הינך נמצא כאן

מה עשינו בחופש?

חיידקים מקפידים שלא לעבוד קשה מדי - וזה משתלם להם
27.08.2018

לעיתים רחוקות זוכות תפיסות פילוסופיות לאישוש בממצאים של ניסוי מדעי במעבדה. המסקנות העולות מהמקרה שלפנינו עשויות לעורר חשיבה מחדש על הדרך שבה אנו מחלקים את זמננו בין עבודה למנוחה, בין קריירה למשפחה, ובין המירוץ להישגים לבין חופשות מפנקות. "כמו רוב בני דורי, חונכתי על ברכי האימרה 'הבטלה היא אם כל חטאת'", כתב המתמטיקאי והפילוסוף ברטראנד ראסל בחיבורו הפולמוסי "בשבח הבטלה". "בהיותי ילד בעל מידות טובות האמנתי לכל מה שנאמר לי, ופיתחתי קוד מוסרי לפיו אני עובד קשה עד היום. אבל למרות שמצפוני הכתיב את מעשַי, דעותי עברו מהפכה. אני חושב שיש יותר מדי עבודה בעולם, שנזק כביר נגרם בשל האמונה כי העבודה היא מידה טובה...". בחיבור זה, שראה אור בשנת 1935 (תירגם לעברית: יניב חמו), טוען ראסל, בין היתר, כי דווקא הבטלה, ולא העבודה, הכרחית לקידום האנושות, שכן שעות עבודה ארוכות אינן מותירות די פנאי וחשק להגות ברעיונות חדשים שיקדמו את המדע ואת האמנויות. חיזוק לא צפוי לעמדה זו של ראסל אפשר למצוא במחקר חדש של מדעני מכון ויצמן למדע על חיידקים, שממצאיו פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Cell Reports.

חוקרים מקבוצתו של פרופ' אורי אלון, מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא, גילו כי בניגוד לסברה המקובלת, חיידקים אינם "עובדים" בתפוקה מלאה, אלא מקפידים על מידה לא-מבוטלת של בטלה, במטרה לשמור על כושר ייצור עודף שיאפשר להם להתאים עצמם במהירות לשינויים סביבתיים. מדידת קצב הגידול של חיידקים היא נושא מחקר קלאסי במיקרוביולוגיה. כבר בשנות ה-60 של המאה הקודמת ניסחו חוקרים את החוקים שעל-פיהם מתנהל הגידול המעריכי של חיידקים בתרבית. הנחת העבודה ששלטה בתחום זה לאורך השנים הייתה, שחיידקים "עובדים" בתפוקה מלאה, שכן זו לכאורה ההתנהגות היעילה ביותר. אבל מהי בכלל מלאכת החיידק? כמו כל תא חי, חיידק אוסף מסביבתו חומרי מזון, ומפרק אותם לאבני בניין שמהן הוא מרכיב ביומסה. כמו אצל כולנו, גם משאביו של החיידק הם מוגבלים, לכן הוא מוכרח לחלק אותם בתבונה בין משימותיו השונות, ולמצוא שיווי-משקל בין הפעילות הקטבולית (המשאבות שמכניסות מזון אל התא ומכונות החיתוך אשר מפרקות את המזון לאבני בניין) לפעילות הריבוזומלית (המפעלים התאיים אשר מייצרים את החלבונים). במלים אחרות, החיידק צריך לחלק את עוגת המשאבים שלו בין מלאכת הפירוק למלאכת הייצור.

כאשר משתנה סביבתו של החיידק, משתנה גם חלוקת המשאבים הרצויה. כך למשל, אם חיידק נקלע לסביבה עתירת-סוכר, חומרי המזון יזרמו אליו בקלות, ולא יהיה טעם בהשקעת משאבים רבים בהפעלה ובייצור של משאבות. יחד עם זאת, הזמינות הרבה של חומרי הבניין תחייב אותו להשקיע רבות בצד היצרני. להבדיל, בסביבה ענייה במזון ירצה החיידק להשקיע משאבים רבים ככל האפשר בלכידת כל חלקיק מזון, אך לאור המחסור הכללי, לא יהיה טעם להשקיע בפעילות בנייה ענפה.

צדק חלוקתי

במחקר קודם שבוצע בקבוצה של פרופ' אלון, יצר החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר בנג'מין טובין חיידקים מהונדסים, שבהם הושתקה מערכת הבקרה הגנטית אשר קובעת כיצד יחולקו המשאבים. פעולה זו איפשרה למדען להיכנס ל"נעלי החיידק", ולקבוע בעצמו כיצד תחולק העוגה. תוצאות הניסוי הולידו שורה של עקומות המתארות את קצב גידול החיידקים במצבים שונים של שיווי-משקל ובסביבות שונות. השוואת ממצאים אלה לקצב הגידול של חיידקים לא-מהונדסים העלתה, כי נקודת שיווי-המשקל שלהם חופפת את נקודת האופטימום של החיידקים המהונדסים. במילים אחרות, החיידקים יודעים לחלק את משאביהם כך שקצב הגידול שלהם יהיה המהיר ביותר בכל סביבה.

לכאורה, ממצאים אלה תומכים בסברה כי חיידקים עובדים בתפוקה מלאה. אבל אז נכנסה לתמונה תלמידת המחקר יעל כורם-כהנים. "כפיסיקאית", היא אומרת, "השאלה שעניינה אותי הייתה, איך החיידק מצליח לחשב את נקודת האופטימום בכל סביבה, כשהמשתנה היחיד שהוא יכול למדוד הוא כמה אבני בניין יש לו". כורם-כהנים כתבה מודל מתמטי, שהוליד עקומות גידול שונות למדי מאלה שהתקבלו במחקר הקודם. "אם מניחים שהחיידקים עובדים בתפוקה מלאה, מקבלים עקומות הרבה יותר מחודדות שמייצגות קצב גידול מהיר יותר. בהתחשב בעקומות שהתקבלו במחקר הקודם, חייבים להניח שהמשאבות והריבוזומים של החיידק פשוט אינם עובדים בתפוקה מלאה. זה מפתיע מאוד, כי מדובר לכאורה בבזבוז משאבים".

בעקבות הממצאים העלו המדענים אפשרות מפתיעה – החיידקים אינם עובדים בתפוקה מלאה, כדי לשמור על כושר ייצור עודף למקרה שיידרשו להגיב במהירות לשינויים בסביבתם. "אם חיידק מקצה את כל המשאבים שברשותו לפירוק מזון ולייצור חלבונים, ייקח לו זמן רב להגיע לשיווי-משקל חדש המותאם לסביבה חדשה. לעומת זאת, אם הוא מחזיק למשל פי שניים יותר ריבוזומים ממה שהוא צריך, ועובר לפתע לסביבה עשירה בסוכר, הוא יוכל להגיב מייד ולהגדיל את קצב הגידול פי שניים", מסבירה כורם-כהנים. כדי לבחון את ההשערה, גידלו המדענים חיידקים בסביבה ענייה במזון, מדדו את קצב הגידול שלהם, ולאחר מכן העבירו אותם בבת אחת לסביבה טובה ומזינה. "ראינו שהם מעלים את קצב הגידול בצורה חדה בתוך דקות, ולאחר מכן, במשך כמה שעות, ממשיכים להגביר את הקצב, עד שהם מגיעים לשיווי-משקל חדש שמתאים לסביבה החדשה". המודל המתמטי והתצפיות איפשרו לחוקרים לנסח משוואה אלגנטית המְשַקֶפֶת את קצב הגידול של אוכלוסיות חיידקים במעבר בין סביבות: קצב הגידול לאחר המעבר יהיה שווה לממוצע הגיאומטרי של קצב הגידול בסביבה הקודמת וקצב הגידול האופטימלי בסביבה החדשה.

אם היומן שלך מלא בפגישות עד אפס מקום, ומחר תכיר מישהו מעניין שתרצה להקדיש לו זמן, לא יהיה לך מתי לעשות זאת. לפעמים עדיף להיות קצת עצלן, למקרה שמשהו מעניין יצוץ"

"כמי שראתה עקומות גידול רבות בחייה", אומרת מדענית הסגל ד"ר ענת ברן, שהשתתפה במחקר, "הדבר המפתיע ביותר הוא לגלות עד כמה קצב הגידול מושפע מתנאים קודמים. בדרך כלל נהוג לתפוס קצב גידול כמשהו שנקבע לפי מה שמתאפשר ברגע נתון, ללא תלות בעבר".

המשמעות של תוצאות המחקר חורגת מעֵבֶר לעולם החיידקים. "חיידק מבחינתנו הוא מודל לתא הפשוט ביותר. במשך שנים, הפרדיגמה בתחום זה הייתה, שהתא מנצל את כל המשאבים שברשותו, כי כשאתה חושב על זה במונחים של אופטימליות ואתה לא מתייחס למעבר בין סביבות, כל דבר אחר יהיה בזבוז", מסבירה כורם-כהנים. "בפועל, דווקא בתנאים הקשים ביותר, התא מרשה לעצמו להיות הכי 'בזבזן'. אולי היות שיכולת תגובה מהירה לשינויים סביבתיים היא בעלת משמעות מרחיקת לכת, מספיק שחיידק יהיה קצת יותר מהיר מאחרים, וכך יקנה לעצמו יתרון משמעותי לאורך דורות".

מפתה מאוד למצוא אנלוגיות למחקר מתחום הכלכלה והניהול. "מבחינתי, המסר הוא לא לעבוד עד קצה גבול היכולת. אם היומן שלך מלא בפגישות עד אפס מקום, ומחר תכיר מישהו מעניין שתרצה להקדיש לו זמן, לא יהיה לך מתי לעשות זאת. לפעמים עדיף להיות קצת עצלן, למקרה שמשהו מעניין יצוץ", אומרת בחיוך כורם כהנים, ומוסיף פרופ' אורי אלון: "כלכלות בעולם שלנו רוצות לצמוח מהר ככל האפשר, אבל בביולוגיה קיימת חוכמה אחרת, שאומרת שצריך לשמור על משאבים עודפים. זהו בהחלט מסר חשוב לכולנו".

חיידקים בסביבה ענייה במזון משתמשים רק ב- 1/3 מכושר הייצור שלהם.

#מספרי_מדע

לשיתוף:

 

 

 

 

אינסטגרם