מחקר חדש מאוניברסיטת חיפה ומ”המכון למחקר רגולציה גנומית” בברצלונה, שפורסם בכתב העת היוקרתי Nature, חושף מנגנון ביולוגי ייחודי המאפשר לאלמוג “אוקולינה פטגוניקה” מהים התיכון להתקיים גם כשהאצות השיתופיות עוזבות אותו בשל עליית הטמפרטורות.

במחקר חדש שנערך באוניברסיטת חיפה וב”מכון למחקר רגולציה גנומית” בברצלונה ופורסם בכתב העת היוקרתי Nature התגלה כי אלמוג האבן “אוקולינה פטגוניקה”, מין יחודי לים התיכון, הצליח לפתח מנגנון הישרדות יוצא דופן המאפשר לו לשגשג גם בתנאי סביבה קיצוניים. האלמוג ידוע בכך שהוא מסוגל להזין את עצמו עם אצות ובלעדיהן, תכונה שמסייעת לו לשגשג גם כאשר טמפרטורת המים עולה. בעזרת השוואה ישירה בין תאים המכילים אצות ב”אוקולינה פטגוניקה” ובמיני אלמוגים אחרים חשפו החוקרים כיצד גמישות זו פועלת ברמה הגנטית והתאית. “הים התיכון מתפקד כמו מעבדה טבעית לשינויי אקלים. הוא משתנה בקצב מהיר יותר מהאוקינוסים הפתוחים ולכן מינים החיים בו, כמו אלמוגים, מספקים לנו הצצה לאופן שבו החיים בים יתמודדו בעתיד עם שינויי האקלים המואצים”, אמרה ד”ר שני לוי, מאוניברסיטת חיפה, מובילת המחקר.

אלמוג האבן “אוקולינה פטגוניקה” תועד לראשונה בשנות השישים במאה הקודמת באזור גנואה שבאיטליה, ונחשב במשך שנים למין פולש שמקורו באוקיינוס האטלנטי. עם זאת, מחקרים עדכניים הראו כי מדובר במין ים תיכוני ותיק שחי באוכלוסיות קטנות במשך מיליוני שנים עד ששינויי האקלים בעשורים האחרונים אפשרו לו להתפשט לאורך רוב חופי הים התיכון. כיום הוא נפוץ במים רדודים גם באזורים בצפון ובמערב הים התיכון שבהם הטמפרטורה יורדת מתחת לעשר מעלות בחורף, וכן באזורים במזרח הים התיכון שבהם הטמפרטורות יכולות לעלות מעל שלושים מעלות בקיץ, טווח רחב במיוחד בהשוואה לסביבת הגידול של רוב מיני אלמוגי האבן. נוסף על כך, שלא כמו רוב אלמוגי האבן אשר להם קשר שיתופי מחייב עם אצות, אלמוג האבן הים תיכוני, “אוקולינה פטגוניקה”, מסוגל לקיים קשר שיתופי גמיש עם האצות החיות בתוכו ואף לשרוד בלעדיהן. במקומות מוצלים או חשוכים ניתן למצוא אותו משגשג ללא האצות השיתופיות. כמו כן, לאורך חופי ישראל נצפתה תופעה מיוחדת שנקראת “הלבנה עונתית”, שתוארה כבר בסוף שנות התשעים.

מדי קיץ, כאשר טמפרטורות הים עולות מעל 29 מעלות, האלמוג מלבין, כלומר מאבד את האצות השיתופיות ושורד בלעדיהן את החודשים החמים. ואילו בסתיו כשטמפרטורת המים יורדת, האצות השיתופיות ממלאות את רקמתו בחזרה. לדברי החוקרים, יכולת זו ויכולתו לשרוד במגוון תנאים משתנים מציבות את האלמוג כמודל מחקר מעניין במיוחד. במחקר הנוכחי ביקשו ד”ר שני לוי ופרופ’ טלי מס, מבית הספר למדעי הים ע”ש צ’רני באוניברסיטת חיפה, יחד עם ד”ר חאבייר גראו בובה ופרופ’ ארנאו סבה־פדרוס, מ”המכון למחקר רגולציה גנומית” בברצלונה, להבין כיצד אלמוג זה מצליח לשרוד ללא האצות השיתופיות ומהן התוכניות התאיות שמאפשרות זאת.

החוקרים בחנו את עמידות האלמוג “אוקולינה פטגוניקה” ברמה הגנטית, התאית והאבולוציונית. ראשית, הם ריצפו את הגנום של האלמוג עד לרמת הכרומוזומים ומיפו את סידור הגנים קיימים בו. כמו כן, הם ניתחו עשרות אלפי תאים בודדים כדי לבדוק אילו גנים פעילים בכל תא ותא כאשר האלמוג חי בשיתוף פעולה עם האצות שבתוכו, לעומת התאים והגנים הפעילים כאשר הוא מתקיים ללא אותן אצות. בעזרת המידע הזה יצרו החוקרים אטלס תאי של האלמוג המתאר את התוכנית התאית של כל אחד מסוגי התאים (תאי עצב, תאי עיכול, תאי הפרשה, ועוד), בדגש על התאים המארחים של האלמוג שבתוכם חיות האצות החד־תאיות, אותם תאים האחראים על הסימביוזה ועל חילוף החומרים בין האלמוג לאצה. נוסף על כך, החוקרים יצרו מפות תאיות דומות לשני מיני אלמוגים טרופיים התלויים לחלוטין באצות לצורכי הזנה, כדי לאפשר השוואה ישירה בין המינים.

הממצאים חשפו את התוכנית התאית לאסטרטגיית הזנה כפולה הקיימת אצל האלמוג הים־תיכוני, “אוקולינה פטגוניקה”. מתוצאות המחקר עולה כי בעוד שהמטבוליזם של שני האלמוגים הטרופיים שנבחנו מתבססים בעיקר על סוכרים, המטבוליזם של “אוקולינה” בנוכחות אצות מתבסס בעיקר על שומנים שהאצות מייצרות, שאותם הוא יכול לאגור כמקור אנרגיה יציב. לעומת זאת כשהסימביוזה נשברת והאצות עוזבות את רקמת האלמוג הוא מפעיל מנגנונים תאיים חלופיים המאפשרים לו להמשיך להתקיים באופן עצמאי. לדוגמה, באלמוג ללא האצות השיתופיות מצאו החוקרים פעילות מוגברת של תאי עיכול והפרשה, המאפשרים לאלמוג לקלוט ולפרק מזון ישירות מהמים. תאים אלו דמו יותר לתאי עיכול של שושנות הים (קרובות משפחה של האלמוגים) שמתבססות על טריפה, מאשר לתאי העיכול של האלמוגים הטרופיים שמתבססים על תוצרי האצות השיתופיות. החוקרים אף מצאו ריבוי של תאים בעלי תכונות המזכירות תאי מערכת חיסון, שככל הנראה מסייעים בסילוק שברי תאים ותאים מתים. תאי האלמוג עוברים שינויים בתוכנית התאית כדי לאפשר לאלמוג לעבור ממצב אוטוטרופי, שבו הם מתבססים על מזון שיוצר על ידי האצות השיתופיות, למצב הטרוטרופי, שבו הם צורכים את המזון מהמים.

נוסף על חשיפת ההבדלים בין אלמוגים המחויבים לסימביוזה לאלמוגים אשר יכולים להתקיים בלעדיה יצרו החוקרים מאגר נתונים מקיף של עשרות אלפי תאי אלמוגים והגנים הפעילים בכל אחד מהם. “המאגר זמין באפליקציה שפתוחה לכלל החוקרים, המאפשרת חיפוש, השוואה וניתוחים בסיסיים, ועתיד לשמש בסיס להבנת הביולוגיה והמנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס הסימביוזה המרתקת בין אלמוגים לאצות”, סיכמו החוקרים.

קראו עוד על המחקר בכתבה שפורסמה באתר YNET