כמו פסלים תת-ימיים, אלמוגים בונים שלד גירני שמרכיב את השוניות שלהם – אחת הסביבות העשירות והמגוונות בטבע. אומנם הם מתחילים כפוליפ קטן, אך הם אחראים לבניית מבנים ענקיים, אשר נראים אף מהחלל. אז איך הם עושים את זה? באמצעות ביומנרליזציה – תהליך ביולוגי מדויק, המשלב תאים ייחודיים המפרישים יונים וחלבונים. מול איומים של שינויי האקלים והחמצת הים, האלמוגים מגלים יכולת הסתגלות מעוררת התפעלות.

פרסומת

אז מהי בכלל ביומינרליזציה? זוהי תופעה מופלאה שבה יצורים חיים מייצרים מינרלים, מעין "בנאים ביולוגיים". התהליך הזה נפוץ בכל מערכות החיים: צדפות יוצרות קונכיות, קיפודי ים בונים קוצים, תרנגולות יוצרות קליפה לביצה, בני אדם בונים עצמות ושיניים – וזהו רק קצה הקרחון. כיום מוכרים לנו כ-60 מינרלים שונים אשר מיוצרים על ידי מגוון יצורים חיים [1]. התופעה מתרחשת בתהליך מבוקר מאוד, שבו תאים ייעודיים מפרישים יונים וחלבונים אל סביבה מוגדרת היטב ומכוונים את היווצרות הגבישים בצורה מדויקת. באופן זה נוצרים מבנים חזקים המותאמים לצרכים הפיזיים והסביבתיים של כל יצור, כשלכל אחד יש "מתכון" ייחודי משלו – עם הרכב מינרלים שונה, צורת גבישים ייחודית וחלבונים שמכוונים את התהליך בדיוק של מהנדס. 

מבין כל היצורים שמבצעים ביומינרליזציה, האלמוגים הם מהדוגמאות הבולטות והמופלאות ביותר. הכול מתחיל מפוליפ, יצור קטן המזכיר פרח ומהווה את יחידת הבסיס של שונית האלמוגים. בקו המגע בין גוף הפוליפ למצע, תאים מיוחדים הקרויים קליקובלסטים יוצרים חלל סגור שנקרא ״חלל השקעת השלד״, מעין כיס מבודד, ומתחילים את תהליך ההתגבשות: התאים שואבים יונים, במקרה זה יוני סידן (⁺Ca²) וקרבונט (פחמה, ^-CO₃²), שהם חלקיקי חומר טבעיים הנפוצים במי ים, ומרכזים אותם בחלל הסגור. המפגש בין היונים יוצר תרכובת כימית אי-אורגנית בשם קלציום קרבונט (סידן פחמתי, CaCO₃), שהוא המינרל הבסיסי לבניית השלד. קלציום קרבונט יכול להתארגן בצורות שונות, בהתאם לסידור האטומים – בדומה לאופן שבו אטומי פחמן יכולים להסתדר כגרפיט או כיהלום. באלמוגים הוא מתגבש בצורה שנקראת ארגוניט – גביש מתאים במיוחד לבניית שלד תת-ימי, הודות לחוזקו, ליציבותו ולדיוק המבני שלו. אומנם סידן וקרבונט מצויים בשפע במי הים, אך הם אינם מתגבשים לקלציום קרבונט באופן ספונטני. כדי שיתרחש גיבוש, נדרשים תנאים כימיים ופיזיקליים מדויקים – ריכוז מספיק של יונים, וכן רמת חומציות, טמפרטורה ולחץ מתאימים. כדי לאפשר את היווצרות הגבישים, האלמוגים "עושים" בדיוק את זה בחלל השקעת השלד.

אבל הכימיה לבדה אינה מספיקה! התאים הקליקובלסטיים גם מפרישים חומרים אורגניים כגון חלבונים, ואלה מכוונים את ההתגבשות: הם משפיעים על גודל הגבישים, כיוונם וסידורם, וכך מעניקים לשלד את המבנה המדויק והייחודי שלו. חלבונים אלו משמשים מעין ״פיגומים״ ביולוגיים: הם קובעים איפה יתחילו להיווצר גבישים, באיזו צורה ובאיזה סדר. כל פוליפ חדש שנוצר ממשיך את התהליך בדיוק לפי אותם כללים: יוצר חלל סגור, מפריש חלבונים ויונים ומוסיף את החלק שלו לשלד. כך נוצר מבנה רציף ומתואם, שבו כל פוליפ תורם לבניית שונית האלמוגים הגדולה, לבנה אחר לבנה, בשיתוף פעולה מופלא בין אלפי פרטים זהים [2].

אבל… אז נכנסת החומציות ושוברת את התיאום. מתחילת העידן התעשייתי בני האדם משחררים כמויות עצומות של פחמן דו-חמצני (CO₂) לאטמוספרה, בעיקר משריפת דלקים. כשליש ממנו נספג באוקיינוסים, ושם הוא עובר תגובה כימית עם המים ויוצר חומצה פחמתית. התוצאה היא עלייה בחומציות (כלומר ירידה ב־pH) של מי הים. תהליך זה נקרא החמצת האוקיינוסים [3]. כשחומציות הים עולה, יוני המימן מגיבים עם יוני הקרבונט (-CO₃²)  והופכים אותו לביקרבונט (^-HCO₃), ולכן ריכוז הקרבונט במים יורד והוא נעשה זמין פחות לבניית השלד. במילים פשוטות – הפיגומים הביולוגיים עדיין קיימים, הקליקובלסטים עדיין מפרישים את החלבונים, אבל חסרות ה״לבנים״ הכימיות, כלומר חסרים המינרלים. במצב כזה האלמוגים מתקשים לבנות ולתחזק את שלדם. השלד נעשה דק יותר ופחות צפוף והוא מכיל יותר חלבונים לעומת מינרלים, לכן הוא נחלש. עם הזמן השלד נהיה פגיע לסחיפה, טריפה ושבירה, והשונית כולה נמצאת בסכנה [4].

אל מול האתגרים, אלמוגים הם יצורים עמידים. הם שרדו מיליוני שנים של שינויים, מהכחדות המוניות ועד שינויי אקלים קיצוניים. היכולת שלהם להסתגל, לבנות ולהתחדש מרשימה ביותר. תהליך בניית השלד על כל רבדיו הביולוגיים והכימיים עדיין אינו מובן עד תום, המדענים והמדעניות מגלים ולומדים, ויש עוד הרבה עבודה. 

כדי להבטיח עתיד לשוניות ולעזור לאלמוגים להמשיך ולבנות את פלאי הטבע התת-ימיים גם בדורות הבאים, אנחנו חייבים לשמור על הים, למשל באמצעות פיתוח תוכניות שימור חכמות המבוססות על הבנה מעמיקה של תהליך הביומינרליזציה. בדיוק כמו האלמוגים, אשר ממשיכים לבנות, לתקן ולהתחבר גם בתנאים הקשים ביותר – כך גם אנחנו: גם כשקשה, ננסה להתחבר, לתקן ולתמוך זה בזה, ותמיד נשאיר מקום לתקווה.

בתמונה הראשית: דימות מיקרוסקופ אלקטרונים המציג פוליפ ראשוני לאחר התיישבות-תחילתה של שונית | צילום: המעבדה של פרופסור טלי מס, החוג לביולוגיה ימית, אוניברסיטת חיפה

עריכה: סמדר רבן

מקורות והרחבות

[1] סקירה על איך יצורים חיים פיתחו את היכולת לייצר מינרלים לאורך ההיסטוריה האבולוציונית

[2]  ספר הסוקר כיצד יצורים חיים מייצרים מינרלים, ומהם המנגנונים הביולוגיים המכוונים את התהליך

[3] מאמר המדגים את הקשר בין פליטת CO₂ מפעילות אנושית לירידת החומציות באוקיינוסים

[4] מאמר העוסק בהשפעת רמות CO₂ על תהליך יצירת השלד באלמוגים