מחקר משותף לאוניברסיטה ולנאס"א מספק תובנות לאפשרות של חיים מחוץ לכדור הארץ

מחקר מדעי, שנערך בשיתוף פעולה בין חוקרים מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, מרכז המחקר ים המלח והערבה ונאס"א, סוכנות החלל האמריקאית, חושף את קיומן של קבוצת חיידקים פוטוסינתטיים אשר פיתחו יכולות הישרדות יוצאות דופן בתוך סלעי אבן חול בבקעת תמנע. ממצאים אלו, מתמקדים בעיקר בקבוצת חיידקי הציאנובקטריה (אצות כחוליות) ושופכים אור על מנגנוני ההסתגלות של חיים בתנאי מדבר היפר-צחיחים. עבור אלו המחפשים חיים מחוץ לכדור הארץ, מספק המחקר תובנות משמעותיות.

החיים באזורים היפר-צחיחים: הישרדות בסביבה עוינת

אזורים צחיחים והיפר-צחיחים מהווים את המערכות האקולוגיות היבשתיות הגדולות ביותר, המכסות כ-30% משטחי היבשה של העולם. פארק תמנע, הממוקם בערבה הדרומית, מהווה דוגמה לאזור היפר-צחיח המתאפיין בתנאי אקלים קיצוניים. כמות המשקעים השנתית באזור אינה עולה על 100 מילימטרים, בעוד שיעור ההתאדות גבוה באופן ניכר. כתוצאה מכך, זמינות המים על פני השטח קרובה לאפס.

סביבה זו, המשלבת מחסור במים זמינים, טמפרטורות גבוהות, קרינה אולטרה-סגולה עזה ומיעוט בחומרי הזנה, מציבה אתגרים הישרדותיים בפני רוב צורות החיים המוכרת. על אף הידע שנאסף בעבר על צורות חיים במדבריות קיצון, נותרו עדיין שאלות ללא מענה בעיקר בנושאים העוסקים בתפוצתן, כושר ההישרדות והתאמות ספציפיות לסביבות חיים אלה.

מסתבר שמספר מילימטרים ספורים מתחת לפני הסלע, מתקיימת אוכלוסיות מיקרואורגניזמים אנדוליתית (בתוך הסלע) שבמרכזן חיידקים פוטוסינתטיים מקבוצת הציאנובקטריה (Cyanobacteria), המוגנת מעט מפני תנאי הסביבה. אורגניזמים אלו מצליחים לשרוד ואף לשגשג בסביבה הנחשבת עוינת לרוב צורות החיים.

מחקרים חלוציים קודמים בהובלת פרופ' אימרי פרידמן וד"ר קריס מקאי מנאס"א, חשפו את קיומן של קהילות אלו כבר בשנות השבעים של המאה הקודמת, ועם זאת, שאלות מהותיות רבות עדיין נותרו ללא מענה. ביניהן מכלול ההתאמות הייחודיות המאפשרות את הישרדותן, והמנגנונים המבטיחים את יציבותן האקולוגית לאורך זמן.

ייחודו של המחקר הנוכחי

ייחודו של המחקר הנוכחי, בהובלת ד"ר אירית ניר, מהמחלקה להנדסת ביוטכנולוגיה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, בא לידי ביטוי באינטגרציה בין נתוני אקלים ומשקעים מקומיים, אפיון פיסיקלי ותכונות מצע האבן, תמונות מיקרוסקופיות וניתוח אוכלוסיית המיקרואורגניזמים בכלים מולקולריים מתקדמים.

״במחקר זה, התמקדנו בבבחינת הקהילות המיקרוביאליות המתקיימות בשכבה דקה מתחת לפני שטחה העליון של האבן. סביבת גידול זו מאפשרת הגנה מפני תנאי מהטמפרטורה והקרינה הגבוהים ועם זאת מאפשרת חדירת אור ומים המספיקים לקיומם. במסגרת המחקר בדקנו גם דגימות  אבן חול שמקורה בתמנע אשר אוחסנה במשך יותר מ-25 שנה בתנאים חשוכים ויבשים,  על מנת ללמוד  על יכולות ההשרדות של הקהילה המיקרוביאלית לאורך שנים״, ציינה ד״ר ניר.

פרופ' אריאל קושמרו, ראש קבוצת המחקר, מסביר כי המחקר מספק הקשר להבנת האתגרים הסביבתיים המעצבים את הקהילה המיקרוביאלית בסביבה הגיאולוגית והאקלימית של בקעת תמנע. "האינטראקציה בין התכונות הפיזיקליות של אבן החול המקומית לבין אירועי הגשם הנדירים ומיעוט טל, יוצרת תנאים סלקטיביים להתפתחות חיידקים פוטוסינתטיים מקבוצת הציאנובקטריה", שיתף.

ממצאי ומסקנות המחקר מהווים מודל ייחודי להבנת פוטנציאל החיים על המאדים

בהתבסס על נתונים גיאולוגיים ומיקרוביולוגיים, וכן מרישומי גשם ארוכי טווח ומיקרו-אקלים מפורטים שנאספו במחקר, הגיעו החוקרים למסקנות הבאות:                                       

• פארק תמנע הוא אחד המקומות היבשים ביותר בעמק הערבה ובישראל.
• גשם, למרות היותו ספורדי וקל, הוא מקור המים העיקרי עבור המיקרואורגניזמים החיים באבני החול.
• האוכלוסייה המיקרוביאלית המתוארת במחקר יכולה לשרוד לתקופות ממושכות (כ- 25 שנים) בתנאים חשוכים ויבשים ללא אובדן פיגמנטציה או שינויים משמעותיים במבנה הקהילה.

ממצאים אלו מספקים נקודות מבט חשובות גם לחיפוש אחר ראיות לחיים מיקרוביאליים מחוץ לכדור הארץ ומהווים מודל ייחודי להבנת פוטנציאל החיים על מאדים. המחקר הייחודי הסביר את התופעה שבתוך נקבוביות אבן החולהחיידקים מוגנים מקרינה קטלנית וניצולים מהתייבשות באמצעות תרדמה ארוכת טווח, המתחדשת רק עם הופעת מים נדירים. אסטרטגיה זו, לצד ייצור מולקולות אורגניות מאפשרת עמידות בתנאים קיצוניים ומהווה מקור אפשרי לחתימות ביולוגיות הניתנות לזיהוי בסלעי מאדים.

כמו כן, לתהליכי חילוף החומרים של המיקרואורגניזמים ישנה השפעה על שינויים במינרלים. השפעה זו  יכולה להותיר שברים איזוטופיים או דגמים טקסטורליים מתמשכים, המהווים עדויות פוטנציאליות לפעילות מיקרוביאלית. כך,, חקר אוכלוסיית החיידקים בתמנע, כמו גם במקומות דומים ברחבי העולם, תורם הן להבנת גבולות הקיום של מיקרואורגניזמים בכדור הארץ והן לגיבוש אסטרטגיות לחיפוש חיים בכוכב הלכת השכן.

קבוצת המחקר כללה את:

פרופ' אריאל קושמרו, ד"ר אירית ניר וד״ר חנה ברק מאוניברסיטת בן גוריון בנגב, ד"ר רחל ארמוזה-זבולוני, ממכון המחקר הערבה וים-המלח באילת, ד"ר כריסטופר פ. מקיי מנאס"א (NASA-AMES), ארה״ב וד"ר אסונסיון דה-לוס-ריוס, ממעבדות המחקר במוזיאון הלאומי לטבע, מדריד, ספרד.

מחקר זה נתמך ע"י משרד המדע, קרן גורן-גולדשטיין ו- NASA Ames Research Center grant .

תובנות המחקר פורסמו בכתב העת Environmental Microbiology Reports