מחקרים

מחקר בינלאומי ורב-תחומי בהובלת פרופ' אילון שני והדוקטורנט ג'ניה ביננבאום מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון באוניברסיטת תל אביב, חשף את מנגנון פעולתו ותנועתו בצמח של ההורמון ג'יברלין – חומר בעל חשיבות עצומה לגדילת יבולים חקלאיים. המחקר המורכב כלל עשרות ניסויים במגוון רחב של תחומים: פיזיולוגיה, ביולוגיה מולקולרית, ביוכימיה, מודלים מתמטיים, מיקרוסקופיה פלואורסנטית, גנטיקה ועוד. הניסויים בוצעו במהלך 7 שנים על ידי מספר קבוצות מחקר ברחבי העולם – באוניברסיטת תל אביב, במכון ויצמן למדע ובמכון וולקני בישראל, וכן בדנמרק, צרפת, אנגליה, גרמניה וספרד. המחקר פורץ-הדרך פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Plants.

הורמון קטן עם חשיבות עצומה

"מעטים מחוץ לקהילה המדעית שמעו על ההורמון ג'יברלין, אך למעשה זהו אחד החומרים בעלי ההשפעה הגדולה ביותר על האנושות," אומר פרופ' שני. "מדובר בהורמון, מולקולת סיגנל קטנה, שמבקר את גדילתם של הצמחים, והוא קשור ישירות למהפכה הירוקה של שנות ה-60 וה-70, שייעלה את העבודה החקלאית והגדילה באופן משמעותי את יבולי הדגניים – חיטה, שעורה, תירס ואורז. למעשה, טכניקות של מניפולציה בג'יברלין בצמחים הן אחד הגורמים העיקריים לכך שיש לנו היום מספיק אוכל בעולם. אך על אף חשיבותו, מעט מאוד היה ידוע עד לאחרונה על מנגנון פעולתו ותנועתו של הג'יברלין במרחב הצמח. במחקר הנוכחי יצאנו למסע מקיף על מנת לתת מענה לכמה שאלות מהותיות: איך נע הג'יברלין בתוך הצמח? איפה הוא מצטבר? ואיך בדיוק הוא פועל בתאים ספציפיים בצמח?"

המחקר בוצע בצמח ארבידופסיס (תודרנית לבנה) המשמש כצמח מודל במחקרים רבים. בשלב הראשון ביקשו החוקרים לזהות את המנגנון שמוביל את הג'יברלין מהעלים שבהם הוא נוצר, דרך מערכת ההובלה המכונה שיפה, אל השורש. לצורך כך הם יצרו בצמחים מוטציות שונות וביצעו בהם סריקות גנטיות, וכך גילו שלושה חלבונים נשאים (טרנספורטרים) שבלעדיהם הג'יברלין אינו מגיע ליעדו. מדובר בחלבונים שנמצאים בתאי השיפה, ופועלים יחדיו כדי להעביר את מולקולת הג'יברלין מצד אחד של קרום התא לצד השני, ובכך מאפשרים את מהלך מסעה הארוך לאורך הצמח כולו. במילים אחרות: תפקידם של חלבונים אלה הוא להטעין את הג'יברלין מן העלה אל רקמות ההובלה, שם הוא זורם במורד הצמח אל השורש. 

בשלב הבא נעזרו החוקרים בשיטה מתקדמת של מיקרוסקופיה פלואורסנטית ברזולוציה של תא בודד כדי לבחון את השפעת הג'יברלין – או העדרו – על תאים בשורש. הם מצאו שהג'יברלין מצטבר בשכבת תאים בשורש שמכונה אנדודרמיס – שחוצצת בין רקמת ההובלה לשאר תאי השורש. ידוע שאחד מתפקידי האנדודרמיס הוא לבקר את מעבר החומרים שנקלטים על ידי השורש מן הקרקע (מים, מלחים, גזים וחומרי הזנה שונים) אל רקמות ההובלה המובילות חומרים אלה לשאר חלקי הצמח. בקרה זו נעשית על ידי ייצור שכבת בקרה - חומר איטום דמוי שעם שנקרא סוּבֶּרין. במחקר זה גילו החוקרים שבהיעדר ההורמון ג'יברלין נפגע ייצור הסוברין. בשורה התחתונה: הג'יברלין אחראי על בקרת ייצור הסוברין באנדודרמיס, ובכך הוא משפיע ישירות על הזנת הצמח ועל גדילתו.

הזנת האנושות בתנאי אקלים משתנים

״עד כה היה ידוע כי תנועת ההורמון ג׳יברלין בצמח הכרחית להתפתחות תקינה של הצמח, אך המנגנון שמאפשר תנועה זו לא היה ידוע," מסביר ד״ר ביננבאום. "במחקר שלנו פענחנו את המערכת שמאפשרת מעבר של ג׳יברלין בין חלקי הצמח השונים, וכן גילינו תפקיד חדש של הג'יברלין: בקרה על ייצור סוברין, חומר בעל חשיבות רבה להתפתחות הצמח. הבנת מנגנוני התנועה של ג׳יברלין בצמח עשויה להוות בסיס למחקר יישומי בעתיד, עם השפעה משמעותית על ביטחון תזונתי ועל התפתחות הצמח בסביבה משתנה.״

פרופ' שני מסכם: "במחקר רב-תחומי ממושך ומורכב הצלחנו לחשוף את מנגנוני תנועתו ופעולתו של אחד החומרים החשובים ביותר להזנת האנושות: ההורמון ג'יברלין. מצאנו כיצד הג'יברלין מגיע מהעלים לשורש, היכן הוא מצטבר בשורש, ואיך הוא משפיע משם על מנגנוני הזנת הצמח. אנו מקווים ומאמינים שהתובנות העולות מהמחקר יסייעו לפיתוחן של שיטות חדשניות להשבחת ולהגדלת יבולים, בעיקר דגניים, במטרה להתמודד עם אחד האתגרים הגדולים ביותר של העידן הנוכחי: הזנת מספרים הולכים וגדלים של בני אדם בתנאי אקלים משתנים."

המחקר נערך בהובלת ד"ר עמרי ברונשטיין ותלמידות הדוקטורט רותם צירלר, ליסה מריה-שמידט, לחן רוט, וגל אביתר מבית הספר לזואולוגיה וממוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב. המחקרים פורסמו בכתב העת Frontiers in Marine Science ו- Royal Society Open Science.

החוקרים מדגישים כי קיפודי הים בכלל, ובפרט הנִזְרִית אֲרֻכַּת-קוֹצִים, נחשבים למיני מפתח שחיוניים לתפקוד בריא של שונית האלמוגים. "צריך להבין שרמת האיומים על שוניות האלמוגים נמצאת גם כך בשיא של כל הזמנים, ועכשיו התווסף משתנה חדש שאנחנו לא מכירים. לא היה מצב כזה בהיסטוריה המתועדת של מפרץ אילת", אומר צוות החוקרים בצער.

החוקרים מעריכים כי מקור המגפה הקטלנית הוא טפיל פתוגני חד תאי ממשפחת הריסניות שעבר מהים התיכון לים האדום. בעקבות המחקר, הוגש דו"ח בהול לרשות הטבע והגנים הסוקר את תמונת המצב העדכנית, ובימים אלה נשקלים צעדי החירום שיש לנקוט כדי להציל את שונית האלמוגים של ישראל.

"בשל עוצמת התמותה חשבנו תחילה שמדובר בזיהום, שפך כימי מקומי, או בהרעלה מהתעשייה ומבתי המלון בצפון המפרץ, אבל לאחר שבדקנו אתרים נוספים באילת, בירדן ובסיני הבנו שלא מדובר באירוע מקומי", מסביר ד"ר ברונשטיין וממשיך "כל הסימנים מצביעים על מגפה שמתפשטת מהר. דיווחים דומים מגיעים גם מקולגות בסעודיה. אפילו קיפודים שגידלנו באקווריומים לצורכי מחקר במכון הבין-אוניברסיטאי, וקיפודי הים שבמצפה התת-ימי באילת, נדבקו ומתו, ככל הנראה כיוון שהפתוגן הצליח להיכנס דרך מערכות השאיבה".

לדברי ד"ר ברונשטיין מדובר במוות מהיר ואלים:" בתוך יומיים קיפוד בריא הופך לשלד חסר רקמה. בזמן שחלק מהגוויות נשטפות לחוף, מרבית הקיפודים נטרפים בעודם גוססים וחסרי יכולת להתגונן, מה שיכול להאיץ את ההדבקות על ידי הדגים שטורפים אותם״.

^{ד"ר עומרי ברונשטיין וקיפוד ים גוסס}

הסכנה: חנק האלמוגים על ידי אצות

קבוצת המחקר של ד"ר ברונשטיין חוקרת בשנים האחרונות את נושא הפלישות הימיות, ובין היתר מתמקדת במין של קיפודי ים בשם Diadema setosum, שנקראת בעברית נזרית ארוכת קוצים. "עד לא מזמן זה היה אחד המינים הנפוצים ביותר בשונית האלמוגים אילת. אלה הקיפודים השחורים עם הקוצים הארוכים שכולנו מכירים. קיפודי הים בכלל, והנזרית ארוכת הקוצים בפרט, נחשבים למיני מפתח שחיוניים לתפקוד בריא של שונית האלמוגים. הקיפודים הם ה'גננים' של השונית – הם ניזונים מהאצות ומונעים מהן להשתלט ולחנוק את האלמוגים שמתחרים איתן על אור השמש. לצערי הקיפודים האלה כבר לא קיימים במפרץ אילת, ודרומה משם בחלקים הולכים ומתרחבים של הים האדום״, אומר ד"ר ברונשטיין בצער.

הדיווחים הראשונים על מקרי תמותה המונית הגיעו לד"ר ברונשטיין לפני כמה חודשים מעמיתיו ביוון ובטורקיה, לשם פלשו הקיפודים – כנראה דרך תעלת סואץ. "בשנת 2006 נמצא בדרום טורקיה הקיפוד הראשון מהמין הזה בים התיכון. זו תופעה שאנחנו מכירים כפלישה ביולוגית, עם השלכות אקולוגיות נרחבות, שנפוצה מאוד במזרח הים התיכון ובמיוחד לאורך קו החוף של ישראל",מאז אנחנו עוקבים אחר הדינמיקה של פלישת המין בים התיכון", הוא אומר.

^{"בתוך יומיים קיפוד בריא הופך לשלד חסר רקמה". קיפוד ים שחור גוסס}

ב-2016 הם גילו את הקיפוד הראשון בחופי ישראל – פרט בודד בחוף גורדון בתל אביב. לדבריו, במשך למעלה מעשור מאז הגילוי הראשון בטורקיה, האוכלוסיות בים התיכון נותרו קטנות ולרוב נסתרות, אך החל מ-2018 הגיעו הקיפודים בים התיכון למצב של גידול אקספוננציאלי או פיצוץ אוכלוסין – וביוון ובטורקיה נצפו אוכלוסיות ענק של אלפי ועשרות אלפי פרטים.

"אבל בזמן שאנחנו עובדים על מחקר שמסכם את פלישת הקיפודים בים התיכון, התחלנו לקבל דיווחים על תמותה פתאומית ונרחבת. לכאורה, אין רע בהכחדת מין פולש בים התיכון, אבל צריך לזכור שתי נקודות חשובות: ראשית, אנחנו לא יודעים עדיין איך התמותה והגורמים לה ישפיעו על מינים מקומיים בים התיכון. שנית, וחמור מכך, הקרבה הגיאוגרפית בין מזרח הים התיכון לים האדום עלולה לאפשר מעבר מהיר של הפתוגן לאוכלוסייה הטבעית בים האדום, מה שאכן קרה לצערי".

"האצות התרבו ללא בקרה, הסתירו לאלמוגים את אור השמש והשונית כולה עברה שינוי בלתי הפיך – משונית אלמוגים לשדות אצות"

אותו סיפור מצער במקום אחר בעולם

התמותה ההמונית הזכירה לחוקרים מאוניברסיטת תל אביב את אחד הסיפורים הידועים והחמורים בהיסטוריה של האקולוגיה הימית: סיפור היעלמותם של קיפודי הים מהקריביים. עד 1983, שונית האלמוגים בקריביים הייתה שונית טרופית משגשגת שדמתה במידה רבה לשונית האלמוגים במפרץ אילת. אלא שאז מחלה מסתורית מחקה את רוב אוכלוסיית קיפודי הים מהמין Diadema antillarum – קרובי משפחה של הקיפודים מאילת. כשהקיפודים נעלמו, האצות התרבו ללא בקרה, הסתירו לאלמוגים את אור השמש והשונית כולה עברה שינוי בלתי הפיך – משונית אלמוגים לשדות אצות״.

"בשנה שעברה המחלה שבה והתפרצה בקריביים, כשהיא הורגת את האוכלוסיות והפרטים ששרדו", מספר ד"ר ברונשטיין. "בניגוד לאירועי העבר, כיום יש בידינו את הכלים המדעיים והטכנולוגיים לפענח את הראיות הפורנזיות. קבוצת חוקרים מאוניברסיטת קורנל זיהתה בחודש שעבר את מחולל התמותה בקריביים: טפיל פתוגני ממשפחת הריסניות. הפתולוגיה שאנחנו מזהים בקיפודי הים שמתים ביוון ובטורקיה זהה לפתולוגיה של הקיפודים בקריביים, וזו גם הפתולוגיה של הקיפודים שמתים אצלנו בים האדום".

המחקר של ד"ר ברונשטיין הוא הראשון להצביע על תמותה המונית של מין פולש בים התיכון, והראשון להצביע על תמותה המונית בקרב קיפודי ים מהמין Diadema setosum – אחד ממיני קיפודי הים הנפוצים ביותר בעולם. את מחקריו פורצי הדרך חתם ד"ר ברונשטיין באזהרה לפיה המגפה שמתפרצת בימים אלו בים התיכון עלולה להתפשט גם לים האדום הסמוך, אזהרה שכאמור התממשה.

"צריך להבין את חומרת המצב: התמותה בים האדום מתקדמת במהירות מסחררת, והאזורים שנפגעו כבר מקיפים שטח רחב בהרבה ממה שאנחנו מכירים בים התיכון. ברקע יש עדיין נעלם גדול: מה קוטל את הקיפודים? האם מדובר בפתוגן הקריבי או בגורם חדש ולא מוכר? כך או כך, ברור לנו שהפתוגן נישא במים, ואנחנו צופים שתוך זמן קצר כלל אוכלוסיות הקיפודים הללו, הן בים התיכון והן בים האדום יחלו וימותו".

"חלון ההזדמנויות לשמר אוכלוסייה בריאה מהמין הזה באילת כבר נסגר. עלינו לפעול היום לביסוס גרעין רבייה ושימור פרטים בריאים מהים התיכון הישראלי, לפני שגם לשם תגיע המחלה"

לדעתו של ד"ר ברונשטיין, יש להקים עוד היום גרעין רבייה של קיפודי הים הללו, כדי שניתן יהיה במידת הצורך להשיב אותם לטבע בעתיד. "כמו עם הקורונה, אף אחד לא יודע בשלב הזה מה יהיה – האם המגפה הזאת תחלוף מעצמה? או שהיא תישאר כאן לעוד שנים רבות ותוביל לשינוי דרמטי בשונית האלמוגים? רק שבניגוד לקורונה, אין לנו את האפשרות לחסן את הקיפודים או לטפל בהם, ולכן עלינו להשקיע את כל המאמצים במניעה. חלון ההזדמנויות לשמר אוכלוסייה בריאה מהמין הזה באילת כבר נסגר לצערי. אם רוצים לבסס גרעין רבייה, עלינו לפעול היום ולשמר פרטים בריאים מהים התיכון הישראלי – לפני שגם לשם תגיע המחלה שמתקדמת מצפון. זו משימה מורכבת, שכן הפתוגן נישא במים ויהיה עלינו לבסס מערכת גידול שמנותקת לגמרי מהים, אך מדובר בצעד הכרחי אם ברצוננו להבטיח את שרידותו של המין הייחודי והקריטי הזה לעתידה של שונית האלמוגים".

^{ד"ר ברונשטיין וצוות המחקר}

המחקר הובל על ידי פרופ' לילך הדני מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון בפקולטה למדעי החיים בשיתוף עם חוקר העטלפים פרופ' יוסי יובל, ראש בית הספר סגול למדעי המוח וחבר סגל בבית הספר לזואולוגיה ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט, והסטודנטים יצחק חייט ואוהד לוין אפשטיין. כמו כן השתתפו חוקרים מבית הספר למדעי המתמטיקה, מהמכון לחקר הדגנים ומבית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Cell.

שירת העשבים

פרופ' הדני: "ממחקרי עבר ידוע לנו שמד-רטט המוצמד לצמח רושם רעידות (ויברציות), אך עד היום לא היה ברור אם רעידות אלה גם הופכות לגלי קול שנעים באוויר, כלומר צלילים שניתן לקלוט ממרחק. במחקר הנוכחי ביקשנו לתת מענה לסוגיה זו, שמעסיקה חוקרים כבר שנים רבות."

בשלב הראשון הכניסו החוקרים את הצמחים לקופסה אקוסטית במרתף מבודד ונטול רעשי רקע, ולצדם, במרחק של כ-10 ס"מ, הציבו מיקרופונים אולטרה-סוניים שקולטים צלילים בתדרים שבין 80-40 קילוהרץ (אוזן  של אדם בוגר קולטת עד כ-16 קילוהרץ). ההקלטות בוצעו בעיקר בצמחי עגבנייה וטבק, אך הוקלטו גם חיטה, תירס, גפן, קקטוס ונזמית.

"מסתבר ששדה פסטורלי הוא כנראה מקום רועש – רק שאנחנו לא שומעים את הקולות!"

פרופ' הדני: "לפני שהכנסנו את הצמחים לקופסה האקוסטית ביצענו בהם מגוון פעולות: חלקם לא הושקו במשך חמישה ימים, בחלקם נחתך הגבעול, ובאחרים לא נגענו. ביקשנו לבדוק באילו מצבים, אם בכלל, הם משמיעים צלילים. הממצאים היו מרתקים: צמחים שלא היו במצוקה השמיעו בערך צליל אחד בשעה, ואילו הצמחים שיובשו או נחתכו השמיעו בממוצע עשרות צלילים בשעה."

ההקלטות שנאספו בדרך זו נותחו במחשב באמצעות אלגוריתמים ייעודיים שפותחו במיוחד לצורך זה בטכנולוגיה של 'למידת מכונה' (בינה מלאכותית). האלגוריתמים למדו להבחין בין סוגי צלילים, ולזהות עבור כל הקלטה את סוג הצמח ואת סוג ומידת המצוקה שהוא שרוי בה. יותר מכך: הם ידעו לזהות ולסווג את קולות הצמחים גם כאשר הניסוי נערך בחממה שאינה מבודדת, ויש בה לא מעט רעשים חיצוניים. שם ניתן היה לעקוב אחר תהליך ההתייבשות לאורך זמן, ונמצא שכמות הצלילים גדלה עם ההתייבשות עד שהגיעה לשיא מסוים, ואחר כך פחתה.

פרופ' הדני מסכמת: "במחקר שלנו הוכחנו שצמחים משמיעים קולות, ובכך שמנו קץ למחלוקת מדעית בת שנים רבות. מהממצאים עולה כי העולם מלא בקולות של צמחים, וכי הצלילים הללו מכילים מידע, לדוגמה אודות היעדר מים או פגיעה כלשהי. אנחנו משערים שבטבע נקלטים קולות הצמחים על ידי יצורים בסביבה (כמו עטלפים, מכרסמים, חרקים שונים ואולי גם צמחים אחרים), שמסוגלים לשמוע את התדר הגבוה ולהפיק מידע שהוא רלוונטי עבורם. ייתכן שבעתיד יוכל גם האדם להשתמש במידע כזה, למשל באמצעות חיישן שידווח למגדל מתי הצמח מתייבש ויש להשקותו. מסתבר ששדה פסטורלי הוא כנראה מקום רועש – רק שאנחנו לא שומעים את הקולות!"

במחקרי המשך יבקשו החוקרים לבחון מספר סוגיות מרתקות: מהו המנגנון שבאמצעותו משמיעים הצמחים את הצלילים? כיצד עשים קולטים ומגיבים לצלילים שמשמיעים צמחים? והאם גם צמחים אחרים 'שומעים את הקולות'?

לאחר שפיתחו טכנולוגיה חדישה המאפשרת גידול של "אצות מועשרות" באבות המזון, חלבונים, סיבים תזונתיים ומינרלים לצרכי האדם והחי, החוקרים מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז ומהמכון לחקר ימים ואגמים עושים צעד חשוב נוסף: הם הצליחו להגביר בצורה משמעותית את היכולת של אצות ים להפיק חומרי טבע בריאותיים. המחקר התמקד בהגברת הייצור של חומרים בעלי ערך רפואי לאדם, כגון: נוגדי חמצון (אנטי-אוקסידנטים), שריכוזם באצות הוכפל  פי 2 מהריכוז הרגיל; מסנני קרינה טבעיים, שריכוזם הוכפל פי 3; ופיגמנטי הגנה ייחודיים לאצות, בעלי ערך רפואי רב, שריכוזם הוגדל ביותר מפי 10. המחקר בוצע בגישה חדשנית של חקלאות ימית בת-קיימא וידידותית לסביבה, שמשלבת גידול אצות לצד גידול דגים, ולמעשה מיטיבה עם האצות ובה בעת מסייעת בטיהור מי הים ומצמצמת את הפגיעה באיזון הטבעי של בית הגידול הימי. לדברי החוקרים, ממצאי המחקר עשויים לשרת את תעשיות התרופות, הקוסמטיקה, המזון ותוספי התזונה. 

יצרניות של חומרי טבע ייחודיים

התגלית פותחה על ידי הדוקטורנט דורון אשכנזי מאוניברסיטת תל אביב ומהמכון לחקר ימים ואגמים לישראל, בהנחיית פרופ' אביגדור אבלסון מבית הספר לזואולוגיה, ופרופ' אלוארו ישראל מהמכון לחקר ימים ואגמים (חיא"ל), חיפה, ובשיתוף עם חוקרים מובילים נוספים מרחבי הארץ והעולם, בהם: גיא פז מהמכון לחקר ימים ואגמים לישראל (חיא"ל), חיפה; ד"ר שושנה בן-וליד, מומחית לכימיה אורגנית; ד"ר איתן סלומון מהמרכז הלאומי לחקלאות ימית באילת; וכן ד"ר פליקס לופז פיגרואה, ג'וליה וגה, נטלי קורבי ומרתה גרסיה סאנשז מאוניברסיטת מלאגה בספרד. המאמר פורסם בכתב העת המדעי Marine Drugs, ואף זכה לתמונת שער בזכות ממצאיו פורצי הדרך בתחום חומרי טבע ומרפא ממקורות ימיים.

"אצות ים, הידועות גם כמאקרו-אצות, הן צמחים ימיים שמהווים את הבסיס של המערכת האקולוגית הימית החופית. האצות קולטות פחמן דו-חמצני ומשחררות חמצן לסביבה, מטהרות את המים, מספקות מזון, ומהוות בית גידול ומחסה לדגים וחסרי חוליות רבים. לא רבים יודעים זאת, אך בנוסף לכל אלה, הן מייצרות מגוון רחב של חומרי טבע ייחודיים המועילים לאדם", מסביר דורון אשכנזי. "אצות שחיות באזור הגאות והשפל מתמודדות עם תנאי מחיה קיצוניים, הכוללים שינויי מליחות וטמפרטורה, תנאי יובש, שינויים בזמינות חומרי ההזנה, וכן חשיפה גבוהה לקרינת השמש ובעיקר לקרינה בתחום העל-סגול (UV). לכן, על מנת לשרוד, האצות פיתחו מערך ייחודי של מנגנוני הגנה כימיים: כימיקלים טבעיים שמסייעים להן להתמודד עם התנאים הקשים. ניתן לומר שהאצות מהוות מפעל טבעי יעיל ביותר לייצור החומרים הללו, שחלק ניכר מהם יכול להביא תועלת רבה לאדם".

במחקר קודם של גידול אצות הראו אותם חוקרים עלייה בריכוז של חלבונים ומינרלים כמו אבץ, ברזל, יוד, מגנזיום, וסידן. במחקר הנוכחי הם ביקשו לבדוק אם וכיצד ניתן להגביר ולמקסם באצות את ייצורם של חומרי טבע המכונים מטבוליטים שניוניים, שמביאים תועלת רבה לאדם, כגון נוגדי חמצון, פיגמנטי הגנה, ומסננים טבעיים של קרינה אולטרה סגולה.

העתיד נראה ירוק מתמיד

לטובת מחקר זה הוקמה מערכת חקלאות ימית ייעודית בה גודלו שלושה מינים מקומיים של אצות: חסת-הים (Ulva) , אגרית (Gracilaria) ו-היפנאה (Hypnea). במהלך גידול האצות במערכת, בוצעו שינויים מבוקרים בתנאי הגידול, כמו רמת המליחות, רמת חומרי הזנה ועוצמת החשיפה לקרינת שמש. נבדק כיצד השינויים הללו משפיעים על ריכוז חומרי הטבע באצות, במטרה לעודד את ייצורם. התוצאות אכן הראו עליות מרשימות בריכוזים: פי 2 עבור נוגדי חמצון (אנטי-אוקסידנטים), פי 3 עבור מסנני קרינה טבעיים, ויותר מפי 10 עבור פיגמנטי הגנה ייחודיים לאצות, בעלי ערך רפואי רב. דורון אשכנזי משתף: "פיתחנו תנאים אופטימליים והמצאנו שיטה חדשה ונקיה להגברה של חומרי הטבע הבריאים באצה לרמה גבוהה ביותר שלא נראתה לפני כן. למעשה, הפקנו סופר-אצות שמסוגלות לשמש את האדם".

^{מערכת חקלאות ימית ייעודית שבה גידלו החוקרים שלושה מינים מקומיים של אצות}

החוקרים מעריכים כי בעתיד ניתן יהיה להפיק באופן דומה גם חומרי טבע נוספים בעלי תכונות רפואיות חשובות, כמו חומרים נוגדי סרטן, נוגדי סוכרת, נוגדי דלקות, אנטי-ויראליים, אנטיביוטיים, ועוד. לדבריהם, השיטה היא בעלת פוטנציאל יישומי לתעשיית האצות והחקלאות הימית, ויכולה לסייע בקידום מדינת ישראל כמעצמה מובילה בביוטכנולוגיה של אצות. עוד הם מדגישים כי חקלאות ימית של אצות היא ידידותית לסביבה, שומרת על הטבע ועל האיזון האקולוגי, ואף מצמצמת סיכונים סביבתיים על ידי הפחתת חומרים מזהמים בחופים, הפחתת הפליטה של גזים והורדת טביעת הפחמן. בדרך זו תורמת חקלאות אצות ים להתמודדות עם האתגרים הסביבתיים הגלובליים כמו זיהום, הרס בתי גידול, משבר האקלים, וההתחממות העולמית.

"בעתיד תתמקד האנושות ביצירת פתרונות סביבתיים מבוססי-מדע, כמו זה שאנו מציעים במחקר הנוכחי: טכנולוגיות שדוגלות במחזור ובשימוש חכם במשאבי הטבע מבלי לנצל אותם ניצול יתר. המחקר מראה באופן פרקטי כיצד אנו יכולים להנות משירותי הטבע מבלי לפגוע בו, וכפי שמציעות האצות: כיצד ללמוד מהטבע על מנת לשמור עליו, וכך לחיות ולשגשג לצידו", מסכם אשכנזי.

^{פרופ' אביגדור אבלסון ודורון אשכנזי}

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנט אורי נרי בהנחייתו של פרופ' אורי גופנא מבית הספר שמוניס בפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת תל אביב. המחקר נעשה בשיתוף עם גופי המחקר "NIH", "JGI" מארה"ב, ומכון פסטר בצרפת. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Cell והוא כלל נתונים שנאספו על ידי יותר ממאה מדענים ברחבי העולם. 

כריית מידע מכל רחבי הגלובוס

החוקרים מסבירים שווירוסים, נגיפים בעברית, הם טפילים גנטיים, משמע שהם מוכרחים להדביק תא חי כדי לשכפל את המידע התורשתי שלהם, לייצר נגיפים חדשים ולהשלים את מחזור ההדבקה שלהם. חלק מהווירוסים הינם מחוללי מחלות העשויים לפגוע בבני אדם (כמו למשל וירוס הקורונה), אם כי רוב רובם המוחלט של הנגיפים אינם מזיקים לנו - חלקם אף חיים בתוך גופנו ואנו כלל לא מודעים לכך.

אורי נרי מסביר שהמחקר כלל שימוש בטכנולוגיות חישוביות חדשות לכריית מידע גנטי שנאסף מאלפי נקודות דיגום שונות ברחבי העולם (אוקיינוסים, אדמה,  ביוב, גייזרים וכד'). החוקרים פיתחו כלי חישובי משוכלל המבדיל בין החומר הגנטי של וירוסי רנ"א לבין זה של המארחים, ובאמצעותו ניתחו את נתוני העתק. התגלית אפשרה לחוקרים לשחזר כיצד לאורך התפתחותם האבולוציונית, עברו הנגיפים תהליכי הסתגלות מגוונים בכדי להתאים עצמם למארחים שונים. 

במסגרת ניתוח הממצאים, החוקרים אף הצליחו לאתר וירוסים החשודים כמדביקים מזיקים שונים, ובכך לפתוח דרך לשימוש בנגיפים לבקרה וטיפול במזיקים. פרופ' גופנא: "המערכת שפיתחנו מאפשרת לבצע ניתוח אבולוציוני מעמיק ולהבין כיצד לאורך ההיסטוריה התפתחו נגיפי הרנ"א השונים. אחת משאלות המפתח בעולם המיקרוביולוגיה היא כיצד ומדוע נגיפים מעבירים ביניהם גנים. זיהינו שלל מקרים בהם החלפת גנים כזאת איפשרה לנגיפים להדביק יצורים חדשים. כמו כן, בהשוואה לנגיפי דנ"א, המגוון והתפקידים של נגיפי הרנ"א במערכות אקולוגיות מיקרוביאליות לא מובן היטב. במחקרנו מצאנו כי נגיפי רנ"א אינם חריגים בנוף האבולוציוני ולמעשה בהיבטים מסוימים אינם כה שונים מנגיפי הדנ"א. זהו פתח רחב למחקר עתידי והבנה טובה יותר כיצד ניתן לרתום נגיפים לשימושנו ברפואה ובחקלאות".