דובוני מים (Tardigrades) הם בעלי חיים יוצאי דופן. אלו הם יצורים זעירים שאורכם פחות ממילימטר, הם קרובי משפחה של פרוקי הרגליים והם מזכירים דובונים (צריך להפעיל מעט את הדמיון), ומכאן שמם. אך אל תיתנו למראה התמים שלהם לבלבל אתכם: ה"דובונים" הקטנטנים נמנים עם היצורים הקשוחים ביותר עלי אדמות. ניתן למצוא דובוני מים בפסגות ההימלאיה הגבוהות ועל קרקעית הים. הם מסוגלים לשרוד בקור קיצוני אשר מתקרב לאפס המוחלט ובחום לוהט של כ-150 מעלות צלזיוס (אומנם לא לאורך זמן, אך זה הישג מרשים לכל הדעות). הם מסוגלים לעמוד בקרינה חזקה פי אלף ויותר מרמת הקרינה המסוגלת להרוג אדם, ברעב של שנים, בלחץ גבוה ואף בריק של החלל החיצון. ועל אף שמם, המרמז על חיבה לסביבה מימית, דובוני מים מסוגלים לשרוד ביובש קיצוני. בעוד שמרבית בעלי החיים על פני כדור הארץ זקוקים למים ברמה יומיומית כדי לשרוד, מדענים מצאו שדובוני מים יכולים לשרוד כמעט עשור שלם במצב יבש, שבו שיעור המים בגופם יורד לכ-3 אחוזים בלבד.
דובונים מיובשים
מים הם מרכיב מרכזי של כל יצור חי ובפרט של כל תא חי. הם יוצרים סביבה מתאימה להתרחשותם של תהליכים ביוכימיים, ולחץ המים על ממברנת התא מספק תמיכה פיזית במבנה שלו. בהיעדר מים התא מתייבש, התהליכים המתרחשים בו נפגעים והתא עלול לקרוס ולאבד את מבנהו. מדענים שהבחינו ביכולתם המופלאה של דובוני המים לשרוד בתנאי יובש קיצוני שיערו שיש חלבונים שמסייעים לשמור על החוזק המכני של התא ומונעים ממנו לקרוס בהיעדר מים.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
סכנה בחלל המשרד
תא חי מעשה ידי אדם
הבינה המלאכותית שתעצב את עיר העתיד
כאשר דובוני מים מוצאים את עצמם בתנאי יובש, הם עוברים למצב מיוחד שבו תהליכי חילוף החומרים שלהם מאיטים באופן קיצוני, עד כדי כך שבמבט מבחוץ לא ניכרים בהם סימני חיים. כאשר תנאי היובש חולפים, דובוני המים מסוגלים לחזור לפעילות רגילה. קבוצת מדענים מיפן מצאה לאחרונה כיצד המצב המיוחד הזה מגן על דובון המים מפני יובש. המחקר התפרסם בכתב העת המדעי PLOS Biology.
סרטון המראה את תהליך ההיווצרות של רשת החוטים החלבונית של דובוני מים
(צילום: מתוך המחקר)
חלבוני ג'לי נגד יובש
החוקרים בדקו אילו חלבונים עשויים לסייע לדובוני המים לעמוד בתנאי יובש, ומצאו 336 חלבונים שהיו מועמדים אפשריים. החוקרים מצאו את החלבונים האלה על ידי הפקת כלל החלבונים מתאים של דובון מים והפרדתם על סמך התגובה שלהם לתנאי יובש.
בשלב הראשון בחנו החוקרים את כלל החלבונים ממין מסוים של דובוני מים, הידוע בכך שהוא מבטא באופן קבוע חלבונים המעניקים עמידות ליובש. החוקרים הפרידו בין החלבונים שעברו שינוי מבני משמעותי בעקבות תהליך הייבוש ובין חלבונים שלא עברו שינוי כזה. אחר כך ריכזו החוקרים את החלבונים שעברו שינוי מבני ניכר בתנאי יובש, שָבוּ והכניסו אותם לסביבה מימית ובדקו אילו מהם חזרו למבנה המקורי שלהם. לחלבונים אלה יש תגובה הפיכה לתנאי היובש, כפי שמצופה מחלבונים המעורבים בהקניית עמידות בתנאי יובש לתא ולגוף כולו. החוקרים זיהו את כלל החלבונים האלה ואז בדקו אילו מהם ייחודיים לדובוני מים ומתבטאים בכמות גדולה מהרגיל בתנאי יובש. על סמך כל הקריטריונים הללו, צומצמו החיפושים למשפחת חלבונים ייחודית לדובוני מים המכונה CAHS.
החוקרים בדקו מה קורה כאשר מוסיפים את החלבונים האלה לטיפות שמן המצופות בחומר המדמה ממברנת תא, וכן לתאי חרקים. הניסוי הראה שחלק מהחלבונים מגבירים את הקשיחות של טיפות השמן המצופות ושל תאי החרקים ואת עמידותם ללחץ מבחוץ, מונעים את התכווצותם בעקבות אובדן מים ומאפשרים להם לשרוד לאורך זמן רב יותר בתנאי יובש.
בשלב הבא, החוקרים סימנו את החלבונים בסמן פלואורסצנטי, החדירו אותם לתאים אנושיים ובדקו כיצד הם משפיעים עליהם בתנאי יובש. הם גילו כי כאשר התאים המכילים את חלבוני ה-CAHS המסומנים נחשפים לתנאי יובש, החלבונים מתחברים זה לזה בצורה דומה למרכיבים של שלד התא (הציטוסקלטון), ויוצרים רשת סבוכה של חוטים אשר דומה לערמה של ספגטי. רשת החוטים הזאת מקנה לתאים תכונות מכניות שמזכירות ג'לי, ומונעת את התא מלקרוס כשהוא מתייבש. התנהגות זו היא הפיכה: כאשר הסביבה חוזרת להיות לחה, רשת החלבונים מתפרקת והתא חוזר למצבו הרגיל.
השיטות שבהן השתמשו החוקרים עשויות לסייע בזיהוי חלבונים נוספים הקשורים לעקה בבעלי חיים שונים; והחלבונים הנוספים שאותם בודדו במהלך המחקר עשויים לסייע לנו להסביר את יכולת השרידות המרשימה של דובוני המים.
יפתח דיבון, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
