אצות לשמור על עתידן: תגובות שונות של תאי אצה ללחץ מחלקות סיכונים ומסייעות להמשכיות
כיצד פועלות קהילות של אורגניזמים, בעלי חיים או צמחים כאשר הן ניצבות בפני שינויים דרמטיים שעלולים להביא אותן לכליה או שינויים משמעותים אחרים שלא ברור כיצד נכון להגיב להם ? מחקר חדש מגלה את התשובה: באמצעות טכניקת פיזור סיכונים ! מדעני מכון ויצמן ברחובות הדגימו כיצד תאי אצה מגיבים בדרכים שונות למצבי עקה זהים, ובכך "מחלקים סיכונים" ומבטיחים את ההישרדות של חלק מהאוכלוסייה ואת המשכיות המין כולו.
לנוכח שינויי האקלים והתמורות במצב הימים, אצות המצויות באוקיינוס חוות שינויים דרמטיים ביותר במצבן- העלמות פריחות אצה גדולות על פני קילומטרים נעלמות בתוך זמן קצר בלי להשאיר סימן. האצות- המכונות פיטופלנקטון, מזכירות בחשיבותן ותפקידן את יערות הגשם כיוון שגם הן מספקות כ-50% מהחמצן של העולם, יש להן השפעה מכרעת על מחזור הפחמן באוקיינוס והן הבסיס לכל שרשרת המזון הימית. בשל חשיבותן, כאשר הן נתקלות בגורמים הפוגעים בהן כמו מחסור במזון, פתוגנים כמו וירוסים וחיידקים התוקפים אותן,הדבר מהווה בעיה משמעותית לכדור הארץ. כאשר פריחות האצות קורסות, מסכנות אלה ואחרות, תאי האצה מתים, ורק מעטים מצליחים לשרוד וליצור פריחות חדשות.
הפרופסור אסף ורדי, מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה במכון ויצמן מסביר: "דפוס קולקטיבי זה של פריחות ענק הנעלמות במהירות הוא תולדה של אין-ספור החלטות פרטניות של טריליוני תאים בודדים. במעבדה שלי, האתגר הוא להבין איך החלטות אשר מתקבלות ברמת התא הבודד, משפיעות לאורך זמן על תהליכים שמתרחשים ברמה הגלובלית". על מנת להבין למה תאים מסוימים מתים, ואילו אחרים שורדים, פיתחה קבוצתו של הפרופסור ורדי שיטות ניסוי חדשות המאפשרות לצפות בתאים חיים תחת מיקרוסקופ במשך 24 שעות, ולחשוף אותם לסביבה מבוקרת שאליה הוכנסו גורמי עקה (stress) שונים.
בניסוי הנוכחי המדענים בחנו אצות בשם P. tricornutum, זן המשתייך למחלקת הצוֹרָנִיּוֹת (דיאטומאות), שכן קיימת כבר ערכת כלים גנטית המאפשרת לחקור את ההסתגלות המיוחדת של זן אצות זה לתנאי עקה. המדענים התמקדו בכימות תרכובות חמצן פעילות (ROS) – רדיקלים חופשיים שעשויים לסייע לתא להסתגל ולשרוד, אך בריכוזים גבוהים עלולים להוביל למותו. כאשר חשפו המדענים בהובלת אביה מזרחי, את התאים לרמות מתונות של תרכובות חמצן, התפצלה האוכלוסייה לשתי קבוצות: תאים רגישים, שבתגובה לחשיפה עלו על מסלול של מוות תאי, ותאים שהיו עמידים והצליחו לשרוד. המקור לשונות לא היה הבדלים גנטיים, שכן שתי התגובות הנבדלות לחשיפה באו לידי ביטוי גם בתאים זהים גנטית.
על מנת להבין מה גרם לשוני בתגובות המדענים בחנו את המוקד מרכזי של ייצור תרכובות חמצן באצות: אברונים המכונים כלורופלסטים ומייצרים תרכובות חמצן כתוצר לוואי של פוטוסינתזה. ההשערה של המדענים היתה שהכלורופלסטים אשר משמשים ספקי אנרגיה לתאי האצה, משתתפים גם במנגנוני קבלת ההחלטות בתא. הם החדירו לכלורופלסטים ולאברוני תא אחרים גן מדווח הזוהר בצבעים זרחניים בהתאם לריכוז של תרכובות החמצן, וחשפו את האצות לתנאי עקה הרווחים באזור פני הים – אזור הידוע כמדרבן ייצור מוגבר של רדיקלים חופשיים.
המדענים גילו שבתנאי אור חזק, חלק מתאי האצה צברו תרכובות חמצן בכלורופלסטים ומתו, בעוד תאים אחרים הצליחו לשרוד; עם זאת, בתנאי חושך, התאים כולם נהפכו לרגישים ומתו – גם כאשר נחשפו לרמות נמוכות של התרכובות. כלומר, התגובות השונות וסיכויי ההישרדות היו תלויים באור שאליו נחשפו התאים. "האצות זקוקות לאור השמש כדי לשרוד, אבל יותר מדי אור עלול להזיק להן. מאידך, ללא אור, האצות הופכות רגישות מאוד לתנאי עקה אחרים. ייתכן שלתאים הצפים במים מעט עמוקים יותר – ונחשפים בשל כך לאור חלש יותר – עשויים להיות סיכויים טובים יותר לשרוד. קצב הצמיחה שלהם אמנם יהיה איטי יותר, אך כך גם קצב ייצור תרכובות החמצן בכלורופלסטים", מסבירה מזרחי.
מאפייני החיים וסיומם ממשיכים ומעסיקים את המדע. המדענים ממשיכים לחקור מה הם הגורמים אשר מאפשרים לתא לשרוד או מנגד מובילים למותו, ואילו תוכניות גנטיות מתווכות החלטות אלה בכל תא. ככל הנראה, חשיפה לאור היא גורם אחד כזה; גורמים אחרים עשויים לכלול את ההיסטוריה של התא, אותות חיצוניים, המטבוליזם התאי או היבטים סביבתיים אחרים. מזרחי ופרופ' ורדי מסבירים כי "פרשנויות שונות לאותם מסרים התפתחו, ככל הנראה, כדרך ל'פיזור סיכונים. באופן כזה, בכל תרחיש ישרוד לפחות שיעור קטן של תאים, ו'הישרדות המעטים' תאפשר למין כולו להמשיך להתקיים".
