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.

חיידקים בשעוות האוזן

תפקידה של שעוות האוזן בגופנו לא ממש ברור. מקובל לחשוב שהשעווה מגנה על האוזניים מפני גורמי מחלות, מפני שהיא מונעת התפתחות של חיידקים ופטריות מסויימים. אבל מחקר של ד"ר יורם גרשמן, רינת פטיחוב וטל זלצר מהחוג לביולוגיה וסביבה מצביע על סיפור מסובך יותר.

השעווה, המופרשת מבלוטות בתעלת האוזן, עשירה בחלבונים (בעיקר קרטין), שומנים וכולסטרול. למרות שהשעווה מונעת התפתחות של לא מעט חיידקים , מיני חיידקים אחרים דווקא גדלים ומשגשגים עליה. האם חיידקים אלו מסוגלים להשתמש במרכיבי השעווה כמזון?

כדי לבחון שאלה זו, בודדו החוקרים חיידקים משעוות האוזן וזיהו אותם לפי רצפי DNA. לאחר מכן גידלו אותם על מצעי מזון מלאכותיים, שהועשרו בחלבון, בשומן או בכולסטרול.  אפשר לזהות שינוי בצבע המצע כשהחיידקים מפרקים את מקור המזון שבתוכו, וכך לגלות על מה הם מתקיימים. כך, למשל, מושבות החיידקים מס' 3 ו 4 שבתמונה למטה זוהרות, וזה מעיד על כך שהן השתמשו בשומן שהיה במצע המזון. לעומתן, מושבות 1, 2, 5 ו 6 לא פירקו שומן ולכן אינן צבעוניות.

החיידקים שהצליחו לגדול על מצעי המזון השתייכו לשני סוגים, סטפילוקוקוס ובצילוס.  חלקם יכולים להתקיים על חלבון, שומן או כולסטרול  בלבד, ואחרים ניזונים על כל המרכיבים גם יחד. בהחלט ייתכן שחיידקים אחרים מתקיימים על מה ש"אוכלי השעווה" מפרישים, ובכך הופכים את האוזניים שלנו לסביבת חיים מורכבת עוד יותר.

כתבה על המחקר התפרסמה לאחרונה באתר "אקדמי".

הפרעושים של קוסטא

הזואולוג והסופר פרופ' מיכאל קוסטא היה הפרופסור שבזכותו הוכר החוג לביולוגיה במכללת אורנים. הוא לימד, כתב וחקר ב"אורנים" שנים רבות. לאחר שנפטר ב 1992 הוא השאיר אחריו אוספי חרקים, שאחד מהמיוחדים בהם הוא אוסף הפרעושים.
מלאכת הארגון והמחשוב של אוסף החרקים , בה עוסקת בימים אלה שמחונה ובר, מצוות בית מרגולין באורנים, חושפת כי אוסף הפרעושים הוא מרתק וחובק עולם. האוסף מכיל פרעושים מכל רחבי הארץ והמזרח התיכון – מלבנון, סוריה, ירדן, מצרים וערב הסעודית - וגם מארצות רחוקות יותר כמו הודו וברזיל.חלק גדול מהפרעושים באוסף נאסף על ידי קוסטא עצמו, ואילו חלק אחר הוא קיבל מאוספים שונים, (בעיקר מהמוזיאון הבריטי שם עבד בקייצים ובשבתונים), ממטיילים ומביולוגים. כל פרעוש באוסף מוצג בפרפרט (לוחית המשמשת לצפייה במיקרוסקופ), המכיל בנוסף לשמו של הפרט גם מידע רב נוסף: התאריכים והמקומות בהם הוא נמצא והוגדר, הפונדקאי ממנו הוא נאסף ושמותיהם של האספן שמצא אותו ושל החוקרים שהגדירו אותו. כך קורה, שהאוסף מספר סיפור מגוון על מחקר מדעי ועל מאמציהם של אנשים רבים לאורך עשרות שנים.
כך, למשל, מככב באוסף פרעוש שנאסף מפרוותה של מרה שטיילה בגן הזואולוגי של לונדון ב-1938, לצדו של פרעוש שנאסף בסיני ב-1972 מפרוותו של שועל ע"י חוקר היונקים גיורא אילני. חלק מהמינים אותם אסף קוסטא התגלו על ידו לראשונה, כמו  Leptopsylla algiri costai,  אשר נמצא על חדף מצוי.
האוסף כולל 437 פרפרטים, בהם מוגדרים כ-40 מיני פרעושים משמונה משפחות שונות. האוסף פתוח למתעניינים, והוצג השבוע בפני משתתפי הכנס האנטומולוגי, שאורגן על ידי החוג לביולוגיה וסביבה באורנים. 

התמונות מציגות כמה דוגמאות מהאוסף. למעלה: פרעוש שנאסף במצרים ממריון, בשנת 1965. באמצע: פרעוש שנאסף בגן החיות של לונדון ממרה, בשנת 1965, והוחזק באוסף משפחת רוטשילד. למטה: פרעוש שנאסף בארץ מגרביל בשנת 1954 והוגדר על ידי פרופסור קוסטא. פרעוש זה מסומן כפאראטייפ, כלומר נעזרים בו לזיהוי פרעושים שאינם מוכרים.  

איך להתמודד עם פירות רעילים?

רכפתן המדבר הוא צמח נפוץ במדבר יהודה ובנגב. הפירות העסיסיים שלו נאכלים בשמחה על ידי בעלי חיים שונים, שבדרך כלל בולעים את הפרי על הזרעים שבו. לפחות שני מינים של מכרסמים מדבריים, קוצן זהוב וקוצן מצוי, ניזונים על פירות הרכפתן. האם הקוצנים מועילים בדרך כלשהי לרכפתן? ד"ר מיכל סמוני-בלנק בדקה את השאלה הזו בשיתוף עם חוקרים מארצות הברית, מהטכניון, מאוניברסיטת חיפה ומהחוג לביולוגיה וסביבה באורנים.

מיכל גילתה, להפתעתה, שלכל אחד מהקוצנים הרגלי אכילה שונים. הקוצנים המצויים אוכלים את ציפת הפרי ויורקים את הזרעים שלמים. לכן הם משמשים כמפיצי זרעים, ותורמים להצלחת הרבייה של הצמח. לעומתם, הקוצנים הזהובים לועסים ובולעים את הפרי כולו (כצפוי ממכרסמים). במילים אחרות, הם מתפקדים כטורפי זרעים ומזיקים לסיכויי הרביה של הרכפתן. הזרעים מהווים מקור חלבון מצויין, בעוד הציפה ענייה בחלבון. מדוע אם כן יורקים הקוצנים המצויים את הזרעים?
לצמח יש דרך מקורית להתמודד עם טורפי הזרעים: הזרעים מכילים את האנזים מירוזינאז,  בעוד שהציפה מכילה גליקוזינולאטים, חומרים יציבים ולא פעילים. כשהקוצנים הזהובים לועסים את הציפה והזרע, האנזים בא במגע עם הגליקוזינולאטים ומפרק אותם. תוצרי הפירוק הם חומרים דמויי ציאניד, מרים ורעילים.  לעומת זאת, כשהקוצנים המצויים אוכלים את הציפה בלבד ויורקים את הזרע, הם אינם נחשפים לרעלנים ונהנים מפרי טעים ועסיסי.

כיצד מתמודד עם מצב זה הקוצן הזהוב, שאוכל את הזרעים יחד עם הציפה? במאמר שהתפרסם באחרונה בכתב העת Journal of Experimental Biology, השוותה מיכל את עמידותם של שני מיני הקוצנים לרעלני הרכפתן. הסתבר שהקוצנים הזהובים נפגעים פחות כשהם נחשפים לרעלן בהשוואה לקוצנים המצויים, מה שאולי מאפשר להם להמשיך ולטרוף את הפירות בלי צורך להפריד מהם את הזרעים.

תיאור מלא יותר של המחקר מופיע בכתבה במגזין "טבע הדברים" ובאתר "הידען".

הקוצנים גם נבחרו לפרסם את כתב העת לרגל יום הולדתו ה 90.