מה אפשר ללמוד מקיפוד הים

הקוצים של קיפוד הים מהווים פלא הנדסי. כל קוץ כזה, מבסיסו ועד לחודו, הוא למעשה גביש אחד. כאשר הם נשברים, קוצי קיפוד הים מתפתחים ומשלימים את עצמם בתוך ימיםספורים. צוות של מדענים ממכון ויצמן למדע גילה באחרונה כיצד הם עושים זאת.

 

גבישים - דוגמת גבישים של סוכר ומלח - נוצרים מאטומים או ממולקולות המומסים בנוזל, והם בעלי צורות אופייניות הקבועות מראש. אבל פרופ' ליאה אדדי, פרופ' סטיב ויינר וחברי קבוצות המחקר שלהם במחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן למדע, מצאו שקיפוד הים משתמש בשיטה אחרת לגידול הגבישים שמהווים את קוציו. בתחילת התהליך מצוי החומר המשמש לבניית הקוצים בתצורה לא-גבישית הקרויה סידן קרבונט אמורפי (ACC). חבילות של החומר הזה נדחפות מהתאים הנמצאים מסביב לבסיס הקוץ עד למקום השבר, שממנו עתיד הקוץ להתפתח ולהשלים את עצמו. תוך מספר שעות מרגע הגעתו של החומר לנקודה זו הופך ה- ACC הבלתי-גבישי לגביש מאורגן של קלציט היוצר את הקוץ המחודש, דבר שמאפשר לבעל-החיים שליטה בעיצוב הגביש.

 

כדי לעקוב אחר תהליך השקיעה והגיבוש של ה –ACC השתמשו המדענים - ובהם גם תלמידת המחקר יעל פוליטי, ד"ר אוגניה קליין וטלמון ארד מיחידת התשתיות למחקר כימי של מכון ויצמן למדע - בארבע שיטות מחקר שונות, כולל שני סוגים של מיקרוסקופיית אלקטרונים. "טבעי לשאול", אומר פרופ' ויינר, "מדוע היה לנו קשה כל כך לבחון תהליך שנראה לנו בסיסי ביותר, שמדענים חוקרים אותו כבר יותר ממאה שנה. אבל למעשה, מפני שתצורת הACC קיימת באופן זמני בלבד, נדרשנו לפתח דרכים ושיטות חדשות שאיפשרו לנו לפעול בחלון ההזדמנויות הצר יחסית של קיום החומר בתצורתו זו".

 

הצילומים של הקוצים המתחדשים מראים מחטים מיקרוסקופיות שגדלות בתחילה היישר מגדם הקוץ השבור, ואחר-כך מסתעפות כדי ליצור מבנה קשיח, דמוי תחרה, אבל קל. המבנה הגבישי של הקוץ הישן מהווה מעין תבנית שמכתיבה ומבקרת את התארגנות המולקולות של החומר החדש בגביש הגדל והולך.

 

במחקרים קודמים גילו מדעני המכון, ששיטת פעולה זו מיושמת על-ידי רכיכות וקיפודי ים צעירים, המצויים בשלב הזחל, לצורך בניית השלד הפנימי שלהם. אבל במחקר הנוכחי התברר, לראשונה, שגם בעלי-חיים ימיים בוגרים משתמשים בשיטת בנייה זו. אורח החיים של זחל שונה מאוד מזה של בוגר (למשל, הזחל הזעיר של קיפוד הים הוא שקוף, והוא שוחה, לעומת הבוגר העגול והקוצני שחי על קרקעית הים). לכן מפתיע לגלות, ששניהם משתמשים באותה שיטת פעולה. תגלית זו הביאה את פרופ' אדדי ואת פרופ' ויינר להשערה, ששיטה זו מהווה אסטרטגיה בסיסיתהמשותפת למיגוון רחב של יצורים בעלי קוצים וצדפים, כמו הרכיכות והאלמוגים.

 

המדענים אומרים, שהאפשרות לגדל גבישים יחידים מחומר אמורפי עשויה להיות מיושמת לצורך ייצור ועיבוד חומרים סינתטיים מתקדמים בעלי תכונות של גבישים יחידים.