יום חמישי, 2 בדצמבר 2010

חיידקים מוזרים = חייזרים? - איתי נבו


ההודעה של סוכנות החלל האמריקנית כי תפרסם ממצא מתחום האסטרוביולוגיה, עוררה באינטרנט ובסוכנויות הידיעות חרושת של שמועות בדבר גילוי חוצנים או חייזרים. ובכן, הגילוי שהוצג בסופו דבר מסעיר פחות מהשמועות הדמיוניות, אבל עדיין מעניין מאוד.


לא כל הנוצץ – זרחן
זרחן הוא אחד היסודות הכימיים החשובים ביותר בטבע, ומוגדר כאחד מששת היסודות שבלעדיהם אי אפשר לקיים את החיים המוכרים לנו (לצד פחמן, מימן, חמצן, חנקן וגפרית). אטומי זרחן הם מרכיב חשוב מאוד בחומצות הגרעין (DNA ו-RNA), בחלבונים, בשומנים, ובתהליכי העברת אנרגיה בתוך התא החי. בדיוק מתחת לזרחן בטבלה המחזורית, מצוי הארסן (זרניך, בשמו העברי הישן), ובשל הקריבה הזאת הוא דומה לו מאוד בתכונותיו הכימיות. ארסן גם יוצר עם חמצן את המולקולה ארסנאט (Arsenate), הדומה מאוד לפוספט (Phosphate), שהיא אחת הצורות הנפוצות של זרחן בתאים. הדמיון הזה, הוא שהופך את הארסן לרעל מסוכן כל כך – הוא מחליף בקלות את הזרחן במולקולות חיוניות לקיום חיים, אך בשל ההבדלים שקיימים ביניהם בכל זאת – כמה מהתהליכים שהמולקולות האלה מעורבות בהם פשוט נעצרים, והתאים מפסיקים לתפקד.

אגם מונו שבקליפורניה. מגדלי טופה וריכוזי ארסן גבוהים
NASA

לא על הזרחן לבדו
אגם מונו (Mono) שבמזרח קליפורניה, לא הרחק מפארק יוסמיטי (Yosemite), הוא אגם מלוח מאוד, שמימיו מכילים ריכוזים גבוהים של ארסן. חוקרי המעבדה של NASA לאסטרו-ביולוגיה העלו את ההשערה כי חיידקים המסוגלים להתקיים בתנאים האלה, ולהתגבר על רעילותו של הארסן, יוכלו אולי להתקיים בלי זרחן כלל, כשארסן מחליף את כל אטומי הזרחן בתא. החוקרים בודדו מן האגם חיידקים כאלה, ממשפחת Halomonadaceae, והתחילו לגדל אותם בתרביות מעבדה על מצע שאינו מכיל זרחן, אלא רק ארסן. כעבור כמה דורות נוקה כל הזרחן מן החיידקים, והתברר כי הם מצליחים לחיות אך ורק על ארסן. בשלב הבא בדקו החוקרים בכמה שיטות את פיזור הארסן בתוך תאי החיידק (בין השאר הם הכניסו למצע הגידול ארסן רדיואקטיבי, שקל לעקוב אחריו, ובחנו אחר-כך אם הוא נמצא במרכיבים השונים של החיידק). הם גילו כי הארסן אכן החליף את הזרחן ב-DNA, בחלבונים, בשומנים ובמולקולות האחרות. ככל הידוע, החיידקים האלה הם היצורים היחידים על פני כדור הארץ, המסוגלים להתקיים רק על ארסן, בלי זרחן. את הממצאים האלה פרסמו אנשי המעבדה האסטרו-ביולוגית בכתב העת היוקרתי Science.

של מי החיים האלה?
ידוע שחיידקים מסוגלים להתקיים בבתי גידול הנחשבים בלתי אפשריים כמעט לקיום, אפילו בתנאי קור קיצוניים, מליחות, ומחסור בחמצן. ואולם, היכולת של חיידקים להתקיים בלי יסוד חיוני, תוך החלפתו ביסוד אחר – ורעיל – מעלה את האפשרות כי יש להם מערכת גנטית מקבילה. כלומר, ערכה אחת של אנזימים וחלבונים רגילים, לתא המכיל זרחן, ומערכת מקבילה של אנזימים לקיום תהליכי החיים בתא המכיל רק ארסן. לפי שעה העניין הזה לא נבדק, והחוקרים כותבים במאמר שלא ברור כיצד מתמודדים החיידקים עם הארסן, ומתגברים על רעילותו. השאלה המסקרנת ביותר מן הגילוי הזה, היא מה משמעותו. חובבי החוצנים יכולים לטעון כי מערכת כזאת נוצרה בחלל החיצון, והגיעה לכדור הארץ על מטאוריטים שפגעו בו. הטענה הזו אינה משוללת יסוד: בעבר כבר נמצאו מטאוריטים שהביאו עמם מן החלל מולקולות מורכבות הדומות ל-RNA ולחלבונים. אפשר שחיים דמויי חיידקים התחילו אי שם בחלל, ונזרעו כאן עם מטאוריטים. התיאוריה הזאת גם מסבירה את העדויות העקיפות שנמצאו עד כה המרמזות כי חיים דמויי חיידקים התקיימו בעבר גם על המאדים. אפשרות אחרת, מעניינת לא פחות, העולה מן הממצאים, היא שהחיים נוצרו על פני כדור הארץ ביותר ממוקד אחד, ואולי גם ביותר מצורה אחת. אפשר שהחיידקים בעלי היכולת להתקיים על ארסן נוצרו בנפרד מן החיים שהשתלטו בסוף על רוב כדור הארץ, ולכן הם נדחקו בסופו של דבר רק לבתי גידול עשירים בארסן. אפשרות אחרת היא שחיידקים "רגילים" הצליחו לסגל עצמם בתהליך אבולוציוני ממושך להתגבר על הרעילות של ארסן. זה הגיוני בעיקר אם הם חיו תחילה בסביבה שריכוז הארסן בה נמוך יחסית, ועלה בהדרגה. מחקרי המשך בדבר הגנטיקה של החיידקים האלה והאבולוציה שלהם יוכלו מן הסתם לשפוך אור על הסוגיה הזאת.

GFAJ-1 מבעד למיקרוסקופ.
צילום: Jodi Switzer Blum, NASA

דע מאין באת, ולאן אתה הולך
בלי קשר לשאלת מוצאם של החיידקים האלה, הגילוי מסעיר מאוד את הקהילה המדעית. יכולת של חיידקים להתקיים בלי יסוד הנחשב חיוני לקיום חיים, מאירה מזווית חדשה לגמרי את האפשרות לקיום חיים בחלל. עד כה התמקדו החיפושים אחר חוצנים במקומות שבהם יכולים להתקיים חיים המוכרים לנו מבחינת תנאי האקלים והסביבה הכימית.כעת, אפשר להפנות את הזרקורים ואת הטלסקופים גם אל סביבות עוינות יותר. מעבר להיבט של חיפוש חיים, הגילוי נוטע תקוות חדשות בדבר האפשרות להביא חיים לחלל. ברגע שהאדם יחליט להרחיק אל עומק החלל מעבר למסלול הקרוב סביב כדור הארץ, די ברור שאלה יהיו משימות לטווח-זמן ארוך, בין אם הקמת מושבת קבע על הירח, טיסה למאדים או ליעדים מרוחקים עוד יותר. אנשי הצוות במשימות האלה יצטרכו להשיג או לייצר את החומרים הדרושים לקיום ממושך בחלל: חמצן, מים וחומרי מזון. האפיק הראשון להשיג את החומרים האלה הוא לכרותם מאדמת הירח או כוכב הלכת, ולכן עושה NASA  חיפושים נמרצים אחרי מים על הירח ועל המאדים, ואחרי יסודות אחרים. אפיק נוסף הוא לפתח מעין חקלאות חלל, ולנסות לגדל שם את החומרים הדרושים. המועמדים הראשונים הם כמובן החיידקים, ולכן נעשים בתחנת החלל לא מעט ניסויים לבדוק כיצד מסתדרות מושבות חיידקים בתנאי חוסר כבידה, ומצוקות אחרות. מציאת החיידקים שיכולים לחיות בלי זרחן, בהחלט מעוררת תקווה כי הם ודומיהם יוכלו לתרום להישרדות אנושית ארוכת טווח בחלל.

לסיכום, השמועות שעוררה ההודעה של NASA יצרו אולי ציפיות מופרזות, בעיקר אצל מי שמרבים לצפות בסרטי מדע בדיוני. אבל אם מתעלמים מהתקוות המופרכות לפגוש פנים אל פנים יצורים ירקרקים בעלי ראש ענקי ואנטנות, מדובר בגילוי מרתק, הפותח אופקים חדשים הן בחקר היווצרות החיים על כדור הארץ, הן בחיפוש אחר חיים בחלל והן בתכניות של האדם להתיישב בבוא העת מחוץ לכדור הארץ.

הערה חשובה: התברר שהחיידקים עמידים לארסן אך לא משתמשים בו, כנטען בכתבה ובמאמר המקורי. 

אין תגובות:

פרסום תגובה