מחקר חדש גילה שחיידקים כחוליים נקשרים זה לזה בצינוריות דקיקות שמאפשרות להם להעביר ולקבל ביניהם חומרים.
חיידקי פרוכלורוקוקוס (Prochlorococcus) הם יצורים חד-תאיים זעירים החיים באוקיינוס, ומשתייכים למערכת החיידקים הכחוליים (ציאנובקטריה). בין השאר הם יודעים לעשות פוטוסינתזה, כלומר להשתמש באור השמש לייצור סוכרים, בתהליך שבמהלכו נפלט חמצן לאטמוספרה. אם נניח עשרת אלפי פרוכלורוקוקוס זה לצד זה, אורכם הכולל יהיה קצת יותר מחצי סנטימטר. אבל אל תתנו לגודל לבלבל אתכם – הם כנראה החיידקים מבצעי הפוטסינתזה הנפוצים ביותר באוקיינוס, שאחראים לבדם לבין עשירית לחמישית מכלל החמצן באטמוספרה.
עד כה חשבו שכל חיידק פרוכלורוקוקוס חי לבדו. אבל מחקר שפרסמה לאחרונה קבוצת חוקרים מאוניברסיטת קורדובה בספרד, בהובלת מריה דל כרמן מונוז-מרין (Muñoz-Marín), שינה את התמונה. במחקר נמצא שהחיידקים הללו יוצרים ננו-צינוריות שעשויות ממעטפת שומנית שמחברות חיידקי פרוכלורוקוקוס שונים זה לזה – וגם לחיידקים מקבוצות אחרות, כגון חיידקי סינקוקוקוס (Synechococcus), שמבצעים גם הם פוטוסינתזה. בדרך כלל אורכן של הצינוריות המיקרוסקופיות הללו גדול במעט מאורכו של חיידק בודד.
בנוסף ראו שננו-צינוריות כאלה נוצרות גם בין חיידקי פרוכלורוקוקוס לחיידקים הטרוטרופיים, שאינם מבצעים פוטוסינתזה, וניזונים מחומרים בסביבתם. מחקרים קודמים הראו שחיידקי פרוכלורוקוקוס פולטים למי האוקיינוס בועיות שבתוכן יש לפעמים חלבונים, DNA ו-RNA, ומשם הן נקלטות לתוך תאיהם של חיידקים אחרים. אך כעת זאת הפעם הראשונה שהתגלה שגם חיידקים כחוליים משתמשים בננו-צינוריות שהם יוצרים כדי להחליף חומרים גם במגע ישיר ביניהם. לממצא עשויות להיות השפעות מרחיקות לכת על הבנת יחסי הגומלין בינם לבין יצורים אחרים, ועל הדינמיקה של האוכלוסייה עצמה.
ננו-צינוריות בין חיידקים
הסביבה הטבעית של חיידקי פרוכלורוקוקוס היא האוקיינוס, שבניגוד לסביבה היציבה של המעבדה, שמספקת תנאים נוחים ליצירת ננו-צינוריות, התנאים בו הרבה יותר דינמיים. על כן נשאלת השאלה אם הצינוריות נוצרות גם במצב הטבעי, שבו המים נעים ללא הרף ועל החיידקים מופעלים כוחות פיזיקליים שעלולים להפריע לתהליך יצירת הצינוריות, למנוע את ההיקשרות בין תאים או לשבור את הצינוריות.
כדי לבחון את זה אספו המדענים דגימות של מים עשירים בחיידקים היישר מהסביבה הטבעית. כשבחנו אותן במיקרוסקופים משוכללים הם מצאו שהגשרים הללו בין התאים נוצרים גם בים, והם מופיעים בכחמישה אחוזים מהחיידקים שנאספו למחקר.
עצם הגילוי של ננו-צינוריות שמחברות בין חיידקים אינו חדש. הוא התגלה לראשונה כבר בשנת 2011 במחקר שהובילה הביולוגית סיגל בן יהודה מהאוניברסיטה העברית על חיידקי בצילוס סאבטיליס (Bacillus subtilis). בהמשך נמצאו מבנים כאלה גם בין חיידקים אחרים, למשל E. coli.
במעבדתה של בן יהודה מצאו בכל המקרים שאחוז קטן אך קבוע של חיידקים מחוברים ביניהם בננו-צינוריות. החוקרים הראו איך חלבונים עוברים בצינוריות הללו מחיידק אחד לאחר, וכך גם מולקולה קטנה בשם קלצאין, בתוך פחות מרבע שעה, אף על פי שבמצב רגיל המולקולה אינה יכולה לחדור מבעד למעטפת שמקיפה את החיידק. לפיכך אפשר להסיק שהננו-צינוריות מאפשרות מעבר של חומרים בין התאים. אפשר להתייחס לזה כאל חיבור של תכולת התאים של החיידקים המקושרים זה לזה בננו-צינוריות.
תועלת הדדית
לחיידקי הפרוכלורוקוקוס יש מעט מאוד חומר תורשתי, כך שהם לא יכולים לייצר בעצמם את כל חומרי המזון הנחוצים להם. למרות זאת רבים מהם משגשגים גם במקומות דלים במזון, בזכות שלל התאמות שהם פיתחו במרוצת הדורות ושמאפשרות להם לקלוט ביעילות רבה חומרי מזון מהסביבה. דוגמה לכך היא השימוש שחיידקים מסוימים עושים בשוטונים – מעין זנבות שמאפשרים להם לנוע במים למקומות עשירים יותר במזון. דוגמה אחרת להתאמה כזאת היא סימביוזה (הדדיות) עם מינים אחרים, שמאפשרת לחיידקים לקבל מהחיידקים הזרים חומרים שנחוצים לתפקודם.
יש מחקרים שגורסים שחיידקים כחוליים וחיידקים הטרוטרופיים תלויים אלה באלה בחילוף החומרים שלהם, ומספקים אלה לאלה חומרי מזון, כך שאין להתייחס אליהם כאל יחידות נפרדות לגמרי. לפיכך, לקיומן של הננו-צינוריות ולשימוש שנעשה בהן להעברת תוכן בין התאים של החיידקים השונים, יכולה להיות משמעות אקולוגית ואבולוציונית מרחיקת לכת על הבנתנו את החיים החיידקיים בימים ובאוקיינוסים. השערה נוספת היא שהננו-צינוריות מגדילות את שטח הפנים של התאים הקטנים, וכך מגבירות את ספיגת החומרים מהסביבה.
הממצאים מרמזים שקהילות חיידקים אינן רק אוסף של מינים זרים, אלא רשת שיתופית שבה חילוף חומרים בין פרטים הוא חלק בלתי נפרד. התגלית הנוכחית מרחיבה את הבנתנו בתפקודן של מערכות אקולוגיות של יצורים חד-תאיים ומספקת תובנות חדשות על החיים באוקיינוס.
מאת: רעות נורי
באדיבות מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
https://davidson.weizmann.ac.il/
