ממחקר חדש עולה שיכולת ההארה הביולוגית של יצורים ימיים התפתחה מוקדם מכפי שהיה ידוע עד כה
במעמקי האוקיינוס חיים יצורים משונים ומפתיעים – אלמוגים ססגוניים, מדוזות שקופות-למחצה ומערכות שלמות של בעלי חיים זוהרים, שהיו משתלבים היטב בכל מועדון ריקודים מוביל. מופע האורות הטבעי הזה נשען על אורוּת ביולוגית, שנקראת גם הארה ביולוגית או בִּיּוֹלוּמִינֵסֶנְצִיָה (bioluminescence) – יכולתו של יצור חי לפלוט אור. מדענים מייחסים להארה מענה על שלל צרכים, ביניהם תקשורת, משיכת בני זוג והימנעות מטורפים. מחקר חדש בחן לעומק את יכולת ההארה של אנתוזואה (Anthozoa), מחלקה של חסרי חוליות ימיים שכוללת אלמוגי אבן, אלמוגים רכים ושושנות ים, ומצא ראיות לאורות מתחת למים מוקדם בהרבה מכפי שהיה ידוע עד כה – כ-300 מיליון שנה מוקדם יותר, ליתר דיוק.
בעלי חיים שפולטים אור באמצעות תגובה כימית הם תופעה ביולוגית נפוצה יחסית, שנצפתה ביותר משש-עשרה מערכות ותשע מאות סוגים של יצורים חיים, בעיקר בסביבות ימיות. כאשר תכונה דומה נצפית אצל מינים רבים, נעדרי מקור אבולוציוני משותף, עולה ההשערה שהיא תורמת להתאמתם לסביבת המחייה האקולוגית שלהם, ומספקת יתרון אבולוציוני. כזו היא ההארה הביולוגית, אך הבנת התופעה עוד לא שלמה – גם ברמה המולקולרית וגם בהקשר האקולוגי הרחב יותר.
במעמקי האוקיינוס חיים בעלי חיים זוהרים, שהיו משתלבים היטב בכל מועדון ריקודים מוביל. שונית אלמוגים | Shutterstock, DerekTeo
שמונאים עתיקים
המחקר התמקד בתת-מחלקת אלמוגי השמונה, או "שמונאים" (Octocorallia), אלמוגים רכים שיש להם שמונה זרועות ציד, ונחשבים אחת הקבוצות העיקריות של בעלי חיים ימיים מאירים. החוקרים ניסו להתחקות אחר המקורות האבולוציוניים של התכונה, ולאתר סממנים גנטיים שלה. הם תיעדו את התופעה גם במים רדודים וגם בים העמוק, אצל אלמוגים שנאספו בחופי סוגאשימה (Sugashima) שביפן, ובים מול חופי אירלנד בעזרת רכב תת ימי אוטומטי, בשנים שונות.
ביצירת ההארה משתתף אנזים בשם לוציפראז, שמפרק לוציפרין – שם כללי לכל חומר שפולט אור בתגובה עם אנזים – בנוכחות חמצן. החוקרים חיפשו רצפי DNA דומים לרצף הגנטי שמכיל את ההוראות ליצירת לוציפראז במאגרי מידע שהיו זמינים עבורם, ונעזרו גם בשני מאובנים שגילם ידוע, כדי להרחיב את מסגרת הזמן הרלוונטית למחקר. בעזרת רצפי ה-DNA שנמצאו יצרו החוקרים אילן יוחסין של השמונאים. מיפוי כזה נקרא "עץ פילוגנטי", והוא נשען על דמיון גנטי בין המינים. עץ פילוגנטי מאפשר בחינה של אבות קדמוניים תיאורטיים המשותפים למינים שונים. בעזרתו יכלו החוקרים לחשב את ההסתברות שגם לאותם אבות קדמוניים הייתה היכולת להאיר את סביבתם, ולפתח השערות סטטיסטיות בדבר התקופה בה הם חיו, והעומק שבו נמצאו.
תיעדו את התופעה גם במים רדודים וגם בים העמוק. אלמוגים שמונאים בעומק האוקיינוס השקט | NOAA Office of Ocean Exploration and Research
במחקר תועדו שבעה מינים שיכולת ההארה הביולוגית שלהם לא נודעה קודם לכן. משחזור האב הקדום בעזרת העץ הפילוגנטי התברר שהאלמוגים השמונאים פיתחו לראשונה יכולת הארה ביולוגית בסביבות עידן הקמבריון, שהחל לפני כ-540 מיליון שנה והסתיים לפני כ-485 מיליון שנה. זהו העיתוי המוקדם ביותר של הופעת הארה ביולוגית ימית שנמצא עד היום. לפני המחקר הנוכחי נחשבו הסרטנאים למאירים הראשונים בכדור הארץ, ולמרות הממצאים שמצביעים לכיוון האלמוגים, החוקרים סבורים שאולי יכולת ההארה קדומה אפילו יותר מהם. המסרקנים (Ctenophores), קבוצת האחות שהייתה בין הראשונות להתפצל מהאב הקדום המשותף לכל בעלי החיים, יכולים גם הם להאיר ביולוגית, ולכן ייתכן שמדובר בתופעה עתיקה עוד יותר.
האלמוגים השמונאים פיתחו לראשונה יכולת הארה ביולוגית בסביבות עידן הקמבריון. אלמוג זוהר מהמין Isidella | צילום: Sönke Johnsen
זהירות, חמצן
מה היה מיוחד בעידן הקמבריון שאפשר את התפתחות ההארה הביולוגית? תחילה לא היה הרבה חמצן בסביבה הימית, אולם בעקבות תהליכים שקרו בכדור הארץ, כמו הופעת החיידקים הכחוליים שעושים פוטוסינתזה, ריכוז החמצן באטמוספרה ובים החל לעלות. היצורים שחיו בתקופה הזו נדרשו להתמודד עם מולקולת החמצן שהפכה נפוצה יותר, אך הייתה מסוכנת להם, כיוון שהם טרם פיתחו מנגנונים מתאימים להתמודדות איתה. מדענים שיערו שהתפתחות מערכות הארה ביולוגית, שעושות שימוש בחמצן, הייתה במקור מנגנון התמודדות עם נזקיו האפשריים, וההארה הייתה תופעת לוואי. עם השנים התפתחה ההנחה לפיה מנגנון ההארה שנלווה לנטרול החמצן ביצורים חד-תאיים קדומים, התפתח לאמצעי תקשורת שימושי עבור יצורים רב תאיים, ואפשר להחיל את ההנחה הזו גם על האנתוזואה.
מדענים שיערו שהתפתחות מערכות הארה ביולוגית הייתה במקור מנגנון התמודדות עם נזקי החמצן. אלמוג זוהר מהמין Iridogorgia magnispiralis | צילום: NOAA Office of Ocean Exploration and Research, Deepwater Wonders of Wake
אותו מאיר ראשון, אביהם הקדום של השמונאים, היה יצור שחי במים רדודים. צאצאיו נמצאים אמנם בכמה עומקים שונים, אך נראה שרובם הגיעו עם הזמן להציגי את מופע ההארה שלהם במים עמוקים. חלק מההשערות לגבי השתמרות התכונה במהלך האבולוציה כוללות את הופעת היכולת לקלוט אור (התפתחות אברוני חישת אור, דמויי עיניים) ביצורים הקדומים, ואת היתרון שהיא העניקה לשוכני המים העמוקים, שהם חשוכים בדרך כלל.
ומה לגבי שימושי ההארה הביולוגית כיום? במחקר הנוכחי ובמחקרים מוקדמים יותר שיערו שהיא קשורה בתקשורת, בהגנה ובהתמודדות עם סביבות חשוכות (מעמקי הים), אבל כדי לגבש מסקנה סופית בנושא נדרש מחקר נוסף. שוניות האלמוגים נמנות עם הסביבות האקולוגיות הצבעוניות, העשירות והמגוונות ביותר בכדור הארץ, והן עדיין צופנות בחובן סודות רבים שיהיה מעניין לגלות. על מנת לעשות זאת עלינו לשמור על האלמוגים מפני הסכנות הנשקפות להם, בפרט אם ברצוננו שגם הדורות הבאים יוכלו ליהנות מיופיים.
