מחקרים

המחקר נערך בהובלת פרופ' רועי הולצמן ותלמידת המחקר קורין ג'קובס מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס.וייז ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרט באוניברסיטת תל אביב. המחקר פורסם בכתב העת Journal of Experimental Biology.

ממש כמו רובה קשת

החוקרים מסבירים שסוסוני ים הם דגים הניחנים בשלל תכונות ייחודיות כמו 'הריון' זכרי, חוליות עמוד שדרה מרובעות וכמובן מנגנון האכילה הייחודי: במשך מרבית שעות היום הסוסונים שוחים בים כאשר ראשם מוטה כלפי מטה וקרוב לגוף. אך כאשר הם מבחינים בטרף שעובר מעליהם, הם מרימים את הראש במהירות אדירה ותופסים אותו. לדבריו של פרופ' הולצמן, בעת ביצוע הטרף, סוסוני הים הופכים את גופם למעין קפיץ: הם מותחים גיד אלסטי באמצעות שרירי הגב ומשתמשים בעצמות הצוואר כ'הדק', ממש כמו רובה קשת. התוצאה מהירה יותר מהתכווצות השריר המהירה ביותר בכל מקום בעולם החי.

אלא שעד כה לא היה ברור למדע כיצד המנגנון הקפיצי מאפשר לסוסונים לאכול בפועל. כמו שיודע כל מי שניסה אי פעם לשלות זבוב מכוס תה, מים הם תווך צמיגי, והדג צריך לפתוח את הפה כדי לייצר זרם ששואב את הטרף פנימה. אבל איך הסוסונים מתאמים בין שאיבת הטרף לתנועת הראש?

במחקרם החדש, החוקרים מאוניברסיטת תל אביב הצליחו לאפיין ולכמת את תנועת סוסוני הים על ידי צילום תקיפתם במהירות של 4,000 תמונות לשנייה ומערכת לייזר לדימות הזרמים במים. מדידה זו הראתה כי מערכת "רובה הקשת" משרתת שתי מטרות: הנעת הראש ויצירת זרמי שאיבה מהירים ביותר, פי 10 מדגים בגודל דומה – מה שמאפשר לסוסוני הים לתפוס פרטי טרף חמקניים במיוחד.

האבולוציה של המנגנון הקפיצי

המדידות החדשות עוזרות גם לשפוך אור על המורפולוגיה של סוסוני הים השונים, הנבדלים אלה מאלה באורך החוטם. "המחקר שלנו מראה שאורך האף של הסוסונים קובע את מהירות הנעת הראש ואת מהירות זרמי השאיבה", מוסיף פרופ' הולצמן. "אבולוציונית, הסוסונים צריכים לבחור – אף קטן לזרמי שאיבה חזקים והעלאת ראש מתונה או אף ארוך להעלאת ראש מהירה ולזרמי שאיבה חלשים. הבחירה הזאת מסתדרת כמובן עם הדיאטה הזמינה: מינים עם חרטום ארוך תופסים חיות קטנות וזריזות יותר ומינים עם חרטום קצר תופסים חיות כבדות ומגושמות יותר".

לדברי פרופ' הולצמן, סוסוני ים אינם מקרה פרטי של המנגנון הקפיצי המרשים. למעשה, סוסוני הים נמנים עם משפחת דגים בשם המדעי ההולם Misfit Fish ("דגים חריגים"), הכוללת מינים כמו אבובונים, שח-ראשים וחלילינים.

"הדגים האלה נקראים ככה בגלל הצורה המוזרה שלהם, שמאפשרת את מתיחת הגוף לקפיץ. השאלה הגדולה היא מהי האבולוציה של המנגנון הקפיצי – איך היא נוצרה ומתי היא התפתחה. אני מקווה שהמחקר החדש שלנו יוביל למחקרים נוספים, שיעזרו לפתור את חידת הדגים הקפיציים".

המחקר נערך בהובלת צוות החוקרים מאוניברסיטת תל אביב: פרופ' שי אפרתי, פרופ' אורי אשרי, ד"ר רונית שפירא, ד"ר פבלו בלינדר וד״ר אמיר הדני, כולם מבית הספר סגול למדעי המוח ומהפקולטות למדעי החיים ולרפואה באוניברסיטת תל אביב וכן מהמרכז הרפואי שמיר. תוצאות המחקר פורץ הדרך מתפרסמות היום בכתב העת היוקרתי Aging.

שיפור בזרימת הדם במוח הוביל לשיפור ממשי בביצועים קוגניטיביים

השלב הראשון במחקר נערך במודל חיות ובמסגרתו הוכיחו באופן ישיר בבדיקת רקמת המוח כי פרוטוקול טיפולי מסוים מביא לשיפור תפקוד כלי הדם, יצירת כלי דם חדשים, מונע את שקיעתם של פלאקים עמילואידיים חדשים על תאי העצב ואף מוביל להסרת פלאקים עמילואידיים קיימים. עמילואידים הם חלבונים בלתי-מסיסים, ששקיעתם במוח מקושרת למחלות ניווניות קשות כמו אלצהיימר.

בשלב הבא נבדקה השפעת הטיפול גם בבני אדם מעל לגיל 65 עם ירידה בתפקודי המוח בדגש על ירידה משמעותית בזיכרון – שלב לפני אלצהיימר ודמנציה. הטיפול כלל סדרה של 60 טיפולים בתאי לחץ, לאורך תקופה של 90 יום, והערכת ההשפעה המוחית נעשתה באמצעות MRI ברזולוציה גבוהה. פרוטוקול הטיפול ההיפרברי הוביל לזרימה משופרת ב-16% עד 23% של דם למוח, לשיפור בזיכרון של 16.5% בממוצע, לשיפור בקשב ובריכוז של 6% בממוצע ולשיפור ממוצע במהירות עיבוד המידע של 10.3%.

"על ידי לימוד וטיפול בסימפטומים של מחלת האלצהיימר בחיות מודל, נוכל ליישם את ההבנות שלנו גם בבני אדם", מסביר פרופ' אורי אשרי. "לאחר סדרת טיפולים היפרבריים, מבוגרים שכבר סבלו מאובדן זיכרון הראו שיפור בזרימת הדם במוח – וכן שיפור ממשי בביצועים קוגניטיביים. בכך הצלחנו להדגים את הפוטנציאל הטמון ברפואה היפרברית לטיפול במצבים נוירולוגיים שמקורם בהיפוקסיה, כלומר במחסור בחמצן שמגיע לתאים".

להילחם באחד האתגרים הגדולים ביותר של העולם המערבי

"פריצת הדרך התאפשרה הודות לגישה מחקרית חדשה העושה שימוש במיקרוסקופים מולטי-פוטוניים", אומר ד"ר פבלו בלינדר. "זה אפשר לנו לעקוב אחר שיפורים במדדים של חיות המודל במעבדה לפני ואחרי כל טיפול בתא, ובד-בבד לעקוב אחר קוטר כלי הדם והיווצרות הפלאקים העמילואידיים במוחם".

"השילוב של חיות מודל שאפשר ללמוד מהן על הפתולוגיה של המחלה, יחד עם טיפול קיים וזמין, מעורר תקווה לגבי היכולת שלנו להילחם באחד האתגרים הגדולים ביותר של העולם המערבי", מוסיפה ד"ר רונית שפירא. "לפי התוצאות שלנו, טיפולים היפרבריים בגיל צעיר עשויים למנוע כליל את המחלה הקשה".

"על ידי טיפול בבעיית השורש של ההתדרדרות הקוגניטיבית עם הגיל, אנחנו למעשה ממפים את הדרך לקראת מניעה", מסכם פרופ' אפרתי. "ייתכן שרפואה היפרברית טומנת בחובה את ההזדמנות לחיות עם תפקוד מוחי גבוה ללא קשר לגיל הכרונולוגי. הרעיון הוא להתחיל בטיפולים לפני הופעתם של תסמינים קליניים לדמנציה, עוד לפני ניוונן ואובדנן של רקמות מוח רבות, בשלב שבו נחסמים כלי דם ויורדת זרימת הדם ואספקת החמצן במוח – וזה יכול להופיע כבר בגיל צעיר יחסית".

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנטית רומה פאריק ואשחר שורק מהמעבדה של פרופ' כרמית לוי מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית של האדם ולביוכימיה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר באוניברסיטת תל אביב. הטיפול של הנסיינים שטופלו בפוטותרפיה (טיפול בחשיפה לאור) ב-UVB נעשה במרכזים הרפואיים איכילוב ואסותא. התגלית פורצת הדרך פורסמה ככתבת שער בכתב העת היוקרתי Cell Reports.

פרופ' לוי מסבירה: "במשך שנים רבות ידוע במחקר כי קרינה על-סגולה מהשמש מגבירה את רמות הטסטוסטרון בקרב גברים, וברור לנו שחשיפה לשמש משחקת תפקיד מרכזי בוויסות המיניות – הן ההתנהגותית והן ההורמונלית. אלא שהמנגנון האחראי על הוויסות הזה היה עד כה בגדר תעלומה מדעית. אנחנו הצלחנו לראשונה להבין טוב יותר את המנגנון שמפעיל אותן".

אור + עור = אהבה

השלב הראשון של המחקר נעשה במודל חיות, והוא כלל חשיפה לקרינת UVB – קרינה על-סגולה (UV) מסוג B, כלומר קרני שמש באורכי גל של 320 עד 400 ננומטר. ההשפעות היו דרמטיות: החשיפה העלתה את רמות ההורמונים של הנקבות, הגדילה את שחלותיהן והאריכה את תקופת ייחומן. זאת ועוד, הן הנקבות והן הזכרים נמשכו זה לזו יותר והיו פתוחים יותר למגע מיני.

בשלב השני חזרו החוקרים על הניסוי במודל חיות, אך הפעם הניסוי כלל הסרה מהעור של חלבון בשם p53, חלבון אשר אחראי על זיהוי נזקי הדנ"א ועל הפעלת מערכת הפיגמנטציה של העור בזמן חשיפה לשמש. הסרת החלבון ביטלה את השפעות חשיפת ה-UVB על התנהגותם המינית של החיות שנבדקו, כך שלפרופ' לוי ולעמיתיה אין ספק כי החשיפה לקרינה דרך העור היא שהביאה לשינויים ההורמונליים, הפיזיולוגיים וההתנהגותיים שנצפו – וכי מערכת זו אחראית גם על ויסות המיניות.

השלב האחרון של המחקר נעשה על בני אדם והוא כלל 32 נסיינים שקיבלו שאלוני התנהגות מתוקפים של תשוקה רומנטית ואגרסיביות. הנסיינים קיבלו פוטותרפיה (טיפול בחשיפה לאור) ב-UVB במרכזים הרפואיים איכילוב ואסותא. אצל שני המינים נמצאה עלייה בתשוקה הרומנטית, ואילו הגברים העידו על עלייה ברמות האגרסיביות.

תוצאות דומות התקבלו כאשר נסיינים נתבקשו להימנע מאור השמש במשך יומיים, ולאחר מכן השתזפו במשך כ-25 דקות. בבדיקות דם שנערכו נמצא כי החשיפה לשמש הביאה להפרשה מוגברת של הורמונים כמו טסטוסטרון בהשוואה לבדיקות הדם שנערכו יום לפני החשיפה. עלייה בטסטוסטרון אצל גברים בקיץ נמצאה גם באנליזה של מידע הנאסף בקופות החולים מכבי וכללית.

הדוקטורנטית רומה פאריק ופרופ' כרמית לוי 

"בעור יש מנגנונים שונים שנועדו להתמודד עם קרינת השמש, אחר מהם הוא גורם השעתוק p53," מסבירה פרופ' לוי. "צריך לזכור שחשיפה ל-UV מסוכנת ועלולה לגרום לנזקים בדנ"א, כמו במקרה של סרטן העור. יחד עם זאת כמובנה יש בעור שתי תוכניות אשר מופעלות בעקבות חשיפה לשמש ואשר נועדו להגן מפני נזקי דנ"א, והן: מערכת תיקון הדנ"א ומערכת הפיגמנטציה. p53 אחראי בין היתר על תיקון הדנ"א לאחר חשיפה וכן על הפיגמנטציה של העור, השיזוף, בהתאם לרמות החשיפה – וכך הוא מווסת את רמות נזקי הדנ"א. כעת גילינו שאותה מערכת בדיוק פעילה גם בהפעלת המערכת האנדוקרינית של רבייה ומיניות. גורם השעתוק הזה מזהה את השמש, ספציפית את תחום ה-UVB בקרינת השמש, ומביא כנראה להפרשה מוגברת של ההורמונים שגורמים לנו להשתוקק ולהתאהב יותר".

לתגלית החדשה מאוניברסיטת תל אביב יש תקווה להשלכות מעשיות, כמו טיפול בהפרעות מיניות שמקורן הורמונלי באמצעות הקרנת UVB, אך יידרש עוד מחקר על מנת ליישם את הגילויים. לדברי פרופ' לוי, פריצת הדרך תוביל לתגליות נוספות במדע הבסיסי. "אנחנו פותחים פה שורה של שאלות מדעיות ופילוסופיות. הרי לנו בני האדם אין פרווה, העור שלנו חשוף לקרינת השמש הרבה יותר מעורו של בעל חיים פרוותי, ואנחנו רק מתחילים להבין מה חשיפה של השמש עושה לנו, ובאילו תהליכים פיזיולוגיים והתנהגותיים החשיפה הזאת משחקת תפקיד מפתח. מדובר בקצה הקרחון".

המחקר נערך בהובלת פרופ' שי מאירי מביה"ס לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב, והחוקר אמיר פרום ממכון ויצמן למדע. המאמר פורסם בכתב העת Journal of Biogeography.

"במסגרת המחקר ערכנו סקירה מקיפה של הספרות המדעית, ולראשונה בעולם אספנו נתונים כמותיים על מיני עופות שנכחדו." מסביר פרופ' מאירי. "אלה שנכחדו לאחרונה היו ידועים, והקדומים יותר מוכרים למדע מכיוון ששרידיהם נמצאו באתרים ארכיאולוגיים ופלאונטולוגיים ברחבי העולם.  בסך הכול ריכזנו רשימה של 469 מינים שהוכחדו במהלך 50,000 השנים האחרונות, אך אנו מעריכים כי מספרם האמיתי של הנכחדים גבוה בהרבה".

החוקרים מעריכים כי ההכחדה העצומה נגרמה רובה ככולה בידי בני אדם, שצדו את העופות לצורכי מזון, או שלחילופין העופות (או ביציהן) נטרפו על ידי בעלי חיים שהביא האדם לאיים. הערכה זו מסתמכת בעיקרה על שתי עובדות: ראשית, החלק הארי של השרידים נמצא באתרים אנושיים, ונראה שמדובר בעופות ששימשו מזון לתושביהם; שנית, ברוב המקרים התרחשה ההכחדה זמן קצר לאחר הגעת האדם למקום.

מטרה נחשקת לציידים

החוקרים מצאו גם כי ההכחדה לא הייתה אקראית, שכן למרבית המינים שנכחדו היו שלושה מאפיינים משותפים: ראשית, כ-90% מהם חיו באיים. כשבני האדם הגיעו לאי העופות ניצודו על ידם או נפלו קורבן לבעלי חיים אחרים שהאדם הביא עמו, כמו חזירים, חולדות, קופים וחתולים. 

שנית, רוב המינים היו גדולים וחלקם היו גדולים מאוד, כך שכל פרט סיפק מזון רב לאדם והיווה מטרה נחשקת לציידים. למעשה, נמצא כי מסת הגוף של המינים שנכחדו גדולה עד פי 10 מזו של מינים ששרדו. יתרה מכך, מחקרים קודמים מצאו תופעה דומה גם בקרב יונקים וזוחלים, בעיקר לטאות וצבים שחיו באיים, והגדולים שבהם ניצודו בידי אדם ונכחדו.

שלישית, חלק ניכר ממיני העופות שנכחדו היו חסרי יכולת תעופה, ולכן התקשו אולי להימלט מרודפיהם. נמצא כי מספר מיני העופות חסרי יכולת התעופה שנכחדו גדול פי 2 ממספר מיני העופות הלא מעופפים שעדיין קיימים היום. אחת הדוגמאות המוכרות היא ציפור המואה בניו-זילנד: 11 מיני מואה הוכחדו בידי ציידים בתוך 300 שנה. 68% מהעופות חסרי התעופה המוכרים כיום למדע הוכחדו בגלל פעילות האדם.

"מהמחקר שלנו ניתן להסיק, כי לפני ההכחדה המסיבית של עשרות אלפי השנים האחרונות, חיו על פני כדור הארץ הרבה יותר מיני עופות גדולים ואף ענקיים, וכן יותר מינים חסרי יכולת תעופה, ומגוון העופות באיים היה עשיר הרבה יותר," אומר פרופ' מאירי. "אנו סבורים כי ממצאי המחקר שלנו יכולים להוות נורות אזהרה בנוגע לעופות שנמצאים היום בסכנת הכחדה, וחשוב לבחון אם גם להן יש מאפיינים דומים. עם זאת חשוב לציין שהתנאים היום השתנו במידה רבה, והסיבה המרכזית להכחדה מינים בידי אדם אינה ציד אלא הרס בתי גידול."

המחקר נערך ע"י שרה אוחיון, תלמידת דוקטורט במעבדתו של פרופ' יוני בלמקר, בבית הספר לזואולוגיה, הפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' ווייז ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט. המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת Nature Ecology & Evolution.

אוחיון מסבירה שכאשר שמורה ימית מגיעה לשיא תפקודה, הציפייה היא שהתאוששות האוכלוסיות הימיות בשמורה תוביל ל"זליגה" (spillover), תהליך שבו דגים וחסרי חוליות ימיים ינדדו אל מחוץ לגבולות השמורה בחיפוש אחר בתי גידול חדשים. בכך השמורות יכולות לתרום לא רק לשמירת הטבע הימי אלא גם לחידוש אוכלוסיות דגים מחוץ לשמורה שהתדלדלו כתוצאה מדיג יתר.

על מנת לקבל תשובה לשאלה מהו הדפוס המרחבי הדומיננטי של אוכלוסיות ימיות מתוך השמורות לשטחים הפתוחים לדיג שסביבן, החוקרים ערכו מחקר מטא-אנליזה שכלל נתונים מרחביים של אוכלוסיות ימיות מעשרות שמורות ימיות, הממוקמות באזורים שונים באוקיינוסים.  

"כשראיתי את תוצאות המודל המרחבי הבנתי מיד שאנחנו מסתכלים על דפוס של אפקט שוליים", מדגישה אוחיון. "אפקט שוליים הוא תופעה ידועה ונחקרת מאוד בשמורות טבע יבשתיות, אך באופן מפתיע היא טרם נחקרה באופן אמפירי בשמורות ימיות. מדובר בתופעה שנוצרת כאשר סביב השמורה ישנן הפרעות ולחצים אנושיים - דוגמת ציד/דיג, זיהום רעש או אור, אשר גורמים לירידה בגודל האוכלוסיות הטבעיות בתוך השמורה באזורים הסמוכים לגבול."

הנחיות מעשיות לשיפור התכנון והניהול של שמורות טבע ימיות

על מנת להבין את ההשלכות הגלובליות של המחקר השתמשו החוקרים במאגר הנתונים MPAtlas, שבו מתועדות מרבית השמורות הימיות בעולם. החוקרים מצאו כי 40% מכלל שמורות האל-געת בעולם (אסורות כליל בפעילות דיג) קטנות מ-1 קמ"ר, כלומר סביר להניח שהם חוות אפקט שוליים בכל שטחן. בסך הכל, 64% מכלל שמורות האל-געת בעולם קטנות מ-10 קמ"ר ועשוית לקיים רק כמחצית (45-56%) מגודל האוכלוסייה הצפוי בשטחן ללא אפקט שוליים. ממצאים אלה מצביעים כי יעילותן הגלובלית של שמורות האל-געת הימיות נמוכה באופן משמעותי ממה שהיה מקובל לחשוב עד כה.

חשוב להדגיש כי הדפוס של אפקט שוליים לא מבטל כליל את האפשרות לזליגת דגים, וסביר בהחלט שדייגים עדיין נהנים מדגים גדולים שיוצאים מהשמורות. ריכוז מאמץ דיג על גבולות השמורה הוא העדות לכך. יחד עם זאת אפקט השוליים מבהיר לנו שאוכלוסיות ימיות הסמוכות לגבול השמורה מתדלדלות בקצב מהיר מזה של התאוששות האוכלוסיות סביב השמורה.

מממצאי המחקר עולה בנוסף כי באותן שמורות ימיות שבהן יש אזורי חיץ סביבן (buffer zone), לא נרשמו דפוסים של אפקט שוליים, אלא על דפוס של זליגת דגים אל מחוץ לשמירה. בנוסף, בשמורות שבהן קיימת אכיפה איכותית, נצפה אפקט שוליים מצומצם יותר. "ממצאים אלה מעודדים, כיוון שמשמעותם היא שעל-ידי יישום אזורי חיץ, ניהול פעילות הדיג סביב השמורה והגברת האכיפה, אנו יכולים להגביר את היעילות של השמורות הימיות הקיימות, וקרוב לוודאי גם להגדיל את היתרונות שהן יכולות לספק דרך זליגת דגים", מוסיפה אוחיון. "בעת תכנון שמורות ימיות חדשות, מעבר להחלת אזורי חיץ מנוהלים, אנו ממליצים שאזור האל-געת המיועד להגנה יהיה בשטח של לפחות 10 קמ"ר ושצורת השמורה תהיה עגולה ככל האפשר. אמצעים אלה יצמצמו את אפקט השוליים בשמורות. ממצאי המחקר שלנו מספקים הנחיות מעשיות לשיפור התכנון והניהול של שמורות טבע ימיות, על מנת שנוכל לעשות עבודה טובה יותר בהגנה על האוקיינוסים שלנו".