התחממות המים ברחבי העולם מעודדת פריחות של אצות רעילות, אך כיצד הן שורדות תנאי קיצון? מחקר חדש של המכון לחקר הכנרת במכון לחקר ימים ואגמים לישראל מגלה כי דווקא תהליך הנשימה התאית, ולא רק הפוטוסינתזה, עשוי להיות המפתח להישרדותן במהלך גלי חום ממושכים.
בשנים האחרונות הופכות פריחות של מיקרואצות, ובמיוחד של כחוליות (ציאנובקטריה, למעשה חיידקים שעושים פוטוסינתזה), לאחד האיומים הסביבתיים המטרידים ביותר על מקורות מים ברחבי העולם. התחממות כדור הארץ, גלי חום ממושכים ושינויים במאזן החומרים המזינים באגמים ומקווי מים, מעודדים התפשטות פריחת אצות רעילות. האצות האלה פוגעות באיכות מי השתייה, במערכות אקולוגיות, בדיג ובתיירות.
למרות מאמצים רבים לשלוט בפריחות רעילות אלו או לפחות להגביל את התפשטותן, היכולת להתמודד איתן עדיין מוגבלת. הסיבה לכך היא שמנגנוני השרידות של הציאנובקטריות בתנאי סביבה קשים עדיין אינם מובנים מספיק.
פריחת האצות הכחוליות הרעילות סמוך לחופי המכון לחקר הכנרת
(צילום: עוז דר צברי מהמכון לחקר הכנרת)
כעת חושפים חוקרים מהמכון לחקר הכנרת ומדעי המים (במכון לחקר ימים ואגמים) מנגנון מפתיע, שעשוי להסביר כיצד אצות כחוליות רעילות שורדות גלי חום. לפי המחקר, בניגוד להנחה המקובלת שלפיה היכולת לשמור על פעילות פוטוסינתטית היא המפתח לעמידות בחום, הממצאים מראים כי דווקא הגברת הנשימה התאית עשויה להיות הגורם המכריע המאפשר לאצות מסוימות לשרוד כאשר מנגנוני הפוטוסינתזה נפגעים. המחקר, שפורסם לאחרונה בכתב העת Science Advances, עשוי לשנות את האופן שבו מדענים מבינים את התפשטותן של פריחות אצות רעילות בעידן של שינויי אקלים.
החוקרים מסבירים כי הנשימה התאית היא מעין "תוכנית חירום" אנרגטית של התא. המחקר החדש השווה בין שני זנים של Microcystis aeruginosa, אצה כחולית רעילה היוצרת פריחות מזיקות במערכות מים מתוקים ברחבי העולם. פריחות אלו מקושרות בדרך כלל לתנאי מים חמים, וצפויות להתעצם בתדירות ובמשך הזמן שלהן ככל ששינוי האקלים יוביל לעליית טמפרטורות.
ד"ר עודד לירן בזמן עריכת דיגום אצות כנרת
(צילום: המכון לחקר הכנרת)
בכנרת, לעומת זאת, הזן המקומי של Microcystis מפגין התנהגות חריגה: היא יוצרת שוב ושוב פריחות בסוף החורף, בטמפרטורות מים נמוכות יחסית. במחקר הנוכחי זן מקומי זה הושווה לאחד הזנים הנפוצים, PCC7806.
החוקרים יצרו עקת חום באמצעות עלייה קיצונית של 20 מעלות צלזיוס, גישה המקובלת במחקרי פוטוסינתזה אך נדירה יחסית במחקרים אקולוגיים. בנוסף, הם המתינו 48 שעות לאחר יצירת העקה כדי להעריך כיצד כל אחד מהזנים הגיב וניסה לשרוד את מכת החום. החוקרים השתמשו במערכת מדידה בתנאי אור ובתנאי חושך, ומדדו את תנואת האלקטרונים בתאי האצות ואת חילופי הגזים.
דיגום שנערך כבר בשנת 2009
(צילום: ד"ר תמר זהרי מהמכון לחקר הכנרת)
פריחת האצה Microcystis מתחת למיקרוסקופ
(צילום: ד"ר אלה אלסטר, המכון לחקר הכנרת)
"מה שראינו היה יוצא דופן", אמר ד"ר עודד לירן, שהוביל את המחקר. "הזן המקומי מהכנרת שינה את המאזן האנרגטי בתא כדי להמשיך להפעיל את הפוטוסינתזה עד למצב של תשישות ואובדן צפיפות תאים. משמעות הדבר היא שלאורך האבולוציה שלו, הזן המקומי פיתח והתאים את יכולותיו כדי לשמר פעילות פוטוסינתטית עד שלמעשה חנק את עצמו מיתר פעילות. לעומתו, זן המודל הפחית את פעילות הפוטוסינתזה שלו והתמקד בנשימה, כלומר בתהליך ה'נשימה' התאית, ובסופו של דבר בהישרדות. ממצאים אלה מצביעים על כך שאצות כחוליות שורדות עקת חום באמצעות אסטרטגיית ניהול אנרגיה ומשאבים רחבה יותר מכפי שסברנו בעבר".
ד"ר לירן הוסיף כי "במקום רק להגן על הפוטוסינתזה, נראה שהזן העמיד יותר לחום שורד באמצעות הגברת הנשימה כאשר הפוטוסינתזה נחלשת. בתאי האצות הכחוליות תהליך הפוטוסינתזה והנשימה קשורים זה בזה באופן הדוק, ולכן ייתכן שהנשימה מסייעת לשמור על תפקוד התא כאשר החום משבש את תהליך הפוטוסינתזה".
ד"ר עודד לירן ועוזרת המחקר ריהאם ח'ליל במעבדת המחקר בכנרת
(צילום: המכון לחקר הכנרת)
החוקרים הסבירו כי לממצאים יש משמעות רחבה בהקשר של שינוי האקלים. הבנת מנגנוני השרידות של אצות כחוליות בתנאי עקה הופכת לשאלה מרכזית בניסיון להבין כיצד פריחות רעילות יתנהגו בעולם מתחמם.
המחקר נשען על מחקר אקולוגי ארוך טווח המתבצע בכנרת, אחת ממערכות המים המתוקים המנוטרות ביותר בעולם. פריחות של Microcystis נצפות בכנרת בכל שנה בסוף החורף ותחילת האביב, עובדה המספקת הקשר אקולוגי חשוב להבנת הפיזיולוגיה של אצות כחוליות אלו בקנה מידה עולמי.
בנוסף השתתפו במחקר ד"ר אסף סוקניק מהמכון לחקר הכנרת ומדעי מים, חוקרי האוניברסיטה העברית, אוניברסיטת חיפה ואוניברסיטת שיקגו
