מעטפות חיות

כתבה: ד"ר יוסף זקבך

פורסם ב"כמעט 2000" 1, עמ' 27-25, חורף 1994.

מעטפת גוף החי
לכל גוף, של צמח או בעל חיים, יש מעטפת המגינה עליו. כך למשל, תפקיד העור העוטף יצורים חיים הוא להגן על הגוף ולבודד אותו מפני הסביבה החיצונית. העור מורכב משתי שכבות חלבוניות: השכבה החיצונית, אפידרמיס, בנויה מחלבון נוקשה (קרטין) ומכילה את צבען העור (מלנין) המגן מפני חדירת הקרניים העל-סגולות המזיקות של השמש. השכבה הפנימית, דרמיס, מכילה מערכת של צינורות דם, תאי עצב, רצפטורים (קולטנים) חושיים, בלוטות הפרשת זיעה ושורשי שערות. רקמת הגנה זו יוצרת שכבה רגישה וגמישה המונעת איבוד נוזלים או חדירת מים לתוך גופנו.

שכבות העור מגינות גם מפני נזקים מכניים וחדירת מיקרואורגניזמים ומזיקים שונים. תוספות העור כגון: שיער, פרווה או נוצות ואיוד הזיעה המופרשת מהעור מאפשרות ויסות הטמפרטורה אצל יצורים בעלי דם חם. בנוסף לכך, פעולת השמש על עורנו מסייעת ליצירת ויטמין D החיוני לגוף. העור משמש כאבר חישה ומכיל רצפטורים הרגישים למגעים, לכאב, לטמפרטורה וללחץ.

מעטפת הצמח
גוף הצמח עטוף במעטפת שונה מזו של החי. זוהי מעטפת של שכבת תאים שקופים הנקראת (במונח שנלקח מעולם הזואולוגיה) אפידרמיס. שכבה זו מכסה את גוף הצמח הצעיר ומאפשרת חילוף גזים בין הסביבה החיצונית לפנים גוף הצמח.

עם התבגרותו של הצמח הופכת שכבת האפידרמיס בצמחים מסוימים (שיחים ועצים) לקליפה של חומר שאינו חי. הקליפה עשויה ממרכיבים שונים הנוצרים בתדירות מסוימת וגורמים להתקלפות הגזע. מחוץ לקליפה זו יש ריפוד של תאי שעם, אך יש עצים שעטופים בקליפה עבה הבנויה באופן בלעדי מתאי שעם. השעם מורכב מדפנות של תאים מתים המונעים כניסת מים ומזיקים שונים אל גוף הצמח. דפנות תאים מתים אלה מכילים חומר שומני ושעוותי (סוברין) אשר מקנים לעץ את הבידוד מהסביבה החיצונית. מכאן ברור מדוע משמש השעם להכנת פקקים לבקבוקים. את השעם התעשייתי מפיקים מהעץ כל שלוש עד ארבע שנים. עצי שעם מצויים בדרום אירופה ובצפון אפריקה. (בגן הבוטני במקווה ישראל אפשר לראות את עץ אלון השעם הבולט בסביבתו).

מעטפת התא
היצורים הביולוגיים בנויים מיחידות מבנה זעירות הנקראות תאים. מבחינים בין תא של חיידק הנקרא קדם-גרעיני (תא פרוקריוטי), לבין תא מפותח יותר ובעל אברונים וגרעין מרכזי (תא אאוקריוטי). אצל תאים אאוקריוטים, בנוסף לתכולת תוכן התא, קיימים הבדלים נוספים בין תאים צמחיים לבין תאים של בעלי חיים (אנימליים). קרומית התא או הממברנה (פלסמולמה) היא הגבול התוחם את קו החיים והמחזיק את כל חלקי התא יחדיו.

בתאים של חיידקים ושל צמחים קיימת שכבה נוספת המגינה על התא, דופן התא. הדופן מופרש מתוך הממברנה כלפי חוץ. זהו חלק שאינו חי המהווה שלד תאי ומעטפת נוספת המגינה ושומרת על החלק החי של התא. הדופן בצמחים עשוי ממרכיבי סוכרים וחומרים נוספים (כמו תאית - cellulose ונגזרותיה). השכבה התאית מחוזקת על ידי תרכובת קשיחה הנקראת ליגנין. נוהגים להשוות את חוזק הדופן למבנה הבנוי מבטון (המקביל לתאית) המכיל בתוכו סריגים של ברזל (המקביל לליגנין).

בעבר היו הדעות חלוקות לגבי מבנה הממברנה (למעשה אי אפשר לראות את קרומית התא במיקרוסוקופ האור מפאת ממדיה הזעירים, וגם במיקרוסקופ האלקטרוני התמונה אינה ברורה). כיום מוסכם שהממברנה מורכבת מיחידות שערוכות בכעין פסיפס של חלבונים ה"טבולים" בתוך שתי שכבות שומניות (ליפידים). שכבות אלה ניצבות זו מול זו בצורה מיוחדת המאפשרת מעבר של חומרים באופן מבוקר לתא.


מבנה הקרומית. החלבונים מפוזרים בין מולקולות הליפידים המשמשים להעברת חומרים ולתפקידים נוספים.

תכונות מיוחדות של מעטפות חיות
הממברנה והדופן (אם הוא קיים), תוחמים את פנים התא ומאפשרים את קיום כל תנאי החיים בתוכו. הקרומית תוחמת את גבולות התא וקובעת את צורתו. אם שמים תא (תא דם אדום, חיידק, או כל מיקרואורגניזם אחר) לתוך תמיסה מרוכזת (של סוכר, מלח וכדומה) יוצאים מים מתוך פנים התא (מהציטופלסמה או מהחלולית של הצמחים) ומוהלים את התמיסה החיצונית. כתוצאה מיציאת הנוזלים מתוך התא מצטמצם נפח התא מאוד. קרומית התא שומרת על יציבות התא, שנפחו הצטמצם, ומקיימת אותו בתנאי עקה אלה. תופעה זו נקראת פלסמוליזה (plasmolysis) ויש לה גם שימוש יישומי בשימור מזון: פירות וירקות שונים מחזיקים מעמד תקופה ממושכת כאשר משמרים אותם בתוך סירופ של סוכר או בתמיסת מלח (כמו מלפפונים כבושים).

התופעה מוסברת בכך שהמיקרואורגניזמים (חיידקים או פטריות) החודרים אל תוך תמיסת הסוכר או המלח (שבהם נמצאים גם הירקות או הפירות) עוברים פלסמוליזה ואינם מסוגלים לתפקד בגלל שאיבדו נוזלים מתוך גופם. קרומית תאי החיידקים והפטריות שומרת על חיוניותם של התאים (למרות שהם אינם פעילים בתוך הסביבה העוינת) ומאפשרת להם "להתעורר" כאשר סביבתם החיצונית תשתנה לטובה.

לעומת זאת, כאשר שמים תא בתמיסה מהולה, חודרים המים פנימה ומנפחים את התא עד לגודלו המרבי. דפנות תאי הצמח או החיידק מגינים על תכולת פנים קרומית התא מפני כניסת נוזלים ומונעים חדירת יתר של עודפי מים. אפשר להשוות זאת לצמיג האופניים או המכונית (המקביל לדופן התא), השומר על הלחץ הרצוי של פנימית הגלגל (הפנימית מקבילה לקרומית התא וכל תכולתה).


הקרומית - גבול "ממלכת התא. הדמויות מייצגות את התפקידים השונים שלה.

הממברנה גם מסוגלת להכניס לתוך התא חומרים שונים באופן בררני. אצות ים מסוימות מכניסות אל תאיהם יסודות כמו יוד או אשלגן, ומאחסנות אותם בריכוז גבוה מאוד ביחס לריכוזם הנמוך במים הסובבים אותן. האדם מנצל תכונה זו ומפיק מהאצות יסודות החיוניים לצרכיו. קיימים הסברים שונים למנגנון הבררני של העברת החומרים אל התא ומתוכו. לפעמים יש צורך בהשקעת אנרגיה (ATP) בכדי לבצע את ההעברה לתוך התא בניגוד למפלי הדיפוזיה. הממברנה גם מסייעת להפריש את עודפי החומרים או את הפסולת התאית לסביבה החיצונית (אקסוציטוזה, exocytosis).

תכונה חשובה נוספת קשורה ל"היכרות ההדדית" שבין תאים. לחלבוני הקרומית יש תוספות העשויות מסוכרים ומפחמימות. תוספות אלה מאפשרות את ההיכרות של תאים שכנים וקיום קשרים בין תאים קרובים. מחקרים רבים עוסקים בנושא זה, בתורת החיסון התאי ובהרכב של "פני" הממברנה והתפקוד שלה.


התפתחות התא האאוקריוטי לפי התאוריה האנדוסימביוטית

מעטפות האברונים
חסידי התאוריה הנקראת אנדוסימביוזה, רואים את התא המגורען כקובץ של חיידקים חופשיים אשר חדרו בעבר האבולוציוני לתוך תא הפונדקאי וחיים כיום יחדיו בהרמוניה מלאה בצורה של אברונים. כך, סבורים הם, אצות כחוליות (חיידקים כחוליים - Cyanobacteria) נכנסו לתא הקדמון והפכו במרוצת העידנים לכלורופלסטידות. חיידקים אירוביים חדרו לפונדקאי והתפתחו למיטוכונדריה, חיידקים סלילוניים "נדבקו" לגוף התא הקדמון והפכו לשוטונים המניעים את התא המשוכלל.

לאחדים מן האברונים הנמצאים בתוך התא האאוקריוטי יש מעטפת אברון כפולה (למשל כמו למיטוכונדריון או לכלורופלסטידה). מדעני הסימביוזה רואים בשכבת הממברנה הפנימית של האברון את שאריות הקרומית של תא החיידק הפולש. את המעטפת החיצונית של האברון הם מפרשים כתולדה של קרומית תא הפונדקאי אשר קלט את ה"דיירים" שסירבו לצאת והפכו ל"תושבי ממלכת התא". מדענים התומכים בתאוריית ההתפתחות הישירה של התא האאוקריוטי אינם סבורים כך. לדעתם, הממברנה הכפולה של האברונים נובעת מהתפתחות ישירה מתוך התא הפרוקריוטי המקורי, אשר עבר במהלך האבולוציה מספר מוטציות אל עבר התא האאוקריוטי המשוכלל.


התפתחות ישירה של התא האאוקריוטי

ד"ר יוסף זקבך הוא מרצה בכיר בבית ספר לתלמידי חו"ל של האוניברסיטה העברית בירושלים.

המרכז להוראת המדעים,
האוניברסיטה העברית בירושלים,
גבעת-רם, 91904,
למינויים להתקשר
לטלפון: 02-6585365
באדיבות מערכת כמעט 2000, המרכז להוראת המדעים, האוניברסיטה העברית.