מפה גנטית של דגי השונית במפרץ אילת

רוב רובם של דגי שוניות האלמוגים, שונים וססגוניים ככל שיהיו בבגרותם, מתחילים את חייהם כדגיגים זעירים (לרוות), נטולי צבע ודמויי ראשנים. כשמדובר בדגיגים, אפילו מומחים כמעט אינם יכולים להבחין בין המינים השונים, עובדה המציבה אתגר קשה בפני חוקרי אקולוגיה של שוניות. פרופ' רותם שורק ממכון ויצמן למדע, פרופ' רועי הולצמן מאוניברסיטת תל-אביב, וד"ר משה כפלוי מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב פיתחו דרך חדשה לזיהוי מדויק של דגיגים במים שסביב השונית. מחקרם, שכלל קידוד גנטי של מרבית מיני הדגים במפרץ שבין אילת לעקבה, הראה לא רק אילו מיני דגיגים נמצאים במימי המפרץ, אלא גם כמה פרטים יש מכל מין, באילו תקופות של השנה, ובאילו עומקים. מחקר זה פורסם היום בכתב-העת המדעי Nature Ecology and Evolution.

"היכולת לזהות את הדגיגים הצעירים ולהבין את הפיזור שלהם במים חשובה מאוד מכמה סיבות", אומר פרופ' הולצמן מבית הספר לזואולוגיה וממוזיאון הטבע על-שם שטיינהרדט באוניברסיטת תל-אביב. "ראשית, בעוד דגי שונית בוגרים נוטים להישאר בקרבת שונית הבית שלהם, הדגיגים מתפזרים ונישאים בזרמי המים. עבור אקולוגים ימיים המעוניינים בניטור השונית, הדגיגים הצעירים הם לא רק חלק בלתי-נפרד של המערכת האקולוגית – הם גם העתיד שלה. מאחר שמספר הדגיגים עשוי ללמד אותנו איך תיראה אוכלוסיית הדגים הבוגרים בעתיד, ניטורם עשוי לשמש אף בניהול דגה".

פרופ' הולצמן וד"ר כפלוי – שניהם מדענים-תושבים במכון הבין-אוניברסיטאי למדעי הים באילת – השתמשו בספינת המחקר של המכון הבין-אוניברסיטאי, המצוידת במיכשור מתוחכם, לשם דגימת דגיגים בעומקים קבועים. הם דגמו את הדגיגים פעמיים בחודש במשך שנה באתרים ובעומקים שונים בקרבת שני החופים של המפרץ הצר, וכן במרכזו העמוק. "דגמנו יותר מ-10,000 דגיגים", אומר ד"ר כפלוי, "אבל השיטות הקיימות לאיפיונם כרוכות בבדיקות תחת מיקרוסקופ שאורכות זמן רב, ויכולות להצביע רק על המשפחה הטקסונומית, אך לא על המין. למרבה המזל, שוחחנו על כך עם פרופ' שורק, שבמקרה ביקר באותו הזמן במכון הבין-אוניברסיטאי".

מעבדתו של שורק במחלקה לגנטיקה מולקולרית של מכון ויצמן למדע עוסקת בדרך כלל בגנומים אחרים – של חיידקים. "חשבתי ששיטות המחקר הגנטי שבהן אנו משתמשים במעבדה שלי כדי לחקור חיידקים עשויות לקבוע את זהות הדגיגים באמצעות ריצוף 'ברקוד' מהגנום שלהם". לשם כך ביצעו עומר צוקרט, תלמיד מחקר ממעבדתו של שורק, וד"ר גיל אמיתי ושרה מלמד, מדעני הסגל באותה מעבדה, יחד עם נעמה קימרלינג, תלמידת מחקר במעבדתו של ד"ר כפלוי, ותמרה גורביץ', מדענית סגל במעבדה של פרופ' הולצמן, וכן חברי קבוצות המחקר ועמיתים נוספים, התאמות בשיטות אלה לצורך זיהוי הדגיגים הזעירים.

"אבל לפני שיכולנו ליישם את השיטה", אומר שורק, "היינו צריכים ליצור מאגר של 'ברקודים' עבור כל דגי השונית במפרץ. דבר זה היה מבצע בפני עצמו: חברי הצוות צללו במפרץ כדי לדגום סנפירים של דגים בוגרים לשם ניתוח די-אן-אי. בסופו של דבר הצלחנו ליצור מאגר מידע של ברקודים לכ-80% ממיני הדגים העיקריים הידועים בשונית (420 מתוך כ-540). קידוד ברקוד גנטי מתבסס על השוואת הדי-אן-אי של גן מסוים שהרצף שלו שונה בכל מין ומין. לשיטת 'תיוג' זו קיימים יישומים רבים בעולם המחקר הביולוגי, והיא הייתה דרך מדויקת מאוד להתאמה בין הדגיגים לבין צורותיהם הבוגרות".

חברי הצוות צללו במפרץ כדי לדגום סנפירים של דגים בוגרים לשם ניתוח די-אן-אי. בסופו של דבר הצלחנו ליצור מאגר מידע של ברקודים לכ-80% ממיני הדגים העיקריים הידועים בשונית (420 מתוך כ-540)"

ריצוף הגנומים של הדגים הצעירים התבצע במתקני המחקר המתקדמים של המרכז הלאומי הישראלי לרפואה מותאמת אישית על-שם סטפן וננסי גרנד במכון ויצמן למדע. עד כה לא היה ניתוח דגימות המכילות מספר רב של דגיגים בעזרת ברקודים מעשי. אבל במחקר זה רוצף מכלול הדי-אן-אי בכל דגימה ביחד – בין אם הכיל פרט אחד או 500 פרטים – באמצעות שיטה מטא-גנומית. "המצאנו 'טריק' שמבצע התאמה בין תמונת הדגיג לבין רצף הדי-אן-אי שלו", אומר פרופ' שורק, "דבר שאיפשר לנו לגלות בדיוק כמה דגיגים מכל מין היו במדגם. אבל כדי לקבל התאמה אחת כזו עבור כל מין, היה עלינו לרצף טריליוני בסיסי די-אן-אי".

בסך הכל ריצף צוות המחקר את הגנומים של 10,000 דגיגים מ-400 דגימות שונות. הודות לכך, הם יכלו ליצור בסופו של התהליך מעין מפה שהראתה להם, לגבי כל מין ומין, כמה פרטים ניתן למצוא, באיזו תקופה בשנה, באיזה מיקום מדויק ובאיזה עומק. "היות שכעת אנו יכולים לנתח אלפי דגיגים ברזולוציה טובה לאין ערוך מאשר בעבר", אומר ד"ר כפלוי, "אנחנו יכולים להתמקד בהבדלים האקולוגיים בין מינים. אם בעבר הנחנו שמשפחה טקסונומית מסוימת חיה הן במים רדודים והן במעמקים, כעת אנו רואים שכמה מיני דגים במשפחה מעדיפים את המים הרדודים, בעוד האחרים מעדיפים מים עמוקים יותר – הבדל שיכול להשפיע על ההישרדות ועל הפיזור שלהם".

הממצאים גם פתרו כמה תעלומות; למשל, פלישת ה-Tylerius Spinosissimus, דג מקרין-סנפיר קטן ממשפחת הנפוחיתיים, לים התיכון. הדג הבוגר חי בעומקים של מאות מטרים, אך מחקרים העלו שהוא פלש ככל הנראה דרך תעלת סואץ, שעומקה כ-25 מטרים בלבד, לים התיכון. המחקר הנוכחי מראה, כי הדגיגים הצעירים של המין הזה יכולים לחיות במים רדודים, ומן הסתם הם אלה שעברו לאורך נתיבי התנועה הימיים. הדגימה גם העלתה דגיגים של דגים שחיים באזור דרומי יותר בים האדום, אך טרם נצפו במפרץ אילת. ממצא זה מעלה שאלות חדשות לגבי הסיבות האקולוגיות לכך שדגים אלה אינם מגיעים לבגרות במפרץ.

מסכם פרופ' שורק: "אמנם התהליך הראשוני היה קצת מפרך, אך כעת יש בידינו כלי מצוין למעקב אחר בריאות המערכת האקולוגית של השונית, וחוקרי שונית אחרים מן הסתם ישתמשו רבות בעתיד בשיטות החדשניות שפיתחנו לצורך מחקר זה".

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:
משרד הדובר - מכון ויצמן למדע
08-9343856 news@weizmann.ac.il