חיידקים שיוצרים גבישי קרח

חיידקים הם יצורים סתגלנים, שלאורך מיליוני שנות אבולוציה למדו לחיות בתנאי קיצון – החל ממעיינות חמים ומהרי געש וכלה בקטבים הקפואים ובמעמקי האוקיינוס. ואולם, יש חיידקים שלא רק גדלים בתנאי קיצון, אלא גם תורמים להיווצרותם. בראשית שנות השבעים גילו מדענים שחיידקים מהמין Pseudomonas syringae מסוגלים ליצור בסביבתם הקרובה גבישי קרח בטמפרטורות גבוהות מטמפרטורת הקיפאון של מים. יכולת זו מאפשרת להם לגרום נזקי קרה לצמחים: גבישי הקרח שוברים את רקמות הצמח והחיידקים ניזונים מחומרי המזון שמשתחררים.

במהלך השנים התברר כי חיידקים אלה אינם רק מחוללי מחלה בצמחים, אלא גם בעלי תפקוד אקולוגי ואטמוספרי חשוב. החיידקים התגלו באטמוספרה ובפתיתי שלג ברחבי העולם, וחוקרים סבורים כי יכולתם ליצור גבישי קרח תורמת להיווצרות עננים ולירידת משקעים. באתרי סקי משתמשים כיום בחיידקים כאלה ליצירת שלג מלאכותי.

יצירת הקרח מתאפשרת בזכות חלבון מיוחד בצדו החיצוני של הקרום העוטף את החיידקים, אך עד לאחרונה לא היה ברור כיצד החלבון גורם לתהליך זה. חוקרים ממכון מקס פלאנק בגרמניה ומאוניברסיטת וושינגטון בארצות הברית גילו שהחלבון, inaZ, משמש מעין תבנית לגבישי הקרח. במחקר שהתפרסם בכתב העת Science Advances, השתמשו החוקרים במוצר מסחרי בשם Snomax: אבקה המכילה חיידקים לא-פעילים, המשמשת ליצירת שלג מלאכותי. אף שהחיידקים אינם פעילים, החלבונים עודם קשורים למעטפת שלהם וגורמים ליצירת קרח.

צוות החוקרים, בראשות ד"ר טוביאס ויידנר (Weidner), השתמשו בשיטה ספקטרוסקופית: הם כיוונו לייזרים שונים אל הדגימה ומדדו באמצעותם את סידור מולקולות המים הסמוכות לחלבון ואת תנועתן. הם גילו שהחלבון מארגן את מולקולות המים בתבנית המאפשרת יצירה של גבישי קרח, בעזרת מרכיבים של החלבון המסוגלים למשוך או לדחות את מולקולות המים. נוסף על כך, החלבון משמש מעין ״מקרר״, אשר מסלק עודפי חום מהמים ומסייע גם בכך בהיווצרות הקרח.

"בעבר ניסו להבין כיצד החיידקים שולטים בהיווצרות הקרח באמצעות מחקרים תיאורטיים וחישוביים", אומר ויידנר. "כעת, בפעם הראשונה, יש לנו מידע ניסויי המראה בדיוק מה קורה שם".

פרסום

עם זאת, לא כל המדענים ממהרים לסמוך את ידיהם על הממצאים. הטענה העיקרית היא שהמחקר אינו מספק הוכחה ישירה לתהליך, אלא משתמש במודלים חישוביים כדי להסביר את התצפיות. "זה עדיין בגדר השערה, הסבר אפשרי לחלק מהמדידות," אומר ד"ר בוריס וינאצר (Vinatzer) מהמכון הפוליטכני של וירג'יניה. "לדעתי לא מדובר בהוכחה מוצקה המבוססת על מידע ניסויי, אלא בהסבר אפשרי לתצפיות." טענה נוספת עלתה לגבי השימוש באבקת Snowmax, המכילה חיידקים לא-פעילים ועלולה להכיל חומרים נוספים שמסייעים ביצירת גבישי הקרח.

למרות המחלוקת על הממצאים, רוב המדענים מסכימים שהמחקר תורם להבנה הפיזיקלית של תהליך יצירת הקרח. חשיפת המנגנון הזה היא רק חלק אחד מהפאזל הגדול שחיידקי P. syringae הם חלק ממנו. המדענים סבורים, כאמור, כי לחיידקים אלה תפקיד חשוב בתהליכים אטמוספריים ובהורדת משקעים, אולם עד כה לא נמצאו הוכחות לכך. יש למה לצפות.