אזור הזמן של האצות - מגזין TheMarker - TheMarker
 

טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

תיק מניות

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

לרשימת הקריאה המלאה לחצו כאן
מדע וחדשנות

אזור הזמן של האצות

לא רק בני אדם פועלים על פי שעון ביולוגי מתקתק - גם האורגניזמים הזעירים ביותר הם עבדים לזמן כלשהו. שני חוקרים ישראלים מצאו איך ניתן לשבש אותו

תגובות
אורן לוי

מדי יום אנחנו קמים בשעה קבועה, הולכים לישון – פחות או יותר – באותה השעה, ומנסים להקפיד על אכילה מסודרת. השגרה הזו היא לא רק הרגל, היא מוכתבת לנו על ידי שעון פנימי שקובע מתי נחוש עייפים, מתי נתעורר ובאיזה שעות נהיה רעבים. השעון הזה מתקתק תמיד. קל לחוש בו אחרי טיסה ארוכה, ואפילו במעברים בין שעוני הקיץ והחורף. הוא מלווה אותנו מראשית החיים, ונמצא בכל אורגניזם על פני כדור הארץ, החל בחיידקים וכלה בבני האדם.

ב־2017 הוענק פרס נובל לרפואה לשלושה ביולוגים אמריקאיים, על גילוי המנגנון שמאחורי השעון הביולוגי. שלושת החוקרים, ג'פרי סי הול, מייקל רוסבאש ומייקל יאנג, זיהו את הגן ששולט בפעולת השעון הצירקדי (Circadian, מלטינית: "מסביב ליום"), בזבובי פירות, ומצאו שזבובים שגן זה היה חסום אצלם, איבדו את היכולת להתאים את פעילותם למחזורי היום והלילה.

בטבע קיימות גם מערכות מורכבות שבהן שני אורגניזמים מקיימים חיים משותפים (סימביונטיים), ולעתים לכל אחד מהשותפים במשק הבית הזה יש שעון פנימי שפועם לפי קצב אחר. כך למשל, יצורים ימיים פשוטים כמו אלמוגים ושושנות ים חיים בשיתוף עם אצות מיקרוסקופיות המצויות בתוך תאיהם, ומזינות אותם. האצות מבצעות פוטוסינתזה על פי מחזור בן 24 שעות, המוכתב על ידי מחזורי האור והחושך של השמש; המארחים, לעומת זאת, הם בעלי חיים הפועלים בנוסף למחזוריות של 24 שעות על פי מחזוריות אחרת של 12 שעות המוכתבת על ידי שינוי הגאות והשפל באוקיינוסים. מי משני השעונים קובע את הקצב עבור המערכת בכללותה?

תשובה מעניינת לשאלה זו מספק מחקר חדש שערך צוות חוקרים בהובלת ד"ר מיכל שורק ופרופ' אורן לוי מהפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת בר אילן ובשיתוף ד"ר ישראל שניצר, אף הוא מבר אילן. המחקר, שתוצאותיו התפרסמו לאחרונה בכתב העת המדעי Microbiome, הראה שבמערכות זוגיות כאלה, דווקא האורח הוא זה שנותן את הטון, ולא המארח. החוקרים בחנו מערכות סימביוטיות של שושנות ים מסוג אפטזיה, ואצה חד־תאית הקרויה סימביודיניום. "מבחינה אבולוציונית, זו קבוצה שנמצאת בענף נמוך בהתפתחות של בעלי החיים", אומר לוי. "לכן היא מתאימה למחקר כזה, שכן מהענף הזה התפתחו היצורים המורכבים יותר, עד בני האדם".

ד"ר מיכל שורק אוניברסיטת תל אביב
מיכל שורק

שושנות הים יכולות להתקיים בטבע בשתי צורות: עם האצה ובלעדיה. שושנות המודבקות באצות הן חומות, וחסרות האצות צבען לבן. החוקרים בדקו את ההבדלים בתפקוד שלהן ובאופן הפעולה של השעונים הביולוגיים שלהן בשני המופעים, ומצאו כי נוכחותן של האצות שינתה את השעון הביולוגי של השושנה. "לשושנות הים יש זרועות ציד שהן פתוחות חלק מהיום וסגורות בחלק אחר", אומרת שורק. "ראינו שכאשר יש אצות בתוך השושנה, הפתיחה והסגירה של זרועות הציד מתרחשת בקצב מחזורי של 24 שעות. לעומת זאת שושנות ללא אצות פתחו וסגרו את הזרועות אחת ל־12 שעות".

החוקרים לא הסתפקו בכך. בשלב הבא במחקר הם הוציאו את האצות משושנות שהכילו אותן, והדביקו באצות שושנות שהיו חסרות אצות. גם הפעם נמצא שנוכחות האצה בשושנת הים משפיעה על תדירות פעילותה של השושנה. "יכולנו להגיד בוודאות שהאצות מניעות שינוי משמעותי בהתנהגות של השושנה", אומרת שורק. "ראינו את זה גם במחקר ההתנהגותי, וגם כשהסתכלנו על המחזוריות ברמה הגנטית. הביטוי של הגנים בשושנות ללא אצות נוטה יותר לכיוון מחזורים של 12 שעות, ויש אפילו גנים אצל השושנה ששינו את מקצב פעולתם ברגע שהיו אצות. הסקנו מכך שהמחזור הבסיסי הקדום של השושנה הוא בעצם מחזור של 12 שעות, ושהאצות הן האחראיות לשינוי קצב הפתיחה והסגירה של הזרועות למחזוריות התואמת את השעון הפנימי שלהן, שהוא של 24 שעות".

פרופ' אורן לוי אוניברסיטת בר אילן
דוברות אוניברסיט

מדוע אתם סבורים שהמחזור של 12 שעות הוא קדום יותר?

שורק: "כי אנחנו יודעים שהחיים החלו בים, ושבעלי חיים קדומים חיו בעומק שאור השמש לא מגיע אליו, ולכן הושפעו מגורמים אחרים. גם כיום ישנם בעלי חיים שחיים במקומות שאין בהם אור שמש.

"ויש מחקרים על סרטנים ורכיכות, המראים שקיימים בבעלי חיים כאלה מחזורים של 12 שעות, כי גם בעלי חיים שאינם חשופים לאור השמש יכולים לחוש שינויים שנובעים ממחזורי הגאות והשפל, כמו עלייה או ירידה בלחץ המים, גם במעמקים"

המחזוריות בת 24 השעות של האצה מונעת על ידי מחזורי אור וחושך ותהליך הפוטוסינתזה. כיצד שושנות הים מסתנכרנות על פי השעון בן 12 השעות?

לוי: "ייתכן שהשושנה מגיבה לשינוי בלחץ המים, אולי לכמות החמצן המומס במים, ואולי זו חשיפה לאוויר, זמינות מזון או שינוי מליחות. אנחנו לא יודעים עדיין, אבל הקשר למחזורי הגאות והשפל הוא ברור".

כיצד מכתיבה האצה לשושנה, יצור מורכב ממנה, את השעון הביולוגי שלה?

שורק: "ככל הנראה, באמצעות מטבוליזם. האצה עושה פוטוסינתזה ומעבירה לשושנה תרכובות פחמן שדרושות לה. אנחנו סבורים שהשליטה שלה בשושנה מתבצעת באמצעות המזון שהאצה נותנת לשושנה ".

מוות של אצות בגלל עלייה בטמפרטורת מי הים גורם להלבנת אלמוגים נרחבת שמעוררת הרבה דאגה. האם שינויי האקלים משבשים גם את פעולת השעון הביולוגי?

לוי: "עלייה בטמפרטורה אכן פוגעת בשעון הביולוגי מכיוון שטמפרטורה היא גורם חשוב מאוד לסנכרון שלו. במקרה של האפטזיה, האצות שחיות בתוכה רגישות מאוד לעלייה בטמפרטורת מי הים, והן עלולות למות כתוצאה מכך. השושנה יכולה להתקיים גם ללא האצות - מחסור באצות ברקמת השושנה יגרום לה להלבין ולגדול מעט ולאט יותר. לעומת זאת באלמוגים, אובדן האצות יגרום ברוב המקרים לתמותה גם של האלמוג עצמו".

שורק: "הפעילות האנושית מייצרת זיהום אור וזיהום רעש שפוגעים במחזורים הנורמליים אצל כל בעלי החיים הימיים. אצל אלמוגים נפגעים גם מחזורי הרבייה. למשל בשונית הגדולה באוסטרליה, שם ההשרצה של האלמוגים מתרחשת לילה אחד בשנה. אם בגלל שינוי בתנאי הסביבה ייווצר חוסר סנכרון כלשהו, כך שלמשל הנקבות ישריצו ביום אחד והזכרים ישחררו תאי זרע ביום אחר, עלולה להתרחש ממש הכחדה של המין הזה".

האם ניתן לזהות אצל בני אדם, למשל, שרידים למחזוריות קדומה של 12 שעות?

לוי: "בבני אדם ובבעלי חיים נוספים קיימים גם שעון של 24 שעות וגם שעון של 12 שעות. השעון בן 12 השעות קשור בעיקר לתהליכים מטבוליים. אנחנו סבורים שגם אצל יצורים שלא חיים בסביבה ימית ישנם שרידים של שעון צירקטידאלי (שעון של גאות ושפל) בעל מחזוריות כזו".

גם השעונים הביולוגיים שטבועים בנו עוברים שיבוש קיצוני.

שורק: "יש קשר בין המעגלים הלא טבעיים של הזמן שבהם אנחנו חיים, לבין הרבה מחלות שקשורות לזיכרון, כמו אלצהיימר. גם כשאנחנו מסתכלים על הגנים של השושנה, אנחנו מוצאים שם גנים שקשורים למחלות דומות. אלה גנים קדומים שלא ידוע מה תפקידם אצל השושנה, אבל אצלנו ברמות היותר גבוהות הם משפיעים על תהליכים של חשיבה, על זיכרון ועל מחלות. לכן חשוב להבין איך השעון שלנו עובד. השאיפה היא להבין את המערכות האלה, לראות אם אנחנו חיים איתן בקורלציה נכונה, ולפענח תופעות נפוצות של מחלות קשות ותופעות שכיחות, כמו דיכאון, ולהבין את הקשר שלהן לשיבוש במנגנוני הזמן הטבעי".



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר TheMarker

סדר את התגובות

כתבות ראשיות באתר

כתבות שאולי פיספסתם

*#