שתפו‬        

רחלי ווקס

סבא שלי הלך על גחלים

מחקר חדש מגלה שדגים מסוגלים לעבור תוך שני דורות שינוי גנטי מזורז שמאפשר להם להסתגל למים חמים יותר. האם הם יספיקו להתאים את עצמם בזמן לשינוי האקלים העולמי?
11 ביולי 2018



על פי רוב, האבולוציה היא תהליך אטי מאוד, שהשפעותיו ניכרות רק לאחר דורות רבים. מיליוני שנים נדרשו, למשל, עד שאב קדמון משותף לשימפנזה ולבני האדם שחי ביערות אפריקה התפתח לכדי אדם שקורא כתבות באינטרנט. עם זאת, בשנים האחרונות הולך ומתבהר תפקידם של מנגנונים גנטיים מהירים יותר המאפשרים הסתגלות לשינויים בסביבה – לשינוי האקלים, למשל.

מחקר חדש שהתפרסם לאחרונה חושף שמין של דג שחי בשוניות אלמוגים מסוגל להוריש לצאצאיו תכונות שמאפשרות להם להיות עמידים יותר לעלייה של 3 מעלות בטמפרטורת המים, וזאת בתוך דור אחד בלבד. יכולת זו עשויה לסייע למין לשרוד טוב יותר בעתיד הקרוב, כשמי האוקיינוסים ילכו ויתחממו עקב שינוי האקלים.

מין של דג מסוגל להוריש לצאצאיו תכונות שמאפשרות להם להיות עמידים יותר לעלייה של 3 מעלות בטמפרטורת המים. צילום: Matt Alaniz, Unsplash

מתאקלמים אחרי שני דורות

המחקר, שהתבצע על ידי קבוצת חוקרים ממדינות שונות והתפרסם לאחרונה בכתב העת Nature Climate Change, עסק במין נפוץ של דג שונית ממשפחת השׁוּנִיתִיִּים שחי במערב האוקיינוס השקט (שמו המדעי Acanthochromis polyacanthus). שני "קרובי משפחה" של הדג הזה חיים באזורנו וניתן למצוא אותם במפרץ אילת: כרומית ירקרקת וכרומית דו-גונית.

במסגרת הניסוי, גידלו החוקרים שלושה דורות של דגים בתנאי מעבדה. הדור הראשון, דור "הסבים והסבתות", גדל כולו בטמפרטורת האוקיינוס כפי שהיא כיום. הדגים מהדור השני, דור ה"הורים", חולקו לשלוש קבוצות, וגודלו בתנאי טמפרטורה שונים: קבוצה אחת בטמפרטורת האוקיינוס הנוכחית, קבוצה שנייה בטמפרטורה גבוהה ב-1.5 מעלות צלזיוס מהטמפרטורה הנוכחית, וקבוצה שלישית בטמפרטורה גבוהה ב-3 מעלות מהטמפרטורה השוררת כיום. בדור השלישי, דור ה"נכדים", גודלו כל הקבוצות בטמפרטורה שגבוהה ב-3 מעלות מהטמפרטורה השוררת כיום באוקיינוסים – במה שאמור לדמות את תנאי החום שבהם יחיו הדגים בעקבות שינוי האקלים.

בסופו של התהליך בדקו החוקרים את הביטוי של גנים שונים אצל הדגים משלוש הקבוצות – כלומר, בדקו אילו גנים הופעלו ותורגמו לאר-אן-איי ולחלבונים, ואלו נותרו לא פעילים. החוקרים מצאו שדגים שהוריהם גודלו בטמפרטורת מים גבוהה יותר מהטמפרטורה הנוכחית שורדים היטב בחום של 3 מעלות יותר מהטמפרטורה הנוכחית. הדגים שהוריהם חיו בטמפרטורה של 1.5 מעלות מעל לטמפרטורה הנוכחית, כלומר, שאצלם העלייה בטמפרטורה בין הדורות הייתה הדרגתית, נמצאו מותאמים לתנאי החום בצורה הטובה ביותר.

שינויים גנטיים מהירים

התכונה שמורישים הדגים ההורים לצאצאיהם, שבזכותה הם שורדים היטב בחום, היא היכולת לצרוך חמצן בצורה יעילה יותר. יכולת זו נפגעת בדגי שוניות כשהטמפרטורה גבוהה בכמה מעלות מטמפרטורת הקיץ הממוצעת, זאת מכיוון שמים חמים מכילים פחות חמצן מומס, ובמקביל מגדילים את קצב חילוף החומרים של הדג. הדבר עלול להשפיע על תפקודים חיוניים כמו גדילה, שחייה, רבייה ותפקוד חברתי. אצל צאצאיהם של הדגים שגודלו במים החמים יותר, צריכת החמצן הייתה מיטבית, והם לא סבלו מנזקים כאלה.

המחקר חושף גם את המנגנון הגנטי שמאפשר את השינוי המהיר הזה. מדובר בתחום חדש יחסית במדע הגנטיקה המכונה "אפיגנטיקה" – תחום שעוסק בשינויים שמתרחשים בביטוי הגנים בעקבות השפעות סביבתיות ומאפייני אורח חיים כמו תזונה, לחץ, וגם – טמפרטורה, זאת מבלי שהרכב הדי-אן-איי עצמו ישתנה. אחד המנגנונים האפיגנטיים המרכזיים הוא מתילציה – תהליך שבו מתווספת קבוצת מתיל לאזור בדי-אן-איי, וגורמת להפסקת הביטוי של גנים מסוימים. במחקר נמצאו הבדלים בדפוסי המתילציה בגנום בין קבוצות הדגים. כך, ההורים הורישו לילדיהם בתוך דור אחד את האפשרות לשרוד טוב יותר במים החמים.

עם זאת, על אף שהאפיגנטיקה מאפשרת לדג להסתגל לשינויים בטמפרטורה, כדי לשרוד הדג עדיין תלוי בסביבה שבה הוא חי – בית הגידול של שונית האלמוגים –  והיא עצמה עמידה הרבה פחות ממנו לשינוי האקלים. שוניות האלמוגים בעולם נפגעו בשנים האחרונות בצורה חמורה עקב השפעותיו של שינוי האקלים, השפעות שכוללות את התחממות מי הים ואת החמצת האוקיינוסים, מה שמסכן מאוד את הישרדותם של דגי שונית רבים.

המחקר עסק במין נפוץ של דג שונית ממשפחת השׁוּנִיתִיִּים שחי במערב האוקיינוס השקט. צילום: Nikita, Flickr

הטבע לא מספיק להסתגל

גם מחוץ לשוניות האלמוגים, קיומם של מינים רבים של בעלי חיים ימיים נמצא בסיכון עקב העלייה בטמפרטורת הים, בעולם וגם בישראל. "אנחנו רואים שמינים שמותאמים למים קרים נעלמים מהחופים הישראליים של הים התיכון", אומר ד"ר יונתן בלמקר מבית הספר לזואולוגיה ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב. כך למשל, קיפודי הים, שהיו נפוצים בעבר בחופי הים התיכון, נעלמו מישראל, ולהתחממות המים תפקיד מהותי בכך.

ההתחממות פוגעת בבעלי החיים הימיים בדרכים שונות ומורכבות. מנגנון פגיעה אחד הוא האצת המטבוליזם (חילוף החומרים) של בעלי החיים. "כשמתחמם, המטבוליזם של בעלי חיים בעלי דם קר, כמו דגים וחסרי חוליות ימיים, עולה", אומר בלמקר. "זה גורם להם להזדקק לכמויות גדולות יותר של אוכל, מה שכמובן מקשה עליהם לשרוד". תהליך זה גורם לדגים להיות קטנים יותר, תופעה שיש לה השלכות שליליות על הישרדותם: "למשל, דג קטן יותר מטיל פחות ביצים  – ויש לו יכולת רבייה פחותה".

סיכון אחר שנובע מעליית טמפרטורת המים הוא עלייה בתחלואה. התמודדות עם תנאי חום קיצוניים עלולה להחליש את בעל החיים וכך להפוך אותו ליותר פגיע לזיהומים, גם אם בעל החיים עצמו אינו מוחלש, המים החמים יותר הם קרקע נוחה להתפתחותם של חיידקים. "באופן כללי, חיידקים מתרבים מהר יותר וקל להם יותר לשרוד כשחם יותר", אומר בלמקר. לדבריו, הדבר דומה לריבוי המחלות שפוגעות בבני אדם באזורים טרופיים בהשוואה לאזורים קרים יותר, גם ללא קשר לרמת החיים באותם אזורים. "רואים את זה בבירור באלמוגים: ברגע שקצת מתחמם, האלמוגים סובלים הרבה יותר ממחלות", אומר בלמקר. כך לדוגמה, בשנה שעברה מתו עשרות דגים במפרץ אילת, כנראה עקב עלייה קיצונית בטמפרטורת מי הים שגרמה להתפרצות מחלות.

בלמקר מדגיש שעל אף שלדגים שנחקרו יש יכולת מרשימה מאוד להתאים את עצמם לתנאים המשתנים, בדרך כלל, יכולתו של הטבע להסתגל אטית הרבה יותר. "אם השינויים באקלים היו מתרחשים לאט, ברור שרוב הדגים היו מצליחים להסתגל בדרך כלשהי", הוא מסכם. "הבעיה היא שהדברים קורים מהר ובצורה חדה מאוד, כך שהטבע לא מצליח למצוא פתרונות ולהגיע לתוצאות בקצב שלו ולמינים אין זמן להסתגל".


בעקבות הכתבה ב"זווית" הסיפור פורסם גם ב-ynet

שתפו‬        

בסיפור זה מופיעים המומחים הבאים:

ד"ר יונתן בלמקר

ד"ר יונתן בלמקר

מומחה להשפעות הדיג ושינוי האקלים על דגת הים התיכון
אקולוגיה וזואולוגיה ימית, מגוון ביולוגי