יצורי ים רבים משחררים ביצים וזרע למים רק בלילות הנכונים של החודש.
על ידי Virat Markandeya/מגזין Knowable |
מאמר זה הופיע במקור ב מגזין ידוע.
שעת ערב בקצה הצפוני של הים האדום, במפרץ עקבה, וטום שלזינגר מתכונן לצלול. במהלך היום, קרקעית הים מלאה חיים וצבע; בלילה זה נראה הרבה יותר זר. שלזינגר מחכה לתופעה שמתרחשת פעם בשנה עבור שפע מיני אלמוגים, לרוב מספר לילות לאחר הירח המלא.
בהנחיית פנס, הוא מבחין בו: אלמוגים משחררים צרור צבעוני של ביצים וזרע, ארוזים יחד. "אתה מסתכל על זה וזה מתחיל לזרום אל פני השטח", אומר שלזינגר. "ואז אתה מרים את הראש, אתה מסתובב, ואתה מבין: כל המושבות מאותו מין עושות את זה רק עכשיו."
מיני אלמוגים מסוימים משחררים צרורות בצבע ורדרד-סגול, אחרים משחררים כאלה שהם צהובים, ירוקים, לבנים או גוונים שונים אחרים. "זו די תחושה אסתטית נחמדה", אומר שלזינגר, אקולוג ימי באוניברסיטת תל אביב המכון הבין-אוניברסיטאי למדעי הים באילת, ישראל, שהיה עד למופע במשך שנים רבות של צְלִילָה. האלמוגים משרצים בדרך כלל בערב ובלילה תוך חלון זמן צפוף של 10 דקות עד חצי שעה. "התזמון כל כך מדויק, אתה יכול לכוון את השעון שלך לפי הזמן שזה קורה", אומר שלזינגר.
מקצבים הנשלטים על הירח ביצורים ימיים נצפו במשך מאות שנים. יש ניחוש מחושב, למשל, שבשנת 1492 נתקל כריסטופר קולומבוס במעין תולעת ימית זוהרת שעסקה בריקוד הזדווגות בזמן הירח, כמו "להבה של נר קטן מורמת ומונמכת לסירוגין." בעלי חיים מגוונים כגון מולי ים, אלמוגים, תולעי פולצ'אט ודגים מסוימים נחשבים לסנכרנים את התנהגות הרבייה שלהם על ידי הירח. הסיבה המכרעת היא שחיות כאלה - למשל, למעלה ממאה מיני אלמוגים בשונית המחסום הגדולה - משחררים את הביציות שלהם לפני ההפריה, והסנכרון ממקסם את ההסתברות למפגש בין ביציות לזרע.
איך זה עובד? זה כבר מזמן בגדר תעלומה, אבל החוקרים מתקרבים להבנה. הם יודעים לפחות 15 שנה שאלמוגים, כמו מינים רבים אחרים, מכילים חלבונים רגישים לאור הנקראים קריפטוכרומים, ולאחרונה דיווחו כי באלמוגים האבניים, Dipsastraea speciosa, תקופה של חושך בין השקיעה לזריחת הירח מופיע מפתח להפעלת השרצה כמה ימים לאחר מכן.
כעת, בעזרת תולעת הזיפים הימית Platynereis dumerilii, חוקרים החלו להתגרות במנגנון המולקולרי שבאמצעותו אינספור מיני ים עשויים לשים לב למחזוריות של ירח.
קרדיט: טום שלזינגר
תולעת הזיפים מגיעה במקור ממפרץ נאפולי אך גדלה במעבדות מאז שנות ה-50. זה מתאים במיוחד למחקרים כאלה, אומרת קריסטין טסמר-רייבל, כרונוביולוגית מאוניברסיטת וינה. במהלך עונת הרבייה שלו הוא משריץ כמה ימים לאחר הירח המלא: התולעים הבוגרות עולות בהמוניהן אל פני המים בשעה חשוכה, מבצעות ריקוד נישואין ומשחררות את הגמטות שלהן. לאחר רבייה, התולעים מתפרצות ומתות.
הכלים שהיצורים צריכים לתזמון מדויק כזה - עד לימים בחודש, ולאחר מכן עד לשעות היום - דומים למה שהיינו צריכים כדי לארגן פגישה, אומר טסמר-רייבל. "אנחנו משלבים סוגים שונים של מערכות תזמון: שעון, לוח שנה", היא אומרת. במקרה של התולעת, מערכות התזמון הנדרשות הן שעון יומי - או צירקדיאני - יחד עם שעון עגול נוסף לחשבון החודשי שלו.
כדי לחקור את התזמון של התולעת, הקבוצה של טסמר-רייבל החלה בניסויים על גנים בתולעת הנושאים הוראות לייצור קריפטוכרומים. הקבוצה התמקדה במיוחד בקריפטוכרום בתולעי זיפים בשם L-Cry. כדי להבין את מעורבותו בהטלה מסונכרנת, הם השתמשו בתחבולות גנטיות כדי להשבית את אני בוכה גן ולצפות במה שקרה לשעון הירח של התולעת. הם גם ביצעו ניסויים לניתוח חלבון L-Cry.
למרות שהסיפור רחוק מלהיות שלם, למדענים יש ראיות לכך שהחלבון ממלא תפקיד מפתח במשהו חשוב מאוד: הבחנה בין אור השמש לאור הירח. L-Cry הוא, למעשה, "מתורגמן אור טבעי", כותבים טסמר-רייבל ומחברים שותפים ב סקירה של 2023 של מקצבים ביצורים ימיים בתוך ה סקירה שנתית של מדעי הים.
קרדיט: MAEL GROSSE
התפקיד הוא תפקיד מכריע, מכיוון שכדי להסתנכרן ולהשריץ באותו לילה, היצורים צריכים להיות מסוגלים להישאר בקצב של דפוסי הירח מחזורו של 29.5 ימים בערך - מירח מלא, כאשר אור הירח בהיר ונמשך כל הלילה, ועד להארות העמומות והקצרות יותר כשהירח עולה בשעווה דועך.
כאשר L-Cry נעדר, גילו המדענים, התולעים לא הבחינו כראוי. החיות הסתנכרנו היטב למחזורי ירח מלאכותיים של אור וחושך בתוך המעבדה - כאלה שבו "אור השמש" היה עמום יותר מהשמש האמיתית ו"אור הירח" היה בהיר יותר מהממשי ירח. במילים אחרות, תולעים ללא L-Cry נצמדו למחזורי אור לא מציאותיים. לעומת זאת, התולעים הרגילות שעדיין ייצרו חלבון L-Cry היו חדות יותר ועשו עבודה טובה יותר בסנכרון שעוני הירח שלהם כהלכה כאשר תאורת הלילה התאימה יותר לזו של תולעת הזיפים הטבעית סביבה.
החוקרים צברו גם ראיות אחרות לכך ש-L-Cry הוא שחקן חשוב בשמירה על זמן הירח, שעוזר להבחין בין אור השמש לאור הירח. הם טיהרו את החלבון L-Cry ומצאו שהוא מורכב משני גדילי חלבון הקשורים זה לזה, כאשר כל חצי מחזיק במבנה סופג אור המכונה פלבין. הרגישות של כל פלבין לאור שונה מאוד. בשל כך, ה-L-Cry יכול להגיב הן לאור חזק הדומה לאור השמש והן לאור עמום לאור ירח - אור מעל חמישה סדרי גודל של עוצמה - אבל עם שונה מאוד השלכות.
"אני מוצא את זה מאוד מרגש שאנחנו יכולים לתאר חלבון שיכול למדוד שלבי ירח."
אווה וולף
לאחר ארבע שעות של חשיפה עמומה ל"אור ירח", למשל, תגובות כימיות הנגרמות על ידי אור ב- חלבון - הפחתת צילום - התרחש, והגיע למקסימום לאחר שש שעות של "אור ירח" מתמשך חשיפה. שש שעות הן משמעותיות, מציינים המדענים, מכיוון שהתולעת הייתה נתקלת באור ירח של שש שעות רק בזמנים שבהם הירח היה מלא. לכן זה יאפשר ליצור להסתנכרן עם מחזורי הירח החודשיים ולבחור את הלילה הנכון להשריץ. "אני מוצאת את זה מאוד מרגש שאנחנו יכולים לתאר חלבון שיכול למדוד שלבי ירח", אומרת אווה וולף, א ביולוג מבני ב-IMB מיינץ ואוניברסיטת יוהנס גוטנברג מיינץ, ומשתף פעולה עם Tessmar-Raible בנושא העבודה.
איך התולעת יודעת שהיא חשה אור ירח, ולא אור שמש? בתנאי אור ירח, רק אחד משני הפלבין היה מופחת בצילום, מצאו המדענים. באור בהיר, לעומת זאת, שתי מולקולות הפלבין היו מופחתות בצילום, ומהר מאוד. יתר על כן, שני סוגי ה-L-Cry הללו הגיעו לחלקים שונים של תאי התולעת: ה-Photoreduced לחלוטין חלבון בציטופלזמה, שם הוא נהרס במהירות, וחלבוני L-Cry המופחתים חלקית ב- גַרעִין.
בסך הכל, המצב דומה ל"חיישן אור נמוך" רגיש במיוחד לזיהוי אור ירח עם "חיישן אור גבוה" רגיש הרבה פחות לזיהוי אור שמש", מסכמים המחברים. בדוח שפורסם ב-2022.
חידות רבות נותרו, כמובן. לדוגמה, למרות שככל הנראה שני הגורלות הנבדלים של מולקולות L-Cry משדרים אותות ביולוגיים שונים בתוך התולעת, החוקרים עדיין לא יודעים מה הם. ולמרות שחלבון L-Cry הוא המפתח להבחין בין אור השמש לאור הירח, מולקולות אחרות חושות אור חייבות להיות מעורבות, אומרים המדענים.
קרדיט: מ. ZURL ET AL / PNAS 2022
במחקר נפרד, החוקרים השתמשו במצלמות במעבדה כדי לתעד את פרץ פעילות השחייה (ה "ריקוד הנישואין" של תולעת) המתרחש כאשר תולעת יוצאת להשריץ, ועקבה אחריה עם גנטיקה ניסויים. והם אישרו שמולקולה נוספת היא המפתח לתולעת להשריץ במהלך השעה-שעתיים הנכונות חלון - החלק האפל של אותו לילה בין השקיעה לזריחת הירח - בלילות ההטלה המיועדים לכך.
המכונה r-Opsin, המולקולה רגישה ביותר לאור, כך גילו המדענים - בערך פי מאה יותר מהמלנופסין שנמצא בעין אנושית ממוצעת. הוא משנה את השעון היומי של התולעת על ידי פעולת חיישן זריחת ירח, מציעים החוקרים (הירח עולה ברציפות מאוחר יותר בכל לילה). הרעיון הוא ששילוב האות מחישן r-Opsin עם המידע מה-L-Cry על איזה סוג של קל זה מאפשר לתולעת לקטוף בדיוק את הזמן הנכון בליל ההשרצה לעלות אל פני השטח ולשחרר את גמטות.
שומרי זמן תושבים
בעוד ביולוגים מפרקים את שומרי הזמן הדרושים לסנכרון פעילויות ביצורים ימיים רבים כל כך, השאלות מבעבעות. איפה בדיוק מתגוררים שומרי הזמן האלה? במינים שבהם שעונים ביולוגיים נחקרו היטב - כגון תסיסנית ועכברים - אותו שומר זמן מרכזי נמצא במוח. בתולעת הזיפים הימית, קיימים שעונים במוח הקדמי שלה וברקמות ההיקפיות של הגזע שלה. אבל ליצורים אחרים, כמו אלמוגים ושושנות ים, אין אפילו מוח. "האם יש אוכלוסייה של נוירונים שפועלת כשעון מרכזי, או שהיא הרבה יותר מפוזרת? אנחנו לא באמת יודעים", אומרת אן טרנט, ביולוגית ימית במכון האוקיאנוגרפי של Woods Hole, החוקרת כרונוביולוגיה של שושנת הים. Nematostella vectensis.
מדענים מעוניינים גם לדעת אילו תפקידים ממלאים חיידקים שעשויים לחיות עם יצורים ימיים. אלמוגים אוהבים אקרופורה, למשל, לעיתים קרובות יש אצות החיות בסימביוטיקה בתוך התאים שלהן. "אנחנו יודעים שגם לאצות כאלה יש מקצבים צירקדיים", אומר טרנט. "אז כשיש לך אלמוג ואצה ביחד, זה מסובך לדעת איך זה עובד."
החוקרים מודאגים גם מגורלם של אירועים מסונכרנים מרהיבים כמו השרצת אלמוגים ב עולם מזוהם באור. אם מנגנוני שעון אלמוגים דומים למנגנוני תולעת הזיפים, כיצד יוכלו היצורים לזהות כראוי את הירח המלא הטבעי? בשנת 2021, חוקרים דיווחו על מחקרי מעבדה שהוכיחו זאת זיהום אור יכול לבטל את סנכרון ההטלה בשני מיני אלמוגים - אקרופורה מילפורה ו Acropora digitifera - נמצא באוקיינוס ההודו-פסיפיק.
שלזינגר ועמיתו יוסי לויה ראו בדיוק את זה באוכלוסיות טבעיות, במספר מיני אלמוגים בים האדום. בדיווח בשנת 2019, המדענים השוו תצפיות שרצים של ארבע שנים עם נתונים מאותו אתר 30 שנה קודם לכן. שלושה מתוך חמשת המינים שהם חקרו הראו א-סינכרון ההטלה, מה שהוביל לפחות - או ללא - מקרים של אלמוגים חדשים וקטנים בשונית.
יחד עם אור מלאכותי, שלזינגר מאמין שיכולים להיות אשמים נוספים מעורבים, כמו מזהמים כימיים המשבשים את האנדוקרינית. הוא עובד כדי להבין את זה - וללמוד מדוע מינים מסוימים לא מושפעים.
בהתבסס על התצפיות התת-ימיות שלו עד כה, שלזינגר מאמין שכ-10 מתוך 50 המינים שהוא בדק עשויים להיות לא-סנכרון בים האדום, שחלקו הצפוני נחשב למקלט לשינויי אקלים לאלמוגים ולא חווה אירועי הלבנה המוניים. "אני חושד", הוא אומר, "שעוד נשמע על נושאים כאלה במקומות אחרים בעולם, ובעוד מינים".
מאמר זה הופיע במקור ב מגזין ידוע, מאמץ עיתונאי עצמאי מ-Anual Reviews. הירשם ל- ניוזלטר.