מין מהנדס סביבה

באקולוגיה, מין מהנדס סביבה (או מין מעצב סביבה) הוא מין ביולוגי היוצר, משנה או הורס באופן משמעותי את בית הגידול שבו הוא נמצא, ובעשותו כך, משנה את תפוצתם של אורגניזמים אחרים. הדוגמה המוכרת ביותר למין כזה היא האדם, אך המחקרים על הנדסה סביבתית אינם עוסקים בו (זאת עקב תשומת הלב הרבה לפעולות האדם באסכולות האחרות של המחקר האקולוגי) ומתמקדים בעיקר בבעלי חיים אחרים, אם כי מינים מהנדסי סביבה קיימים בכל ממלכות החיים.

ההגדרה

צדפה שדרנית (למטה) מכוסה בספוגים, חיטחבים והידרוזואות, ואף מושבת סוסוני ים.

בעבר התמקד המחקר האקולוגי בתפוצה ובמגוון האורגניזמים ביחס למאפיינים שונים, כגון מזג אוויר, טופוגרפיה, הימצאות מזון, מתחרים, יחסי טורף-נטרף וכדומה. מין מהנדס סביבה הוא מונח חדש יחסית, המשתייך לתחום שהתפתח בשנים האחרונות ועוסק ביחסי הגומלין האקולוגיים בבתי גידול.

המינוח "מין מהנדס סביבה" הוצע לראשונה במאמר של קלייב ג'ונס, ג'ון לאוטון ומשה שחק בשנת 1994 בהשראת מחקרים של שחק וג'ונס בנגב בסוף שנות ה-80 שעסקו בהשפעת שבלולים על יצירת קרקע בנגב. מהנדסי סביבה הם מינים אשר משנים את המשאבים הזמינים למינים אחרים על ידי שינוי פיזיקלי של הסביבה הביוטית והא-ביוטית.

סוגים של מהנדסי סביבה

עץ הסקויה, מהנדס סביבה אוטוגני. על ענפיו וגזעו צומחים מינים נוספים של צמחים, גודלו העצום מספק הגנה למינים רבים של ציפורים וחסרי חוליות, וגובהו הרם גורם לכך שהלחות שבערפל סביבו מתעבה והופכת למים, הנוספים בדרך זו לבית הגידול.

מיני המהנדסים נחלקים לשתי קבוצות, על פי אופי השפעתם על הסביבה: מהנדסים אלוגניים ומהנדסים אוטוגניים.

מהנדס אלוגני

מהנדס אלוגני, או "מהנדס התנהגותי", משנה את סביבתו על ידי שינוי משאבים חיצוניים. בדרך כלל, הדבר תלוי במנגנונים ההתנהגותיים של האורגניזם. כך, לדוגמה, הבונה הקנדי בונה סכרים, מסיט את נתיב הנהרות בבית הגידול ומשנה לחלוטין את הרכב האוכלוסייה בו; נקרים, המנקבים חורים בעצים, יוצרים בתי גידול לחסרי חוליות קטנים; זחלים, המעצבים גומחות מעלים, יוצרים מקום מסתור לחסרי חוליות אחרים אחרי עזיבת הזחל. רוב המהנדסים האלוגניים הם אורגניזמים בעלי יכולת תנועה (אורגניזמים מוטיליים) כמו חולייתנים או חרקים, אך אין הדבר תמיד כך. צמחים ופטריות מסוימות מפגינים אף הם תכונות אלוגניות, לדוגמה: צמחים או פטריות מסוימות הנשתלים באדמה מזוהמת במתכות כבדות, שואבים לתוכם את המתכות ומנקים את האדמה ובכך מאפשרים שגשוג צמחים רגישים יותר באדמה הנקייה.

מהנדס אוטוגני

מהנדס אוטוגני, או "מהנדס עצמי", משנה את סביבתו על ידי שינוי גופו. עצים בג'ונגל טרופי ההולכים וגדלים מסוככים על סביבתם הנמוכה יותר, מונעים אור מהצמחים הנמוכים יותר ובכך מאטים את גידולם; נטייתם של אלמוגים מסוימים ליצור שוניות אלמוגים משפיעה באופן דרמטי על משטר הזרמים בבית הגידול, והדבר משפיע על אורגניזמים רבים אחרים. לרוב, מהנדסים אוטוגניים הם נטולי יכולת תנועה כמו צמחים, אלמוגים וצדפות, ולעיתים קרובות מתיישבים עליהם אורגניזמים אחרים. גם אורגניזמים מתים יכולים לתפקד כמהנדסים אוטוגניים – שברי עצים גדולים מאכלסים בתוכם בתי גידול שלמים של חסרי חוליות, ואורגניזמים ימיים מסוגלים להתיישב גם על שלדם הגירני של אלמוגים מתים.

דוגמאות למינים מהנדסי סביבה

ישנם מאות מינים המוגדרים כמהנדסי סביבה. להלן מספר דוגמאות:

דוגמאות למהנדסים אלוגניים

הבונה הקנדי

בונה קנדי

כאמור, הבונה הקנדי הוא המין הראשון שזוהה כמהנדס סביבתי. הבונה כורת עצים חיים בשיניו ומפיל אותם לנהרות, על מנת ליצור בריכות קטנות כמחסה והגנה על ביתו. בריכות הבונים מושכות אליהן מינים רבים של ברווזים, תרנגולאים, צבים, צפרדעים, קרפדות, יתושים ועוד רבים אחרים. מנגד, בניית הבריכות מחלישה את זרם הנהר ובכך גורמת לירידה במספרם של סלמנדרות, נחשים, שפריריות וכמובן עצים. תגובת השרשרת האקולוגית ממשיכה לשלבים רבים נוספים, לדוגמה, עלייה במספרם של הברווזים והתרנגולים מושכת יותר עופות דורסים לבריכות הבונים, ומנגד ירידה בכמות העצים גורמת לירידה בכמות הנקרים וכן הלאה.

דורבן מצוי

הדורבן המצוי (דורבן הודי) ניזון משורשים או מפקעות. על מנת להגיע למזונו, הדורבן המצוי חופר בורות ליד הצמחים המועדפים עליו. בורות אלו מחזיקים מעמד במשך עשרות שנים, ועם הזמן מתמלאים בזרעים, מים וחומרים אורגניים אחרים. חרקים וחסרי חוליות אחרים נמשכים לבורות אלו ויוצרים מיקרו-בית גידול עשיר. מחקרים הראו שהסביבה ליד בורות אלו היא מגוונת ועשירה יותר במינים מאשר אזורים קרובים ללא בורות.

מכפילי פרסה ומפריטי פרסה באפריקה

באפריקה, עדרים של בקר מבוית ומפריטי פרסה פראיים ממלאים חלק בהתפשטות מחלת המלריה ביבשת. עדרי הבקר שותים מים מאגמים, נחלים ובורות מים. עקב משקלן הרב של הבהמות וצורת כף רגלן, הבהמות משאירות סימני פרסה עמוקים באדמה הלחה שבסביבת מקורות מים אלו. סימני פרסה עמוקים אלו מתמלאים בגשם או במי תהום ויוצרים כעין מיקרו-ביצות, שתוך זמן קצר מתמלאות במושבות של יתושים נושאי מלריה – האנופלס. כפרים השוכנים בסמוך לאזורים שופעי מיקרו-ביצות כאלו סובלים ממלריה הרבה יותר מכפרים אחרים.

אספסת

שדות אספסת במונטנה

כאמור, הנדסת סביבה אלוגנית אינה מוגבלת לבעלי חיים בלבד. מתכות כבדות מהוות בעיה זיהומית קשה בכך שהן מרעילות את האדמה ואינן מאפשרות לאורגניזמים רבים להתיישב באזורים מזוהמים כאלו. מתכות אלה כוללות מתכות הנחוצות לקיומם של אורגניזמים אך רעילות בריכוזים גבוהים, כגון נחושת ואבץ, וכן מתכות שאינן נחוצות לקיום האורגניזם והשפעתן השלילית מופיעה אף בריכוזים נמוכים, כגון כספית, עופרת או אורניום. בתי גידול מזוהמים כוללים אדמות מזוהמות על ידי תעשייה, מכרות נטושים, אזורי מלחמה ואזורים שעברו תאונה גרעינית או הפצצה גרעינית.

לצמח האספסת יש יכולת לספוח לגופו מתכות כבדות. יכולת זו עולה בכמה סדרי גודל על יכולתם של צמחים אחרים, רגישים יותר, ובנוסף הצמח יכול להתפשט לאזורים שהפכו צחיחים עקב זיהום במתכות כבדות. האספסת משגשגת באזורים אלו בעיקר בזכות היעדר תחרות מצד צמחים אחרים והיעדר לחץ רעייה מצד בעלי חיים אוכלי-צמחים (מכיוון שכמות המתכות הכבדות שבה הופכת את האספסת לרעילה עבור מרבית החולייתנים). לאחר התפשטות האספסת בבית גידול וספיחת כמות גדולה של מתכות כבדות, האדמה מתנקה חלקית, ומינים נוספים של צמחים ובעלי חיים קטנים שבים ומתיישבים בה. צמחים אלו ממשיכים בספיחת המתכות הכבדות (אך במידה קטנה יותר) וכן הלאה, עד שהאדמה מתנקה בצורה המאפשרת למרבית הצמחים ובעלי החיים להתיישב עליה. כך יוצר מין מהנדס סביבה טור סוּקצֶסיוני (שרשרת של חברות ביולוגיות המחליפות בהדרגה זו את רעותה). סך כמות המתכות הכבדות בחברה אינו משתנה עקב פעילות האספסת, אבל חלוקתם בריכוזים נמוכים בין האורגניזמים השונים במערכת הופכת את החיים על אדמות מזוהמות לנסבלים.

תכונה זו של האספסת לא נעלמה מעינם של אקולוגים המבקשים לשקם בתי גידול פגועים; ואמנם בשנים האחרונות נשתלו שדות אספסת באדמות מזוהמות על מנת לנקותן. בכך עושה האדם שימוש פעיל בתכונות הנדסת הסביבה של אורגניזם אחר על מנת להביא תועלת.

דוגמאות למהנדסים אוטוגניים

מטפסי היערות

ביער מתפקדים צמחים מטפסים כמין מהנדסים אוטוגניים. הצמח מטפס על עצים ביער ומסתעף מעץ לעץ. פעולה זו יוצרת רשת חיבורים מסועפת בין עץ אחד למשנהו. על מטפסים אלו יכולים קופים ומכרסמים (כגון סנאים) לנוע בקלות במרום היער ובכך להימנע מטורפים קרקעיים. ביערות נטולי מטפסים יונקים קטנים אלו חשופים לטריפה באחוזים גבוהים יותר. השפעתם של צמחים מטפסים על יערות היא גדולה, ובחקר האקולוגיה מוקדש להשפעה זו תחום ייחודי בשם אקולוגיית מטפסים.

צדפות שדרניות

עמוד תמיכה במזח הטענת הפחם של תחנת הכוח "אורות רבין" ליד חדרה. העמוד מכוסה כולו בצדפות שדרניות וחמתיות, ועליהן אחת מהחברות העשירות והמגוונות ביותר במינים לחופו הישראלי של הים התיכון.

בניגוד לחיים על היבשה, חברות ימיות עתירות במינים רבים של בעלי חיים נטולי יכולת תנועה (כמו אלמוגים, צדפות וספוגים). חברה ימית בבית גידול נתון המבוססת על מינים ישיבים נקראת בֶּנתוֹס (או חברה בנתונית). מינים ישיבים אלו לא נאבקים על מזון (הנמצא בשפע בצורת פלנקטון וחלקיקים אורגניים) אלא על מצע – מקום להתיישב עליו. מינים מהנדסים ימיים רבים ממלאים תפקיד חשוב בהגדלת שטח פנים של מצעי החברה הבנטונית.

דוגמה מובהקת למין מהנדס ימי וישיב שכזה היא הצדפה השִדְרנית, הנפוצה לאורך חופה הים תיכוני של ישראל. צדפות אלו מתאפיינות בגודל מרשים ובקוצים רבים על קשוותן אשר מגדילים את שטח הפנים שלהן. אורגניזמים ישיבים רבים מתיישבים על צדפות אלו – בלוטי ים, הידרוזואות, ספוגים, צדפות קטנות יותר ואלמוגים. מינים אלו אף מושכים אורגניזמים מוֹטיליים (בעלי יכולת תנועה) רבים כמו דגים, תמנונים, תולעים וסרטנים. כל אלו מוצאים מזון ומחסה בחברה הבנתונית הנוצרת על גבי הצדפות.

השפעתם של מינים מהנדסי סביבה

כימות השפעתם של מינים מהנדסי סביבה

על מנת להגדיר מין כמהנדס סביבה יש לבצע ניסוי השוואתי באחד משני המישורים הבאים:

המישור הביו-גאוגרפי – השוואה בין שני בתי גידול קרובים גאוגרפית ודומים במאפייניהם האקלימיים, הנבדלים ביניהם בהימצאותו של המין ה"חשוד" כמהנדס סביבה. אם לא ניתן למצוא בית גידול דומה שאותו המין נעדר ממנו, ההשוואה נעשית בין בתי גידול דומים שהמין נמצא בהם בתדירות שונה.
המישור הכרונולוגי – השוואה של נקודות זמן שונות באותו בית גידול. ניתן, לדוגמה, להציג את המין החשוד כמהנדס סביבה בבית גידול שבו לא הופיע קודם, ולהשוות את בית הגידול לפני ואחרי התאקלמותו של המין בו, או לבצע מדידות תקופתיות לאורך זמן ההתאקלמות.

עם הפרמטרים המשמשים להשוואה בין שני אזורים גאוגרפיים או שתי נקודות זמן נמנים:

מינים ספציפיים – עלייה או ירידה במספר הפרטים של מין ספציפי ליחידת שטח נתונה או לבית גידול נתון. לדוגמה, בבתי גידול שבהם דרים בונים קנדים קיימת ירידה מובהקת במספר הנקרים.
מספר פרטים כולל – עלייה או ירידה במספר הפרטים של כלל המינים ליחידת שטח נתונה או לבית גידול נתון. דוגמה למין המשפיע בצורה זו היא הצדפה השדרנית: עלייה במספר הצדפות השדרניות מעלה את מספר האורגנזמים הישיבים שעליהן.
עושר ביולוגי, או עושר מינים – בפשטות: מספר המינים בבית גידול נתון. עם זאת, לעיתים זיהוי טקסונומי מדויק של כל מין בבית הגידול דורש משאבים רבים ולא תמיד הוא אפשרי. כפשרה מחקרית ניתן לבדוק עושר סוגים, עושר סדרות וכך הלאה – כל עלייה ברמה הטקסונומית מקלה את הזיהוי הטקסונומי, אך מקשה על הוכחת ההבדלים ופוגעת באמינות המחקר. דוגמה למין שהשפיע על עושר מינים בבית גידול נתון היא צדפת הזברה – פלישתה לאגמים הגדולים בארצות הברית הורידה את עושר המינים הכולל בהם.
מגוון ביולוגי – זהו המדד לשונות בעולם הטבע המתאר את גיוון האורגניזמים בבית גידול נתון. מגוון ביולוגי משקלל את עושר המינים ואת השוויוניות בין המינים (היחס המספרי של הפרטים במינים השונים). שתי שיטות המדידה המקובלות למגוון ביולוגי הן מדד סימפסון ומדד שאנון-ויבר. דוגמה למין המשפיע בצורה זו הן שוניות אלמוגים, המעלות באופן משמעותי את המגוון הביולוגי של החברה הישיבה הימית.

צדפת הזברה

האם השפעתם של מינים מהנדסי סביבה היא חיובית?

בראייה אקולוגית שלפיה ירידה בגיוון הביולוגי היא שלילית, השפעתם של המינים המהנדסים על החברה בבית הגידול הנתון אינה חיובית תמיד. פעולותיו של הבונה, למשל, מעודדות התיישבות של מינים רבים באזורו, אך גורמות לכך שמינים רבים נדחקים, ואי אפשר לקבוע בוודאות לכלל החברה שפעולותיו מעשירות ומגוונות את בית הגידול.

דוגמה מובהקת למינים מהנדסי חברה בעלי השפעה שלילית הם רבים מהמינים הפולשים. כך, לדוגמה, צדפת הזברה פלשה לאגמים הגדולים בארצות הברית מרוסיה, ובהיעדר אויבים טבעיים גדל מספר הצדפות לממדי ענק. הצדפות סיננו את המים וגרמו למי האגם העכורים להפוך לשקופים. דגים קטנים, אשר ניצלו את מי האגם העכורים כ"מסך עשן" בפני טורפיהם, נעשו חשופים לחלוטין ומספרם הצטמצם עד מאוד. מינים אנדמים רבים נפלו קורבן לפלישה זו, והשפעתה של הצדפה כמהנדסת סביבה שלילית עד מאוד (בנוסף לנזקיה האחרים).

מקורות

Jones CG, Lawton JH and Shachak M 1994. Organisms as ecosystem engineers. Oikos 69: 373-386
Jones CG, Lawton JH and Shachak M 1997. Positive and negative effects of organisms as physical ecosystem engineers. Ecology 78: 1946-1957
Shachak M, Jones and Y Granot CG 1987. Herbivory in the rocks and the weathering of the desert .Science 236: 1098-1099
Y. Sharon, Y. Benayahu, H.K. Mienis. First record of an exotic oyster: Alectryonella crenulifera, from the Mediterranean coast of Israel. Triton Vol. 12, 2005 (pp. 5–6).
Phytoremediation of heavy metal contaminated soils and wastes.
coral reefs as ecosystem engineer.

קישורים חיצוניים

השפעת שינויים במשאבי בית הגידול על חברת חסרי החוליות בנחל מטיפוס ים תיכוני מתוך קמפוס טבע ברשת של אוניברסיטת תל אביב