וירוסי RNA ימיים עלולים לשבש את מחזור הפחמן באוקיינוס ולהשפיע על האקלים העולמי - כך עולה ממחקר חדש שערכו חוקרים מאוניברסיטת בר-אילן ואוניברסיטת רוטגרס. המחקר פורסם ב-Science Advances. החוקרים גילו כי הווירוסים תוקפים פיטופלנקטון, אצות מיקרוסקופיות החיוניות לייצור חמצן ולקליטת פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה. כאשר האצות נדבקות, תהליך מיחזור הפחמן משתבש – אך לא תמיד באותה מידה.
צוות החוקרים, בהובלת ד"ר חנה קרנצלר מהפקולטה למדעי החיים ע"ש מינה ואבררד גודמן באוניברסיטת בר-אילן, השווה בין השפעתם של וירוסי RNA ו-DNA על אותו מין של פיטופלנקטון. התוצאות הדהימו את החוקרים: בעוד שווירוסי DNA משחררים חומר אורגני שמעודד גידול חיידקים ימיים, וירוסי RNA משחררים חומר שמקשה על החיידקים לפרק אותו - תהליך שדורש מהם הרבה יותר אנרגיה.
4 צפייה בגלריה
פריחת פיטופלנקטון בים ברנץ, שמהווה חלק מאוקיינוס הקרח הצפוני המצוי צפונית לנורבגיה ולרוסיה
(צילום: BEST-BACKGROUNDS/Shutterstock)
המשמעות: פחות מיחזור של חומרי הזנה ופחמן, ויותר פחמן שעלול לשקוע במעמקי האוקיינוס או להשתחרר בחזרה לאטמוספרה – תהליך שעשוי להשפיע על דפוסי האקלים הגלובליים. "וירוסים לא רק הורגים פיטופלנקטון", מסבירה ד"ר קרנצלר. "הם משנים את חוקי המשחק של מחזור הפחמן. ממצאים אלה מראים עד כמה מורכב ועמוק הקשר בין החיים המיקרוסקופיים באוקיינוס לבין האקלים של כולנו".
העובדה שכל טיפת מי ים מכילה מיליוני וירוסים, הופכת את הגילוי לחשוב במיוחד. וירוסי RNA ו-DNA אמנם נפוצים מאוד, אך ההבנה של השפעתם האקולוגית עדיין בראשית הדרך. המחקר מסמן כיוון חדש בחקר המערכת הימית ומשליך על האופן שבו אנו מבינים – ואולי בעתיד גם משפיעים על שינויי האקלים.
נגיפים באוקיינוסים הם מיקרוסקופיים, והם נפוצים פי עשרה מכל סוג אחר של תא על פני כדור הארץ. הנגיפים פועלים מאחורי הקלעים בתפקיד חיוני ובלתי נראה: הם מדביקים והורגים אצות מיקרוסקופיות (פיטופלנקטון), דבר המוביל להתפרקותן ולשחרור כמויות עצומות של חומר אורגני מומס (DOM). הפיטופלנקטון הם מיקרואורגניזמים פוטוסינתטיים המהווים את בסיס מארג המזון הימי.
החומר האורגני המומס באוקיינוסים מהווה אחד ממאגרי הפחמן הגדולים ביותר על פני כדור הארץ. מחקרים אחרונים מראים כי נגיפים שונים יוצרים "חתימות כימיות" ייחודיות בתאים שהם מדביקים. בהתאם לנגיף שמדביק את האצות משתחרר סוג שונה של חומר אורגני, המשפיע על הקהילה המיקרוביאלית שסביב ועל החיידקים הימיים הממחזרים את החומר הזה.
תגלית זו משנה את הבנתנו לגבי האופן שבו הדבקה נגיפית בפיטופלנקטון מעצבת את מחזור הפחמן הגלובלי.
במסגרת המחקר החוקרים התמקדו בקבוצת מיקרואצות ימית הנפוצה בכל העולם, הנקראת דיאטומים, תוך שימוש בזן דיאטום יוצר פריחה בשם Chaetoceros tenuissimus. הם הדביקו אותו בשני נגיפים משתי משפחות שונות: נגיף RNA ממשפחת Marnaviridae ונגיף DNA ממשפחת Bacilladnaviridae.
4 צפייה בגלריה
דיאטום Chaetoceros tenuissimus בבחינה מיקרוסקופית
(צילום: Sinhyu Photographer/Shutterstock)
כל נגיף הוביל לקריסה מסוג שונה ובתזמון שונה של האצה, אך הממצא המרכזי היה בהרכב החומרים ששוחררו לאחר פירוק התא והשפעותיהם על החיידקים. בהמשך בחן הצוות כיצד מגיבים החיידקים הימיים לסוגים השונים של החומר האורגני המומס ששוחררו. נמצא כי כל סוג של חומר עורר תגובה ביוכימית שונה, כולל הבדלים בקצב הגידול ובפעילות הפרוטאוליטית, אנזימים המפרקים חלבונים ואחראים למיחזור החומר האורגני המומס.
המחקר הזה חשוב במיוחד כיוון שדיאטומים אחראים לכחמישית מהפוטוסינתזה הגלובלית, יותר מיערות הגשם הטרופיים. בסך הכול, פיטופלנקטון תורמים לכחצי מהפוטוסינתזה העולמית. הדיאטומים, קבוצה בתוך הפיטופלנקטון, תורמים כחמישית מהפוטוסינתזה הזאת. הם גם תורמים תרומה חשובה במיוחד ל"יצוא פחמן", שקיעת פחמן לעומק האוקיינוס, בגלל הדפנות הכבדות שלהם העשויות סיליקה (ומכונות "בתי הזכוכית של הים"). שני תהליכים אלה מקושרים לפחמן הדו חמצני באטמוספרה, ולכן יש להם תפקיד בוויסות האקלים העולמי.
למרות הפוטנציאל העצום של נגיפים להשפיע על זרימת הפחמן באוקיינוסים, עדיין רב הנסתר על הגלוי מעט בכל הנוגע למתי, היכן וכיצד הם מעצבים קהילות דיאטומים ואת מחזורי החומר שהדיאטומים מעורבים בהם. אם נגיפים שונים משנים לא רק את כמות הפחמן המשתחרר, אלא גם את איכותו, יש לכך השלכות מרחיקות לכת על גורל החומר האורגני באוקיינוס: האם הוא יישאר במים העליונים ויוחזר כפחמן דו חמצני, או שמא ישקע לעומק וייתפס במאגרי פחמן עמוקים?
"התגלית הזו מציעה הצצה מרתקת לאופן שבו אינטראקציות מיקרוסקופיות לכאורה, בין פיטופלנקטון ודיאטומים לנגיפים, עשויות להשפיע באופן שונה על מחזורי היסודות והתפרקות הפחמן באוקיינוס. אנחנו יודעים מעט מאוד על מתי והיכן מתרחשות הידבקויות אלו בקהילות הדיאטומים, כך שהמחקר הזה מהווה צעד חשוב בהבנה של ההשלכות האפשריות של הדבקות כאלו על המערכת האקולוגית כולה. ההבנה של ההשפעות הספציפיות של נגיפים היא שלב קריטי בהבנת גורלו של הפחמן באוקיינוס", מסכמת ד"ר קרנצלר. "אנחנו נוטים להניח כי מוות בעקבות הדבקה נגיפים מוביל למיחזור החומר האורגני של הפונדקאי על ידי חיידקים סמוכים. המחקר שלנו מראה שהקשר הזה יכול להיות הרבה יותר מורכב ושנגיפים שונים, גם כשהם מדביקים את אותו פונדקאי בדיוק, יכולים להשפיע באופן ייחודי על אוכלוסיות החיידקים ועל מיחזור החומר האורגני".
