מבטן ומלידה

חיידקי מעי שומרים על ההפרדה בין מינים-ביולוגיים של צרעות

12 בנובמבר 2013

המעי של כל בעל חיים מאוכלס בכמות עצומה של חיידקים החיים בסימביוזה הדדית עם המאכסן שלהם ותורמים לבריאותו ולתזונתו. חיידקי המעי מסייעים בעיכול מזון, מספקים ויטמינים, מגנים מפני גורמי מחלות ועוד, ובתמורה הם מקבלים חומרי מזון וסביבת גידול נוחה ומוגנת. על פי מחקר של רוברט ברוקר (Brucker) וסת' בורדנסטיין (Bordenstein) מאוניברסיטת ונדרבילט בטנסי, ארצות הברית, חיידקי המעי גם עוזרים להפריד בין מינים-ביולוגיים שונים. החוקרים הראו, במאמר שפורסם בשבועון Science, כי כאשר יוצרים בני-כלאיים מזיווג של צרעות משני מינים-ביולוגיים קרובים מהסוג נסוניה (Nasonia), החיידקים במעיהם גורמים למותם.

ברוקר ובורדנסטיין בחנו במחקרם צרעות פָּרָזִיטוֹאִידִיוֹת מהסוג נסוניה (Nasonia). פרזיטואידים חיים בשלבים המוקדמים של חייהם כטפילים על גופו של פונדקאי או בתוכו, ולבסוף מביאים למותו. הבוגרים חיים באופן חופשי. במקרה של צרעות מהסוג נסוניה, הפונדקאים הם גלמי זבובים. כשהצרעה מוצאת גולם מתאים היא מזריקה לתוכו ארס שעוצר את התפתחותו ומטילה עליו ביצים קטנות. מהביצים בוקעים זחלי הצרעה, והם אוכלים את הפונדקאי בעודו חי עד שהם מתגלמים, משתנים לצרעות בוגרות ויוצאים לחופשי.

הדור הבא

בטבע, מיני נסוניה שונים מסוגלים להעמיד צאצאים רק עם בני מינם, אך במעבדה אפשר לגרום להם להתרבות גם עם בני מינים-ביולוגיים קרובים. כשמזווגים במעבדה בין המינים הקרובים Nasonia giraulti ו-N. vitripennis, שהתפצלו זה מזה רק לפני כמיליון שנים, כ-90% מהצאצאים בני הכלאיים הזכרים מתים עוד בדרגת הזחל. לעומת זאת, כשמזווגים בין מינים קרובים עוד יותר, N. giraulti ו-N. longicornis, שהתפצלו זה מזה לפני פחות מ-400 אלף שנים, כמעט כל הצאצאים שורדים.

לרוב, ההסבר למחסום רבייתי – חוסר היכולת של בני מינים-ביולוגיים שונים להעמיד צאצאים בריאים – הוא חוסר התאמה גנטי, שפוגע בהתפתחות העוברים או מונע אותה מכול וכול, וגדל ככל שחולפים דורות רבים יותר מאז התפצלות המינים. למשל, הסוס והחמור התפצלו לפני כ-4 מיליון שנים, ומזיווג של סוסה וחמור מתקבל בן כלאיים, הפרד, שהוא כמעט תמיד עקר; הסוס והקרנף התפצלו לפני כ-58 מיליון שנים, והם כבר כלל לא מסוגלים להעמיד צאצאים משותפים.

בטבע מיני צרעות שונים מוסגלים להעמיד צאצאים רק עם בני מינם אך במעבדה אפשר לגרום להן להתרבות גם עם בני מינים-ביולוגים קרוביםצילום: שאטרסטוק
בטבע מיני צרעות שונים מוסגלים להעמיד צאצאים רק עם בני מינם אך במעבדה אפשר לגרום להן להתרבות גם עם בני מינים-ביולוגים קרובים
צילום: שאטרסטוק

ברוקר ובורדנסטיין חשדו כי המחסום הרבייתי בצרעות נובע לא רק מחוסר התאמה גנטי, אלא גם כי מעורבים בו חיידקים. לזחלים בני כלאיים המתים יש צבע חום-שחור הנובע מהצטברות מֶלָנין, אותו פיגמנט הקובע את צבע השיער והעור שלנו. בחרקים, פיגמנט זה חשוב לתגובה החיסונית נגד חיידקים.

כדי לבדוק אם מות בני הכלאיים והצטברות המלנין קשורים לחיידקי המעיים, החוקרים השוו תחילה בין אוכלוסיות חיידקי המעי של מיני ההורים (N. giraulti ו-N. vitripennis) ובין האוכלוסיות של בני הכלאיים. ברוקר ובורדנסטיין מצאו הבדלים בהרכב ובגודל של אוכלוסיות החיידקים. לדוגמה, במיני ההורים החיידק הנפוץ הוא חיידק מסוג Providencia, בעוד בבני הכלאיים החיידק הנפוץ הוא Proteus mirabilis. לאחר בדיקה זו החוקרים טיפלו בזחלי הצרעות באנטיביוטיקה שחיסלה את כל החיידקים בגופם. בני הכלאיים הנקיים מחיידקים ניצלו ממוות ושרדו בדיוק כמו אחיהם הנקיים מחיידקים ממין ההורים. כבדיקה אחרונה למעורבות החיידקים במות בני הכלאיים, החוקרים הדביקו מחדש זחלים שהיו נקיים מחיידקים: גם במקרה זה בני הכלאיים מתו.

אך מה מביא למותם של בני הכלאיים? החוקרים משערים כי הדבר קשור לפעילות מערכת החיסון, אם כי יכולים להיות גורמים נוספים. כשברוקר ובורדנסטיין בדקו את פעילותם של גנים הקשורים לתגובה החיסונית הם גילו כי 40% מהגנים היו פעילים יותר בבני הכלאיים בעלי החיידקים מאשר בבני כלאיים נקיים מחיידקים ומאשר במיני ההורים. לדעת החוקרים, חוסר התאמה גנטית בין מיני ההורים פוגע במערכת החיסון של הצאצאים בני הכלאיים, כך שהיא אינה מצליחה לפקח על חיידקי המעי. כתוצאה מכך מתאפשרת התפתחותה של אוכלוסיית חיידקי מעי שונה מהתקינה וכן מתקבלת תגובה חיסונית מוגזמת שפוגעת בזחלים, בדומה למחלות אוטואימוניות בבני אדם.

ניסוי של גיל שרון ועמיתיו הראה כי אוכלוסיית החיידקים משפיעה על העדפתם המינית של זבובים וגורמת להם להעדיף זבובים בעלי אוכלוסיית חיידקים דומה. גם תוצאות המחקר הנוכחי תומכות בכך שחיידקים אינם רק טרמפיסטים רצויים יותר או פחות, ויש להם השפעה על האבולוציה של האורגניזם שאותו הם מאכלסים: הם מסוגלים לתמוך בבידוד הרבייתי שתורם ליצירת מינים ביולוגיים חדשים ושומר על המינים הקיימים נפרדים.