הפקולטה למדעי הים

פרופ' גיתי יהל

יצורים שוכני קרקעית (benthos) תלויים במים הזורמים על פני הקרקעית בכל היבט של חייהם: אספקת מזון וגזי נשימה, פינוי של תוצרי פסולת, והובלת תוצרי רבייה. מהצד שני, במקרים רבים לפעילויות החיים של שוכני הקרקעית השפעה מכרעת על איכות והרכב המים שמעליהם. שוכני הקרקעית משפיעים גם בדרכים רבות ומגוונות על קצב הקבורה של חומר בקרקעית הים ועל קצבי המחזור וההחזרה של חומרים לעמודת המים.
חקר מגוון התהליכים הביולוגים, פיסיקליים, וגיאוכימיים המקשרים את קרקעית הים אל המים שמעליה (benthic-pelagic coupling) ובפרט חקר תפקידם של שוכני קרקעית והשפעתם על חילופי מסה, הינו תחום העניין העיקרי שלי. אני משקיע מאמץ מיוחד בפיתוח שיטות ומכשור למדידה "in situ" כלומר מתחת לים במגמה להביא את המעבדה אל הים ולא את הים למעבדה.

כיום אני עוסק במספר תחומים עיקריים:

1. פעילות הסינון של יצורים מסננים ובפרט ספוגים, צדפות, ואיצטלניים:
א. בשנים האחרונות אנו עורכים מחקרים המתמקדים בסינון בררני, כלומר בבחירת פריטי טרף כגון חיידקים מסוימים ללא תלות בגודלם (למשל Yahel et al. 2006; Yahel et al. 2009). מחקרים כאלה נעשים מתחת למים תוך שימוש בשיטות ואמצעי דיגום אותם פיתחתי במיוחד לעבודה תת-ימית עם החיות בסביבתן הטבעית (Yahel et al. 2005; Yahel et al. 2007). שיטות דיגום דומות אנו מיישמים במעבדה תוך שימוש באצות מהונדסות גנטית בשיתוף עם דר' דניאלה שץ ממכון ויצמן), ובתרביות חיידקים ימיים (בשיתוף עם דר' לאורה שטיינדלר מאוניברסיטת חיפה ודר' ירון טיקוצינסקי מהמרכז האקדמי רופין)
ב. עד כה, תזונת יצורים רב-תאיים המבוססת על חומר אורגאני מומס, תועדה רק בספוגים (Yahel et al. 2003). בימים אלה אנו מסיימים סקר רחב הקף של מאזן החנקן של ספוגים מאזורים שונים בעולם (בשיתוף עם Dr. Marta Ribes and Dr. Rafael Coma, CISC, Spain). סקר זה מדגיש את חשיבותן של תרכובות של חנקן ופחמן אורגאני מומס במאזני האנרגיה והחנקן של הספוגים (Ribes et al. 2012).
ג. עד לאחרונה נחשבה העלות האנרגטית של שאיבה ביולוגית זניחה ביחס להשקעה המטבולית הכללית של יצורים מסננים. תיעוד מדוקדק של פרטי המבנה של מערכת הסינון (ברמה התת מיקרונית) בשילוב עם מדידות מדויקות של זרמי היציאה בשדה ובתנאי מעבדה מבוקרים מאפשר לנו להעריך מחדש עלות זאת ולהבין את תפקידו של הזרם הסביבתי בעידוד השאיבה (למשל Leys et al. 2011). כרגע אנו משקיעים מאמץ בביצוע מדידות דומות באיצטלנים ישיבים ובפיתוח מודל נומרי של הזרימה דרך החיות (בשיתוף עם פרופ' אורי שביט מהטכניון).

2. פעילות הרחפת סדימנט על ידי דגים שוכני קרקעית:
בכל גופי המים מהווה הסדימנט מאגר סופי לפחמן אורגני ונוטריינטים. קצב הקבורה של אלמנטים אלו בסדימנט קובע את זמינותם למערכת ומשפיע על היצרנות הראשונית בה. הרחפת סדימנט מורידה את קצב הקבורה של חומר אורגני ומזרזת את חמצונו. תהליכים אלו מעלים כמויות גדולות של נוטריינטים בחזרה מהסדימנט לגוף המים, ומפחיתים באופן משמעותי את צלילות המים וריכוז החמצן המומס בהם. הרחפת סדימנט היא גם תנאי הכרחי להסעת סדימנטים למשל, ממדף היבשת אל הים העמוק. קבוצתנו (בשיתוף עם דר' תימור כץ מהמכון הבין אוניברסיטאי באילת, פרופ' בועז לזר מהאוניברסיטה העברית, פרופ' ברק חרות מהמכון לחקר ימים ואגמים וקבוצת חוקרים קנדים ואמריקאים) עוסקת בתיעוד התופעה בגופי מים שונים (Yahel et al. 2008; Yahel et al. 2002) בהבנת ההשלכות שלה על מעגלים ביוגאוכימיים והאקולוגיה של גופי מים גדולים (Katz et al. 2009), ועל הסעת סדימנטים (Katz et al. Accepted). המחקר הנוכחי מתמקד בשני כיוונים עיקריים:

א. עד היום לא גובשה שיטה לכימות קצב הרחפת סדימנט על ידי פעילות ביולוגית. אנו מפתחים גישות ומכשור לכימות של קצב ועוצמת אירועי ההרחפה ומדידה של שטף הסדימנט מהקרקעית לעמודת המים. מערכת אחת הנמצאת כרגע בבחינה מבוססת על מדידה בו-זמנית של ריכוזי הסדימנט במים באמצעים אופטיים ואקוסטיים, מדידת זרם בעזרת מד זרם אקוסטי, ומעקב אחר פעילות הדגים ליד הקרקעית בעזרת סונאר מתקדם. גישה אחרת הנמצאת כרגע בשלבי ניסוי מתקדמים במצפה התת ימי VENUS (http://www.vunes.uvic.ca/) בשיתוף עם Dr. Clare Reimers (Oregon State U., USA) מתבססת על העקרונות של eddy correlation techniques, כלומר על מיצוע ריכוזים רגעיים של ריכוזי החומר המרחף ועוצמת הזרם האנכי בתדירויות גבוהות(32-64 Hz). מערכת שלישית מבוססת על מלכודות סדימנט אלקטרוניות שפיתחנו בשיתוף עם בית הספר להנדסה של המרכז האקדמי רופין.
ב. אנו מיישמים את מכלול הגישות והמכשור שפיתחנו להערכת התפקיד האקולוגי של הרחפת דגים במספר מערכות אקווטיות. עד לאחרונה התמקדנו בעיקר במערכות ימיות גדולות אולם לאחרונה עברנו לעבוד גם בגופי מים מתוקים בישראל. ממצאינו קוראים לבחינה מעמיקה של תפקידם האקולוגי של דגים גדולים הפעילים בקרקעית (כגון שפמנונים) באגני מים רדודים בישראל. הסרה של דגים אלה מהמערכת עשויה לשפר באופן ניכר את איכות המים של מקווי מים רדודים כגון מאגרים, אגמון החולה, ונחלי החוף.

3.     מדידת שטפי חומר אל ומערכות בנטיות (community metabolism)

קצב החלפת חומרים כגון פחמן וחומרי דשן (נוטריינטים) בין הים הפתוח למערכות בנטיות והבנת תפקידן של מערכות בנטיות בוויסות שטפים אלה של חומרי דשן ופחמן הם בעלי חשיבות גדולה הן להבנת מחזורי ביוגאוכימיים גלובאליים (Katz et al. 2009) והן בהבנת האקולוגיה של מערכות בנטיות ספציפיות (Genin et al. 2009; Yahel et al. 1998). אני שותף כיום במחקרים המתבססים על שיטות שפיתחנו בעבר למדידת שטפי חומר בשתי מערכות עיקריות:
א. בשוניות ספוגי הזכוכית של צפון מזרח האוקיאנוס השקט בשיתוף עם Dr. Sally Lyes (U. of Alberta) שם תעדנו כבר את השטפים ברמת הספוג הבודד (Leys et al. 2011; Yahel et al. 2007) ואת תפקיד השוניות כמאגרי סיליקה (Chu et al. 2011_ENREF_1). כיום אנו עובדים על שטפי חנקן ופחמן למערכות אלה.
ב. בגני הגורגוניות והספוגים המכסים שטחים נרחבים של קרקעית סלעית בצפון מערב הים התיכון (בשיתוף עם Dr. Marta Ribes and Dr. Rafael Coma, CISC, Spain). מערכת אקולוגית יחודית זו (The Coraligenus community) סובלת בעשור האחרון ממקרים חוזרים ונשנים של תמותה מסיבית (mass mortality) בסוף הקיץ. הוצע שאירועים אלה נובעים מהקטנת אספקת המזון לקרקעית עקב הארכת תקופת השכוב. בעזרת שילוב של ניסויי מעבדה ומדידות בשדה אנו מנסים לכמת את קצבי הצריכה של פחמן אורגאני וחנקן על ידי שוכני הקרקעית ואת סבילות החיות לחום על מנת להבין את הגורמים לתופעה.

4. מהו סוד ההצלחה של SAR 11, היצור הימי הנפוץ ביותר בעולם?
מחקרי הבררנות בסינון שערכנו בעשור האחרון הובילו לתובנה שקבוצת החיידקים הימיים SAR11 מצליחה ככל הנראה להימלט ממערכות סינון מבוססות ריר (mucus) של יצורים מסננים רבים. חיידקים מקבוצת SAR 11 הם ככל הנראה היצורים הנפוצים ביותר בים (Morris 2002), עם זאת מדידות שנעשו עם התבדידים המעטים שיש בידנו (Candidatus Pelagibacterubique) מצביעות על קצב הגידול קטן באופן קיצוני. מהו אם כן סוד ההצלחה של SAR 11  אוPelagibacter באוקיאנוס?
השערת העבודה שלנו היא כי המפתח להצלחת קבוצה זו בים היא היכולת של חיידקים מקבוצת ה SAR 11 להימנע מלכידה וטריפה על ידי יצורים מסננים. כיום אנו מקימים מערכות לבחינת התופעה באוכלי חיידקים פלנקטוניים כגון ננופלאגלטים ואפנדיקולריה (בשיתוף עם  Dr. Kelly Sutherland, Oregon State U., USA))​