אזורים צחיחים והיפר-צחיחים מהווים את המערכות האקולוגיות היבשתיות הגדולות ביותר, המכסות כ-30% משטחי היבשה של כדור הארץ. פארק תמנע, הממוקם בערבה הדרומית, מהווה דוגמה לאזור היפר-צחיח עם תנאי אקלים קיצוניים.
כמות המשקעים השנתית באזור אינה עולה על 100 מילימטרים, בעוד ששיעור ההתאדות גבוה באופן ניכר. כתוצאה מכך, זמינות המים על פני השטח קרובה לאפס. סביבה זו, המשלבת מחסור במים זמינים, טמפרטורות גבוהות, קרינה אולטרה-סגולה עזה ומיעוט בחומרי הזנה, מציבה אתגרים הישרדותיים בפני רוב צורות החיים המוכרת.
גלריה
מפת ישראל לפי אזורי אקלים, סימון תמנע באזור היפר צחיח (משמאל), בקעת תמנע (מימין למעלה) וגבעת המחקר בתמנע (מימין למטה)
(צילום: ד"ר כריסטופר פ. מקיי , נאס"א/מתוך כתב העת Environmental Microbiology Reports)
על אף הידע המחקרי שנאסף בעבר על צורות חיים מיקרוסקופיות במדבריות קיצון, נותרו עדיין שאלות ללא מענה ביניהן תפוצתן, מכלול ההתאמות הייחודיות המאפשרות את הישרדותן, והמנגנונים המבטיחים את יציבותן האקולוגית לאורך זמן.
מחקר מדעי, שנערך בשיתוף פעולה בין חוקרים מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, מרכז נאס"א, קליפורניה, מרכז המחקר ים המלח והערבה באילת, ומעבדות המחקר במוזיאון הלאומי לטבע במדריד, מתמקד בקבוצת חיידקים פוטוסינתטיים אשר פיתחו יכולות הישרדות יוצאות דופן ומתקיימות בתוך סלעי אבן חול בבקעת תמנע. המחקר, שפורסם בכתב העת Environmental Microbiology Reports, נתמך על ידי משרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה, קרן גורן-גולדשטיין ומרכז המחקר איימס של נאס"א.
מסתבר שמספר מילימטרים ספורים מתחת לפני הסלע, מתקיימת אוכלוסיית מיקרואורגניזמים אנדוליתית (בתוך הסלע) שבמרכזה חיידקים פוטוסינתטיים מקבוצת הציאנובקטריה (Cyanobacteria), המוגנת מעט מפני תנאי הסביבה. אורגניזמים אלו מצליחים לשרוד ואף לשגשג בסביבה הנחשבת עוינת לרוב צורות החיים.
האבן שנלקחה בשנת 1995 ונשמרה במעבדות נאס"א (למעלה) ודגימות חדשות משנת 2021 (למטה)
(צילום: ד"ר אירית ניר)
מחקרים חלוציים קודמים בהובלת פרופ' אימרי פרידמן (חוקר בנאס"א שגילה את אוכלוסיית המיקרואורגניזמים בתמנע בשנות ה-70) שנפטר לפני כעשור, וד"ר כריסטופר פ. מקיי מנאס"א, חשפו את קיומן של קהילות אלו כבר בשנות השבעים של המאה הקודמת.
ייחודו של המחקר הנוכחי, בהובלת ד"ר אירית ניר, מהמחלקה להנדסת ביוטכנולוגיה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, בא לידי ביטוי באינטגרציה בין נתוני אקלים ומשקעים מקומיים, אפיון פיזיקלי ותכונות מצע האבן, תמונות מיקרוסקופיות וניתוח אוכלוסיית המיקרואורגניזמים בכלים מולקולריים מתקדמים.
"במחקר זה, התמקדנו בבחינת הקהילות המיקרוביאליות המתקיימות בשכבה דקה מתחת לפני שטחה העליון של האבן. סביבת גידול זו מאפשרת הגנה מפני תנאי הטמפרטורה והקרינה הגבוהים ועם זאת מאפשרת חדירת אור ומים המספיקים לקיומם", מסבירה ד"ר ניר. "במסגרת המחקר בדקנו גם דגימות אבן חול שמקורה בתמנע אשר אוחסנה במשך יותר מ-25 שנה בתנאים חשוכים ויבשים, על מנת ללמוד על יכולות ההישרדות של הקהילה המיקרוביאלית לאורך שנים".
תחנת ניטור האקלים המקומי על גבעת המחקר בפארק תמנע, שהוצבה ע"י חוקרי נאס"א בשנות ה-90 (משמאל) ומפה גאולוגית של תמנע עם סימון גבעת המחקר ותחנת הניטור (מימין)
(צילום: הסקר הביולוגי של ישראל, ד"ר אירית ניר)
תמונות מתוך מיקרוסקופ אלקטרוני סורק של אוכלוסיית המיקרואורגניזמים החיה בתוך האבן
(צילום: ד"ר אסוסיון דה לה ריוס, מוזיאון בטבע במדריד)
פרופ' אריאל קושמרו, ראש קבוצת המחקר, מסביר כי המחקר מספק הקשר להבנת התנאים הסביבתיים המעצבים את הקהילה המיקרוביאלית בסביבה הגיאולוגית והאקלימית של בקעת תמנע. "האינטראקציה בין התכונות הפיזיקליות של אבן החול המקומית לבין אירועי הגשם הנדירים ומיעוט טל, יוצרת תנאים סלקטיביים להתפתחות חיידקים פוטוסינתטיים מקבוצת הציאנובקטריה", הסביר פרופ' קושמרו, ראש המעבדה לביוטכנולוגיה סביבתית באוניברסיטת בן-גוריון בנגב.
בהתבסס על נתונים גאולוגיים ומיקרוביולוגיים, וכן מרישומי גשם ארוכי טווח ומיקרו-אקלים מפורטים שנאספו במחקר, הגיעו החוקרים למספר מסקנות: פארק תמנע הוא אחד המקומות היבשים ביותר בעמק הערבה ובישראל. גשם, למרות היותו ספורדי וקל, הוא מקור המים העיקרי עבור המיקרואורגניזמים החיים באבני החול. האוכלוסייה המיקרוביאלית המתוארת במחקר יכולה לשרוד לתקופות ממושכות (כ-25 שנים) בתנאים חשוכים ויבשים ללא אובדן פיגמנטציה או שינויים משמעותיים במבנה הקהילה.
חתך באבן החול בו נראית שכבת המיקרואורגנזימים המתקיימת כמילימטר מתחת לפני הסלע (קו בצבע כחול- ירוק)
(צילום: לאורה רבצ'ין)
תקציר גרפי של המחקר שנערך בפארק תמנע
(צילום: מתוך כתב העת Environmental Microbiology Reports)
ממצאים אלו מספקים נקודות מבט חשובות גם לחיפוש אחר ראיות לחיים מיקרוביאליים מחוץ לכדור הארץ ומהווים מודל להבנת פוטנציאל החיים על מאדים. זאת בשל מנגנוני ההישרדות והתופעה שבתוך נקבוביות אבן החול. החיידקים מוגנים מקרינה קטלנית וניצולים מהתייבשות באמצעות תרדמה ארוכת טווח, המתחדשת רק עם הופעת מים נדירים. כמו כן, ייצור מולקולות אורגניות, מאפשרת עמידות בתנאים קיצוניים ומהווה מקור אפשרי לחתימות ביולוגיות הניתנות לזיהוי בסלעי מאדים.
בנוסף,לתהליכי חילוף החומרים של המיקרואורגניזמים ישנה השפעה על שינויים במינרלים. השפעה זו יכולה להותיר שברים איזוטופיים או דגמים טקסטורליים מתמשכים, המהווים עדויות פוטנציאליות לפעילות מיקרוביאלית. בכך, חקר אוכלוסיית החיידקים בתמנע, כמו גם במקומות דומים ברחבי העולם, תורם הן להבנת גבולות הקיום של מיקרואורגניזמים בכדור הארץ והן לגיבוש אסטרטגיות לחיפוש חיים בכוכב הלכת השכן.
