Deinococcus radiodurans (בעבר נקרא "Micrococcus radiodurans"), חיידק אקסטרמופיל והאורגניזם בעל החסינות הגבוהה ביותר נגד קרינה. בעוד שמינון של 10 גריי מספיק להרג אדם, ומינון של 60 גריי מספיק להרג כל התאים בתרבית חיידקי "E. coli", חיידק "D. radiodurans" מסוגל לשאת מינון מיידי של עד 5,000 גריי בלי לאבד את יכולת הקיום, ועד 15,000 גריי עם 37% שרידות. החיידק מסוגל לשרוד תנאי חום, קור, יובש, ואקום וחומצה, ועקב זאת הוא ידוע כחיידק פוליאקסטרמופיל (polyextremophile), בעל עמידות ליותר ממצב קיצוני אחד.
מספר מינים נוספים בסוג זה תוארו, והם קשורים לחיידקים חסיני חום כגון "Thermus"; הקבוצה קרויה לפיכך "Deinococcus-Thermus".
היסטוריה.
"D. radiodurans" התגלה ב-1956 על ידי ארתור אנדרסון בתחנת ניסויים חקלאיים באורגון. בניסויים שנערכו כדי לקבוע האם ניתן לעקר מזון משומר באמצעות מינונים גבוהים של קרינת גמא, נחשף בשר למינוני קרינה שנחשבו כמסוגלים להרוג כל צורת חיים מוכרת, ואולם לאחר מכן התקלקל הבשר. מן הבשר בודד החיידק "D. radiodurans".
מנגנוני חסינות מקרינה.
"Deinococcus radiodurans" משיג את עמידותו לקרינה הודות לכך שהוא מחזיק מספר עותקים של הגנום שלו והודות למנגנוני תיקון דנ"א מהירים. לרוב מתקן החיידק שברים בכרומוזומים שלו תוך 12-24 שעות בתהליך דו-שלבי. ראשית מחבר החיידק מחדש כמה קטעי כרומוזומים בתהליך הקרוי single-strand annealing . בשלב השני חלבון מתקן שברים בשני הגדילים באמצעות רקומבינציה המולוגית . בשל "קשיחותו" זכה לכינוי "קונאן החיידק" (בעקבות קונאן הברברי).
שאלה שעלתה ביחס ל-"Deinococcus radiodurans" היא כיצד יכולה הייתה להתפתח יכולת עמידות כה טובה נגד קרינה. רמות של קרינת רקע טבעית נמוכות מאוד, ברוב המקומות במידה של 0.4mGy לשנה ובמקום בו ידועה קרינת הרקע הגבוהה ביותר, גוארפארי שבברזיל הקרינה מגיעה ל-175mGy בלבד לשנה. עם רמות קרינה כה נמוכות המופיעות בטבע, בלתי סביר שאורגניזמים יפתחו מנגנונים מיוחדים למניעת השפעות קרינה במינון גבוה.
ואלרי מטימור וג'ון בטיסטה מאוניברסיטת לואיזיאנה שיערו כי העמידות בפני קרינה של "Deinococcus radiodurans" היא תוצאת לוואי של מנגנון להתמודדות עם יובש תאי ממושך. כתמיכה להשערה, הם ערכו ניסוי שבו הראו כי מוטנטים של החיידק אשר רגישים במיוחד לפגיעה מקרינה מייננת, הם גם רגישים מאוד לפגיעה מייבוש ממושך, בעוד שזן הבר בעל עמידות משני גורמים אלו. בנוסף לתיקון דנ"א D. radiodurans משתמש בביטוי חלבון LEA (Late Embryogenesis Abundant) להגנה מפני התייבשות.
מייקל דאלי מאוניברסיטת השירותים המזוינים של מדעי הבריאות (USUHS) שיער כי החיידק משתמש במנגן כדי להגן על עצמו מפגיעת קרינה.
קבוצת חוקרים מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן גילתה בעזרת ניתוח סריקות במיקרוסקופ אלקטרוני שהדנ"א ב-"D. radiodurans" ארוז היטב במבנה דמוי טבעת שייתכן שמאפשר תיקון דנ"א ביתר קלות.
שימושים.
אחד השימושים האפשריים בחיידקי "Deinococcus" מהונדסים גנטית הוא עיכול ופירוק ממסים ומתכות כבדות, במיוחד באתרים רדיואקטיביים. הגן החיידקי mercuric reductase הועבר מ-"Escherichia coli" אל "Deinococcus" כדי לסלק יוני כספית המצויים לעיתים קרובות בפסולת רדיואקטיבית הנוצרת בתעשיית הנשק הגרעיני. חוקרים אלו פיתחו זן חדש של "Deinococcus", הזן המהונדס מסוגל לטהר גם רעלי כספית וגם שיירי טולואן הנמצאים באתרי פסולת רדיואקטיבית מעורבת.
Micrococcus radiodurans
בית המחוקקים הבריטי
האבקה
בצמחי הזרע, האבקה היא התנועה במרחב של גרגר האבקה מהאיבר הזכרי של הצמח בו נוצר, אל האיבר הנקבי של אותו צמח או צמח אחר. ההאבקה מהווה את הבסיס לרבייה הזוויגית בצמחי הזרע. כמו כן, מכיוון שצמחים אינם יכולים על-פי רוב לנוע במרחב, להאבקה חשיבות ייחודית בתור אמצעי של הפצת הגנים של האורגניזם במרחב, תכונה המשותפת גם לתהליך הפצת הזרעים.
קיימים מנגנונים רבים של האבקה, המשתנים ממין צמח אחד למשנהו. נהוג לסווג את תהליך ההאבקה על-פי שני קריטריונים עיקריים:
התפתחות מנגנוני ההאבקה.
במשך האבולוציה התפתחו מנגנונים רבים ומגוונים של האבקה. ההאבקה הפרימיטיבית ביותר קיימת במינים שונים של חשופי זרע, כמו האורן והציקאס. האורן, למשל, מייצר כמויות עצומות של אבקה על אצטרובלים זכריים. האבקה מופצת ברוח ורק חלק קטן ממנה מגיע אל האצטרובלים הנקביים, המצופים נוזל דביק. האצטרובל הנקבי סופח בהדרגה את הנוזל הדביק, וכך גרגרי האבקה מגיעים אל הביצית, החבויה בתוך קשקש האצטרובל. משך הזמן מרגע נחיתת האבקה על האצטרובל הנקבי ועד למועד הפריית הביצית הוא יותר משנה.
התפתחות חשובה באבולוציה של האבקה הייתה הופעתה של ההאבקה הביוטית במכוסי הזרע. הפרחים הפרימיטיביים ביותר ניצלו את ערכה התזונתי הגבוה של האבקה, על-מנת למשוך אליהם חרקים. החרקים ניזונו מהאבקה, ותוך כדי מעופם מפרח לפרח, גם העבירו כמויות קטנות של אבקה מפרח אחד לשני, וכך הפרו את הצמחים. מנגנון זה חסכוני בהרבה בהשוואה להאבקת הרוח הקיימת באורן, משום שהוא מצריך ייצור של אבקה בכמויות הרבה יותר קטנות. החרקים המאביקים הראשונים היו ככל הנראה חיפושיות, וניתן למצוא דמיון מבני רב בין פרחים פרימיטיביים שנמצאו במאובנים, לבין פרחים בני-ימינו המואבקים על ידי חיפושיות: לפרח אופיינית צורת "צלחת", עם עלי כותרת גדולים וצבעוניים שמטרתם למשוך את החרקים מרחוק, שפע אבקה המיועדת בעיקר לשמש מזון לחרקים, והעדר צוף.
הופעתו של הצוף היוותה שלב חשוב נוסף בהתייעלות מנגנוני ההאבקה. ייצור מסיבי של אבקה בתור מזון למאביקים הוא בזבזני מבחינה אנרגטית עבור הצמח, משום שהאבקה עשירה בחלבון. ייצורה של תמיסת סוכר פשוטה ו'זולה' (הצוף) בתוך רקמות מיוחדות (הצופנים), במיוחד לצורך משיכת החרקים אל הפרח, חוסך עבור הצמחים משאבים רבים ויקרים. צמחים רבים פיתחו לעצמם מנגנונים המונעים מהחרקים לאכול את האבקה (שערכה גבוה יותר גם עבור החרק), כדי להבטיח שלא תתבזבז. בפרח המרווה, למשל, האבקה חבויה בתוך הפרח, ללא אפשרות גישה לחרקים. כשדבורה עומדת על בסיס הפרח ומוצצת צוף, היא מפעילה "דוושה" מיוחדת, המפזרת את האבקה על גבה, כך שלא תוכל לאוספה (ראו תמונה). מנגנון בעל עיקרון דומה קיים גם בסחלבים רבים.
בסחלבים, המהווים את המשפחה המפותחת ביותר בעולם הצומח, קיימים גם מנגנוני האבקה מתוחכמים ביותר. סחלבים רבים חוסכים לעצמם משאבים רבים בכך שאינם מתגמלים כלל את מאביקיהם, לא באבקה ולא בצוף (האבקת רמייה). חלקם מחקים במראם ובריחם פרחים אחרים, המעניקים גמול למאביקיהם (למשל סחלב פרפרני, סחלב מצויר וסחלבן החורש); אחרים מחקים נקבות של חרקים, וכך מושכים את הזכרים (הסוג דבורנית).
בד בבד עם התפתחות מנגנוני ההאבקה בצמחים, התפתחו גם קבוצות שלמות של חרקים ובעלי-חיים אחרים (קו-אבולוציה), המתמחים בהאבקת פרחים, ומזונם העיקרי הוא אבקה או צוף. עם אלה אפשר למנות את הפרפרים, הדבורים, הקוליברים, ועוד טקסונים רבים. מאביקים רבים פיתחו התמחות להזנה והאבקה של מין ספציפי או קבוצה מצומצמת של מיני צמחים, בעלי תכונה משותפת; במקביל, צמחים רבים הסתגלו לספק מזון ולהיות מואבקים על ידי מין ספציפי או קבוצה מצומצמת של מיני בעלי-חיים. דוגמה להתמחות הדדית שכזו היא פרח בעל מבנה צינורי, שרק חרק בעל חדק ארוך מספיק יכול להגיע אל הצוף שבתחתיתו. מעבר ליתרון שמפיקים שני הצדדים (צמחים ומאביקים) מתהליך ההתמחות בשל צמצום התחרות הבין-מינית, לספציפיות בהאבקה ישנו יתרון חשוב נוסף עבור הצמחים - חיסכון נוסף באבקה. מכיוון שהמאביק ספציפי למין אחד של צמח, כל האבקה שתועבר באמצעותו, תגיע אל פרחים אחרים של אותו המין בלבד, ולא תתבזבז על מיני צמחים אחרים, שאותם היא ממילא אינה יכולה להפרות. דוגמה לספציפיות הדדית בין צמח למאביק, ניתן למצוא בסוג פיקוס, הכולל גם את התאנה. כל מין של פיקוס מואבק רק על ידי מין ספציפי של צרעה, שהיא בעצמה ספציפית רק לאותו מין של פיקוס.
האבקה עצמית והאבקה זרה.
מטרתה של ההאבקה, בתור אמצעי להעברת חומר גנטי מצמח אחד לשני, היא ליצור צמחים צאצאים בעלי מטען גנטי חדש ותכונות חדשות, שיהוו את חומר הגלם לתהליך הברירה הטבעית. כדי להשיג מטרה זו, אבקה המיוצרת בצמח מסוים, צריכה להפרות צמח בעל מטען גנטי אחר, מושג המכונה האבקה זרה. אולם תמיד תיתכן גם האפשרות שהאבקה תפרה צמח בעל מטען גנטי זהה - מושג המכונה האבקה עצמית. מבחינים בין שלוש דרגות של האבקה עצמית:
האבקה עצמית היא מצב לא רצוי עבור רוב מיני הצמחים, שכן היא מביאה בסופו של דבר ליצירת צאצאים בעלי מטען גנטי דומה לצמח האם, במקום ליצור קומבינציות חדשות בין גנים שמקורם בפרטים שונים. אי לכך התפתחו במהלך האבולוציה מנגנונים רבים ומגוונים לצמצום או מניעה מוחלטת של אפשרות ההאבקה העצמית, או של ההפריה שבאה בעקבותיה:
למרות חסרונה של ההאבקה העצמית, במקצת ממיני הצמחים ההאבקה היא עצמית לחלוטין או כמעט לחלוטין. האבקה עצמית מהווה פתרון רבייתי למינים נדירים מסוימים, שבגלל המרחק הגאוגרפי בין פרטים שלהם, סיכוייהם להצליח בהאבקה זרה נמוכים. דוגמה למין נדיר שעיקר האבקתו היא עצמית, היא דבורנית הדבורה.
האבקה אביוטית.