הסביבה מתייבשת – על אבק, עלים, חיידקים ורטיבות

נאות מדבר מיקרוסקופיות על עלי הצמחים מאפשרות לחיידקים לשרוד בשעות היום

לצמחים, כמו לבני אדם ולבעלי חיים אחרים, יש “עולם” קטן של חיידקים החיים על גופם – ורבים מהחיידקים האלה נחוצים ומועילים להם. אך חיידקים, כמו כל היצורים החיים, זקוקים למים; כיצד הם מצליחים לשרוד על עלים של צמחים, היבשים במהלך שעות היום?

שאלה זו משלבת בין עולמות הביולוגיה, הפיזיקה והכימיה, והתשובה עליה יכולה להועיל גם בשמירה על הצומח ובפרט – בתחום החקלאות. ד”ר נדב קשטן מהפקולטה לחקלאות, מזון וסביבה באוניברסיטה העברית פנה אפוא לחקור את הסוגיה הזאת.

משטחים רבים בבית ובסביבה נראים לעינינו יבשים לחלוטין – אך מראה העיניים עלול להטעות. משטח זכוכית, למשל, יכול להיות יבש למראה ואפילו למגע, אך מבעד לעדשת המיקרוסקופ יתגלו לעינינו טיפות מים קטנטנות ובהן חיידקים או צברי חיידקים. טיפות אלו זעירות כל כך, עד שאי-אפשר לראותן בעין בלתי מזוינת; קוטרן קטן יותר מעובי של שערה. ובכל זאת, בדיקה הראתה כי חיידקים יכולים לשרוד בתוך טיפות כאלו, וכך להתגונן מפני התייבשות.

שאלת החיידקים ומקורות המים הזעירים שלהם היא לא רק מסקרנת, אלא גם בעלת חשיבות כלכלית. פני השטח של צמח, כמו עורם של בעלי חיים ובני אדם, נושא אוכלוסייה עצומה של חיידקים, הנקראים מיקרובִּיוֹם. בשנים האחרונות אנו מתחילים להבין עד כמה המיקרוביום חשוב לבריאות הצמח ותפקודו. על עלה ממוצע חיים כ-10 מיליון מיקרואורגניזמים – מרביתם חיידקים “טובים”, שאינם גורמים למחלות ואפילו מועילים. חיידקים אלה מצליחים לשרוד בסביבה מאתגרת, המתאפיינת בשינויים קיצוניים בטמפרטורה, בקרינה העל-סגולה ובלחות לאורך שעות היממה. ברוב סביבות החיים על כדור הארץ, העלים של צמחים נראים יבשים לגמרי במהלך היום. כיצד החיידקים שעליהם מצליחים לשרוד?

מתברר שגם בשעות היום עלי הצמח מכוסים ברטיבות מיקרוסקופית: שכבה דקה של טיפות זעירות, שאינן נראות לעין. לרטיבות זו אחראים חלקיקי אבק זעירים המכילים מלחים, שמקורם באוויר (אירוסול) ואשר סופחים לחות מהאוויר שסביבם. במהלך היום פני העלה מתאפיינים בלחות גבוהה, בגלל אידוי מים מתוך העלה דרך פתחים זעירים הקרויים פיוניות. השילוב בין לחות גבוהה לאבק המכיל מלחים יוצר את הרטיבות המיקרוסקופית.

הרטיבות המיקרוסקופית הזאת נוטה להצטבר וליצור טיפות זעירות באזורים מחוספסים ועקמומיים על המשטח. לפיכך נוצרות טיפות בקרבת השערות המיקרוסקופיות שעל פני העלה – וכן סביב חיידקים הנמצאים עליו. סביב צברי חיידקים גדולים ייווצרו טיפות גדולות יותר, וסביב חיידקים בודדים – טיפות זעירות.

כדי להבין טוב יותר כיצד החיידקים מנצלים את טיפות המים הזעירות האלו, פיתחו ד”ר קשטן וקבוצתו מערכת ניסויית המייצרת רטיבות מיקרוסקופית על משטחים מלאכותיים. בעזרת מיקרוסקופיה מתקדמת, עיבוד תמונה, מודלים מתמטיים וסימולציות ממוחשבות, בדקו החוקרים את פיזור החיידקים על המשטחים – למשל, אם הם מתיישבים על המשטח כיחידים או בקבוצות – ואיך הסידור שלהם על המשטח קשור לנוף המים המיקרוסקופי.

המחקר – שזכה במענק מהקרן הלאומית למדע – הצביע על תופעה מרתקת: אף שלא למדו שום קורס במכניקה של נוזלים, החיידקים מתארגנים על המשטחים בדרך שמשפרת את סיכויי ההישרדות שלהם. מיליארדי שנים של אבולוציה לימדו את החיידקים, שכאשר הם משתפים פעולה ומתארגנים יחד לצברים גדולים, הם יכולים להשיג יתרון הישרדותי בסביבה המתייבשת לעיתים קרובות.

שאלה מעשית העולה מהמחקר היא כיצד זיהום אוויר או ריסוסים הנפוצים בחקלאות משפיעים על כמות המלחים הנאגרים על עלי הצמח, ולפיכך – על הרטיבות המיקרוסקופית ועל החיידקים החיים על העלים.

החיים עצמם:

ד”ר נדב קשטן נהנה לטייל, לצלול ולרכוב על אופניים.