הסרטן הענק והחיידק הנדיב

סרטנים שווי רגליים מגיעים לממדי ענק בעומק הים – והם לא היחידים. עוד מ-1880 תועדו במעמקי הים דיונונים, דגים וסרטנים גדולים בהרבה מקרוביהם החיים במים רדודים יותר. 

לגוף גדול יש מספר יתרונות: ראשית, כשנפח הגוף גדול יותר משטח הפנים, בעל החיים מושפע פחות מהסביבה החיצונית ומצליח לשמור על חום ואנרגיה ביעילות רבה יותר, תכונה חשובה בתנאי הקור ששוררים במעמקים. נוסף על כך, קשה יותר לבעלי חיים גדולים לטרוף אותו, והוא מסוגל לצוד טרף גדול יותר. מצד שני, מעמקי הים הם עניים במזון ועוינים למחייה – איך בעלי החיים הללו מצליחים לשמור על גוף כה גדול בסביבה כה דלה במזון?

עמוק יותר – גדול יותר

כדי לפתור את התעלומה, חוקרים מסין השוו בין סרטן שווה רגליים מהמין Bathynomus jamesi, שחי כ-900 מטר מתחת פני הים, סרטן מהמין  Bathynomus doederleini, שחי בעומק ביניים של כ-300 מטר, והסרטן Cleantiella isopus, שחי במים רדודים, בעומק של כעשרים מטר. ההשוואה חשפה דפוס ברור: לסרטנים שחיים עמוק יותר יש גוף גדול יותר. הסרטנים מהים העמוק מגיעים לאורך של כעשרים סנטימטרים, ופרטים שנמצאים בעומק של יותר מאלפיים מטרים הגיעו לאורך שיא של כחמישים סנטימטרים – גודלו של חתול בית. לעומתם, בני המין מעומק הביניים מגיעים לאורך של כעשרה סנטימטרים, וקרוב משפחתם מהמים הרדודים, גודלו כשני סנטימטרים בלבד. 

קיבותיהם של הסרטנים שבים העמוק היו גדולות בהרבה ביחס לגוף, והן היו כמעט תמיד מלאות במזון, בעוד שאצל סרטנים מהמין שחי בעומק הביניים, הקיבה הייתה ריקה לעיתים קרובות. החוקרים משערים שמערכת העיכול הגדולה משמשת מאגר מזון לטווח ארוך.

עם מעט עזרה מחברים

כדי להבין טוב יותר איך נוצרו התכונות שאפשרו לסרטנים האלה להתקיים בעומק, החוקרים בחנו את המיקרוביום שלהם: אוכלוסיית החיידקים שחיה בשיתוף עם בעלי החיים ובין השאר מסייעת לעיכול. החוקרים ריצפו את ה-DNA של כל האורגניזמים במערכת העיכול של סרטן שווה רגליים ממעמקי הים ושל קרובו מעומק הביניים. 

המיקרוביום של שני המינים היה דומה ברובו, אך נמצא ביניהם הבדל משמעותי: במין מעומק הביניים נמצאו חיידקים שמאיצים פירוק מזון ומגדילים את צריכת האנרגיה, בעוד שבמין שחי בעומק רב יותר נמצאו חיידקי כלמידיה, שמקיימים אורח חיים שיתופי עם תאים של בעלי חיים. חיידקים אלו מעודדים ייצור מוגבר של שומן בתאים ואגירה של שומן בתור טיפות שומן קשות לפירוק. המיקרוביום של המין ממעמקי הים, אם כך, מסייע לו לאגור שומן וכך להגיע לגודל כה רב בסביבה דלה במזון. 

החוקרים ריצפו את ה-DNA של הסרטן שווה הרגליים מעומק הביניים והשוו אותו ל-DNA של המינים האחרים. הם מצאו שאצל מינים שחיים בעומק רב ובעומק הביניים יש חילוף חומרים איטי יותר בהשוואה לקרוב המשפחה מהמים הרדודים.

התקררת? אתה רעב? קח גן!

ממצא נוסף שעלה מהשוואת ה-DNA הפתיע את החוקרים. ב-DNA של שני המינים מהעומק ומעומק הביניים נמצאו גנים של נגיפים או של חיידקים – עוד לא ברור – שהוטמעו ב-DNA שלהם, בתהליך שנקרא העברת גנים אופקית. אחד הגנים, ND1, שמקורו בחיידקים, הוטמע ב-DNA של הסרטן לפני כ-16 מיליון שנה, סמוך להתפצלות האבולוציונית של שני מיני הסרטנים. הוא שוכפל כמה פעמים ב-DNA ונמצא עד חמש פעמים ב-DNA של מינים שונים, תהליך שעשוי להעיד על כך שהוא יותר פעיל. 

כדי לבדוק את תפקידו של הגן ND1, החוקרים השתמשו בדגי זברה, חיית מודל שאפשר לעשות עליה מניפולציות גנטיות. הם החדירו לדגים את הגן ובדקו איך הם מתמודדים בתנאי טמפרטורה ורעב שונים. כשהדגים גדלו בטמפרטורה האופטימלית עבורם, 27 מעלות צלזיוס, והורעבו, הם שרדו פחות זמן מדגים שלא נשאו את הגן. לעומת זאת, דגים שנשאו את הגן וגדלו בתנאי קור, 18 מעלות צלזיוס, שרדו זמן רב יותר בתנאי רעב לעומת קבוצת הביקורת – דגים שלא נשאו את הגן. החוקרים מצאו שבטמפרטורה אופטימלית הגן היה פעיל יותר, בעוד שבתנאי קור, פעילות הגן פחתה. בעזרת בדיקה של פעילות גנים שאחראים לקצב חילוף החומרים בדג, מצאו החוקרים הסבר לתופעה; בתנאי קור, כשפעילות הגן מוגבלת, קצב חילוף החומרים של הדג מואט וכך הוא שורד למשך זמן רב יותר, בעוד שפעילות מוגברת של הגן גורמת להתגברות קצב חילוף החומרים, מה שהקשה על הדגים הרעבים לשרוד.

מתברר שממדיהם הענקיים של הסרטנים שווי הרגליים במעמקים הם תוצאה של שילוב בין מערכת עיכול גדולה שמאפשרת אחסון מזון לטווח ארוך, אגירת שומן מוגברת בסיוע חיידקים שיתופיים, וגנים ממקור חיידקי שמסייעים להאט את קצב חילוף החומרים בתנאי הקור השוררים במעמקי הים ולסייע לסרטן לשרוד בתנאי רעב. עם זאת, מנגנון הפעולה של ND1 עדיין אינו ברור, ודורש מחקר נוסף. גם בקרב קבוצות רבות אחרות של בעלי חיים, בעלות אורחות חיים ותזונה שונים לחלוטין, מתפתחת התכונה של ענקיות מעמקים – ויש לנו עדיין הרבה מה ללמוד עליה.