תעלומת נס זוהר המלאך - אפריל 1862

לכבוד חג האורים נכיר חיידקים מעניינים הפולטים אור. הם כנראה אחראים ל"נס רפואי" שהתרחש לפני כ-150 שנה במלחמת האזרחים האמריקנית 

ב-6 באפריל 1862, ליד שילה (Shiloh) שבמדינת טנסי, הותקף מחנה של צבא האיחוד (צבא הצפון) בהנהגתו של גנרל יוליסס גרנט, על-ידי צבא הקונפדרציה (צבא הדרום) בהנהגתו של הגנרל אלברט סידני ג'ונסטון. במקום התפתח קרב ממושך ועקוב מדם, כוחות האיחוד הזעיקו תגבורת, ובסופו של הקרב אילצו את כוחות הקונפדרציה לסגת. 3,000 חיילים נהרגו בקרב זה ו-16,000 נפצעו. בשני הצדדים לא היה מספיק צוות רפואי כדי להתמודד עם מספר פצועים גדול כזה. החיילים הפצועים היו מוטלים על האדמה בשטח, במשך יומיים, במזג אוויר גשום וקר, עד שפונו לבתי חולים שדה. פצעי הקרב שלהם, רובם מירי, הזדהמו כתוצאה ממגע עם האדמה. גם הצוותים הרפואיים שהגיעו אליהם בסוף לא הצליחו לעשות הרבה וחלק ניכר מהפצועים לא שרדו.

המערכה בשילה - ציור של Thure de Thulstrup משנת 1888
ספריית הקונגרס האמריקאי

כבר בלילה הראשון הבחין הצוות הרפואי שהסתובב בין הפצועים בתופעה מוזרה. אצל חלק מהחיילים הפצעים זהרו בחשיכה באור כחלחל. לאחר הפינוי הבחינו הצוותים הרפואיים שחיילים שהפצעים שלהם זהרו שרדו יותר מאשר אלה שפצעיהם לא זהרו. הראשונים גם החלימו מהר יותר. תעלומה לא מוסברת זו כונתה "זוהר המלאך" (Angel’s glow).

התעלומה התחילה להתבהר רק לפני כ-20 שנה בעקבות ביקורו של ביל מרטין, תלמיד בן 17, באתר הקרב בשילה במסגרת טיול של בית ספרו. ביל שמע שם את הסיפור על זוהר המלאך וכשחזר הביתה שאל את אמו, פיליס מרטין (Martin), מיקרוביולוגית החוקרת חיידקים זוהרים בקרקע, ששמם המדעי הוא Photorhabdus luminescens, אם החיידקים "שלה" יכולים להסביר את התופעה. היא חשבה שכן, ואף הציעה לביל ולחברו, ג'ון קורטיס, לחפש נתונים ולבצע ניסויים שיעזרו להם לבסס את האפשרות.

ביל וג'ון למדו שהחיידקים שהאם חוקרת, P. luminescens, זוהרים בחשיכה בצבע כחלחל. מערכת ההארה שלהם, המכונה Lux, כוללת חמישה גנים וחלבונים. שניים מהם מרכיבים אנזים המכונה לוציפרז, המאפשר לתרכובת אלדהידית להפוך לחומצה בנוכחות חמצן, תוך כדי פליטת אור באורך גל של 490 ננומטר. שלושת החלבונים האחרים יוצרים תצמיד שממחזר את החומצה לאלדהיד כדי שתגובת ההארה תוכל להמשך.

חיידקים מאירים חופשיים (למעלה), ובתוך תולעת (למטה).

 Microbewiki

החיידקים האלה חיים בשיתוף פעולה (סימביוזה) בתוך ומחוץ לתולעי אדמה (soil nematodes, מהסוגים Neoaplectana ו-Heterorhabditis). החיידקים מפרישים רעלנים וחומרים אנטיביוטיים שמאפשרים לתולעים לחיות כטפילות בתוך גופם של זחלי חרקים מסויימים ולהתרבות בתוכם, עד שלבסוף הן הורגות את הזחלים. כל אותו זמן, החרקים המוטפלים זוהרים בגלל החיידקים שבתוכם ובסביבתם. את המערכת המשולשת - חיידקים - תולעי אדמה - זחלי חרקים - תאר לראשונה האנטמולוג (חוקר החרקים) ג'ורג' פוינר (Poinar) לפני כ-50 שנה.

התולעים נטפלות לזחלים של חרקים, באדמה ועל גבי צמחים, והן חודרות לתוך גופם דרך הפה. הן פולטות לגוף הזחל גם ביצים (דור העתיד של התולעים) וגם את החיידקים המאירים. החיידקים מפרישים רעלנים שקטלניים לזחלים, ושהורגים אותם לאחר כיומיים, וכן חומרים אנטיביוטיים שקוטלים את המיקרואורגניזמים האחרים (חיידקים ופטריות) שבתוך החרק. כך מתאפשר גם לתולעים וגם לחיידקים לאכול ולהתרבות בבלעדיות על הזחל הגוסס לאיטו, כי אין בו מיקרואורגניזמים אחרים שמפרקים אותו. בסופו של התהליך מתפרקת גווית הזחל, והן התולעים שמכילות חיידקים רבים במעיהם, והן חיידקים חופשיים יוצאים לאדמה, וכולם מחפשים להם מאכסן חדש. זחלים חדשים מגיעים, כנראה כי הם נמשכים לאור.

נחזור למלאך הזוהר: את ביל וג'ון עניינו התשובות לשאלות הבאות: האם אותם חיידקים מאירים נמצאים באדמה של שדה הקרב? אם כן, האם החיידקים המאירים יכלו להגיע לפצעים הפתוחים של החיילים מהאדמה עליה שכבו? האם החיידקים התרבו בפצעים של החיילים? האם החומרים שהופרשו על-ידי החיידקים קטלו את החיידקים האחרים שזיהמו את הפצעים?

ביל וג'ון מצאו שגם החיידקים וגם תולעי האדמה אכן נמצאים בקרקע שליד שילה. כך שהם בהחלט יכלו להגיע לפצעים של החיילים השוכבים על האדמה. עם זאת, התברר להם (בניסויים שביצעו בעצמם) שהחיידקים אינם יכולים לחיות ולהתרבות בטמפרטורה הנורמלית של גוף האדם (37.2-35.6 מעלות), אלא רק בטמפרטורה הנמוכה מ-33 מעלות. הם סברו, שמזג האוויר הקר והגשום, בשילוב עם אובדן הדם גרמה לירידת טמפרטורת הגוף של החיילים הזרוקים בשטח - מצב המכונה היפותרמיה. היפותרמיה זו בעצם הצילה אותם, כי היא איפשרה לחיידקים הזוהרים להתרבות בפצעים ולהאיר אותם, אך גם להפריש חומרים אנטיביוטיים שקטלו, או עיכבו, את החיידקים שזיהמו את הפצעים של החיילים וסיכנו את חייהם.

ביל וג'ון שיתפו את השערתם וממצאיהם ביריד המדע וההנדסה הבינלאומי של אינטל בשנת 2001 ואף זכו שם בפרס. כך מצאו שני התלמידים הסבר מדעי אפשרי לתעלומת זוהר המלאך - לא מדובר במלאך, אלא כנראה בחיידקים זוהרים.

סרטון על תופעת החיידקים המאירים במלחמת האזרחים.

מקורות וקריאה נוספת

מאמרי סקירה על החיידקים המאירים -  Advances in Applied Microbiology, 2011

דיווח על הפרויקט של התלמידים ביריד המדע וההנדסה - באתר משרד החקלאות האמריקאי.



פורסם במקור באתר האינטרנט  ובדף הפייסבוק של "מדע גדול בקטנה"