חיידקים ונגיפים וגם שאר היצורונים המקיפים אותנו מכל עבר, משפיעים על חיינו מכל מיני כיוונים. בבלוג אספר על אלה המוזכרים מדי פעם בחדשות וגם לחדשות מדעיות הקשורות בהם. כמו כן אשתף אתכם גם בתמונות ודיווחים על יצורים גדולים יותר, שבהם אצפה בטבע. בלוג זה גם יהווה ארכיון לחומרים שכתבתי בעבר ורלוונטיים לנושא.

7.5.08

אוכלי הצמחים - ממה הם באמת ניזונים

ברשומה הקודמת עסקנו במיקרואורגניזמים החיים בגופנו, ושחלקם, למעשה, מאפשרים לנו להתקיים. הפעם נכיר מיקרואורגניזמים החיים בקרביהם של יצורים אחרים, ונתוודע לחשיבותם הרבה.

מפרקי תאית וסוכרים אחרים המרכיבים את הדופן הצמחי
מפורסמת ההבחנה שבין יצורים צמחוניים (Herbivores - מהמילים הלטיניות herba שמשמעותה עשב ו-vorus, שפירושה ניזון, אוכל) לבין הטורפים, אוכלי הבשר (Carnivores - מהמילה הלטינית carne, שפירושה בשר). להזכירכם, אנחנו, לצד הדובים (ובעלי-חיים אחרים), משתייכים לקבוצה שלישית המכונה אוכלי-כל (Omnivores- מהמילה הלטינית Omne שפירושה הכל).

את אוכלי הצמחים אנו מכירים גם מסביבתנו הקרובה. חיות משק רבות הן צמחוניות - בקר, צאן, סוסים. כשנסתכל עליהם אכן נראה, שמרבית זמנם הם מכניסים לפה צמחים ירוקים (או שהיו כאלה - למשל קש, חציר), לועסים אותם ובולעים. אך האם מהצמחים הירוקים הם באמת ניזונים?

מערכת העיכול שלנו מפרישה אנזימים (הראשונים שבהם - למשל עמילז, האנזים המפרק עמילן - מופרשים כבר בפה), המפרקים מרכיבי מזון שאינם יכולים להיספג כמות שהם. החומרים שהצלחנו לפרק נספגים דרך דופנות המעיים אל זרם הדם, ומשם מגיעים אל תאי גופנו.

אם נפיק את אנזימי העיכול ונספק להם במבחנה את התנאים האופטימליים לפעילותם, ונכניס למבחנה את מזון מן החי כשהוא טחון (במקום לעוס), המזון יתפרק במבחנה למרכיביו. אם נכניס למערכת כזו צמחים, מרבית החומר הצמחי לא יתעכל, אלא ייוותר במערכת לא-מעוכל.

אם נעשה זאת עם האנזימים של מערכת העיכול של פרה, נכניס למבחנה רסק צמחים ונבדוק את התוצאה, גם שם יתברר לנו, אולי להפתעתנו, שמרבית החומר הצמחי אינו מתפרק.

המרכיבים העיקריים של המזון הצמחי הם הרב-סוכרים תאית (cellulose), הֶמיצלולוזים (hemicelluloses - המכונים גם רב-סוכרים הקשורים לתאית, cellulose-linking polysaccharides), ופֶּקטינים (pectins) שונים. שלושת אלה הם המרכיבים העיקריים של דופנות התאים הצמחיים. אלו הם חומרים עתירי אנרגיה, שאין כמעט בעלי חיים המסוגלים לפרק ולנצל אותם (למעט מספר יוצאי דופן). אלה שמפרקים את המסה הצמחית הגדולה הם כמה מינים של מיקרואורגניזמים - חיידקים, פרוטוזואונים ופטריות. מיקרואורגניזמים אלה מפרישים אנזימים מפרקים לסביבה, קולטים את תוצרי הפירוק וניזונים מהם.

רב-סוכר חשוב נוסף, הנמצא בעיקר בזרעים ובפקעות הוא העמילן. בניגוד לרב-סוכרים המרכיבים את הדופן, אוכלי-כל מסוגלים לפרק עמילן; אך במערכת העיכול של אוכלי-הצמחים מעכלים אותו בעיקר מיקרואורגניזמים.

בקרב היונקים אוכלי-הצמחים אפשר לציין שתי קבוצות חשובות, על פי מבנה מערכת העיכול שלהן.

מעלי הגירה (ruminants). בעלי-חיים אלה נקראים כך (באנגלית) על שם מדור מיוחד, עצום בנפחו (בפרה, כ-150-100 ליטר; בכבשה, כ-6 ליטרים) שבו עובר המזון (וחוזר ממנו לפה לטחינה נוספת - העלאת הגירה) בטרם יגיע לקיבה ה"אמיתית", מדור המכונה כרס (rumen). לכרס מגיע רוק רב, המכיל מלחים בלבד (ולא אנזימי עיכול), ובהם ביקרבונט (NaHCO3). בכרס נשמר pH קרוב לניטרלי (6.5), הטמפרטורה נשארת קבועה, בסביבות 39°C, והסביבה אל-אווירנית.

בכרס שוהה המזון הצמחי כ-12-9 שעות, בחברת מגוון רחב של כ-1011 מיקרואורגניזמים בגרם. מיקרואורגניזמים מסוימים (ראו תיבה) מפרקים את הרב-סוכרים הנכנסים לכרס לסוכרים קטנים יותר - דו-סוכרים וחד-סוכרים. מיקרואורגניזמים אחרים מתסיסים את הסוכרים הקטנים לחומצות אורגניות: חומצה אצטית, חומצה בּוּטירית וחומצה פְּרופיונית. חומצות אלה נספגות למחזור הדם ישירות מהכרס, והן למעשה מקור האנרגיה העיקרי של אוכלי-צמחים אלה. תוצרים נוספים של תהליכי התסיסה בכרס הם הגזים פחמן דו-חמצני ומתאן, הנפלטים מהכרס בשיהוקים (על חשיבותם של הארכאונים מייצרי המתאן שבמערכות העיכול של אוכלי-צמחים ותרומתם לאפקט החממה ראו רשומה קודמת). אך אנרגיה לבדה אינה מספיקה: אוכלי-הצמחים צריכים חומצות אמיניות, ויטמינים וחומרים אחרים כדי לבנות את מרכיבי גופם. את המרכיבים האלה מספקים המיקרואורגניזמים, שעודפיהם (שהרי הם מתרבים בתוך הכרס והמקום שם מוגבל) מגיעים לקיבה ה"אמיתית", החומצית, ומעוכלים בה ובמעיים.

[הערת שוליים לפסח - הועברה לרשומה נפרדת]

גם לאוכלי-הצמחים האחרים, שאינם מעלי גירה (סוסים, ארנבים) יש מדורים מיוחדים לעיכול רב-סוכרים; בארנבים זהו בעיקר המעי העיוור (cecum), ואילו בסוס זהו בעיקר המעי הגס, אך גם המעי העיוור. גם במדורים אלו, כמו בכרס, נמצא מאגר גדול של מיקרואורגניזמים המפרקים את הרב-סוכרים הצמחיים. אלא שלא כמו במעלי הגירה, מדורים אלה ממוקמים לאחר הקיבה והמעיים הדקים, ולכן עודפי החיידקים מופרשים החוצה עם הגללים, ואינם מעוכלים.

הצצה פנימה
כדי לחקור את המיקרוביולוגיה והביוכימיה של התזונה בכרס חותכים חתך מבחוץ אל תוך הכרס ובתוכו מתקינים מעין צינור עם מכסה מיוחד המאפשר גישה פיזית לכרס, מתקן כירורגי זה מכונה פיסטולה (Fistula). באמצעות הפיסטולה אפשר לבדוק בכל זמן את הרכב המזון והמיקרואורגניזמים.

את התאית שבכרס מפרק האנזים צלולז (cellulase). חיידקים מהמין Fibrobacter succinogenes, למשל, מכילים את האנזים בחלל הפריפלזמי (בין הממברנה הפנימית לממברנה החיצונית) שלהם - מה שמחייב את החיידק להיצמד לסובסטרט שלהם. חיידקים מהמין Ruminicoccus albus, המפרישים את האנזים אל מחוץ לתא החיידקי.

את ההֶמיצלולוזים מפרקים חיידקי Butyrivibrio fibrisolvens, באמצעות האנזים המיצלולז (hemicellulase).

את הפֶּקטינים מפרקים חיידקי Lachnospira multiparus באמצעות האנזים פֶּקטינָאז.

את הליגנין מפרקים חיידקים מקבוצת האקטינומיציטים בעזרת האנזים lignin peroxidase.

גם הרוב המכריע של בעלי-החיים הצמחוניים שאינם יונקים תלויים במיקרואורגניזמים שבמערכת העיכול שלהם לצורך עיכול המזון. הדגמה מוחשית לעניין נתנו האיגואנות הצמחוניות באיי גלפגוס, שהחלו למות בהמוניהן לאחר זיהום קל יחסית בנפט (בשנת 2001). בבדיקה נמצאו בקיבותיהן אצות לא-מעוכלות, שנותרו כך לאחר שהנפט פגע באוכלוסיית המיקרואורגניזמים מפרקי הצמחים שבמעיהן (וראו רשומה קודמת), וגרם לאיגואנות למות, למעשה, ברעב.

הטרמיטים ומפרקי הליגנין
חומר צמחי נוסף שאוכלי-הצמחים אינם מסוגלים לעכלו הוא הליגנין. הליגנין היא פולימר פֶנולי ענקי, המקנה לצמחים את הקשיחות (העציות). מרבית אוכלי-הצמחים אינם נוגעים בו כלל. אך בכל זאת, קיימים יצורים הניזונים ממנו (וכך גם ממחזרים אותו). הדוגמה המוכרת לנו ביותר היא הטֶרמיטים, החרקים החברתיים הזוללים את העצים מבפנים. גם הטרמיטים אינם יכולים לפרק ליגנין, ואת המלאכה הזאת מבצעים בעבורם חיידקים אווירניים מקבוצת האקטינומיצטים, מהסוגים Streptomyces ו-Thermonospora. את תוצרי הפירוק הראשוניים של הליגנין מפרקים חיידקים אחרים, לרוב בתנאים אל-אווירניים.

לסיכום: אוכלי-הצמחים אמנם מכניסים לדרכי העיכול שלהם צמחים, אך בעצם הם ניזונים מתוצרי פירוק של אותם צמחים במטבוליזם של מיקרואורגניזמים שונים ומהמיקרואורגניזמים האלה עצמם. האם אפשר לקרוא להם (לפחות למעלי הגירה) "אוכלי חיידקים"?

לקריאה נוספת
פעילותם של חיידקים צלוליטיים בכרס מעלי גירה, ד"ר יהושע מירון ופרופ' דניאל בן גדליה, "סינתזיס" 9 , עמ' 33-32, יוני 1995.

 פורסם במקור ב"גליליאו" גיליון 117, עמ' 77-74, מאי 2008.

אין תגובות:

הוסף רשומת תגובה