חדשות

לאחר מחקר קודם גילה כי המגפה שהשמידה את קיפודי הים באילת התפשטה לאוקיינוס ההודי ומאיימת להשמיד אוכלוסיות קיפודי הים בכל העולם - צמד מחקרים, ראשונים מסוגם, של חוקרים בהובלת ד"ר עמרי ברונשטיין מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז ומוזיאון הטבע ע״ש שטיינהרדט, קובע את הסיבות העיקריות לתמותות המוניות של קיפודי ים בעשרות השנים האחרונות: פתוגנים, סופות וטמפרטורות קיצוניות. כמו כן, ד"ר ברונשטיין וצוותו פיתחו שיטה חדשנית לדגימה גנטית בסביבות ימיות – באמצעות מטוש ובדומה לבדיקת הקורונה, בין היתר כדי לאפשר מעקב מהיר ולא פולשני אחר בעלי חיים ימיים והתפרצות של מגפות מתחת למים.

מטא-אנליזה של כלל הספרות המחקרית בנושא מאז 1888

המחקר הראשון, שפורסם ב-Biological Reviews, מציג מטא-אנליזה של 110 מקרי תמותה המונית (MMEs), בקרב קיפודי ים שנחקרו בין השנים 1888 ל-2024. ד"ר ברונשטיין והדוקטורנטית ליסה שמידט בחנו את כלל האירועים הידועים, מהם עולה שרוב התמותות דוּוחו בהמיספרה הצפונית - בעיקר בארה"ב, מערב אירופה ויפן, שם מרוכזים גם מרבית המחקרים והתקציבים.

החוקרים סיווגו חמישה גורמים מרכזיים לתמותות: 33% פתוגנים, 25% אירועים קטסטרופליים (כמו סופות ומיעוט חמצן), 24% טמפרטורות קיצוניות, 11% פריחת אצות ו-7% פעילות אנושית כגון זיהום והרס בתי גידול.

"מדובר במטא-אנליזה של כלל הספרות המחקרית בנושא", מסביר ד"ר ברונשטיין. "עבור כל אירוע תמותה מיפינו היכן ומתי התרחש, אילו מינים נפגעו ובעיקר - מה גרם לו. מתברר שפתוגנים הם הגורם המוביל לתמותה המונית בקרב קיפודי ים. הממצא הזה משקף היטב את מה שאנחנו רואים כיום בגל המודרני של תמותות - מהקריביים, דרך הים האדום ועד לאוקיינוס ההודי. יש נטייה לייחס הכול להתחממות הגלובלית, אך זה לא תמיד מדויק. לעיתים התמותה אינה קשורה ישירות לחום, שכן חלק מהמינים יכולים לחיות גם בסביבות חמות. הבעיה היא שההתחממות משפיעה על גורמים אחרים – כמו ירידה בחמצן המומס ועלייה בפעילות פתוגנים – ואלו כבר עלולים להוות שילוב קטלני".

מגפה עולמית מתחת לפני הים

בשנת 2023 זיהה ד"ר ברונשטיין תמותה המונית של קיפודי ים ממין נזרית ארוכת קוצים בים האדום, שנגרמה מאותו פתוגן, ריסנית, שהכחיד מין קרוב בקריביים. מאז התפשטה המגפה לאוקיינוס ההודי, שבה והתפרצה בקריביים, וכיום היא מוגדרת כפנדמיה שמאיימת על אוכלוסיות קיפודי ים ברחבי העולם.

"קיפודי הים חיוניים לבריאות שוניות האלמוגים", מסביר ד"ר ברונשטיין. "הם ה'גננים' של השונית: ניזונים מאצות ומונעים מהן 'לחנוק' את האלמוגים." הוא מזכיר כי ב-1983 התמוטטה אוכלוסיית קיפודי הים בקריביים, מה שהוביל להשתלטות אצות ושינוי המערכת משונית אלמוגים לשדה אצות, תהליך שלא תוקן גם אחרי 40 שנה. "אנחנו חוששים שאותו תהליך עשוי להתממש כיום גם באזורי תמותה המונית נוספים, בעיקר במין נזרית ארוכת הקוצים - קרוב משפחה של קיפוד הים הקריבי. אלה הקיפודים השחורים עם הקוצים הארוכים שכולנו מכירים. עד לא מזמן הם היו נפוצים בשונית האלמוגים באילת, וכיום כמעט שאינם קיימים בים האדום. מדובר באירוע מאוד אלים: בתוך פחות מ־48 שעות אוכלוסייה בריאה הופכת לשלדים מתפוררים. באתרים מסוימים באילת ובסיני התמותה הגיעה ל־100%".

לדבריו, תמותות דומות התגלו גם באי ראוניון שבאוקיינוס ההודי, וכעת נבחנים שלושה מקרים חדשים נוספים - באוקיינוס האטלנטי, האוקיינוס ההודי ואף בים התיכון. "כך אירוע מקומי הפך לאזורי ואז לגלובלי. זו סכנה לשוניות האלמוגים בעולם בכל מקום".

^{קיפוד הים Diadema setosum לפני (שמאל) ואחרי (ימין) התמותה}

"פיתחנו כלי חדש לדגימת דנ"א מתחת למים... הערכה כבר נבדקה בסביבות מאתגרות והתוצאות נראות מבטיחות ביותר"

בהמשך לכך, וכדי להתגבר על אחד האתגרים הגדולים באיסוף מידע גנטי בים, תלמידת המחקר מאי בונומו וד"ר עמרי ברונשטיין פרסמו מחקר נפרד בכתב העת Molecular Ecology Resources, שמטרתו פיתוח שיטה חדשה, זולה ולא פולשנית שמאפשרת איסוף דגימות גנטיות מתחת למים באופן נרחב.

"הכלים העיקריים שמשתמשים בהם היום כדי לזהות פתוגנים הם כלים גנטיים", אומר ד"ר ברונשטיין, "אבל תחום האקולוגיה המולקולרית סובל מבעיה בסיסית: אין דרך פשוטה לדגום דנ"א מבעלי חיים מתחת למים. לכן, מחקרים רבים נסמכים על דיגום פולשני שגורם נזק לבעל החיים הנדגם ואף דורש לא פעם את הקרבת בעל החיים כולו והבאתו למעבדה. לכן המחקר פועל תחת רגולציה מחמירה מאוד ששוקלת בכל מקרה את הערך המדעי מול ערכי שמירת הסביבה. למשל, חל איסור לדגום בעלי חיים באתרים שנחשבים לשמורות טבע ימיות, יש איסורים והגבלות על שילוח דוגמאות לחו"ל, כמו אלמוגים, ובכל פרסום מדעי יש צורך להציג את ההיתרים הרשמיים לכל דגימה שמוצגת בפרסום.

על רטוב: ערכה מיוחדת לאיסוף דגימות גנטיות מתחת למים

"הצורך שלנו למצוא פתרון לצוואר הבקבוק הזה נבע מתוך מגפת קיפודי הים. יש היום שתי דרכים לאתר קיפודים חולים: לראות בעיניים שהם חולים, ואז זה כבר מאוחר מדי – הקיפודים האלה גוססים. לחלופין, אפשר לזהות את המחלה לפני הופעת הסימפטומים, בעזרת כלים גנטיים, אבל אם לשם כך צריך להוציא אותם מהים – אין זה משנה אם הם חולים או שיתברר שלא, אם בכל מקרה הקרבנו אותם".

כדי לפתור את האתגר הגדול של האקולוגיה הימית, צוות המחקר פיתח ערכה מיוחדת לאיסוף דגימות גנטיות מתחת למים. הערכה אמידה, אמינה, זולה ופשוטה לתפעול – והיא כבר נכנסה לשימוש בקרב קבוצות מחקר שונות ברחבי העולם – בעיקר באזורים מרוחקים או רגישים במיוחד. 

^{ד"ר עמרי ברונשטיין והדוקטורנטית ליסה שמידט מדגימים כיצד הם לוקחים דגימה גנטית מקיפוד ים מתחת למים}

"פיתחנו כלי חדש לדגימת דנ"א מתחת למים, המזכיר בדיקת קורונה. בקצה מבחנה ייעודית המלאה בנוזל השימור ישנה ממברנה המונעת חדירת מים, ופקק עם קליפס, כמו בחלק ממשחות השיניים. ממש כמו בבדיקות קורונה, החוקר מעביר מטוש על פני בעל החיים הימי מבלי לגרום לו נזק או להזיז אותו ממקומו. אפילו אין צורך לדגום בריריות כמו בקרב בני האדם, מספיק להעביר עליהם בעדינות את המטוש. בהמשך, המטוש מוחדר למבחנה תוך כדי ניקוב הממברנה שמונעת חדירה של מים לנוזל השימור שבפנים, והפקק הלחיץ נסגר כדי לאבטח את הדגימה. זה כל הסיפור", מסביר ד"ר בורשטיין.

לדבריו, חוקר בודד יכול כך לאסוף מאות דגימות בצלילה אחת כמעט בכל תנאי סביבה ועומק המאפשרים צלילה. "הערכה כבר נבדקה בסביבות מאתגרות, כמו במשלחות שדה לג'יבוטי ולאי ריוניון, והתוצאות נראות מבטיחות ביותר: דוגמאות שעמדו אחר כך חודשים ללא קירור עד שהגיעו אלינו למעבדה נשמרו בצורה יוצאת מהכלל ואפשרו לבצע גם אנליזות גנטיות רגישות. בניסוי רחב היקף שביצענו עם השיטה החדשה כאן במפרץ אילת, הצלחנו תוך מספר חודשים לאסוף חומר גנטי ממאות קווצי עור במפרץ - קבוצה הכוללת את קיפודי הים, כוכבי הים וחבריהם - ולערוך את האנליזה הגנטית הנרחבת ביותר שאי פעם נעשתה על המינים הללו באזורנו, שהובילה לגילוי מספר מינים חדשים ולהגדרה מחודשת של מינים אחרים שלא ידענו על קיומם. מדובר בפתרון פשוט ואלגנטי לאחת הבעיות הטכניות המציקות ביותר בתחום האקולוגיה הימית", הוא מסכם.

המחקר בוצע במעבדתו של פרופ' ערן פרלסון מהפקולטה למדעי הרפואה והבריאות ע"ש גריי ומבית הספר סגול למדעי המוח, בהובלת ד"ר אריאל יונסקו וליאור אנקול, בשיתוף פעולה עם ד׳׳ר אמיר דורי, נוירולוג בכיר ומנהל יחידת מחלות עצב-שריר במרכז הרפואי שיבא. כמו כן השתתפו חוקרים ממכון ויצמן למדע, מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, וממוסדות מחקר בצרפת, בתורכיה ובאיטליה. המאמר פורסם ב-Nature Neuroscience, מכתבי העת היוקרתיים ביותר בתחום מדעי המוח.

"המעבדה שלנו חוקרת את מחלת ה-ALS, מחלה ניוונית קטלנית וחשוכת מרפא. ALS פוגעת בתאי העצב המוטוריים וגורמת לשיתוק הדרגתי של כל השרירים בגוף. מרבית החולים מתים בתוך 5-3 שנים מהאבחון, כתוצאה משיתוק שרירי הסרעפת וקריסת מערכת הנשימה. ידוע לנו שב-ALS נפגעות נקודות המפגש בין תאי השריר לבין שלוחות העצב, שבהן עוברים האותות החשמליים מהמוח לשרירים. עם זאת, המנגנונים המולקולריים שגורמים לפגיעה לא פוענחו עד כה, ולכן גם לא פותח טיפול יעיל. במחקר זה ביקשנו לרדת לשורש העניין, ולייצר ידע חדש שיאפשר פיתוח תרופות ל-ALS", מסביר פרופ' פרלסון.

המחקר הנוכחי התבסס על מאפיין של ALS שהתגלה בעבר במעבדה של פרופ' פרלסון: בקצה העצב, בנקודת המפגש שלו עם השריר, נוצרים צברים (אגרגטים) רעילים של חלבון בשם TDP-43. במצב תקין חלבון זה מווסת את תהליך ייצור החלבונים בקצה העצב. כעת ביקשו החוקרים לגלות כיצד נוצרים אותם צברים, ונעזרו לשם כך בעכברי מודל, ברקמות של חולי ALS, ובתרביות של תאי גזע אנושיים. החוקרים מצאו כי תאי השריר מייצרים מולקולות RNA קטנות המכונות microRNA-126 ומשגרים אותן דרך הסינפסות באמצעות בועיות (ווזיקולות) לעבר קצה תא העצב. תפקידן של מולקולות אלה הוא למנוע את ביטויו של החלבון 43- TDP בנקודת המפגש בין העצב לתא השריר כל עוד אין בו צורך.

ד"ר יונסקו: "גילינו שבמצב של ALS השריר מייצר כמות קטנה יותר של microRNA-126, דבר הגורם לעודף ב-43-TDP. עודפי החלבון הופכים לצברים רעילים ותוקפים מולקולות החיוניות לפעילות המיטוכודריה, שהיא 'תחנת הכוח' של העצב. הפגיעה במיטוכונדריה מובילה למחסור אנרגטי וכך הורסת בהדרגה את תאי העצב המוטוריים ומותירה את שרירי החולים משותקים".

^{צוות המחקר (מימין לשמאל): ד"ר אריאל יונסקו וד"ר ליאור אנקול}

microRNA-126: מנגנון שמציל תאי עצב ב-ALS

המחקר העלה כי כאשר מפחיתים את כמות ה-microRNA-126, מתרחש תהליך דומה ל-ALS ותאי העצב נהרסים. לעומת זאת, העלאת כמותו ברקמות שנלקחו מחולי ALS ובעכברי מודל גרמה לירידה ברמת החלבון 43-TDP, ותאי העצב לא התנוונו ואף התחדשו. החוקרים הסיקו כי הוספת microRNA-126 מצילה את תאי העצב שנפגעים במחלת ה- ALS ומונעת את ניוון צומת העצב-שריר, ועשויה לשמש בסיס לפיתוח תרופות יעילות למחלה חשוכת המרפא.

"במחקר זה זיהינו לראשונה מנגנון מולקולרי קריטי של מחלת ה-ALS בשלביה הראשונים: ירידה בכמות ה-microRNA-126, שמגיעה מהשריר לעצב, וכתוצאה מכך יצירת צברים רעילים של החלבון TDP-43 שהורגים את תאי העצב. הממצאים שלנו עשויים לשמש בסיס לפיתוח טיפול גנטי יעיל שעיקרו הוספת microRNA-126, שיוכל לתת תקווה למיליוני חולים ולמשפחותיהם בכל העולם", מסכם פרופ' פרלסון.

מצב הנשרים בישראל מדאיג. הנשרים, 'עובדי הניקיון' של הטבע, שומרים על האיזון האקולוגי כשהם מנקים את השטחים הפתוחים מפגרים. כשהם נעלמים – נפגעת שרשרת החיים כולה. אחד האיומים המרכזיים על הנשרים הוא הרעלות. חוקרי בית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, בשיתוף רשות הטבע והגנים, נלחמים על כל נשר. לאחר שהשיבו לטבע עשרות נשרים ממושדרים שמראים בכל זמן נתון היכן הם נמצאים, פיתחו כעת במעבדה של פרופ' אור שפיגל מבית הספר לזואולוגיה וממרכז TAD לבינה מלאכותית, בשיתוף חוקרים מספרד ומארה"ב, ונציגי רשות שמורות הטבע והגנים, אלגוריתם חדשני שהופך את הנשרים עצמם למערכת התרעה חכמה. בעזרת ניתוח בזמן אמת של תנועות הנשרים ניתן לאתר אתרי אכילה חשודים ולהתריע מראש, לפני שאירועי הרעלה המוניים מתרחשים.

המחקר, שפורסם ב- Journal of Applied Ecology, משלב מעקב בעזרת משדרי GPS מתקדמים עם שימוש במדי-תאוצה (Accelerometers), ומודלים של למידת מכונה על מנת לנטר ולסווג התנהגויות נשרים מקראיים מרחוק. לדברי החוקרים, שימוש נרחב בגישה הטכנולוגית החדשנית יאפשר להגן על מגוון מיני נשרים רבים בעולם, שכ-70% מהם מוגדרים בסכנת הכחדה, לרוב כתוצאה מהרעלות מסוג כלשהו.

הנשר נחת

בישראל אוכלוסיית הנשר המקראי צנחה מאלפים לפחות מ־200 פרטים. הרעלות אחראיות לכ־57% ממקרי התמותה, כאשר פגרים מורעלים גורמים למותם של עשרות נשרים בבת אחת. "נשרים הם חיות חברתיות, ולכן פגר אחד עלול להביא לקריסה של אחוז ניכר מהאוכלוסייה המקומית", מסביר גדעון ועדיה, ממובילי המחקר.

צוות המחקר התקין משדרים על נשרים מקראיים, והשתמש בפרטים בשבי ובטבע, בישראל ובספרד, לאימון מודל סיווג מסוג  Random Forest, לזיהוי התנהגות הנשרים. המודל אומן לזהות התנהגויות שונות של הנשרים – מהתעופה ועד האכילה – והצליח בדיוק מרשים של עד 96%. חידוש משמעותי במחקר הוא שימוש ואימות מנגנון "רמת הוודאות" של המערכת, שמאפשר להבדיל בין זיהוי נכון לבין זיהוי מוטעה, ויוכל לסייע לפקחים להבחין בין אירועי אכילה אמיתיים לבין התרעות שווא, ובכך ישפר משמעותית את אמינות ההתראות וימנע הקפצת פקחים לחינם.

לקוות שכל הכוכבים יסתדרו

"כמו תמיד, האתגר הוא בפרטים," מספר פרופ' אור שפיגל. "מודלים של למידת מכונה הם 'רעבים' – צריך מאות דוגמאות מכל התנהגות. חלק מההתנהגויות נדירות, כמו אכילה, שמאוד עניינה אותנו. כדי לתפוס את הרגע הנכון, כלומר נשר ממושדר, שנצפה בדיוק כשהוא אוכל, צריך הרבה מזל וסבלנות. ש'כל הכוכבים יסתדרו'. זה לא קורה כל יום, ולכן דרשה המשימה לא מעט סבלנות, בעיקר בתצפיות בטבע".

אתגר נוסף שאתו התמודדו החוקרים היה "לתאם וליצור שפה משותפת בין הגורמים השונים, כדי שנוכל לחבר את הנקודות בין איסוף הנתונים, לחוקר החישובי שעזר עם המודל, לסטודנט שמנתח היבטים אחרים, ולאנשי הממשק שצריכים להבין מה חשוב ולמה זה עוזר להם", מוסיף פרופ' שפיגל. כעת החוקרים פועלים להטמעת האלגוריתם במערכת ההתראות של רט״ג, כדי לשלב את הפיתוח באופן מלא.

להקדים תרופה למכה

הטכנולוגיה הוכיחה את עצמה במהלך ניסויי שטח במדבר יהודה: המודל זיהה בהצלחה מוקדי אכילה של נשרים שהתרחשו מחוץ לתחנות האכלה בטוחות שמפעילה רשות הטבע והגנים, ורוב הפגרים שהתגלו עצמאית על ידי פקחים נמצאו באזורי הסיכון שחזה האלגוריתם. "יחד עם מערכת ההתראות שפותחה בשנים האחרונות על ידי רשות הטבע והגנים, המערכת הזו עשויה לשפר את דרכי הפעולה בשימור הנשרים," מציינת ד"ר מרתה אקאסיו. "במקום להגיב לאחר שהציפורים כבר הורעלו, אנחנו יכולים כעת לזהות אזורים מסוכנים מראש, למקד מאמצי סניטציה ולהסיר פגרים שעלולים להיות מורעלים גם לפני שהנשרים מוצאים אותם".

^{צוות המחקר של פרופ' אור שפיגל במהלך עבודת שטח במדבר}

"רשות הטבע והגנים יחד עם שותפיה לפרויקט 'פורשים כנף' (החברה להגנת הטבע וחברת החשמל לישראל), משקיעה משאבים ומאמצים גדולים בהגנה על הנשרים והעופות הדורסים מהכחדה. בין היתר, משקיעה הרשות דרך שיתופי פעולה עם חוקרים מהאקדמיה, פיתוח טכנולוגיות חדשניות תוך העזרות בטכנולוגיות AI אבל גם דרך עבודה קשה בשטח של אספקת מזון בטוח בתחנות האכלה וסילוק פגרים עם סיכון להרעלה ובכך מובילה לשיפור הסביבה וזאת בתמיכת המשרד להגנת הסביבה", מוסיף אוהד הצופה, אקולוג עופות ברשות הטבע והגנים.

האם יש מקום לאופטימיות?

כשנשאל פרופ' שפיגל איך הוא רואה את עתיד הנשרים בישראל בעוד עשור, הוא עונה בכנות: "אני חושש שאנחנו עדיין בקרב מאסף. מערכת ההתראות שרט״ג הקימה היא קפיצת דרך משמעותית, וגם היכולת לזהות אתרי אכילה תתרום ותשפר את המאבק, אבל יש כל כך הרבה אתגרים, אצלנו וגם במדינות השכנות, שקשה להיות אופטימי לגבי האוכלוסייה המקומית. הנשרים לא ייעלמו מהעולם. במערב אירופה תוכניות השימור מצליחות מאוד, אבל כאן, במזרח התיכון, ייתכן שילכו בדרכן של העוזניות והפרסים וייעלמו כמקננים מהארץ.

זה לא אומר שכל מה שאנחנו עושים לשווא, להפך. זו מלחמה ארוכה וסיזיפית של שומרי טבע שמרוויחים זמן, מאטים את הירידה, ולפעמים גם מצליחים לעצור את הגלגל. נקווה שנצליח לקנות לנשרים מספיק זמן, עד שבני האדם ישנו את דרכיהם, יפסיקו להרעיל, לצוד ולהפריע, וההכחדה תיעצר לא בזכות פתרון טכנולוגי אחד, אלא בזכות שינוי רחב יותר".

אבל גם בתוך המאבק הזה יש תקווה ויוזמות חדשות. "בהחלט," פרופ' שפיגל מחייך. "אנחנו כבר מרחיבים את היכולות של האלגוריתם, למשל, לזהות קינונים: מי הטיל ביצה, מי דוגר, ואיפה. כך נוכל לעזור לנשרים גם בתחילת חייהם, ולא רק למנוע את סופם בטרם עת. הנשרים, בסופו של דבר, עושים את הניטור בשביל כולנו."

כדי לעודד את אימוץ השיטה במקומות ומינים נוספים בעולם, פרסם צוות המחקר את כל מערך הנתונים, האלגוריתמים וחומרי ההדרכה באופן חופשי באינטרנט, ומאפשר לאנשי שימור ברחבי העולם להתאים את הטכנולוגיה למיני בעלי חיים ואזורים שונים. בעידן שבו פעילות אנושית מאיימת על חיות הבר, המחקר מדגים כיצד חדשנות טכנולוגית ושיתוף ידע יכולים לסייע לשימור טבע במאה ה־21.