הם קטנים, קופצניים וניתן למצוא אותם בגינה הביתית. אבל יותר מכך, מסתבר כעת כי לקפזנבאים יש יכולת רבת שנים של התמודדות והישרדות בתנאי קור עזים - אסטרטגיה שעשויה להיות אוצר מדעי יהיה לעזר בתחום המזון, התעופה והחלל.
האקלים היה חם ולח, הים היה שוקק חיים ומלא בדיונונים מוקדמים, אולם היבשה הייתה עקרה מיצורים חיים. כך נראה כדור הארץ לפני כ-450 מיליון שנה, לקראת תום האורדוביק - התור הגאולוגי השני בעידן הפלאוזואיקון. המים החמים יצרו את תנאי המחיה המושלמים ליצורים שחיו באותה תקופה, אולם המצב השתנה והמים הפכו קרים ולא אפשרו את מחייתם של אותם יצורים בהם.
בתוך פרק זמן קצר, מחצית מכל החיים נמחקו כחלק מההכחדה ההמונית השנייה בחומרתה בתולדות כדור הארץ. למרות זאת, אחד מבעלי החיים ששרדו, היו הקפזנבאים (קְפִיץ-זַנְבָאִים) - יצורים קטנים דמויי חרקים שפיתחו אסטרטגיה מיוחדת להילחם בקור העז, בכך שהתאים בגופם החלו לייצר חלבונים שהגנו עליהם מפני קיפאון.
כעת, עולה ממחקר שפורסם בכתב העת Scientific Reports, כי ייתכן שהייתה זו הפעם הראשונה שבה יצור חי פיתח אסטרטגיית התמודדות עם תנאי קור כפי שעשה זאת הקפיץ-זנב. "עד כה היה ידוע שחלבוני מונעי קיפאון התפתחו באופן עצמאי זה מזה כמה פעמים במהלך ההיסטוריה האבולוציונית. לדגים ולחלק מהעכבישים יש אותם, אבל כעת מסתבר כי ייתכן שהם התפתחו מוקדם מאוד בעולם החי", אמר פרופ' מרטין הולמסטרופ מהמחלקה למדעי הסביבה באוניברסיטת אורהוס בדנמרק ואחד החוקרים שנמנים על צוות המחקר.
קפיץ-זנב הוא בעל חיים קטן, כשאורכם של המינים הגדולים ביותר שלו הינו עד 6 מ"מ. יש לו שש רגליים ושני מחושים, כשבמבט ראשון הוא נראה כמו חרק אבל לא כך הדבר, שכן יש לו ענף משלו על העץ האבולוציוני. כמו כן, מתאפיין הקפיץ-זנב בגמישות שמאפשרת לו לקפץ, כשהוא חש בסכנה. עד כה, חוקרים מצאו יותר מ-9,000 מינים שונים של קפזנבאים, אותם ניתן למצוא כמעט בכל מקום - כולל בגינות הביתיות.
יצורים אלה חיים בדרך כלל בשכבות העליונות של האדמה או בעלווה שנשרה, שם הם ניזונים מפטריות מיקרוסקופיות, חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים. את שמם קיבלו הקפזנבאים הודות לאיבר קפיצה מיוחד המצוי מתחת לבטנם ופועל כקפיץ דרוך המשתחרר בחטף ומסייע להם לזנק עד 10 ס"מ באוויר, כשהם מותקפים על ידי טורף כמו למשל עכביש.
המינים השונים טובים לבריאות האדמה מכיוון שהם עוזרים לדישון הצומח. פרופ' הולמסטרופ מטפל בכמעט 20 מינים שונים של קפזנבאים במעבדתו, כשלדבריו הם מאוחסנים בצלחת פטרי וניזונים מכמות מעטה של שמרים יבשים. החוקר מאוניברסיטת אורהוס שלח דגימות מאותם מינים לעמיתיו באוניברסיטת קווינס בקנדה, שערכו מספר ניסויים מולקולריים כדי לגלות מתי הם פיתחו לראשונה את החלבון נגד הקיפאון. "החישובים מראים שהקפיץ-זנב פיתח את החלבון נוגד הקיפאון הרבה לפני בעלי חיים אחרים. זה קרה לדגים וחרקים רק מיליוני שנים מאוחר יותר, למרות שייתכן וצמחים ומיקרואורגניזמים, כמו חיידקים ואצות חד-תאיות, פיתחו מנגנון דומה אפילו מוקדם יותר", אמר פרופ' הולמסטרופ שאסף יחד עם עמיתיו את אותם מינים מדנמרק, איסלנד וגרינלנד, שם הם נפוצים יותר מאשר בכל מקום אחר בעולם.
6 צפייה בגלריה
היצורים שחיו לפני כ-450 מיליון שנה, לקראת תום תור האורדוביק
(איור: Fritz Geller-Grimm / Wikimedia Commons)
בחורף, כשהטמפרטורות צונחות באזור הארקטי, הקפיץ-זנב מתחיל לייצר את החלבונים נגד הקיפאון. קפיאה. הם נקראים גם "חלבונים קושרי קרח" מכיוון שהם יכולים להיצמד אל פני השטח של גבישי קרח זעירים ולמנוע מהם לגדול. בעלי חיים יבשתיים באים במגע קרוב עם גבישי קרח כאשר האדמה קופאת, ולכן לחלבונים נגד קיפאון יש תפקיד חשוב במניעת התפשטות הקרח לתוך הגוף החי והמתתו.
"בדיוק כמונו - ורוב בעלי החיים האחרים - קפזנבאים לא יכולים לשרוד אם איבריהם הפנימיים קופאים, כך שאותם חלבונים עוזרים למנוע את זה. יחד עם זאת, החלבונים הייחודיים הללו אינם היחידים שמאפשרים ליצורים הזעירים לשרוד בקור העז של אזור הארקטי, שכן יש להם עוד טריק בשרוול. לכל יצור חי יש מולקולות מים בתוך התאים שלו. אם המים קופאים, התאים נהרסים. כדי למנוע זאת, הקפיץ-זנב מייבש את עצמו ונכנס למעין תרדמת במהלך החורף", הסביר פרופ' הולמסטרופ.
כשקפזנבאים נמצאים בתרדמת חורף, חילוף החומרים שלהם מואט. יחד עם זאת, כשהאביב מגיע, הם סופגים מים בחזרה לגופם ומניעים מחדש את המטבוליזם שלהם. "אפשר להשוות אותם לענבים שמתייבשים לצימוק בתהליך שמזכיר ייבוש בהקפאה. הקפזנבאים מתכווצים והופכים ליצורים קטנים ומקומטים בחורף. כשהאביב מגיע, הם סופגים מים ומתנפחים בחזרה לגודל הרגיל" אמר פרופ' הולמסטרופ.
במשך שנים רבות, אופן ההישרדות של בעלי חיים מסוימים באזורים הקרים ביותר של כדור הארץ. רק באמצע המאה הקודמת גילו מדענים את החלבונים נגד קיפאון שאפשרו לבעלי חיים להתמודד עם הקור העז. דוגמה לכך ניתן לקבל בכך שבמשך עשרות שנים, מדענים תהו כיצד דגים ארקטיים מסוגלים לשחות סביב מי ים בטמפרטורה של מינוס 1.8 מעלות צלזיוס.
נקודת הקיפאון של מי הים נמוכה יותר בגלל תכולת המלח שבה, בעוד שלדגים נקודת קיפאון של מינוס 1 מעלות צלזיוס, מה שאומר שהם לא אמורים להיות מסוגלים לשרוד בתנאים הללו, אך בסוף שנות ה-60 בודדו החלבונים מגופם של הדגים הארקטיים ובכך נפתרה התעלומה.
