החיידקים שטיפסו על עץ גבוה

"הנה ברוש לבדו, מול אש ומים", כתב אהוד מנור, אבל ממחקר של מדעני מכון ויצמן למדע עולה כי הברוש כלל אינו לבדו. בתנאי בצורת, יש לברושים סייענים מפתיעים המאפשרים להם לשרוד את המחסור במים ואף לשגשג – חיידקים הנמצאים באדמת היער. "ממצאי המחקר הם כנראה העדות המשמעותית ביותר עד כה לסימביוזה בין עצים ובין חיידקים", אומר ד"ר תמיר קליין מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה במכון, שעמד בראש קבוצת המחקר. "ויש לזה משמעות אקולוגית רבה".

במקומות רבים בעולם, הקיץ האחרון היה אחת העונות היבשות ביותר מאז החלה המדידה. בסין, באירופה, במזרח התיכון, בקרן אפריקה ובחלקים מצפון אמריקה שררו בצורות כבדות, ותופעות אלו צפויות רק להתגבר כתוצאה מההתחממות הגלובלית. על-פי ד"ר קליין, שינוי האקלים והשכיחות הגוברת של בצורות בעולם מחייבים אותנו להבין טוב יותר את המנגנונים התת-קרקעיים ששומרים על בריאות העצים גם בתנאי מזג אוויר קשים, וכך אולי לבלום את התמותה הגוברת של עצים בישראל ובעולם. "אם נאבד את היערות, נאבד הכל. העצים מייצרים לנו חמצן, קולטים פחמן דו-חמצני, מנקים את האוויר ומווסתים את הטמפרטורות", אומר ד"ר קליין. "אנחנו חייבים למצוא דרכים לתמוך ביערות. אם חיידקים יכולים לתמוך בעצים, ואנחנו יכולים להבין איך הם עושים זאת – זו נקודת מוצא טובה מאוד".

מסעו של ד"ר קליין לחשיפת שיתופי הפעולה בין עצים לאורגניזמים אחרים ביער החל לפני כמה שנים. מחקרים קודמים שיצאו מקבוצת המחקר שלו חשפו כיצד חולקים עצים משאבים עם עצים אחרים וכן את קשרי הגומלין שלהם עם פטריות. המחקר הנוכחי, בהובלת ד"ר יערה אופנהיימר-שאנן ממעבדתו, התמקד בקשרי הגומלין בין עצי ברוש לחיידקי אדמה.

הניסוי שחשף את שיתוף הפעולה המפתיע בוצע בחממה במכון ויצמן למדע. במשך חודש גידלו החוקרים שתילי ברושים באדמת יער בתוך קופסאות ייחודיות לחקר שורשים. הברושים שגודלו חולקו לשתי קבוצות – קבוצה שזכתה לאספקת מים סדירה וקבוצה שנגזרו עליה תנאי בצורת. בכל אחת מהקבוצות נחשפו מחצית מהברושים לשני זנים של חיידקי אדמה אשר בוּדדו מאדמת יער הראל שבה גדלים גם הברושים. קשרי הגומלין שנוצרו בין שורשי הברוש לחיידקים באדמה נבדקו בעזרת כמה שיטות מחקר, ובהן מדידת התגובות הפיסיולוגיות של העצים ליובש, ספירת חיידקים, דימות באמצעות סמנים פלואורסצנטיים של מושבות החיידקים באזורי השורשים, מדידות של התרכובות שפלטו השתילים באמצעות שורשיהם ומדידות של הרכב המינרלים בעלי הברוש.

""ממצאי המחקר הם כנראה העדות המשמעותית ביותר עד כה לסימביוזה בין עצים ובין חיידקים, ויש לזה משמעות אקולוגית רבה"

גישה זו, המשלבת מיקרוביולוגיה, פיסיולוגיה של צמחים וכימיה אורגנית, אפשרה לחוקרים לחשוף כי החיידקים באדמה עוזרים לעצים להתמודד עם תנאי מחסור במים ובתמורה נהנים מהפרשות מהשורשים המזינות אותם. כך למשל התגלה כי שיעור ההפרשות מהשורשים היה גדול פי 2.3 בעצים שנחשפו לחיידקים – הן בקבוצת הברושים המושקים והן בקבוצה שגודלה בתנאי בצורת. בנוסף, כ-100 תרכובות זוהו בהפרשות, בהן חומצות פנוליות וחומצות אורגניות, והריכוז של 44 מהן היה שונה באופן ניכר בקבוצת העצים המושקים לעומת הקבוצה שסבלה ממחסור במים. "כשהוספנו תשע מהתרכובות כמקורות פחמן וחנקן לתרביות של החיידקים, שמונה מהן עודדו צמיחה חיידקית", מציינת ד"ר אופנהיימר-שאנן. "עדות לכך שההפרשות מהוות מקור מזון לחיידקים".

בשורה התחתונה, תוצאות המחקר הצביעו על שיפור בבריאות העץ כתוצאה מקשרי הגומלין עם החיידקים. יתרה מכך, התגלה כי בתנאי בצורת שיתוף הפעולה בין העצים לחיידקים מאזן את פגיעתו הרעה של המחסור במים – הזמינות של זרחן באדמה נשמרה רק בשתילים שהוספו להם חיידקים, וזמינות זו איזנה את הירידה ברמות הזרחן והברזל שנמדדו בעלי הברושים שגודלו בתנאי בצורת.

מילון היער השלם

ד"ר קליין מקווה שממצאי המחקר יקדמו את הידע שברשותנו על אקולוגיית היער ואת ההבנה שעצים משתפים פעולה הרבה יותר מכפי שנהוג היה לחשוב בעבר. במישור היישומי, לממצאים עשויות להיות השלכות חשובות על שיפור בריאות הקרקע ועל ההבנה כיצד לתמוך בצמחים שמצויים בתנאי עקה כתוצאה מחסך במשאבים, למשל באמצעות גיוס חיידקים ספציפיים לשיפור בריאות העץ והיער ובניית חוסן ויציבות אקולוגיים גדולים יותר.

"השלב הבא הוא להבין מהי בדיוק תרומתם של כל חיידק וכל קבוצת חיידקים, ואילו חיידקים מועילים לאילו עצים", אומרת ד"ר אופנהיימר-שאנן.

"ככל שנלמד יותר על קשרי גומלין אלה, נוכל לנסח מילון מקיף ומדויק יותר, ואז אולי יעלה בידנו להביא לתגובות רצויות או למנוע תגובות שאינן רצויות", אומר ד"ר קליין, "זו עדיין רק ההתחלה".

במחקר השתתפו גם גלעד יעקובי ומיה סטאר מקבוצתו של ד"ר קליין, מקסים איטקין וסרגיי מליצקי מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים ושני תלמידי תיכון, רומיאל קרלינר וגל אילון, שנבחרו באמצעות תוכנית אלפא המשלבת תלמידי תיכון מצטיינים בעולם המחקר המדעי.