מה מחסל את המרבדים הירוקים באגם?

כשביולוגים מדברים על פריחה הם לא מתכוונים בהכרח לאיברי הרבייה הצבעוניים של צמחים מסוימים: המושג מתאר גם הופעה או התפתחות רחבת היקף של יצורים חיים תוך זמן קצר. אצל אצות מיקרוסקופיות בים או במים מתוקים, פריחות הן תהליך טבעי שמתרחש כשתנאי הסביבה מאפשרים להן להתרבות במהירות ולהצטבר בהמוניהן. הפריחות הללו תורמות באופן משמעותי לייצור חמצן ולקיבוע פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה – גז חממה שאחראי לחלק גדול משינויי האקלים שאנו חווים כיום. בדרך כלל הפריחות הללו באות אל סופן בתהליך מהיר שנקרא קריסה, שעשוי להסתיים בתוך ימים ספורים. הקריסה משפיעה מאוד על הסביבה, שכן האצות המתות מזינות בעלי חיים ופולטות למים חומרים חשובים.

אבל לפריחת אצות יש גם צד אפל. בארץ אנחנו נחשפים לצד הזה ממש עכשיו, כשפריחת אצות בים התיכון השביתה חלק ממתקני ההתפלה: הממברנות שבמתקנים נחסמות ונהרסות בשל הצטברות האצות. בנוסף, חומרי ההזנה שהאצות משחררות למים כאשר הן קורסות גורם להתרבות מהירה של יצורים ימיים שניזונים מהם, ולעתים צורכים כמעט את כל החמצן הזמין שבסביבה ויוצרים “אזורים מתים”. ולבסוף,  יש אצות שמשחררות למים רעלנים שהורגים בעלי חיים במים, ואם מדובר במים מתוקים, גם ביבשה מסביב. שחרור הרעלנים גובר בזמן הקריסה, כאשר האצות מתות בהמוניהן ומשחררות את החומרים שבתאיהן. 

דבר כזה קורה למשל באגם דינאצ’י (Dianchi) בדרום-מערב סין. מדי שנה מתרחשות שם פריחות נרחבות של חיידקים כחוליים (ציאנובקטריה) – חיידקים מבצעי פוטוסינתזה שכונו בעבר “אצות כחוליות”. גם היום החיידקים הכחוליים מקובצים לעתים קרובות עם האצות הגדולות יותר ואף נקראים “אצות” משום שהם פורחים בצורה דומה, למרות שמבחינה ביולוגית מדובר בקבוצות שונות. לאחרונה התברר כי האצות שהשביתו את מתקני ההתפלה אצלנו גם הן חיידקים כחוליים. באגם דינאצ’י החיידקים מצטברים על פני המים בשכבה ירוקה ועבה ופולטים רעלנים למים. במאמר חדש חוקרים מנסים להבין את המנגנון שעשוי לתרום למוות המהיר של החיידקים ולקריסת הפריחה.

ברזל קטלני

מחקרים חשפו במשך השנים דרכים רבות שבהן תאים עלולים למות, וגם מצאו שצורת המוות של תא יכולה להשפיע על תאים אחרים סביבו. לעיתים המוות קורה בצורה מאורגנת ומתוכננת מראש בתוך הגוף החי, שמקלה על הגוף למחזר את החומרים שהרכיבו את התא המחוסל ולהשתמש בהם מחדש בתאים אחרים. במהלך מוות מתוכנן כזה גם נשלחים מסרים חשובים לתאים שכנים.

אחת הדרכים להרוג תא חי היא באמצעות היסוד ברזל, בתהליך בשם פרופטוזיס (ferroptosis). התהליך מתבסס על תגובת פנטון (Fenton): תגובה כימית שבה יוני ברזל מתוך התא – אטומים בעלי מטען חשמלי – מגיבים עם מי חמצן ויוצרים מולקולות לא יציבות של הידרוקסיל – תרכובות של חמצן ומימן. כשמצטברות מספיק מולקולות כאלה הן מחמצנות מולקולות שומניות בשם ליפידים, שהן אבני הבניין של הממברנה החיצונית שעוטפת את התא. אם מספיק ליפידים התחמצנו, הממברנה תתפרק והתא ימות.

תהליך הפרופטוזיס נחקר לא מעט עקב הקשר שלו למחלות שפוגעות בבני אדם ובבעלי חיים, אך עד כה היה ידוע מעט מאוד על מה שקורה כשהוא מתרחש אצל יצורים חד-תאיים כמו חיידקים כחוליים. במחקר הנוכחי צפו החוקרים באירוע קריסה טבעית באגם, ומצאו שתאי חיידקים מתים נטו להימצא בקרבת תאים מתים אחרים. הם סברו  שהקריסה המהירה של הפריחה במקרה הזה אינה סתם הצטברות של הרבה אירועי פרופטוזיס מבודדים. נראה כי תהליך המוות התאי מתפשט בין החיידקים כמו בתגובת שרשרת.

החוקרים חשפו חיידקים כחוליים במעבדה למי חמצן, שהגיבו לברזל וחוללו פרופטוזיס. כדי לבחון אם חומרים שהשתחררו מהתאים חוללו תמותה המונית גם בלי החשיפה הישירה למי חמצן, החוקרים הוציאו מהתמיסה את התאים ושבריהם וניטרלו את מי החמצן. כך נותר רק נוזל הגידול ובו החומרים שהשתחררו למים מהתאים המתים. במים האלה גידלו חיידקים כחוליים אחרים, שלא נחשפו למי חמצן, וגם הם מתו בתוך זמן קצר. כלומר קיים כנראה גורם כלשהו שעובר בין התאים ומוביל למותם.

החוקרים ראו שתגובת פנטון יוצרת ליפידים פגועים ומקוצרים שמשתחררים מהתא כמולקולות בודדות, או מתקבצים לכדוריות זעירות. כשהכדוריות הללו מגיעות לתאים שכנים, הן מסוגלות לפרק גם את הממברנות שלהם. כדי לברר אם זה אכן המצב, לקחו החוקרים את הנוזל מהניסוי הקודם וסיננו מתוכו את הכדוריות. בהיעדרן, הפגיעה בממברנות התאים ירדה בכ-40 אחוז. נראה אם כך שכדוריות הליפידים תורמות באופן משמעותי לנזק שנגרם לתאי החיידקים השכנים, אך יש גורם נוסף אחד לפחות שמעורב גם הוא בתהליך השמדת התאים.

חוקרים זיהו בשנים האחרונות שיש קשר בין התחממות טמפרטורת המים במקווי מים לבין העלייה בשכיחות הפריחות הרעילות לאורך השנה. יתרה מזאת, יש מקומות שבהם הפריחות נהיות גדולות יותר ושורדות זמן רב יותר במים. אם נבין את התהליכים שמזינים אותן ואת אלה שמביאים לסופן, אולי נוכל לווסת אותן בצורה שתגן על המערכות האקולוגיות. החוקרים מקווים שממצאיהם יאפשרו למצוא פתרונות חדשים ומתקדמים שיגנו על איכות המים באגמים ובמקווי מים נוספים.