שמימי שמיקומו על כיפת השמים משתנה בשניית-קשת אחת עקב תנועת ההקפה של כדה"א סביב השמש. פרסק אחד שווה כ-205,000 י.א; במרחק של 10 פרסק מהשמש נמצאים כ-320 כוכבים.

איור מס' 8 מראה כי בקרבת מערכת השמש יש כמה מאות כוכבים, רובם קטנים מהשמש שלנו. הכוכבים בקטע הצבוע אדום באיור קטנים מכדי לקיים בעירה תרמו-גרעינית בליבותיהם ולכן אינם ממש כוכבים אלא "ננסים חומים", מעין כוכבי לכת ענקיים שאינם מסוגלים לקיים כוכבי לכת נושאי חיים סביבם.

איור מס' 8: הכוכבים הקרובים מ-10 pc מהשמש, מסודרים לפי המאסה שלהם 

(יחסית למאסת השמש=1). 
המקור לאיור

מלוש, שחישב את סיכויי הפנספרמיה במערכת השמש, נתן דעתו גם לאפשרות העברת חיים ממערכת שמש אחת לאחרת. על-פי חישוביו, כדי שגוש סלע משמעותי יינתק ממערכת השמש הוא צריך לעבור מפגש עם אחד מכוכבי הלכת הענקיים, צדק, או שבתאי, כך שמהירותו יחסית לשמש תעלת על מהירות הבריחה ממערכת השמש. החישובים מראים שמדי שנה כ-15 גושים שגודלם עולה על 10 ס"מ (ולכן צורות חיים חד-תאיים מסוגלות לשרוד בהם בצורת נבגים) עוזבים את מערכת השמש אל החלל הבינכוכבי. מהירותם של גושים אלה יחסית לשמש היא כ-5 ק"מ/שנייה. הזריקה ממערכת השמש לחלל הבינכוכבי מתרחשת בממוצע כ-50 מיליון שנים לאחר שגוש האבן נזרק מכוכב לכת. במהירות יחסית זו עובר גוש האבן מרחק של 5 פרסק במיליון שנים.

מלוש חישב מהו הסיכוי שגוש אבן כזה יילכד על-ידי מערכת שמש אחרת וגילה כי סיכוי זה תלוי במהירות היחסית בינו לבין השמש האחרת. ככל שהפרש המהירות קטן יותר, כך עולה סיכוי הלכידה. אם המהירות היחסית של הסלע אינה משתנה, אזי סיכויי הלכידה כה נמוכים עד שמשך מיליארד שנים רק מטאוריט בינכוכבי אחד, שמקורו במערכת השמש שלנו, יכול להילכד על-ידי מערכת שמש אחרת. מובן שבתנאים אלה הפנספרמיה הבינכוכבית לא יכולה להוות גורם חשוב בהפצת תופעת החיים ברחבי שביל החלב.

פתרון אפשרי, שמלוש לא חישב, היא האפשרות שלאחר הטלה ממערכת השמש, עם מהירות יחסית של 5 ק"מ/שנ', גוש אבן נושא חיים יכול "לבלום" למהירות נמוכה יותר. אפשרות כזו תלויה, למשל, בצפיפות החומר הבינכוכבי שהמטאוריט פוגש בדרכו. אם מדובר בתווך צפוף יחסית, בו מאות עד אלפי חלקיקים לסמ"ק כפי שנמצא בעננים בינכוכביים צפופים, יש סיכוי מסוים לבלימה של גוש האבן עד למהירות נמוכה יחסית, עבורה סיכויי הלכידה גבוהים הרבה יותר. ייתכן שגם שדות מגנטיים בתווך בינכוכבי צפוף יכולים לשחק תפקיד. תנאים מסוג זה, של חומר בינכוכבי בשפע יחד עם שדות מגנטיים לכודים בו, שוררים בערפיליות קדם-כוכביות מהן נוצרים כוכבים ומערכות שמש.

סיכום

ראינו כאן שהאפשרות למעבר צורות חיים פשוטות בין כוכבי הלכת של מערכת השמש אינה מבוטלת וייתכן שמעברים כאלה העבירו חיים ממאדים לכדור הארץ ובכיוון ההפוך, ואולי גם בין גופים אלה לבין גופים אחרים (נוגה, הירחים הגדולים של צדק, ועוד). מעברים כאלה היו כנראה שכיחים יותר ב"ילדותה" של מערכת השמש וייתכן שסייעו להפצת החיים במערכת כוכבי הלכת שלנו.

השאלה אם מעברים כאלה סבירים ויכולים לשחק תפקיד בהפצת החיים ברחבי שביל החלב לא באה לידי פתרון, אף כי נראה שאפשרות זו אינה ניתנת לביטול. המסקנה הבלתי נמנעת היא שכנראה תופעת החיים הנה כלל-יקומית ובדרך זו או אחרת כולנו אחים, תושבי כדור הארץ והחוצנים.

ד"ר נח ברוש הנו אסטרונום ועמית מחקר בחוג לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה של אוניברסיטת תל אביב. כיום הוא משמש כמנהל מוקד הידע בנושא גופים קטנים שמתקרבים אל כדור הארץ. 

 פורסם ב"גליליאו" גיליון 68, עמ' 46-38, אפריל 2004.