(לא) עצמאי בשטח

"סימביוזה הדדית" פירושה מצב בו שני יצורים חיים שונים יוצרים סביבה משותפת שבה כל אחד מהם תורם את חלקו ושניהם מרוויחים מהקשר המשותף. דוגמה מוכרת לסימביוזה הדדית שכזו היא המקרה של שושנת הים ודג השושנון. הדג מרוויח את ההגנה שמעניקה לו השושנה הרעילה ואילו היא, ככל הנראה, מרוויחה שאריות מזון. במקרים רבים לא ניתן להבחין בקלות בתרומה וברווח של יצורים שונים החיים בצורות שיתוף שונות. כאשר שני יצורים חייבים האחד את תרומת השני על מנת לשרוד ולהתפתח, נקראת התופעה "שיתוף הדדי הכרחי". דוגמה מרהיבה לכך היא השיתוף שבין כנימה ובין חיידק שחי בתוכה. כמעט כל מיני הכנימות על פני כדור הארץ מאכסנים בתוכם מין של חיידק הנקרא בוצ'נרה (Buchnera). חיידקים אלו מצויים בתוך תאים מיוחדים בכנימה הנקראים בקטריובלסטים והם מועברים מדור לדור דרך האימהות לביצים. הסימביוזה בין שני המינים קיצונית עד כדי כך שהיא הכרחית לקיומם. מחקר שהתפרסם בכתב העת Nature (7.9.00) חושף לראשונה את הבסיס המולקולרי לשיתוף הפעולה בין הכנימה לחיידק.

קבוצת המחקר בראשותם של סקקי ו-אישקווה (Ishikawa, Sakaki) מאוניברסיטת טוקיו חשפה את הרצף המלא של מין מסוים של חיידק בוצ'נרה החי בתוך כנימת האפון. החיידק הוא קרוב משפחה קרוב של החיידק המוכר E. coli שנמצא גם במערכת העיכול שלנו. הגנום של הבוצ'נרה קטן פי 7 מזה של חיידק הקולי - חוקרים זיהו בו 583 גנים לעומת 4400 בחיידק הקולי. בהשוואת הרצפים של הבוצ'נרה לרצפים של חיידקים אחרים התברר כי הגנום שלו הוא חלק מהגנום של חיידק הקולי וכי הוא איבד, במהלך האבולוציה המשותפת שלו עם הכנימה, מספר רב של גנים.

מרבית החיידקים, בכללם חיידק הקולי, יכולים ליצור לבדם את כל 20 חומצות האמינו המשמשות כאבני בניין של החלבונים שהם מייצרים. לעומתם, חיידק הבוצ'נרה שחי בתוך הכנימה איבד את הגנים שאחראים ליצור חומצות אמינו מסויימות. מתברר כי הוא איבד את היכולת ליצור אותן חומצות אמינו שהכנימה יכולה לייצר בעצמה, כמו פרולין וגלוטמט, ולעומת זאת הוא שמר על יכולתו ליצור את חומצות האמינו שאינן נוצרות על ידי הכנימה, כמו ארגינין וליזין. תופעה זו מדגישה את יחסי הסימביוזה בין החיידק לכנימה ומראה כי הם יצרו מערכת חסכנית של שיתוף פעולה בייצור של חומצות האמינו. בנוסף, מכיוון שסביבת החיים של החיידק השותף קבועה ויציבה, הוא איבד גנים רבים האחראים על יכולת העמידות של חיידקים בתנאים של חוסר חמצן ומליחות משתנה. לבסוף, חיידק הבוצ'נרה איבד אפילו גנים שאחראים ליצירת ליפידים הבונים את הקרומית העוטפת אותו, והוא מתבסס, לכן, על אספקת ליפידים משותפתו הכנימה.

החוקרים החלו בחשיפת הבסיס המולקולרי לסימביוזה ההדדית ההכרחית שבין כנימת האפון וחיידק הבוצ'נרה. הסימביוזה הייחודית הזאת מאפשרת לצפות בשינויים אבולוציוניים שהתרחשו במהלך 250 מיליון שנה. החיידק, שהוא כאמור קרוב משפחה של חיידק הקולי, איבד במהלך האבולוציה את עצמאותו והוא תלוי בכנימה מסיבות שונות. עם זאת, הוא עצמו גם תורם לכנימה, כך שגם הכנימה תלויה בו לקיומה. עובדות אלו מציבות את החיידק כמעין אברון בדומה למיטוכונדריון או הכלורופלסט, שהיו פעם - על פי התיאוריה - ישויות עצמאיות, יצרו סימביוזה עם התא והפכו במהלך האבולוציה לחלק ממנו. ייתכן שחיידק הבוצ'נרה מהווה מצב ביניים בין חיידק לאברון. עבודה זו מחזקת את הסברה כי האברונים השונים שקיימים בעולם החי, כגון המיטוכונדריה והכלורופלסטים, היו פעם חיידקים וכי הפיכתם לאברונים מהווה בעצם סימביוזה הכרחית בין התא לאברון. מעניין יהיה לחשוף את הרצף המלא של הכנימה ולגלות בכך מה הבסיס לתלות שלה בחיידק.