קהילות חיידקים ופוטנציאל ביומינרליזציה בפרמאפראסט הררי במערת הקרח דבו בחבל הרי הפירנאים המרכזיים

חיים נסתרים בעולם שמתכווץ

גבוה בלב הרי הפירנאים המרכזיים, מערת קרח מעט מוכרת בשם דבו מצטמקת בשקט ככל שהאקלים מתחמם. בתוך המערה הקפואה הזאת גילו המדענים קהילות עשירות של מיקרובים החיים בקרח שיכול להיות בן אלפי שנים. הדיירים הקטנים האלה לא רק שורדים בקור וחשיכה תמידיים; הם עשויים גם לתרום לבניית מבני מינרלים עדינים שמשמרים רישומים של האקלים בעבר. הבנת אופן פעולתו של המערכת הביולוגית הנסתרת הזו יכולה לספר לנו על עתיד הפרמאפראסט ההררי, להציע רמזים לחיים בסביבות קיצוניות אחרות, ואפילו להעניק השראה לדרכים חדשות לנצל מיקרובים לטכנולוגיה.

המערה של שלושה סוגי קרח

מיקומה של מערת דבו הוא מתחת לקו הגובה שבו הטמפרטורה של האוויר נשארת בקירוב סביב נקודת הקיפאון לאורך כל השנה. הפנימיות שלה מחולקת לאזורים מובחנים: מי נהר זורמים ומי טיפה ליד הכניסה, קרח עונתי שמתמוסס וקופא מחדש בכל שנה, וגופי קרח צוורניים עמוקים שמשמרים מעמדם שנה אחר שנה. החוקרים דגמו את שלוש בתי הגידול—מים נוזליים, קרח עונתי וקרח ארוך-חיים—כדי להשוות את הכימיה ואת הקהילות החיות בהם. הם גילו שהמצב הצבירה של המים — קפוא או נוזלי — היה הגורם המרכזי המפלג בין הדגימות: מי הנהר והטיפות היו כימית שונה מהקרח, במיוחד בתכולתם של פחמן ויונים עיקריים, מה שאישר שלכל חלק במערה יש סביבה שונה לחיים.

מינרלים מוזרים שעוצבו על ידי מיקרובים

מערת דבו מכילה מערך של מינרלים יוצאי דופן הקרויים פחמתי מערתיים קריוגניים, הנוצרים כאשר המים קופאים ודוחסים ממיסים נמסים לכיסים זעירים של נוזל נשאר. כאשר המליחות במי הבריין זו מתרכזת, מתגבשים מינרלים כגון קלציט, ארגוניט, וטריט, קלציט עשיר במגנזיום ונסקווניט. באמצעות מיקרוסקופים אלקטרונים ברזולוציה גבוהה ראתה הקבוצה מבנים דמויי-כדור ומחט של פחמתי־מינרל המזכירים במידה רבה צורות מינרליות שמוכרות ממערות אחרות כהשפעות של פעילות מיקרוביאלית. שכבות ריר מיקרוביאלי ומשטחים תאיים יכולים לשמש כשלד שבו גבישים מתחילים להיווצר ולגדול, במיוחד בתנאים מעט בסיסיים העשירים בסידן ומגנזיום. תצפיות אלה מרמזות שמינרלים במערת דבו אינם תוצאה של קפיאה פשוטה בלבד, אלא גם של פעילות ביולוגית.

קהילות המ thriving בקור ובחושך

כדי לדעת מי חי בבית הגידול הקפוא הזה, המדענים רצפו סמני גנטיים של חיידקים, ארכיאה ומיקרו־אוקריוטים (כולל פטריות ואצות). הם זיהו יותר מ-9,000 וריאנטים גנטיים מובחנים, בדומיננטיות חיידקים כגון פרוטאובקטריה, אקטינובקטריה ופאטסיבקטריה — קבוצות שנמצאות בדרך כלל בסביבות קרות ועניות בחומרי תזונה. מים נוזליים וקרח עונתי ליד הכניסה הכילו יותר אורגניזמים אוהבי־אור, כולל ציאנובקטריה ואצות ירוקות, תואם לחשיפתם המפעם לשמש. לעומת זאת, קרח עתיק ויציב לעומק הועשר במיקרובים המותאמים לחושך ומחסור, כולל סוגים כמו Lysobacter שיכולים לעכל חומר אורגני מורכב. סוגי פטריות כגון Penicillium ו-Cladosporium היו גם הם בשפע, סביר שהם ממחזרים את כמות החומר האורגני המועטה הזמינה. באופן מרשים, יותר מחצי מהרצפים האוקריוטיים לא התאימו לאורגניזמים ידועים, מה שמדגיש מאגר גדול של "חומר אפל מיקרוביאלי" שעוד לא תואר.

טריקים מטבוליים שבונים מינרלים

מעבר לרישום מינים, השתמשה הקבוצה גם בסקרי גנים ממוקדים וגם ברצף מטאגנום מלא כדי להסיק מה מיקרובים אלה עשויים לבצע. בקרח הקבוע הם מצאו גנים הקשורים לקיבוע פחמן, תסיסה, מטבוליזם של מתאן ומחזור חנקן וגופרית — כל אלה חלקים מרכזיים בכימיה הנסתרת של המערה. באופן קריטי, זוהו גנים לאנזימים הידועים כמקדמים היווצרות מינרלים: אוריאזות וליזאזות אמוניה שמעלות באופן מקומי את ה-pH, וקרבוניק אנידראזות שמזרזות את המרה של דו־תחמוצת הפחמן ליוני פחמתי. הם גם זיהו מסלולים להפחתת ניטראט וסולפט, תהליכים שיכולים לשנות את כימיית המים ולעודד משקעים של מינרלים פחמתיים וסולפטיים. אף על פי ששכיחות הגנים האלה נמוכה ולא נמדדה פעילות ישירה, נוכחותם, יחד עם צורות המינרל שנצפו במיקרוסקופ, תומכת בחוזקה ברעיון שמיקרובי דבו מסייעים בהנעת משקעי מינרלים מונעי-חיידקים לאורך תקופות ארוכות.

מדוע המיקרובים הקפואים האלה חשובים

מערת דבו מראה שגם בתוך בלוקים לכאורה נטולי חיים של קרח הררי, קהילות מיקרוביאליות מורכבות שורדות ומשנות בעדינות את סביבתן. כל בית גידול—מים זורמים, קרח עונתי וקרח עתיק קבוע—מאכלס תמהיל משלו של אורגניזמים ותנאים כימיים, וביחד הם משפיעים אילו מינרלים נוצרים וכיצד הם גדלים. עבור הקוראים שאינם מומחים, המסר המרכזי הוא שמיקרובים יכולים לפעול כמהנדסים שקטים של העולם התת־קרקעי, ומשאירים "טביעות אצבע" מינרליות שמקליטות תנאים עבריים. ככל שהפרמאפראסט ומערות הקרח מצטמצמים בשל שינויי האקלים, מחקרים כאלה מתעדת ארכיון שנעלם של היסטוריית אקלים ומגוון ביולוגי, ומספקים אנלוגים לסביבות קפואות בכוכבים וירחים אחרים שבהן שיתופי פעולה דומים בין מיקרובים למינרלים עשויים להימצא יום אחד.

ציטוט: Muñoz-Hisado, V., Bartolomé, M., Osácar, M.C. et al. Microbial communities and biomineralization potential within mountain permafrost of the Devaux ice cave in the Central Pyrenees. Sci Rep 16, 6232 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37305-4

מילות מפתח: מערות קרח, חיי מיקרובים, ביומינרליזציה, פרמאפראסט, מינרלים קריוגניים