סימביוזה מפתיעה מאפשרת ליצורים מיקרוסקופיים החיים על קרקעית הים למצוא את דרכם לפי השדה המגנטי של כדור הארץ, בעזרת חיידקים מגנטיים

לבעלי חיים רבים יש חוש מגנטי – יכולת לחוש את השדה המגנטי של כדור הארץ ולנוע לפיו. חישה דומה קיימת גם אצל חיידקים מסוימים, המכילים בתוכם גבישים של מגנטיט – תחמוצת ברזל מגנטית. מחקר חדש מצא שחיידקים בעלי חישה מגנטית "תופסים טרמפ" על יצורים חד-תאיים החיים בקרקעית הים התיכון, ועוזרים להם לנווט לפי השדה המגנטי.

בעשורים האחרונים גילו חוקרים שבעלי חיים רבים מסוגלים לחוש את השדה המגנטי של כדור הארץ. החוש הזה קשור קשר הדוק ליכולת הניווט של בעלי חיים רבים, החל ביוני דואר, דרך צבי ים ודגי סלמון וכלה בדבורי דבש. עם זאת, עדיין לא ברור מהו המנגנון הביולוגי העומד בבסיס החוש הזה, והאם מעורב בו איבר חישה ייעודי.

בשנת 1975 התגלו חיידקים המכילים גבישי מגנטיט, והודגמה יכולתם לנווט לפי השדה המגנטי. חיידקים כאלה נקראים חיידקים מגנטוטקטיים. אף שגבישי מגנטיט התגלו במשך השנים בתוך רבים מבעלי החיים המנווטים, לא ברור עדיין אם הם אכן תורמים לחישת השדה המגנטי, ואם כן, כיצד.

חישה מגנטית נמצאה כאמור אצל חיידקים ובעלי חיים רב-תאיים גם יחד, אך אף מחקר לא הראה עד כה חישה דומה אצל פרוטיסטה – יצורים חד-תאיים אאוקריוטיים, כלומר בעלי גרעין, בניגוד לחיידקים. כריסטופר לפברה (Lefevre) וקבוצת המחקר שלו חיפשו אורגניזמים שחשים את השדה המגנטי בקרקעית הים התיכון. הם העלו בוצה מקרקעית הים בחוף קארי-לה-רואה (Carry-le-Rouet) בצרפת והפעילו שדה מגנטי על דגימות הבוץ, מתוך מחשבה שיצורים שחשים את השדה ינועו לפיו.

רוב המיקרואורגניזמים שהם מצאו כך השתייכו לכמה מינים של חיידקים מגנטוטקטיים שנעו לכיוון הצפון המגנטי. אולם מיקרואורגניזם אחד התנהג אחרת ונע דווקא דרומה. כשבחנו אותו מקרוב במיקרוסקופ אור התברר שמדובר בפרוטיסט בעל צורה סגלגלה, ששוחה באמצעות שוטונים. המחקר פורסם בכתב העת Nature Microbiology.

הפעילו שדה מגנטי על דגימות הבוצה. חוף קארי-לה-רואה בצרפת, שם נאספו הדגימות הראשונות | צילום: Shutterstock
הפעילו שדה מגנטי על דגימות הבוצה. חוף קארי-לה-רואה בצרפת, שם נאספו הדגימות הראשונות | צילום: Shutterstock

סימביוזה מגנטית

כשצפו בפרוטיסטים האלה זמן ממושך במיקרוסקופ אור הבחינו החוקרים בדבר מוזר: כשהיצורים התחככו בלוח הזכוכית שכיסה את הדגימה, נשרו מהם עשרות תאים הרבה יותר קטנים. צילום במיקרוסקופ אלקטרונים, שמאפשר הגדלה רבה יותר, הראה שהתאים הקטנים הללו הם חיידקים המכילים גבישי מגנטיט, שהיו צמודים לצד החיצוני של קרום התא של הפרוטיסט. כשהפרידו את החיידקים מהפרוטיסט, נמצא שהחיידקים מסתדרים בשורה לפי השדה המגנטי, אך בניגוד לחיידקים מגנטוטקטיים אחרים הם אינם זזים, משום שאין להם יכולת תנועה עצמאית.

החוקרים משערים שמדובר בסימביוזה – חיים שיתופיים – של הפרוטיסט והחיידק. בדיקה גנטית העלתה שהחיידקים הללו הם יצורים אל-אווירניים (אנאירוביים), כלומר חייבים לחיות בסביבה ללא חמצן, והם משתמשים כנראה במימן שמייצר הפרוטיסט, כדי להפיק אנרגיה מתרכובות גופרית. הפרוטיסט מצידו נהנה ממצפן זמין, וכן מחומרים אורגניים שמייצרים החיידקים. החוקרים אף מצאו בתצפית במיקרוסקופ ראיות לכך שהפרוטיסט ניזון לעיתים מהחיידקים הללו.

בהמשך אספו חברי קבוצתו של לפברה דגימות קרקעית מחופים אחרים בעולם. במאגרי מים מתוקים או בחופים שחשופים לזרמי מים חזקים לא נמצאו פרוטיסטים סימביוטיים כאלה. אולם, יצורים דומים מאותה קבוצה נמצאו בשכבה דלת החמצן בעומק הקרקעית של כמה חופים צרפתיים בים התיכון וכן בקליפורניה ובניו זילנד.

זו דוגמה הראשונה לסימביוזה בין יצור אאוקריוטי לחיידק מגנטי, שמקנה לו חוש מגנטי. הממצאים מראים שזו תופעה נפוצה יחסית בנישה האקולוגית של קרקעית הים. הבנת היחסים בין הפרוטיסט לחיידק חשובה לא רק להבנת החוש המגנטי, אלא גם להבנת תהליכים ביו-גיאוכימיים שמתרחשים בקרקעית הים ומעשירים אותה במינרלים ובחומרים אורגניים.

האם החוש המגנטי של בעלי חיים התפתח גם הוא מתוך סימביוזה דומה? זה רעיון מעניין שעולה בעקבות המחקר הנוכחי, אך בינתיים אין ראיות של ממש התומכות בו.

סרטון קצרצר של Science על המחקר: