חיידקים במי התהום

מאת: ירון בטיט

במסגרת מטלת אינטרנט - סמסטר א2000

בעבר, הידע בתחום מיקרוביולוגיה של מי תהום היה מוגבל וזאת מסיבות שונות: ראשית, ההנחה הבסיסית הייתה שסביבת מי התהום נעדרת קיום חיים. שנית, שיטות למדידת סביבה ייחודית זו היו מוגבלות, ושלישית, ההנחה הבסיסית הייתה שמים, העוברים דרך הקרקע, מיטהרים על ידי תהליכים מיקרוביאליים ועל ידי טיהור כך שלא הייתה דאגה בעבר שמא מי התהום יזדהמו. ככל שהמודעות לזיהום מי תהום עלתה כך גברה המוטיבציה להבנת סביבה ייחודית זו.

• סביבת מי התהום שונה מסביבות מימיות (אקווטיות) אחרות בכך שפחמן אורגני אינו מתחדש על ידי אורגניזמים פוטוסינטטיים אלא הוא צריך להיות מסופק מן השטח או מן האורגניזמים החיים באקוויפר עצמו.
• סביבת מי התהום שונה מסביבות מימיות אחרות גם בכך שחיידקים הינם האורגניזמים הדומיננטים במי התהום. למרות שיש גם פרוטוזואה וזנים יחודיים של חסרי-חוליות.
• רוב סוגי החיידקים, דיירי מי התהום, אינם חיים כשהם מסתובבים בצורה חופשית במאגר מי התהום אלא הינם קשורים למוצקי המאגר.
• העומק אליו הפעילות החיידקית יכולה להגיע נקבע על ידי פעילות נוטריינטית, בנוסף ל-pH, מליחות, וטמפרטורת מאגר מי התהום.
• רוב מדדי הבקרה של מי תהום, כגון רמת חומציות, רמת חמזור, כמות חמצן חופשי ונוכחות מינרלים ספציפיים מושפעת בעיקר מן הפעילות החיידקית במי התהום. עובדה זו הינה נכונה בייחוד כשהמאגר מזדהם במצע עליו יכולים החיידקים לגדול.

ניתן למצוא חיידקים בכל מקום אליו נפנה. הם נפוצים באוויר, באדמה במים ובבתי-גידול שונים של חיי היום-יום שלנו. ניתן למצוא חיידקים באופן קבוע בקרקע בתדירות של 10⁸-10⁹ תאים לגרם. גם בשכבה הביוגנית שעל שכבת הסלע בנהרות ואגמים יש חיידקים בכמות של עד ל-10⁹ בסמ"ר. מי נהרות זכים, שאליהם לא זורמים שפכים, מכילים אלפים רבים של חיידקים באופן טבעי בליטר מים אחד. חיידקים אלו, הנמצאים באופן טבעי בסביבה, שומרים על פוריות הקרקע, הם ממחזרים מינרלים ונוטרינטים במים ובמשקעים, הם מפרקים שלכת ושאר חומרי צמח המייצרים חומרים חיוניים לאורגניזמים אחרים. בהסתמך על עקרונות הנלמדים מסביבות אחרות, נוכל לצפות מחיידקים החיים במי התהום לבצע את הפעילויות הנ"ל:

• העברת פחמן אורגני לפחמן דו חמצני.
• חיסול (use up) של מאגרי חמצן כשיש די והותר פחמן לגדילה.
• העברת חנקן מצורות מחומצנות NO₃ לצורות מחוזרות NH₄/N₂.
• העברת ברזל מצורות מחומצנות Fe₃ למחוזרות Fe₂.
• העברת גופרית מצורות מחומצנות SO₄ לצורות מחוזרות H2S.
• ייצור מתאן CH₄.
• פרוק חומרי הדברה, דלקים ומזהמים אורגניים אחרים.

ישנם חיידקים המסוגלים לפרק דלקים (petroleum) ותוצריהם השונים. פרוק זה יתבצע אך ורק בסביבה אירובית ולכן יתרחש רק בשכבה העליונה של מי התהום החשופה לחמצן. חיידקים אלו יקשרו לטיפות הדלק ויהפכו אותו, בסופו של דבר, ל-CO₂. אם הדלק יגיע לסביבה שאינה אווירנית הוא יתפרק בקצב מאד איטי ויישאר במצבו במשך שנים רבות. מינים רבים של חיידקים, מהסוגים Mycobacterium, Corynebacterium, ו-חיידקים מקבוצת ה-pseudomonads מסוגלים לפרק דלקים.

מספר קוטלי חרקים יכולים לשמש כמקורות פחמניים וכמוסרי אלקטרונים לסוגים שונים של חיידקי-קרקע (soil bacteria). ניתן לייעל פרוק מזהמים על ידי מגוון גורמים סביבתיים כמו pH, טמפרטורה, אוורור וכמות החומר האורגני בקרקע.

אחת מהטכנולוגיות המיושמות כיום לטיפול במזהמים מסוג זה הנה טכנולוגית Bioventing המבוססת על הרעיון שהקרקע מכילה כמות ומגוון עצום של חיידקים, היכולים לגדול על מגוון רחב של דלקים אורגניים (petroleum hydrocarbons) כשגלישת נפט תת קרקעית מתרחשת. תוך שימוש החמצן כמקבל אלקטרונים מועדף, החיידקים צורכים את הדלק כמקור מזון ומתמירים אותו לאנרגיה וכחומר גלם לגדילת התא. רוב האתרים המזוהמים נהפכים לאל אווירניים מפני שקצב ניצול החמצן הנו מהיר מקצב דיפוזית החמצן לתוך הקרקע. כשאספקת החמצן מסתיימת, החיידקים מפרקים את הדלקים האורגניים בקצב הרבה יותר איטי. בכדי להאיץ את קצב הפרוק, אוויר נשאב לתוך השטח והחיידקים שבים לבצע פרוק אווירני.(להרחבה ופרוט באתר של המכון הטכנולוגי בווירג'יניה)

המדד העיקרי לבדיקת איכות מים לשתייה, חקלאות ותעשייה הינו מדד חיידקי הצואה (fecal indicator bacteria). מדד זה מתייחס לחיידקים הגדלים באופן טבעי במערכת העיכול של בני אדם ואורגניזמים אחרים בעלי דם-חם. חיידקים אלו אינם גורמים, על פי רוב, נזק כלשהו. חיידקים אלו משתחררים לסביבה עם הצואה וההנחה הבסיסית היא שהם אינם שורדים בתנאי סביבה טבעיים מכיוון שהם מותאמים לחיים במערכת העיכול. הנחה זו קיימת גם לגבי אי-יכולת השרידות של חיידקי צואה במי תהום, שם גורמים כגון טמפרטורה, תחרות עם חיידקים אחרים הנמצאים באופן טבעי במאגר מי התהום, טריפה על ידי פרוטוזואה ואורגניזמים קטנים אחרים יביאו לחיסולם. ההנחה היא כי לחיידקי מעיים פתוגניים מקור ושרידות הדומים לאלו של חיידקים צואתיים, כך שמדד החיידקים הצואתי משקף גם את ריכוז החיידקים פתוגניים.

נושא אספקת מים באיכות גבוהה לציבור הרחב נמצא בראש סדר העדיפויות הלאומי של מדינות רבות בעולם. האיכות הבקטריאלית של מי השתייה היוותה מאז ומתמיד את הדאגה העיקרית, אך במהלך העשור האחרון עם הרחבת הידע לגבי חומרים כימיים מסוכנים הופנתה תשומת לבו של הציבור ומשרדי הבריאות באזורים השונים בעולם לחשיבות הרבה שיש לאיכות הכימית של המים והטיפול במזהמים כימיים.

ישנם מקורות רבים העלולים לזהם מי שתייה: החל ממקורות טבעיים כמו ארסן ומנגן הנשטפים מהקרקע, וכלה במזהמים שמקורם בפעילות אנושית כגון מפעלי תעשיה, נגר מפעילות חקלאית, שחרור מבוקר ממתקני ביוב ושחרור בלתי מבוקר או דליפה ממטמנות או כתוצאה מתאונות כימיות.

כתוצאה מזיהום מאגר מי תהום מגוון מיני החיידקים הנמצאים במאגר משתנה.

האם במשך הזמן, ינקו החיידקים "הנוספים" את מי התהום המזוהמים?

האם אוכלוסיית החיידקים תשוב למצבה המקורי לאחר "ניקוי" הזיהום?

אם כן, האם נוכל להסתמך על הבקטריולוגיה של המאגר כדי לקבוע את איכות המים?

חיידקים והשפעתם על איכות מי תהום - אתר טוב מאד, של מכון ממשלתי במישיגן, ממנו למעשה שאבתי את רוב החומר למטלה.

המכון הטכנולוגי של וירג'יניה - אתר טוב למדי, מכיל מיון של החיידקים המסוגלים לחיות במי תהום (על פי חלוקה של מקור אנרגיה ומקור מזון). מכיל גם פרוט של מחזורי הטבע בהם משתתפים החיידקים (מחזור חנקן, חמזור ברזל ומנגן וכיו"ב) וכן הרחבה על תפקיד החיידקים בפרוק מזהמים.

חיידקים המסלקים זיהומים ממי תהום - מאמר חדשותי באתר ENN.

שימוש בחיידקים לניקוי מי תהום שזוהמו על ידי מדבירי חרקים - מאמר חדשותי באתר ENN

טבלת תקנים כימיים ואחרים לאיכות מי תהום - מהמחלקה למשאבים טבעיים במדינת וויסקונסין, ארה"ב. התקן שולל לחלוטין נוכחות קוליפורמים במים.

הגדרת מונחים בסיסיים באיכות מי-תהום - מהאתר של המשרד לאיכות הסביבה של קולומביה הבריטית, קנדה.

סקירה קצרה ובה הכלת המונח ביוספרה (biosphere) גם על מי תהום.

מאמר המתייחס לנוכחות חיים חיידקיים בעומקים של עד 5300 מטר מתחת לפני הים. הביומסה של אורגניזמים תוך-אדמתיים intraterrestrial אלו הנה גדולה מזו של החיים על הארץ ובים גם יחד. קצב הפעילות של יצורים אלו הנו איטי אך הם גורמים חשובים במחזורי טבע כגון: ייצור גזי מימן, מתאן ופחמן דו חמצני. חשיבות מושבות חיידקים אלו לתהליכים מטבוליים כגון ניצול אל-אווירני של פחמימנים וחמצון מתאן.

מאמר הדן בהיבטים האקולוגיים של חיידקים החיים מתחת לפני הקרקע. המאמר מציין את התכונות הפיזיקליות הנדרשות לקיום חיידקים והמשפיעות על שכיחות הופעתם ומציין שרק לאחרונה החלו לאבחן ולמיין את מיני החיידקים החיים בבתי גידול אלו. המאמר טוען שעם הירידה לעומק פני כדור הארץ קטנה גם כמות מיני החיידקים והביומסה שלהם. המאמר טוען שהחיידקים נודדים מרחקים ארוכים יחסית בתוך משקעי מי תהום אלו.