חיידקים מחשמלים

הטבע משתמש באבולוציה כדי להנדס בדייקנות כל מרכיב ביולוגי בהתאם לתפקודו הייחודי. חלבונים, למשל, אינם אמורים להיות בעלי תכונות שאינן נחוצות לפעילותם. אבל צוות מדענים במכון ויצמן למדע גילה, כי חלבון מסוים, המצוי בקרום החיצוני של תאים חיים, מסוגל להוליך זרם חשמלי, תכונה שהוא אינו נדרש להשתמש בה בתיפקודו הרגיל.

המדענים הגיעו לממצא המפתיע בסדרת ניסויים שביצעו בחלבון בקטריורודופסין שבידדו מהקרום החיצוני של הלובקטריום סלינארום, מיקרו-אורגניזם אוהב מלח, שבדומה לצמחים, בתהליך של פוטוסינתזה ממיר את אור השמש בחומרים המשמשים להפקת אנרגיה הנחוצה לו לקיום תהליכי החיים. ברשתית העין מצויים חלבונים דומים, הקרויים רודופסינים, הקולטים את האור וממירים אותו, אלא שתוצר ההמרה שלהם אינו אנרגיה, אלא אותות עצביים. בשני סוגי החלבונים - אלה המצויים בעין ואלה המצויים במיקרו-אורגניזמים - מקורן של ההמרות האלה ממוקם במקטע של החלבון הקרוי רטינל הנגזר מוויטמין A.

צוות המדענים, שכלל את פרופ' מרדכי (מודי) שבס, דיקן הפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע, פרופ' דוד כאהן, מהמחלקה לחומרים ופני שטח, וד"ר יונגדונג ג'ין וד"ר נגה פרידמן מהמחלקה לכימיה אורגנית, הופתע לגלות, כי הבקטריורודופסין מסוגל להעביר זרם חזק פי עשרות אלפים מזה שאפשר היה לצפות שיעבור דרך חלבון, וכי מקטע הרטינל שבחלבון ממלא תפקיד חיוני בהולכת הזרם החשמלי.

המדענים מצאו, שהעברת האלקטרונים מושפעת על-ידי קליטת האור. ממצא זה תואם ידע קודם, כי קליטת האור על-ידי החלבון מפעילה מעין מתג כימי: קשר כימי כפול המצוי ברטינל משנה את צורת המולקולה, ומעביר חלק מהמולקולה מצד אחד של הקשר לצד השני. החוקרים מצאו, שלאחר התרחשות השינוי במולקולת הרטינל, מוכפלת יכולתו של החלבון להעביר זרם חשמלי. כאשר המדענים החליפו את הרטינל במולקולה אחרת שאינה מסוגלת לעבור את השינוי הכימי כתוצאה מקליטת אור - לא התגברה יכולת ההולכה החשמלית של החלבון.

ממצאים אלה מעוררים שאלות ביחס להתנהלות האבולוציה. פרופ' שבס: "מדוע הטבע טרח ליצור ולתחזק שיטה כל-כך יעילה להעברת אלקטרונים, ואז לא השתמש בה? האם מדובר בתקרית מקרית, או שהטבע בחן את האפשרות להשתמש בתכונה זו של החלבון ואז, מסיבה כלשהי, נמנע מלהשתמש בה (ידועים חלבונים, שונים מאוד מבקטריורודופסין, עם יכולת מפותחת מאוד להעברת אלקטרונים)? ואם אכן כך היה, מדוע נפסלה האפשרות הזאת?" שאלות אלה מעסיקות את המדענים, וייתכן שמחקרים עתידיים יוכלו להאיר חלק מהן.

בריכות אידוי המלח בדרום מפרץ סן-פרנסיסקו. צבע המים נוצר כתוצאה מביטוי החלבונים במיקרו-אורגניזם הלובקטריום סלינארום

אורח חיים קיצוני

השם הרשמי שלו הוא הלובקטריום סלינארום. מיקרו-אורגניזם זה, הנושא בקרומו את החלבון בקטריורודופסין, אינו שייך לסוג של חיידקים, אלא מהווה חלק מ"מסדר" מיוחד, הקרוי בשם ארכיה. החברים בקבוצה זו הם יצורים חד-תאיים, רובם, כמו הלובקטריום סלינארום, עתיקים מאוד מבחינה אבולוציונית, וחיים במקומות רבים המתאפיינים בתנאים קיצוניים: מעיינות גופרית בקרקע האוקיינוס, שכבות נפט במעבה האדמה, ביצות חסרות חמצן, מעיינות מים רותחים, בעומק מעטה הקרח של אנטארקטיקה, בסביבות חומציות או בסיסיות במיוחד, ובמערכות העיכול העשירות בגז מתאן של בעלי-חיים.

החלבון בקטריורודופסין, המצוי במיקרו-אורגניזםהלובקטריום סלינארום ודומה בפעולתו לחלבון רודופסין. במרכז: הרטינל

ההלובקטריום סלינארום, למשל, חי ומשגשג במי מלח. החלבונים הצבעוניים המצויים בקרום החיצוני של הלובקטריום סלינארום מעניקים לעיתים למי האגמים המלוחים שבהם חיים המיקרו-אורגניזם גוון סגלגל או ורדרד.