איך לעמוד בלחץ –
גרסת המעמקים

במעמקי הים חיים כמה מבעלי החיים הרכים ביותר, יצורים חסרי עצמות כמו מדוזות ומסרקניות. איך הם מצליחים לשמור על צורתם ולא להימעך בלחץ הגבוה של המים שמעליהם? חוקרים מארצות הברית גילו שחלק מהפיתרון טמון בקרום התא: הרכב הליפידים (השומנים) בקרום של מינים ממערכת המסרקניות (Ctenophores) שחיות במעמקי הים עבר התאמה ללחץ הגבוה.

במעמקי הים נמצא בית הגידול הגדול ביותר המאפשר חיים בכדור הארץ. ככל שצוללים לעומק, לחץ האטמוספרה והמים גדל: הלחץ בפני הים הוא באר אחד, כלומר אטמוספירה אחת, וכשאנחנו צוללים אל מעמקי הים, הלחץ עולה בבאר אחד בערך כל עשרה מטר. העומק הממוצע של קרקעית הים הוא כ-3,500 מטר, ושם הלחץ גדול פי 350 מהלחץ שבו אנו חיים. עד היום לא ידענו מה הן ההתאמות הביולוגיות שמאפשרות לבעלי חיים רבים לעמוד בלחץ הגבוה.

לחץ וקור משפיעים על התאים שמרכיבים את כל בעלי החיים, ועל קרום התא שתוחם אותם. קרום התא הוא מבנה שמורכב מליפידים, מולקולות שומניות שלרובן יש צד אחד, "הראש", שנקשר למולקולות מים, וצד שני שבו יש זוג שרשראות פחמניות, דמויות זוג רגליים, שלא נקשרות למים. הליפידים שמרכיבים את קרום התא מתארגנים בשכבה כפולה: הראש פונה כלפי חוץ התא או פנים התא, והרגליים פונות זו כלפי זו כדי להימנע ממגע עם המים שמחוץ לתא ובתוכו. לכל קרום תא יש הרכב ליפידים שונה, שכולל ליפידים נוקשים יותר , למשל כולסטרול המורכב מטבעות פחמן קשיחות שאינן כוללות ראש הנקשר למים ולכן הוא טמון בתוך הממברנה, או גמישים יותר, למשל גליקוליפידים. הרכב הליפידים בקרום התא חשוב לתפקוד התא ושלמותו, ומשפיע על מידת הגמישות של הקרום.

הליפידים שמרכיבים את קרום התא מתארגנים בשכבה כפולה: הראש (נראה בתמונה כעיגול) פונה כלפי חוץ התא או פנים התא, והרגליים פונות זו כלפי זו כדי להימנע ממגע עם המים שמחוץ לתא ובתוכו. אילוסטרציה של מבנה קרום התא, עם כולסטרול | Shutterstock, Alfa MD

להשתנות במעמקים

כדי לבחון את קרום התא של יצורים מהמעמקים, החוקרים אספו מיני מסרקניות מרחבי חצי הכדור הצפוני. מיני מסרקניות שונים פיתחו התאמות לאזורי מחיה שונים: יש מינים שנפוצים במים חמים, מינים שנפוצים במים קרים, מינים שמותאמים למים רדודים ומינים שמותאמים למים עמוקים. למסרקניות יש גוף ג'לטיני חסר שלד כמו למדוזות, אף על פי שמבחינה אבולוציונית הן רחוקות זו מזו. כשהחוקרים לקחו מסרקניות שחיות במים רדודים והעלו את הלחץ שבו הן נמצאות בלי לשנות את הטמפרטורה, המסרקניות איבדו את השליטה המוטורית והתחילו לשחות בעוצמה עד שהגוף הג'לטיני העדין שלהן נשחק, כנראה בגלל כשל של מערכת העצבים. מהצד השני, כשהחוקרים לכדו מסרקניות שחיות רק במעמקי הים והעלו אותן אל פני המים, הן התפרקו, גם כששמרו אותן בתנאי קור של מים עמוקים. 

החוקרים אספו מיני מסרקניות מרחבי חצי הכדור הצפוני. צוללים אוספים מסרקניות החיות במים רדודים יחסית, ליד הוואי | 2021 Jacob Winnikoff

כדי לבחון את המנגנונים שמאחורי ההתאמה ללחץ, החוקרים אספו מסרקניות, מיצו במעבדה ליפידים שמרכיבים את קרום התא שלהן ובחנו אותם בלחצים משתנים בעזרת מיקרוסקופ פלואורסצנטי ופיזור קרני רנטגן. ליפידים של מסרקנית ארקטית מהים העמוק (Platyctenida sp. T) בלחץ נמוך של באר אחד התארגנו במבנים דמויי צינורות במקום ליצור קרום תא. לעומת זאת, ליפידים של מסרקנית ארקטית שחיה במים רדודים (Beroe Cucumis) יצרו קרום תא בלחץ של באר אחד אבל התחילו לעבור למצב דמוי ג'ל בלחץ של אלף באר. החוקרים בחנו את הרכב הליפידים והבחינו שמסרקניות ממעמקי הים הכילו יותר ליפידים מסוג פלסמלוגנים, שתחת לחץ נמוך הרגליים שלהם נפתחות והם מקבלים צורה של חרוט, בעוד שתחת לחץ גבוה הרגליים נלחצות זו לזו והם מקבלים צורה של צילינדר. זה אומנם נשמע שינוי קטן, אבל מבנה הצילינדר הופך את קרום התא לנוזלי יותר, בעוד שצורת חרוט מקשיחה את קרום התא. כשהפלסמלוגנים נמצאים בריכוזים גבוהים, צורת החרוט עלולה לפרק את קרום התא, והתופעה הזאת הרסנית לתאים. כדי לבחון את ההשפעה של הפלסמלוגנים על תאים, החוקרים גרמו לחיידקי אי קולי (Escherichia coli) לייצר פלסמלוגנים וראו שהליפידים האלה איפשרו להם לשרוד בלחץ גבוה יותר מחיידקי אי קולי רגילים.

ליפידים של מסרקנית מהים העמוק בלחץ נמוך של באר אחד התארגנו במבנים דמויי צינורות במקום ליצור קרום תא. מסרקנית מהסוג Bathocyroe שחיה בלחץ גבוה | Courtesy of the Lyman group and Jacob Winnikoff/UC San Diego

להתפרק כשעולים קומה

הרכב הליפידים של כל מסרקנית, אם כך, מותאם לתנאי הלחץ באזור המחיה שלה. זה מסביר למה מסרקניות שנלכדו במעמקי הים והובאו אל פני המים, התפרקו. כשמעבירים מסרקניות שחיות במים רדודים אל מים בלחץ גבוה, ההשפעה שונה: אין להן מספיק ליפידים שמסוגלים לעמוד בלחץ הגבוה, וקרומי התאים שלהן משנים מצב צבירה והופכים לג'ל. חוסר הגמישות הזה פוגע בפעילות של תאי העצב, וכך המסרקניות מאבדות שליטה מוטורית ומתחילות לשחות במעגלים.

במעמקי הים יש שפע של מינים שעברו התאמות לחיים בסביבה עוינת וזרה. השוני בינה לבין הסביבה שבה אנו חיים הוא כה גדול, שיש המתארים את הסביבה הזאת כחיים על כוכב אחר. עוד מחקרים כאלה יעשירו את הידע שלנו על החיים במעמקי הים וילמדו אותנו על ההתאמות שבעלי חיים עשו ועושים כדי לשרוד בתנאי הסביבה הזאת.