הלבנת אלמוגים והאוכלוסיות הבקטריאליות המעורבות, ותפקידן בשמירת בריאותו או תרומתן למחלתו של האלמוג

ב-30 השנים האחרונות מספר מקרי הלבנת האלמוגים, תדירות הופעתם ונפיצותם עלה באופן משמעותי.הלבנה מקושרת ישירות להפרעות סביבתיות, בייחוד לטמפרטורות מי ים גבוהות מעל הממוצע, ונחשבת כיום כאחד האיומים הגדולים ביותר לשוניות אלמוגים בעולם. המנגנונים התאיים המעורבים בתהליך ההלבנה  של האלמוג עדיין אינם לגמריי ברורים וקיים דיון מתמשך בקהילה המדעית על טיבם. מראיות אחרונות עולה כי קהילות חיידקים הקשורות למארח (אלמוג) יכולות להשפיע באופן משמעותי על מצב בריאותם ומחלתם של האלמוגים. עם זאת, תפקיד החיידקים בתהליך הלבנת אלמוגים הוא שנוי במחלוקת, ולכן עולה הצורך במחקר נוסף על מנת להבהיר ולהבין כיצד טמפרטורות מי ים משפיעות על קהילות חיידקים הקשורים באלמוגים, והתפקיד של קהילות חיידקים אלה בתהליך ההלבנה.

מילס ואחרים (2013), הדגימו כי שימוש באנטיביוטיקה(Nalidixic acid)  גרם ל (א) עיכוב הלבנה מושרת טמפרטורה באלמוג Oculina patagonica ו (ב) הפך את האלמוג לרגיש להלבנה ע"י החיידק Vibrio shiloi. בחלק הראשון של המחקר הנוכחי הראיתי שהחיידקEM3 , שבודד מהאלמוג O. patagonica, עיכב את גדילתו של החיידק V. shiloi ולכן יכול לשמש תפקיד במניעת הדבקת האלמוגים ע"י V. shiloi. עם זאת, המטרה העיקרית של המחקר הנוכחי היתה לבחון את יחסי הגומלין המסובכים בין האלמוג בונה השוניות הנפוץ באיזור האינדו פסיפי Acropora millepora, ואוכלוסיות החיידקים הקשורות אליו, בזמן טמפרטורות גבוהות המובילות להלבנה, וכן לבחון האם החיידקים מעורבים ישירות בתהליך ההלבנה של אלמוג זה.

מושבות של A. millepora נקצרו בפברואר ומאי 2013 מהשונית Davies השוכנת בחלק המרכזי של שונית האלמוגית הגדולה באוסטרליה, והובאו למתקני אקלימציה במכון האוסטרלי למדעי הים (AIMS). לאחר פרגמנטציה ואקלימציה נוספת, הפרגמנטים  הועברו למערכת האקווריומים הניסויית בה הטמפרטורה הועלתה בהדרגתיות מ 28 ל 32 מעלות צלסיוס בניסויים שונים. בניסויי הראשון,  פרגמנטים שנקצרו בפברואר הראו סימני הלבנה ראשונים לאחר 2 ימים ב 33°C, אמנם יחד עם הופעת סימני ההלבנה הפרגמנטים איבדו את רקמתם במהירות. בשל כך, טמפרטורת הסף של הלבנת A. millepora נקבעה להיות 32°C, ובכל הניסויים הנוספים הטמפרטורה הועלתה עד לסף זה בלבד.

ניסוי השני (גם עם אלמוגים שנקצרו בפברואר), סימני הלבנה ראשונים הופיעו לאחר 5 ימים ב 32°C, תוצאה זו תמכה בתצפיות של ניסויי הלבנה קודמים במין זה של אלמוג. צפיפות תאי ה Symbiodinium והיעילות הפוטוסינטטית שנמדדו במהלך הניסוי פחתו לאחר יומיים ב32°C-, וסימני איבוד הרקמה הראשונים נראו לאחר ארבעה ימים באותה טמפרטורה. על פי בדיקות היסטולוגיות של רקמת האלמוג, דגרדציית התא והגדלת המוקוציטים החלו כבר בשלבי ההלבנה המוקדמים, עם זאת לא אובחנו אגרגציות בקטריאליות לאורך כל הניסוי. כמו כן, הבדיקות ההיסטולוגיות אישרו כי איבוד תאי ה Symbiodinium מתרחש דרך שיחרורם מהאנדודרמיס. על מנת לזהות מאפיינים ספציפיים של אוכלוסיות בקטריאליות באלמוגים מולבנים אל מול לא מולבנים ובדגימות מים, בוצע שימוש בטכניקת ה 16S rRNA gene targeted amplicon pyrosequencing, שהניבה בין 1125 ל 12,340 רצפים של הגן 16S rRNAלכל דגימה של מים או רקמת אלמוג. ניתוח התוצאות הראה כי יש פרופיל בקטריאלי שונה בין דגימות מי האקווריום ורקמת האלמוג. עם זאת, לא היה שוני ברור בין האוכלוסיות המיקרוביאליות מרקמת האלמוג בטמפרטורות השונות, כאשר במהלך תקופת ההלבנה אוכלוסיות החיידקים בדגימת הרקמה הראו מגוון גבוה עם שינויים קטנים ביחידות הטקסונומיות האופרטיביות (OTU - operational taxonomic units) הדומיננטיות ביותר. כל היחידות הטקסונומיות האופרטיביות בעלות השפע הגדול ביותר ברקמת האלמוג הראו  זהות אדוקה לנציגים ממחלקות ה Alphaproteobacteria והGammaproteobacteria . שינויים עיקריים בשפע יחסי נראו בעיקר ב OTUהפחות נפוצים. לדוגמא OTU4 ,ו OTU9-שזוהו כחיידקים ממין ה Roseovarius-ו Ruegeria בהתאמה, הראו עליה בשפע היחסי במהלך ארוע ההלבנה. יחסית לדגימות רקמת האלמוג,  OTU שונים היו דומיננטיים בדגימות המים. OTU1 למשל, המזוהה עם משפחת ה Endozoicimonaceae, הוא בעל השפע הגדול ביותר בדגימות רקמת האלמוג (בין 20-30% מכל הרצפים), אך אינו מופיע כלל בדגימות המים. שימוש בשיטת ה-Quantatative PCR וספירה של יחידות בקטריאליות היוצרות מושבות (Bacteria colony forming unit - CFU) ברקמת האלמוג, הראו עלייה במספר מושבות הויבריו, בזמן עליית טמפרטורת המים והלבנת האלמוגים. מושבות חיידקי הויבריו הדומיננטיים ביותר מרקמת אלמוגים מ 32°C, נבחרו על סמך מורפוטיפים שונים, בודדו וזוהו ע"י שימוש בטכניקת ה16S rRNA gene and multilocus sequence analyses (MLSA) כקרובים של החיידקים:

V. diabolicus, V. campbellii, V. harveyi, V. rotiferianus, V. fortis, V. coralliilyticus.

במחקר זה נבדקו גם השפעות האנטיביוטיקה (nalidixic acid) על הלבנה מושרת טמפרטורה ושינויים באוכלוסיות החיידקים. בניסויים אלו אלמוגים שנקצרו במאי איבדו רקמה באופן נרחב בטמפרטורות גבוהות, עובדה שהקשתה על איבחון סימני ההלבנה ובחינת תאוריית ההלבנה המיקרוביאלית. לא נראו הבדלים משמעותיים בסימני וזמני הלבנה, ביעילות הפוטוסינטטית ובצפיפות תאי ה Symbiodinium בין האלמוגים מטיפול האנטיביוטיקה והעלאת הטמפרטורה לבין האלמוגים מטיפול העלאת הטמפרטורה בלבד. למרות שהוספת האנטיביוטיקה גרמה לירידה ושינוי מסוים באוכלוסיות החיידקים שנראו בספירות ה CFU, נראה כי האנטיביוטיקה לא השפיעה לאורך זמן מאחר ויומיים אחרי הסרתה, מספרי ה CFU חזרו לכמותם כלפני הוספת האנטיביוטיקה.עם זאת, נראה כי איבוד הרקמהבאלמוגים שטופלו באנטיביוטיקה התרחש מאוחר יותר מאשר באלמוגים שטופלו בטמפרטורה בלבד. אחרת המסקנות האפשריות, אך לא היחידה שניתן להסיק מתוצאה זו היא כי חיידקים אכן מעורבים במצב בריאותו של האלמוג, אם כי על מנת לאשש מסקנה זו, דרושים ניסויים נוספים.

התגובה הפיזואולוגית של האלמוגים לטמפרטורות גבוהות אובחנה כפונקציה של התקופה בשנה בה נקצרו האלמוגים. לדוגמא, אלמוגים שנקצרו במהלך הקיץ הלבינו כאשר נחשפו לטמפרטורות גבוהות, אך התגובה הראשונית של האלמוגים שנקצרו בחורף לטמפרטורות גבוהות היתה דווקא איבוד רקמה, ורק לאחר מכן הלבנה. שני הסברים עיקריים הוצעו, הראשון מסביר את השוני ע"י תנודות החברות הבקטריאליות בין העונות ואילו ההסבר השני דווקא נשען על היכולות הפיזיולוגיות של האלמוג. על מנת לקבוע מה אכן הסיבה לשוני זה ישנו צורך בהמשך מחקר על הלבנה מושרת טמפרטורה. כמו כן יש לבחון מחדש את זמן יעילותה של האנטיביוטיקה, וכן לבחון שילוב של אנטיביוטיקות בניסויים דומים הבוחנים את השפעת האנטיביוטיקה על הלבנת אלמוגים.

מחקר זה מאשש את העובדה כי ל A. millepora חברות מיקרוביאליות מורכבות ונשלטות ע"י חיידקי ה Endozoicomonas, מין שנראה יותר ויותר בחסרי חוליות ימייםוככל הנראה בעל תפקיד חשוב ב Holobiont. מחקרים נוספים דרושים על מנת לקבוע את תפקידם של חיידקים אלו בשמירת בריאותו של האלמוגים ולקבוע את התנודות הפונקציונאליות של אוכלוסיות החיידקים באלמוג בזמן תהליך ההלבנה. לסיכום, דגימות רקמת האלמוג הראו מגוון גבוה של אוכלוסיות חיידקים עם מעט שינויים של החיידקים הדומיננטיים. בנוסף, עפ"י הבחינות ההיסטולוגיות לא ניתן היה לקשר שגשוג של אוכלוסיית חיידקים מסויימת עם רקמה מולבנת או איבוד רקמה. עם זאת ספירות CFU ו quantitative PCR הראו עלייה במספר החיידקים ובעושרם היחסי של חיידקי הויבריו במהלך הטמפרטורות הגבוהות וארוע ההלבנה. בנוסף מספר זנים של ויבריו בודדו וזוהו כקרובי חיידקי ויבריו אחרים שקושרו למחלות שונות בחסרי חוליות ימיים שונים. עבודה נוספת דרושה על מנת לקבוע האם זני חיידקים אלו גורמים לסימני ההלבנה באלמוג ה A. millepora. למרות שבמחקר זה לא זוהו חיידקים ספציפיים כגורמים למחלת ההלבנה באלמוג A. millepora, ישנו צורך במחקר המשך המקשר בין חיידקים גורמי מחלה פוטנציאליים להופעת סימני ההלבנה במגוון של מיני אלמוגים ששונים.