איך קיפודי הים משחזרים קוצים?

צוות מדענים ממכון ויצמן למדע ברחובות, הכולל את פרופ' ליאה אדדי, פרופ' סטיב ויינר וחברי קבוצות המחקר שלהם במחלקה לביולוגיה, גילה איך קיפודי ים משחזרים קוצים שנשברו. הקוצים של קיפוד הים מהווים פלא הנדסי. כל קוץ מבסיסו עד חודו הוא למעשה גביש אחד. כשהם נשברים, הם מתפתחים מחדש ומשלימים את עצמם בתוך ימים ספורים.

צורות קבועות מראש

גבישים דוגמת גבישים של סוכר ומלח נוצרים מאטומים או ממולקולות המומסים בנוזל, והם בעלי צורות אופייניות הקבועות מראש. הצוות מצא כי קיפוד הים משתמש בשיטה אחרת לגידול הגבישים שמהווים את קוציו. ישנו חומר המשמש לבניית הקוצים, המצוי בתחילת התהליך בתצורה לא גבישית הקרויה סידן קרבונט אמורפי (ACC).

חבילות של החומר הזה נדחפות מהתאים הנמצאים מסביב לבסיס הקוץ עד למקום השבר, שממנו עתיד הקוץ להתפתח ולהשלים את עצמו. תוך מספר שעות מרגע הגעתו של החומר לנקודה זו, הופך ה-ACC הבלתי גבישי לגביש מאורגן של קלציט היוצר את הקוץ המחודש, דבר שמאפשר לבעל-החיים שליטה בעיצוב הגביש.

ארבע שיטות מחקר

כדי לעקוב אחר תהליך השקיעה והגיבוש של ה-ACC, השתמשו המדענים, ובהם גם תלמידת המחקר יעל פוליטי, ד"ר אוגניה קליין וטלמון ארד מיחידת התשתיות למחקר כימי של המכון, בארבע שיטות מחקר שונות, כולל שני סוגים של מיקרוסקופיית אלקטרונים.

"טבעי לשאול מדוע היה לנו קשה כל כך לבחון תהליך שנראה לנו בסיסי ביותר, שמדענים חוקרים אותו כבר יותר ממאה שנה. אבל למעשה, מפני שתצורת ה-ACC קיימת באופן זמני בלבד, נדרשנו לפתח דרכים ושיטות חדשות שאיפשרו לנו לפעול בחלון ההזדמנויות הצר יחסית של קיום החומר בתצורתו זו", סיכם פרופ' ויינר.

הסתעפות מחטים

הצילומים של הקוצים המתחדשים מראים מחטים מיקרוסקופיות שגדלות בתחילה היישר מגדם הקוץ השבור, ואחר-כך מסתעפים כדי ליצור מבנה דמוי תחרה קשיח, אבל קל. המבנה הגבישי של הקוץ הישן מהווה מעין תבנית שמכתיבה ומבקרת את התארגנות המולקולות של החומר החדש, בגביש הגדל והולך.

במחקרים קודמים גילו מדעני המכון ששיטת פעולה זו מיושמת על-ידי רכיכות וקיפודי ים צעירים, המצויים בשלב הזחל, לצורך בניית השלד הפנימי שלהם. במחקר הנוכחי התברר שגם בעלי-חיים ימיים בוגרים משתמשים בשיטת בנייה זו. אורח החיים של זחל שונה מאוד מזה של בוגר.

אסטרטגיה משותפת

לכן מפתיע לגלות ששניהם משתמשים באותה שיטת פעולה. תגלית זו הביאה את פרופ' אדדי ואת פרופ' ויינר להשערה ששיטה זו מהווה אסטרטגיה בסיסית המשותפת למגוון רחב של יצורים בעלי קוצים וצדפים כמו הרכיכות והאלמוגים. בנוסף, הצוות אומר כי האפשרות לגדל גבישים יחידים מחומר אמורפי עשויה להיות מיושמת לצורך ייצור ועיבוד חומרים סינתטיים מתקדמים בעלי תכונות של גבישים יחידים.