חוקרים חשפו "נקודת מפנה" אבולוציונית המשפיעה על צמיחת פטריות ועל מגוון צורות, והדגישו כיצד שינויים סביבתיים קלים יכולים להשפיע באופן משמעותי על האבולוציה. תגלית זו, המבוססת על מחקרים על פטריות ועובשי מים, מגלה כי צורות היפליות מסוימות מועדפות בשל אילוצים אבולוציוניים. הממצאים מציעים תובנות חדשות לגבי העמידות של מינים לשינויי אקלים והפוטנציאל ליצירת חומרים אנטי-מיקרוביאליים ממוקדים נגד פתוגנים פטרייתיים.
מחקרים מראים ששינויים סביבתיים קטנים יכולים להשפיע באופן משמעותי על המבנים של תאים ואורגניזמים.
מדענים מצאו "נקודת מפנה" באבולוציה של פטריות שמצמצמת את צמיחתן ומפסלת את צורותיהן. הממצאים, שפורסמו בכתב העת דוחות תאים, להדגים כיצד שינויים קטנים בגורמים סביבתיים יכולים להוביל לשינויים עצומים בתוצאות אבולוציוניות.
פטריות הן הקומפוסטרים הגדולים של הטבע. הם ממתינים בתוך קרקעית היער כדי להאכיל מעצים שנפלו ועלי הסתיו, ומשחררים חומרים מזינים חיוניים מהצמחים הללו בחזרה לכדור הארץ.
היפות של הפטרייה Allomyces arbuscula הגדלות כחלק מתפטיר. קרדיט: מקסים אוהיירווה
למרות שלעתים קרובות פטריות מזכירות כובעי פטריות, לפטריות יש גם "שורשים" תת-קרקעיים הנקראים תפטיר. התפטיר מורכב מאלפי תאים מחוברים זה לזה, מיקרוסקופיים דמויי אצבעות הנקראים היפאות שגדלים לרשתות עצומות. ההיפיות חודרות דרך האדמה על ידי צמיחה מהקצות שלהן. לשם כך הם מנפחים את עצמם, בדומה לבלונים הארוכים המשמשים לייצור חיות בלונים.
הצורות המוארכות שלהם מאפשרות להיפאות לאתר ולצרוך חומרים מזינים בתוך האדמה. אבל לא כל ההיפות הן אותה צורה: לחלקן יש קצוות מעוגלים, בעוד שאחרים מחודדים. ההיפיות של עובשי מים – פתוגנים דמויי פטריות הגורמים לגידול בגידולים – מחודדים במיוחד.
נוף הכושר של ההיפאות מראה שצורות טבעיות מוגבלות על ידי נקודת מפנה. קרדיט: מקסים אוהיירווה
חקר צורות היפל
"אתגר מרכזי בביולוגיה הוא לזהות את הגורמים האבולוציוניים הספציפיים שקובעים את הצורה – או הצורה – של אורגניזם נתון", אמר אנריקה רוחאס, עוזר פרופסור לביולוגיה ב- אוניברסיטת ניו יורק והמחבר הבכיר של המחקר.
כדי להבין את הסיבות לצורות שונות של היפאות, רוז'אס ועמיתיו שילבו תיאוריה וניסויים כדי לחקור פטריות ועובשי מים מכל הטבע. הם השתמשו לראשונה במודלים מבוססי פיזיקה של צמיחת טיפ אינפלציוני כדי לקבוע הכל אפשרי צורות של היפות. באופן מפתיע, הצורות של מַמָשִׁי היפות שנמצאו בטבע הניחו רק תת-קבוצה קטנה מהצורות האפשריות.
היפא של Achlya bissexualis צומח. קרדיט: מקסים אוהיירווה
החוקרים שיערו שהצורות המוגבלות שנצפו בטבע משקפות את "הישרדות החזקים ביותר", וכי הצורות האפשריות הרבות שלא נצפו בפטריות אמיתיות היו, מסיבה כלשהי, דחיות אבולוציוניות חלשות יותר. כדי לחקור את הרעיון הזה, הם בחנו את קצב הגדילה של היפאות עם צורות שונות כדי ליצור נוף כושר להיפאות.
"רגע האאוריקה שלנו היה כשהבנו שצורות ההיפיות קשורות באופן אינטימי ליכולתן לצמוח מהר", אמר מקסים אוהיירווה, סטודנט לדוקטורט במחלקה לביולוגיה של NYU והמחבר הראשי של המחקר.
תפטיר היפי. קרדיט: מקסים אוהיירווה
נופי כושר ואבולוציה
נוף כושר הוא כמו מפה טופוגרפית הממחישה את האבולוציה של אורגניזם: כל מִין משוטט בנוף הכושר שלו על ידי בדיקה אם מוטציות אקראיות בגנים שלו מגדילות את קצב הגדילה שלו, או את הכושר. מין מפסיק את שיטוטו חסר המנוחה רק כאשר מוטציה חדשה מורידה את כושרו – כלומר, כאשר הוא בשיא הכושר.
עם זאת, הצוות של Rojas מצא שנופי כושר יכולים להיות הרבה יותר עשירים ממערכת של פסגות ועמקים. למעשה, הם גילו שנוף הכושר של היפאות הכיל צוק תלוי, או נקודת מפנה, ושזה פועל כמחסום לאבולוציה, ומגביל מאוד את צורות ההיפיות הפטרייתיות. בהתאם לכך, הם חזו כי היפות עם צורות ליד סף נקודת המפנה יהיו פגיעות במיוחד לשינויים סביבתיים, כימיים או גנטיים קטנים.
היפא של Achlya bissexualis שטופל בחומר כימי שחוסם הובלה תת-תאית. הטיפול גרם להתארכות ההיפאה הרבה יותר לאט ועם צורת נוב מוזרה שלא נמצאת בטבע. קרדיט: מקסים אוהיירווה
החוקרים בדקו את התחזית שלהם על ידי טיפול בפטריות ליד נקודת המפנה בכמויות קטנות של כימיקלים שהשפיעו על הצמיחה ההיפלית. הם השתמשו בכימיקל אחד שמפחית את הלחץ בתוך ההיפיות ובאחר שנגזר מספוג ים החוסם את יכולת ההיפאה להעביר רכיבים תאיים לקצה התא. שני הטיפולים גרמו לאותה השפעה דרמטית: ההיפיות התארכו הרבה יותר לאט ועם צורת גוש מוזרה שלא נמצאה בטבע.
"הממצאים שלנו מסבירים את מגוון צורות ההיפיות בקבוצה עצומה, מגוונת וחשובה של מינים", אמר רוחאס. "באופן רחב יותר, הם גם מדגימים עיקרון אבולוציוני חדש וחשוב: שלנופי כושר יכולים להיות חוסר יציבות, או נקודות מפנה, שמטילות אילוצים קפדניים על תכונות מורכבות, כמו צורה ביולוגית."
החוקרים מאמינים שלתוצאות שלהם יש השלכות קריטיות על ההבנה שלנו של מערכות אקולוגיות ואבולוציוניות רבות. לדוגמה, אותם מינים שהאבולוציה שלהם נתונה לנקודת מפנה עשויים להיות הפגיעים ביותר לעלייה הדרגתית בטמפרטורה הנגרמת על ידי שינויי אקלים. הממצאים שלהם יכולים גם לסייע בפיתוח של חומרים אנטי-מיקרוביאליים חדשים נגד פטריות הגורמות למחלות על ידי זיהוי נקודות תורפה בצמיחה שלהן הקשורות לנקודת מפנה אבולוציונית.
בנוסף לרוז'אס ואוהיירווה, ברנקה ז'יוונוביץ' מאוניברסיטת בלגרד הייתה שותפה למחקר. מחקר זה נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (מענק CAREER 2047404, מענק PHY-221045), משרד החינוך, המדע והפיתוח הטכנולוגי של הרפובליקה של סרביה (451-03-68/2022-14/200053), ודויטשה Forschungsgemeinschaft (GA 173/13-1). מעבדת המיקרוסקופיה של NYU, שבה בוצעה מיקרוסקופ אלקטרונים, ממומנת על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (NCI P30CA016087 ו-S10 OD019974).
