מבטן ומלידה

חיידקי מעי שומרים על ההפרדה בין מינים-ביולוגיים של צרעות

נעם לויתן ויונת אשחר | גליליאו

Credit: Robert M. Brucker

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' בורדנשטיין (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 החיידקים במעיהם גורמים למותם.

ברוקר ובורדנשטיין 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 מַתאים, 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.

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 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 העובּרים או מונע אותה מכל וכל, 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.

ברוקר ובורדנשטיין 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.

צרעה מהסוג נסוניה מטילה ביצים על גולם של זבוב. צילום: Robert M. Brucker.

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 ובורדנשטיין 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 בני הכלאיים? החוקרים משערים כי זה קשור לפעילות מערכת החיסון, אם כי יכולים להיות גורמים נוספים. כשברוקר ובורדנשטיין 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, אלא יש להם השפעה על האבולוציה של האורגניזם שאותו הם מאכלסים: הם מסוגלים לגרום ולתמוך בבידוד הרבייתי שתורם ליצירת מינים ביולוגיים חדשים ושומר על המינים הקיימים נפרדים.

לקריאה נוספת

המאמר המקורי [PDF]:

Brucker, R. M. & Bordenstein, S. R. The hologenomic basis of speciation: Gut bacteria cause hybrid lethality in the genus Nasonia. Science 341, 667-669 (2013). doi: 10.1126/science.1240659

הבלוג של רוברט ברוקר Live In Symbiosis וחשבון הטוויטר שלו @LiveInSymbiosis.

חיידק הגורם לתופעות לוואי מיוחדות בחרקים ופרוקי רגליים אחרים: דרור בר-ניר, "Wolbachia – מאֶנדוסימביוזה הדדית להתהוות מינים חדשים", "גליליאו" 127.

פרזיטואיד אחר הנוטש את הפונדקאי שלו ונמלט בשעת סכנת מוות: נעם לויתן ויונת אשחר, "האויב שבפנים: הנמלט", "גליליאו" 139.

הכתבה המקורית התפרסמה במגזין גליליאו גיליון 181, ספטמבר 2013