מקרה עין

הזיקית המובהקת היא לטאה השוכנת בין ענפי העצים ומסתמכת על ראייה לצורך זיהוי ותפיסת החרקים שהם מזונה. רוב הזמן ניצבת הזיקית בעמדה קבועה וסורקת את סביבתה בעזרת עיניה הגדולות. העיניים, הממוקמות בשני צדי ראשה, הן בעלות תנועה עצמאית ומכסות כמעט את כל סביבתה. בדרך כלל סורקות הזיקיות אזורים שונים בכל עין. אחת העיניים ממוקדת לראייה קרובה, בעוד השנייה ממוקדת לראייה מרחוק. הזיקית מזהה תחילה את הטרף בעזרת עין אחת, ולאחר מכן עוקבת אחריו בעזרת שתי העיניים. בזמן זה העיניים מקובעות וממוקדות על המטרה, ורק הראש עוקב אחרי תנועת הטרף. לבסוף הזיקית "טוענת" את שריר הלשון במתח, אומדת את המרחק המדויק לטרף, ו"יורה" את לשונה הארוכה כלפיו.

 

נוסף על המבנה והתפקוד הייחודיים של העיניים, גם למרכזים המוחיים בזיקית, האחראיים על עיבוד המידע הראייתי, תכונות יוצאות דופן: העצב האופטי בזיקית עובר הצלבה מלאה, כלומר מידע חזותי הנקלט על ידי עין ימין, עובר במלואו לעיבוד במוח שמאל - ולהיפך, בעוד הקשרים בין המוח השמאלי לימני כנראה מועטים למדי. בכך שונה מערכת הראייה של הזיקית מהאדם ומיונקים אחרים, שבהם עצבי הראייה עוברים הצטלבות חלקית וכל צד של המוח מקבלת מידע חזותי משתי העיניים.

איך מתמודדת זיקית עם שתי מטרות המופיעות בו-זמנית, כל אחת בשדה הראיה של אחת מהעיניים? הדס כתר-כ"ץ, בוגרת החוג לביולוגיה וסביבה, בחנה את השאלה הזו בעבודת הדוקטורט שלה באוניברסיטת חיפה, בהנחייתו של פרופ' גדי קציר. הדס אימנה זיקיות לבצע ירי לשון בתגובה ל"טרף וירטואלי" שנע על גבי מסך מחשב. בחלק מהניסויים, ה"טרף" הוצג כמטרה בודדת שנעה אופקית על המסך. בניסויים אחרים, ה"טרף" התפצל לשתי מטרות שנעו לכיוונים מנוגדים. החוקרים צילמו את תנועות העיניים של הזיקיות שעקבו אחרי ה"טרף", וניתחו את הסרטונים.

מתברר שהזיקיות מסוגלות לעקוב בו-זמנית אחרי שתי מטרות קטנות שנמצאות בתנועה. מיד לאחר התפצלות ה"טרף" על המסך, כל עין עקבה אחרי אחת מהמטרות למשך כארבע שניות, ואילו לאחר מכן התכנסו שתי העיניים למעקב אחרי אחד מפריטי ה"טרף". תוצאות אלה תומכות בהשערה, שמרכזי הראייה שבמוח הזיקיות שולטים על התנועה של כל אחת מהעיניים בנפרד. זו העדות הראשונה למעקב בו-זמני אחרי שתי מטרות, אחת בכל עין, בחולייתנים.

המחקר הוצג בכנס השנתי של העמותה לזואולוגיה בישראל לפני מספר שבועות.

כתבה נוספת על המחקר התפרסמה  במגזין "גלילאו".

צמחי מדבר נוגדי סוכרת

מחלת הסוכרת תוקפת מאות מיליוני אנשים ברחבי העולם. שכיחות המחלה גדלה משנה לשנה, והיא צפויה להפוך לאחד מגורמי התחלואה והמוות העיקריים ב 25 השנים הקרובות. הסוכרת פוגעת ביכולתו של הגוף לבקר את רמות הסוכר בדם. בנוסף, החולים סובלים מעקה חמצונית, שמזיקה למגוון חלבונים, קרומים ורקמות בגוף. נזקים אלה מובילים לסיבוכים רבים של המחלה, למשל פגיעה בראיה, בפעילות הכליות, ובתפקוד מערכת העצבים. חומרים נוגדי חמצון מפחיתים את הנזק החמצוני לרקמות הגוף, ולכן עשויים לשמש כתרופות לסוכרת ולסיבוכיה.

אכילאה ריחנית

גם צמחי מדבר חשופים לנזק חמצוני, שמקורו בתנאי החיים הקשים שלהם - קרינת שמש חזקה ויובש. צמחים רבים מייצרים חומרים נוגדי חמצון כאמצעי הגנה מפני נזקי הסביבה. חומרים אלה עשויים לספק גם הגנה מפני הנזקים החמצוניים המעורבים בסוכרת. ואכן, צמחי מדבר מסוימים משמשים לטיפול בסוכרת ברפואה המסורתית של עמים שונים. מיצויים של צמחים אחדים נבדקו גם בניסויים מבוקרים, שבחנו האם הם מפחיתים את נזקי המחלה בחולדות ובעכברים.

יפרוק המדבר

ד"ר ניצה מירסקי מהחוג לביולוגיה וסביבה חוקרת את המנגנונים הביוכימיים שעומדים בבסיס הסוכרת, ועובדת על תרופה אפשרית ממקור טבעי למחלה. במאמר שהתפרסם לאחרונה, סקרו ד"ר מירסקי  ושותפיה (פרופסור אביתר נבו וד"ר אלי הרלב מאוניברסיטת חיפה וד"ר רבקה אופיר אוניברסיטת בן-גוריון) ניסויים שנערכו ברחבי העולם לבדיקת יעילותם של צמחי מדבר בהפחתת נזקי סוכרת.

לענת המדבר

בתמונות מופיעים אחדים מהצמחים שנסקרים במאמר, הגדלים בארץ. מצמחים אלה מפיקים הבדווים תרופות עממיות נגד סוכרת, ומיצויים שלהם משפרים את מצבן של חיות מעבדה חולות. הצמחים מכילים מגוון גדול של חומרים נוגדי-חימצון, שייתכן ואחראים לתכונות המרפא שלהם. צמחים אלה הם מאגר חשוב לחיפוש תרופות עתידיות למחלה.

צלף קוצני

לנשום בספירה לאחור

חרקים נושמים אחרת. אין להם ריאות, והם לא משתמשים בזרם הדם כדי להוביל חמצן לתאי הגוף ולסלק פחמן דו-חמצני מהתאים. כתחליף, יש להם פתחי נשימה רבים בדופן הגוף, שדרכם הם מחליפים גזים עם הסביבה. מפתחים אלה מסתעפת מערכת צינורות (טרכיאות) ייעודית, המשמשת להובלת גזים בלבד, ומגיעה כמעט לכל תא בגוף. שרירים זעירים, הסמוכים לפתחי הנשימה, שולטים על הפתיחה והסגירה של הפתחים, וכך גם על קצב חילוף הגזים עם הסביבה. 

יש חרקים שבמצבים של פעילות נמוכה "עוצרים את הנשימה". הם מחזיקים את פתחי הנשימה שלהם סגורים למשך דקות ארוכות, לאחר מכן פותחים אותם למספר דקות, וחוזר חלילה. היות ודגם נשימה מחזורי זה כרוך בתנודות בחומציות הדם סבורים רוב החוקרים שיש בו גם יתרונות. אלא שהיתרון האבולוציוני בעצירת הנשימה שנוי במחלוקת מזה עשרות שנים.

לאחרונה הוצעה השערה, לפיה דגם הנשימה המחזורי מאפיין חרקים בעלי מוח גדול יחסית (דוגמת נמלים וחרקים אחרים החיים בקבוצות), ש"עלות" הפעלתו גבוהה. לפי ההשערה קיים בחזה החרקים מרכז עצבים שמכתיב נשימה מחזורית, אבל הוא מעוכב על ידי המוח כשהחרק פעיל גופנית. במצב מנוחה, עם ירידת פעילות המוח, מופסק העיכוב על מרכז הבקרה בחזה, ודגם הנשימה הופך למחזורי.

האם קיים קשר בין גודל המוח (וחיים בלהקות) לבין דגם הנשימה? והאם למוח החרק השפעה מעכבת על מרכז בקרת דגם הנשימה בחזה? ד"ר ערן גפן והסטודנטית טלי ברמן מהחוג לביולוגיה וסביבה, יחד עם פרופסור אמיר איילי מאוניברסיטת תל-אביב, בדקו את השאלות הללו במחקר שהתפרסם לאחרונה.

נחיל ארבה בנגב. צילום: יואב מוטרו

הארבה המדברי הוא חגב המסוגל לחיות בבדידות או בקבוצות - להקות הארבה (בתמונה למעלה). חגבים שגדלים בקבוצה שונים במראה, בהתנהגות, ובמגוון מדדים גופניים בהשוואה לחגבים הגדלים ביחידות (ראו תמונות למטה). יתרה מזו, לחגבים מהמופע הקבוצתי מוח  גדול יותר בכ-30% בעוד גודל הגוף דומה! למרות ההבדלים האלה, מצאו החוקרים שכיחות דומה של עצירת הנשימה בחגבים בודדים בהשוואה לחגבים מלהקות. מכאן הסיקו שגודל המוח אינו משפיע על דגם הנשימה.

מופע יחידאי (למעלה) ולהקתי (למטה) של ארבה המדבר

חגבים גם חיים לא רע בלי מוח. למעשה, חרקים מסוגלים לחיות מספר ימים אפילו לאחר הסרת הראש! בניסוי שני, ניתקו החוקרים את העצבים המחברים בין המוח לחזה, ובכך מנעו מהמוח לשלוט על מרכז בקרת הנשימה בחזה. בעקבות כך, לא  עלתה שכיחות הנשימה המחזורית, אלא נשארה ללא שינוי בחגבים הקבוצתיים ונעלמה כליל ביחידנים!

נראה, אם כך, שלחיים בלהקה אין השפעה על דגם הנשימה בארבה, בעוד שלמוח יש תפקיד בקרה מורכב. כיצד מתבצעת הבקרה, והאם היא מועילה לחגבים? האם ההבדל בין מופעי הארבה בתפקיד המוח בבקרה העצבית של הנשימה יוביל לפתרון התעלומה של משמעות הדגם המחזורי? המחקר בשאלות אלה נמשך, במימון הקרן הלאומית למדע.

סרטן - גרורתי?

מחלות ממאירות הן הגורם העיקרי לתמותה במדינת ישראל (25.3% ממקרי המוות). בקרב נשים, סרטן השד הוא השכיח ביותר. סרטן השד איננו מחלה אחת, אלא למעשה מספר מחלות שונות שלכל אחת מאפיינים ומהלך מחלה משלה. כאשר מתייחסים ליכולתו של סרטן שד לגרום לתמותה, השאלה העיקרית היא, האם הגידול מסוגל לייצור גרורות באברים מרוחקים?

האבחנה בין גידול גרורתי לכזה שאיננו גרורתי חשובה ביותר, ויכולה להשפיע משמעותית על ההחלטה על דרכי הטיפול, אופי המעקב אחרי החולה וסיכויי ההחלמה. נכון להיום, מאפיינים את הגידול הראשוני באמצעות לקיחת ביופסיה והערכה מיקרוסקופית של הדגימה בידי מומחה. לאחר שנקבע מהו סוג הגידול, באמצעות הביופסיה ובדרכים נוספות, יכולים הרופאים לקבל החלטות טיפוליות. הבעיה היא, שיכולתם של הרופאים לנבא האם הגידול הראשוני צפוי ליצור גרורות היא מוגבלת מאד. נדרש מעקב לאורך שנים על מנת לאתר התפתחות גרורות (במידה ויתפתחו). נכון להיום, חסר לרופאים ולחוקרים מידע מספיק על מנת לקבוע באופן ברור איזה גידול ראשוני יפתח גרורות ואיזה לאו. לו היה בידיהם כלי שכזה, יכלו לקבל החלטות מושכלות יותר בנוגע לחולות. לדוגמא, נשים שפיתחו סרטן שד בעל סיכוי נמוך מאד לפתח גרורות יקבלו טיפול ראשוני מלא ומבחינתן הן גברו על המחלה. לעומתן, נשים שיש להן גידולים בעלי פוטנציאל גרורתי מוכח יקבלו, בנוסף לטיפול הראשוני, טיפול למניעת התפתחות הגרורות העתידיות ומעקב צמוד לאורך שנים. מכאן, שפיתוח שיטות נוספות לזיהוי מוקדם של הפוטנציאל הגרורתי בסרטן שד יוכל לסייע רבות לקבלת החלטות באשר לטיפול המיטבי במחלה.

השוואת ביטוי כלל החלבונים בין שני סוגי תאי סרטן שד: תאים בעלי פוטנציאל נמוך ליצירת גרורות -A  (MCF-7), לעומת שורת תאים בעלת  פוטנציאל גבוה - B (MDA-MB-231). Merge  - השוואה בין החלבונים בשני סוגי התאים (צהוב: רמת החלבונים שווה). בהשוואה כמותית נמצא שרק 3% מהחלבונים הראו הבדל משמעותי בין סוגי התאים, דבר שמצביע על הפוטנציאל למצוא סמנים ברורים, המבדילים  תאים יוצרי גרורות מתאים שאינם יוצרי גרורות.

ד"ר יורם גרשמן מהחוג לביולוגיה וסביבה, בשיתוף עם ד"ר רונה פל וד"ר הדסה גולדברג מהמרכז הרפואי לגליל המערבי-נהריה, זכו לאחרונה במענק מטעם "המנהלת למחקר ביו-רפואי בגליל" – מענק זה יממן מחקר שמטרתו לזהות סמנים מולקולאריים-חלבוניים שמאפיינים תאי סרטן יוצרי גרורות וישמשו ככלי לזיהוי טוב יותר של סרטן גרורתי וככלי לקבלת החלטות טיפוליות טובות יותר. סמנים אלו יוכלו, בתקווה, לתרום גם להבנה טובה יותר של תהליך יצירת הגרורות בכלל ולפיתוח תרופות למניעתו. 

לקריאה נוספת:

על סוגי סרטן השד באתר עמותת "אחת מתשע":

http://www.onein9.org.il/newsarticle/67178,7298,25801.aspx

אתר "האגודה למלחמה בסרטן":

http://www.cancer.org.il/template/default.aspx?PageId=5966

אש ביער: במלאת שלוש שנים לשריפה בכרמל

בעשורים האחרונים חלה עלייה חדה בנזקים של שריפות יער בעולם בכלל ובישראל בפרט. מגמה עולמית זו נובעת משילוב של מספר גורמים, בהם אקלים, שינויים בדפוסי שימושי קרקע, והתיישבות אנושית באזורים מועדים לשריפות. מאחר ושריפות הן תהליך טבעי, אשר משפיע על דפוס הצומח, שינויים במשטר השרפות כתוצאה מפעילות אנושית יוצרים דגמי שריפות חריגים. דגמי שריפות אלה (המאופיינים בזמני חזרה קצרים יותר של שרפות גדולות, ועלייה בשכיחות שריפות ענק) מגדילים את הסיכון לשריפות מסוכנות במקומות ישוב ובאיזורים טבעיים. 

השתנות משטר השריפות מתרחשת במקביל לעלייה ניכרת בהתיישבות אנושית באזורים מועדים לשריפות. עליה במספר התושבים באזורים אלה גורמת לעלייה במספר השריפות מחד, ולגידול בחשיפת התושבים לנזקי השריפות מאידך. שני מאמרים שהתפרסמו השנה ובשנה שעברה, בהם השתתף ד"ר אבי בר מסדה מהחוג לביולוגיה וסביבה יחד עם חוקרים מארה"ב, מציעים כי לדפוס המרחבי של הבנייה בישובים באזורים מועדים לשריפות השפעה ניכרת על הסיכון של בתים להיפגע בשריפה. מחקרים אלה מציגים נקודת מבט חדשנית על הדרכים להפחתת סיכון השריפות בישובים הממוקמים באזורים עשירים בצמחייה דליקה. הגישה השלטת כיום מבוססת על טיפולים יערניים (פסי אש או אזורי חייץ) שתפקידם להאט או לעצור כליל התפשטות שריפות יער בקרבת ישובים. אולם, מחקרים שנערכו בארה"ב בשנים האחרונות מצאו כי רבים מהבתים שעלו באש במהלך שריפות יער כלל לא נדלקו ישירות על ידי חזית השריפה, אלא הוצתו על ידי גיצים בוערים. גיצים אלה מסוגלים, בתנאים מסויימים, לעוף למרחק של מספר קילומטרים מחזית השריפה. מחקר אחר, שבחן עשרות אירועי שריפה ביערות קליפורניה, מצא כי לרוב פסי אש ואזורי חייץ כלל אינם יעילים בעצירת התפשטות שריפות, וכי תועלתם העיקרית הייתה במתן נתיבי גישה לכוחות הכיבוי. כלומר, לשיטות המבוססות על טיפולים יערניים מרוחקים מיישובים יכולת מוגבלת בלבד להגן על יישובים מנזקי שריפות בשטחים פתוחים (אם כי לטיפולים בקרבה מיידית לבתים, עד עשרות מטרים מגבול המבנה, יעילות גבוהה יותר).

 הסכנה לנזקי שריפות לבתים בדרום קליפורניה עד לשנת 2030, החזויה לפי המודל המרחבי , עבור תרחישים שונים של פיתוח עירוני: בינוי צפוף  יותר בתוך העיר (למעלה), בניה בשולי העיר (באמצע) או הקמת יישובים חדשים (למטה)

המחקר הראשון בו היה מעורב דוקטור בר מסדה התבסס על ניתוח סטטיסטי-מרחבי של למעלה מ-5000 בתים שנפגעו בשריפות יער בדרום קליפורניה בין 2001 ל-2009. המחקר מצא כי למיקומו של בית (הן ברמת השכונה או היישוב והן ברמת כלל המרחב) יש השפעה מובהקת על סיכויו להיפגע משריפה. בתים ביישובים מבודדים, הבנויים בדלילות ומכילים מעט כבישים, כמו גם בתים קרובים יותר לגבולות יישובים או כאלה הבנויים על מדרונות תלולים, הם בסיכון גבוה יותר להיפגע בשריפות. במחקר השני, אשר שילב את ממצאי המחקר הראשון עם אוסף של מודלי סימולציה מרחביים, נמצא כי ניתן להפחית את הסיכון להצתה של בתים על ידי תכנון עירוני ואזורי מתאים. התכנון הרצוי כולל עליה בציפוף יישובים קיימים ו\או פיתוח בצמוד לגבולות יישובים קיימים. לעומת זאת, כאשר יישובים חדשים נבנים במנותק מיישובים קיימים, הם נמצאים בסיכון גבוה יותר לשריפה. הסיבה היא שיישובים חדשים, המנותקים מיישובים קיימים, מגדילים את אזורי השוליים של היישובים בכלל המרחב, כלומר את אזור המגע בין היישוב לבין הצומח הטבעי, הדליק. באופן מעניין, למסקנות דומות הגיעו גם מחקרים מתחום שמירת הטבע, אשר מצאו כי בניית יישובים חדשים מביאה לנזקים סביבתיים גדולים בהרבה מהרחבת יישובים קיימים. בישראל, תמ"א 35 מכירה בחשיבות ממצאים אלה וקובעת כי אין לקדם בנייה של יישובים חדשים בישראל. מסקנות מחקרי השריפות מחזקות גישה זו, כך שישנה התאמה בין תועלות אנושיות (הפחתת סיכון שריפות) לתועלות אקולוגיות (הגנה על שטחים פתוחים).

מכסחי החלבונים

החלבונים הם ה"גמדים הקטנים" בתאים חיים שמוציאים לפועל את כל התפקידים התאיים. חלבונים מתורגמים מהצופן הגנטי,  הוא הדנ"א, וחולשים על כל תחומי החיים – החל בפעילויות היצור השלם (למשל תנועה, נשימה וחילוף חומרים), ועד ויסות של פעילות אנזימים והורמונים בתוך תאים.

אבני הבניין של חלבונים הן 20 חומצות אמיניות שיוצרות שרשראות ארוכות. חלבונים שונים נבדלים זה מזה באורך השרשרת, רצף החומצות האמיניות שלה וצורת הקיפול שלה למבנה תלת מימדי. חלבונים שונים זה מזה אף בתכונה נוספת – זמן החיים שלהם. יש חלבונים שחיים ומתפקדים לזמנים ארוכים מאוד, ואילו אחרים פועלים לטווחי זמן קצרים ביותר. חלבון שסיים את תפקידו חייב לעבור חיסול מיידי וממוקד על מנת שלא יישאר בתא ויפריע לתפקודו. חלבון שכזה מסומן בחלבון מוות המוכר כ"אוביקויטין", ועל גילויו זכו שני חוקרים ישראלים בשנת 2004 בפרס נובל לכימיה. חלבון שמסומן באוביקויטין מיועד לפירוק באחת משתי מערכות ייעודיות המצויות בתא. הראשונה היא הפרוטאזום - צבר ענק של חלבונים היוצר מבנה של מגרסה זעירה, וקוצץ את החלבונים לפיסות קצרצרות. המערכת השנייה נקראת ליזוזום - אברון דמוי בועית בתוך התא שפועל כמו "מיקרו- קיבה" שמפרקת את החלבונים.

הפרוטאזום: קווים לדמותו. איור: טלי ברמן

פירוק יעיל של חלבונים הוא קריטי לתיפקודו התקין של התא ושל היצור השלם. מחלות רבות נובעות מכך שחלבונים פגומים, או כאלה שסיימו את תפקידם, לא מסולקים כראוי ומצטברים בתא. מחלות מוכרות הן הנטינגטון, פרקינסון ואלצהיימר. הפגיעה בפירוק החלבונים נובעת מתפקוד לקוי של הפרוטאזום. האם במצב כזה ניתן להגביר את פעילות הליזוזום, מערכת פירוק החלבונים החליפית, ולהחזיר את התא לתפקוד תקין?

במעבדה של ד"ר אלה פיק מהחוג לביולוגיה וסביבה חושבים שכן. במעבדה חוקרים שמרי אפיה, יצורים בעלי תא יחיד, שהמבנה הבסיסי שלו דומה לתא אנושי. בתאי השמרים, כמו גם בתאים שלנו, פועל צבר חלבוני חשוב נוסף המכונה CSN. צבר זה מבקר את סימון החלבונים המיועדים לפירוק בפרוטאזום. במחקר משותף עם חוקרים מאיטליה עלה הרעיון, שעיכוב צבר ה CSN עשוי לייעל את פירוק החלבונים בליזוזום במקרים שבהם פעילות הפרוטאזום לקויה.

צוות המחקר הישראלי-איטלקי

ניסויים במעבדה הראו, כצפוי, שפגמים בפרוטאזום גורמים להצטברות של חלבונים לא מקופלים בתאי השמרים.  אולם , אם הפגם בפרוטאזום משולב עם פגם בCSN , התוצאה היא שהליזוזום גדל, וככל הנראה פועל ביתר מרץ כמערכת פירוק משלימה ש"מפצה" על המחסור בפעילות הפרוטאזום. בימים אלה מנסות הקבוצות לברר האם תוצאות הניסויים בשמרים תקפות גם בתאי אדם. אם כן, ניתן יהיה בעתיד לטפל במחלות שנובעות מפגיעה בפעילות הפרוטאזום על ידי תרופות המונעות את פעילות הCSN . כך אפשר יהיה להתגבר על הפגיעה על ידי הפעלת מערכת הפירוק השנייה – ולפרק חלבונים בליזוזום.

השותפים האיטלקים נמצאים בדרכם לביקור אינטנסיבי בארץ על מנת לסכם את המחקר עד כה ולתכנן את שלבי המחקר הבאים. המחקר ממומן על ידי משרד המדע הישראלי וממשלת איטליה.

משק כנפי הצמחים

לצמח הדבורנית, קרוב משפחה של הסחלב, יש דרך ייחודית למשוך דבורים מאביקות: פרח הדבורנית נראה כמו דבורה, ומדיף ריח שמחקה את ריח הגוף של נקבות דבורים. זכרי הדבורים נמשכים לפרחים, עולים עליהם ומנסים להזדווג אתם. תוך כדי ניסיונות ההזדווגות, הם מעבירים אבקה מפרח לפרח, מה שמאפשר לדבורנית הפריה ורבייה.

צמחים מחקים חרקים: פרח הדבורנית

זכרי דבורים מתחרים על "הזדווגות" עם פרח דבורנית

במאמר שהתפרסם לפני כשנה, מציעים הפרופסורים שמחה לב-ידון וגידי נאמן  מהחוג לביולוגיה וסביבה תפקיד נוסף למראה יוצא הדופן של פרחי הדבורנית. בעלי חיים רבים, מזחלי פרפרים ועד פילים, נרתעים מדבורים. אולי פרחים המחקים דבורים מספקים לדבורנית הגנה מפני אוכלי צמחים?

האפשרות שצמחים מחקים חרקים, וזוכים בהגנה מפני טריפה, נבדקה בעבר בצמחים אחרים. לדוגמה, העלים של חלק  ממיני הפסיפלורה מנוקדים בנקודות צהובות. נקודות אלה דומות מאוד לביצי הפרפר,  שזחליו ניזונים מהפסיפלורה. ידוע ממחקרים קודמים של חוקרים אמריקאים, שהפרפרים נמנעים מלהטיל על עלים מנוקדים, אולי כי נדמה להם שיש כבר הטלה קודמת על העלים.  

נקודות דמויות ביצי פרפרים על עלה פסיפלורה

ביצי פרפרים אמיתיות על עלי הפסיפלורה

אם לוקחים את הרעיון צעד אחד הלאה, אפשר לחשוב גם על צמחים שמחקים פרפרים בוגרים. בצמח הטרופי דסמודיום, העלעלים שבבסיס העלים נעים באופן עצמאי מדי כמה דקות, כפי שרואים בסרטון שלמטה. במאמר נוסף שהתפרסם לאחרונה, לב-ידון מעלה את האפשרות, שהתנועה הזו מחקה את משק כנפיו של פרפר בזמן נחיתה על הצמח. האם גם חקיינות כזו מגינה על הצמח מפני מתקפות של חרקים אמיתיים?

הכל דבש: חיידקים בצוף פרחים

מקורו של הדבש שאנחנו אוהבים לאכול הוא בצוף, תמיסה עשירה בסוכרים שנמצאת בכמויות זעירות בפרחים. דבורי הדבש מבקרות בפרחים רבים בזה אחר זה, מלקקות את הצוף שבתוכם ובולעות אותו. אחרי שהדבורים חוזרות לכוורת, הן מקיאות את הצוף לתאי אגירה בחלת הדבש. לאחר מכן הדבורים חותמות את התאים בדונג, והדבש שבפנים נשמר עד שהכוורנים רודים אותו. יש אנשים שהמחשבה על התהליך הזה מטרידה אותם.

דבורה אוספת מזון בפרח

מעניין לא פחות לגלות שהצוף עצמו שוקק חיים. תלמידות המחקר סבטלנה פרידמן ויאנה אייזנברג-גרשטיין, יחד עם ד"ר מלכה הלפרן, פרופ' עדו יצחקי וד"ר יורם גרשמן, מצאו חברות עשירות ומגוונות של חיידקים החיים בתוך צוף פרחים. הצוות דגם צוף משלושה מיני צמחים: שקד, אשכולית וטבק. כל צמח התאפיין בהרכב חיידקים שונה. יתר על כן, כמחצית ממיני החיידקים שנמצאו בצוף אינם מוכרים משום מחקר קודם, כלומר אלה הם כנראה חיידקים ייחודיים לסביבת החיים של הצוף.

 

הרכב החיידקים בצוף נבדק בפרחי האשכולית (עליון), השקד (אמצעי) והטבק (תחתון)

מאיפה מגיעים החיידקים לצוף? אחת ההשערות היתה שהם נישאים על גופן של דבורי דבש, ועוברים יחד איתן מפרח לפרח. לכן אפיינו החוקרים גם את הרכב החיידקים על הרגליים והלשון של דבורים. הם גם כיסו ניצני פרחים של שקד ואשכולית בעזרת כילות בד, כך שדבורים לא יכלו לנחות עליהם. אחרי שהפרחים נפתחו, בדק הצוות האם הצוף שבתוכם מכיל חיידקים למרות שפרחים אלה לא באו במגע עם דבורים.

הלשון והרגליים נוגעים בפרח בזמן שהדבורה אוכלת

חיידקים רבים ומגוונים נמצאו בכל שלושת בתי הגידול שנבדקו: על גוף הדבורים, בצוף הפרחים שנחשפו לביקורי דבורים ובצוף הפרחים שכוסו בכילות.  אבל הרכב מיני החיידקים לא היה אחיד בבתי הגידול השונים: על גוף הדבורים ובצוף הפרחים שהן ביקרו חיו חיידקים דומים, ואילו בצוף הפרחים המכוסים נמצאה חברת חיידקים שונה לגמרי.

האם החיידקים שבצוף משפיעים על תכונותיו? על טעמו של הדבש שאנחנו אוכלים? על העדפות הפרחים של הדבורים? על הצלחת ההאבקה של הפרחים? שאלות אלה מציתות את הדמיון ודורשות מחקר נוסף.

מאמר על הקשר בין דבורים, חיידקים וצוף התפרסם לאחרונה בכתב העת PLOS ONE.

שומרים על האויבים

חרקים אוכלי צמחים פוגעים ביבולים חקלאיים וגורמים לנזקים כלכליים כבדים בארץ ובעולם. נהוג להדביר את המזיקים החקלאיים באמצעות חומרים קוטלי חרקים, אבל הדברה כזו כרוכה במחיר כבד. מצד אחד, חומרי ההדברה רעילים לאדם ולסביבה, ולכן יש הגבלות רבות על השימוש בהם. ומצד שני, המזיקים מפתחים עמידות נגד קוטלי החרקים תוך שנים ספורות, כך שהחומרים מאבדים מיעילותם עם הזמן.

גישת ההדברה המשולבת מבקשת להפחית את השימוש בקוטלי חרקים, ולשלב שיטות חליפיות לדיכוי המזיקים החקלאיים. אחת השיטות הללו היא הדברה ביולוגית משמרת. הרעיון הוא להפוך את הסביבה החקלאית לידידותית יותר לאויבים טבעיים – טורפים וטפילים מקומיים של החרקים המזיקים. אלה יקטינו את אוכלוסיות המזיקים, מה שיפחית את הנזק לגידול החקלאי.

צרעות טפיליות מטילות ביצים בתוך או על גופם של פרוקי רגליים אחרים, המשמשים להם פונדקאים. הזחלים הבוקעים מביצי הצרעות אוכלים את הפונדקאים ולבסוף הורגים אותם, ולכן הם אויבים טבעיים יעילים. הצרעות הבוגרות, לעומת זאת, ניזונות מצוף פרחים. חלקן אף זקוקות לארוחת צוף כדי להבשיל ביצים במערכת הרבייה שלהן. מחקרים, שנערכים בחוג לביולוגיה וסביבה, מנסים לעודד צרעות טפיליות מועילות בחלקות חקלאיות בעזרת שתילת צמחי צוף בשולי השטח.

כנימות קמחיות

המחקר הראשון נערך על ידי ד"ר תמר קיסר מאורנים בשיתוף עם ד"ר אלי הררי ממרכז וולקני, ד"ר רקפת שרון ממו"פ צפון, ד"ר תרצה זהבי משה"ם וד"ר אפרת גביש-רגב מאוניברסיטת תל-אביב. הכנימה הקמחית של הגפן, מזיק חקלאי חשוב בכרמים, עמדה במרכזו של ניסוי בארבעה כרמי יין באיזור זכרון יעקב. החוקרות שתלו ערוגה עם כוסברה, פטרוזיליה ושמיר בפינה אחת של כל כרם, בתוספת לצמחית הבר שגדלה באופן טבעי בשולי החלקה (חלקת "שתילה"). צמחים אלה התאימו לניסוי מפני שיש להם פרחים עשירים בצוף ונגישים לחרקים קטנים. פינה שנייה, שגבלה בדרך עפר ו\או בשדה חרוש, שימשה כחלקת "כיסוח". פינה שלישית, שגבלה בצמחיה עשבונית מקומית ללא תוספת שתילה, כונתה חלקת ה"עשביה". החוקרות עקבו אחרי הכנימות הקמחיות המזיקות ואחרי האויבים הטבעיים שלהן לאורך הקיץ ועד לבציר.

צמחים שתולים בכרם. צילום: שרון ורבורג-הכט

נראה, שצמחים בשולי הכרם אכן מביאים תועלת: בטיפול הכיסוח היו כנימות מזיקות רבות יותר על הגפנים מאשר בטיפולי השתילה והעשבייה. כמאה מינים של צרעות טפיליות זעירות נמצאו על הצמחים השתולים ועל צמחי הבר שבשולי החלקות. שתי צרעות מתוכן הן טפילות מוכרות של הכנימה הקמחית של הגפן (אחת מהן מוצגת בצילום). ייתכן שגם צרעות נוספות שנמצאות על הצמחים תוקפות את הכנימה הקמחית, אבל כדי לברר זאת דרוש מחקר נוסף.  

הצרעה הטפילית Anagyrus pseudococci, אויב טבעי חשוב של כנימות קמחיות

התברר גם שחלק מהצמחים בשולי החלקות כלל לא הגיעו לפריחה לאורך תקופת הניסוי, אבל בכל זאת נמצאו עליהם צרעות טפיליות בשפע. האם חלק הצרעות אינן זקוקות לצוף שבצמחי השוליים? ואם כך הדבר, מדוע הן בכלל נמצאות על הצמחים? מחקר המשך, שחוקרים בחוג עורכים כעת במטעי רימונים, בודק את השאלות הללו.

כתבה מפורטת על הפרויקט התפרסמה בירחון "יבול שיא".

פריחה סתווית: גנטיקה של חלמוניות

כיצד נוצרים מינים חדשים? שאלה זו נמצאת בבסיס המחקר האבולוציוני. מקובל לשער, שהפרדה גיאוגרפית בין אוכלוסיות מונעת הגירה ביניהן, ומאפשרת צבירה של הבדלים גנטיים בין האוכלוסיות עד כדי פיצול למינים חדשים. על פי השערה זו, צפויה אחידות גנטית רבה יותר בתוך אוכלוסיות מאשר ביניהן, והבדלים גדולים יותר בין אוכלוסיות רחוקות גיאוגרפית בהשוואה לאוכלוסיות סמוכות זו לזו. מחקר בחוג לביולוגיה וסביבה, שבחן את התחזית הזו לגבי פרחי חלמונית, הגיע לתוצאות מפתיעות. 

חלמונית גדולה היא צמח בצל ממשפחת הנרקיסיים, בעל תפוצה רחבה במזרח הים התיכון ועד לאיראן. בארץ היא גדלה, בצורה מקוטעת, מהחרמון עד הר הנגב הגבוה וחודרת גם לחבל הים-תיכוני. ניתן למצוא אותה באזורי הרים: בחרמון, בדרום הגולן, בגליל העליון, בהר מירון, בשומרון, בהרי יהודה ובנגב. בכל אזור הצמח גדל על גבי מסלע שונה: טרה רוסה ביהודה, סלעי קירטון ושכבות גיר קשה בגולן, וקירטון וצור בגליל העליון המזרחי. בכל סביבה מראה הצמח נאמנות רבה למסלע עליו הוא גדל, כלומר מופיע רק על סלעים מסויימים ולא על אחרים. החלמונית מהווה לכן מקרה מבחן מעניין לקשר שבין מרחק גיאוגרפי להבדלים גנטיים בין אוכלוסיות.  

פריחת החלמוניות בחזקה, רמת הגולן, אוקטובר 2013. צילומים: רחל בן-שלמה

נעמה פלינט, סטודנטית בחוג לביולוגיה וסביבה באורנים, בחנה את המגוון הגנטי בתוך ובין אוכלוסיות של חלמוניות, במחקר שביצעה בהנחייתה של ד"ר רחל בן-שלמה. המחקר בדק האם קיטוע אוכלוסיות החלמונית הגדולה לאורך הארץ והנאמנות למסלע הובילו להבדלים גנטיים בין האוכלוסיות, והאם קיים קשר בין הייחוד הסביבתי של ישראל (אקלים, קרקע, וכו') לבין הדגם הגנטי של אוכלוסיות נפרדות. כלומר, האם קיימת זרימת גנים בין האוכלוסיות השונות או לחליפין האם כל אוכלוסיה מתרבה בעיקר בתוך עצמה. השערת המחקר היתה כי הקיטוע גורם להפרעה בזרימת הגנים בין האוכלוסיות, וכתוצאה מכך להבדלים ביניהן אשר יובילו ליצירת שתי תת-אוכלוסיות (צפונית ודרומית) לפחות.

נעמה דגמה שש אוכלוסיות המייצגות את תחום התפוצה של החלמונית הגדולה בארץ, וקיבלה גם דגימות מאוכלוסיה רחוקה יחסית מאזור הר נמרוט שבתורכיה. היא בחנה את המרחק הגנטי (Genetic distance) בין האוכלוסיות ואת השונות הגנטית בתוך האוכלוסיות בשיטת טביעת האצבע הגנטית AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism)). בבדיקה נבדקו 341 אתרים שונים בגנום, מתוכם כ- 62% הראו הבדלים בין פרטים. רמת השונות הגנטית  באוכלוסיית הר תבור הייתה הנמוכה ביותר, ובאוכלוסיית מבוא חמה הגבוהה ביותר.

בניגוד להשערת המחקר, מצאו החוקרות כי התפוצה המקוטעת לא השפיעה על המבנה הגנטי של אוכלוסיות החלמונית הגדולה. כל ההבדלים הגנטיים בין צמחים היו בתוך האוכלוסיות, ולא היו שום דגמים גנטיים שאפשרו הבחנה בין האוכלוסיות שנבדקו. אוכלוסיות מאוד רחוקות גיאוגרפית אחת מהשנייה (תורכיה- מבוא חמה) הראו דמיון גנטי גבוה, שהיה זהה לדמיון בין אוכלוסיות הנמצאות קרוב זו לזו (ירוחם- להבים). נראה, אם כך, שקיימת זרימת גנים בין האוכלוסיות שנבדקו, ושהאוכלוסיות אינן נפרדות זו מזו כלל. זרימת גנים יכולה להתרחש הן בשלב ההאבקה והן בשלב הפצת הזרעים. מאביקי החלמונית הגדולה הם זבובי רחף ודבורי דבש. מרחקי התעופה של הדבורים והזבובים אינם עולים על קילומטרים בודדים ולכן אי אפשר לתלות לחלוטין את זרימת הגנים בין האוכלוסיות בתנועת המאביקים. הפצת הזרעים יכולה להיעשות  על ידי נמלים, אבל עדיין אין מחקרים שבדקו את יעילות ההפצה שלהן למרחקים ארוכים.

דרוש מחקר נוסף כדי להבין איך לשמר את השונות הגנטית של מין נדיר זה. בינתיים, כדאי לצאת לטייל וליהנות מהפריחה המרהיבה של החלמוניות, שנמצאת כעת בעיצומה.

צופיות בוגדניות

רוב הציפורים בעולם מקיימות, לכאורה, חיי משפחה שמרניים: זכר ונקבה חיים ביחד למשך תקופה ארוכה, בונים קן משותף ומגדלים צאצאים. אלא שלעיתים קרובות גועשים היצרים מתחת לפני השטח, מה שעלול לסבך מאוד את מבנה המשפחה. לפעמים זכרים מזדווגים עם נקבות מקינים שאינם שלהם. במקרים אחרים נקבות מזדווגות עם זכרים מקינים זרים. לעיתים, נקבות אלה גם מטילות בחשאי ביצים בקן הזר ומשאירות אותן לטיפולה של בעלת הקן, כלומר מתנהגות כטפילות תוך-מיניות של נקבות אחרות.

זכר של צופית בוהקת. צילומים: איתי ברגר

במצב כזה, כדאי לשני בני הזוג לפקוח עין ולגרש זרים מסביבת הקן. בוגר החוג לביולוגיה וסביבה, איתי ברגר, איפיין את התופעה הזו בצופיות החיות בגינות עירוניות ברמת-אביב. המחקר הונחה על ידי ד"ר שי מרקמן מאורנים, פרופ' יורם יום-טוב וד"ר יוסי לשם מאוניברסיטת תל-אביב. כדי לדמות הופעת צופית פולשת בסביבת זוג מקנן, הציבו החוקרים פוחלץ של זכר או של נקבה בסמוך לקן וצפו בתגובתם של "בעלי הבית". הסתבר שזכרים בעלי בית היו תוקפניים יותר מנקבות בעלות בית כלפי זכרים פולשים. לעומת זאת, נקבות בעלות בית תקפו נקבות פולשות יותר מאשר זכרים בעלי בית.  

תקיפה של צופית פולשת

בניסוי השני סילקו החוקרים זכרים מקומיים מהקן למשך שעה, כדי לצמצם את יכולתם לשמור על בנות הזוג שלהם. לנקבות אלה היו הזדמנויות רבות יותר להזדווג עם זרים מאשר לנקבות ששהו כל הזמן עם בן הזוג המקנן איתן. לאחר החזרתם של הזכרים המורחקים לקן, הם היו פחות תוקפניים כלפי נקבות פולשות, אך לא כלפי זכרים פולשים.

נראה שאחת ממטרותיה של נקבה פולשת, הנמצאת בקרבת קן זר סמוך לזמן הטלת הביצה הראשונה, היא טפילות תוך מינית. הזכר בעל הבית, לאחר שהזדווג עם הנקבה הפולשת, צפוי לגדל את צאצאיו משתי האמהות, בעוד שהנקבה בעלת הבית צפויה לגדל גוזלים שחלקם אינם קרובים אליה כלל. הבדל זה יכול להסביר מדוע בעלות הבית תוקפניות יותר כלפי נקבות פולשות מאשר בעלי הבית.

קשה יותר להבין מדוע הרחקה זמנית של זכרים מהקן מפחיתה את תוקפנותם כלפי נקבות פולשות. כדי לבחון את השאלה הזו בנו החוקרים מודל תיאורטי, שמתאר את התוצאות הצפויות מהתנהגות הצופיות במונחים כמו-כלכליים של רווח והפסד. המודל בדק את הקשר בין הביטחון של הזכר באבהותו לבין תוקפנותו כלפי נקבה פולשת. הרווח של הזכר בעל הבית מתואר כסיכוי שהביצה הטפילה, שאותה מטילה הפולשת, הופרתה על ידיו. ההפסד שעלול לספוג בעל הבית מתואר כפגיעה בביטחונו באבהותו עם הנקבה המקומית. ככל שביטחון זה נמוך יותר, כך גם ההפסד שיספוג כתוצאה מביצה טפילה צפוי להיות נמוך יותר. הירידה בתוקפנות של בעל הבית כלפי נקבה פולשת בעקבות הסילוק תואמת את תחזיותיו של המודל.

מאמר המתאר את המודל התיאורטי עומד להתפרסם בכתב העת Acta Ethologica

כתבה מצולמת בנושא התפרסמה לאחרונה ב Ynet.