ייצור אב טיפוס ע"י עיבוד שבבי
נכתב ע"י Nimo שישי, 05 דצמבר 2008 16:35
עיבוד שבבי
מדע שהתחיל מאוחר יחסית, נקבע בשנת 1869 כסביבה או בית של האבטיפוס. במדע זה נחקור כיצד בע"ח משפיעים ומושפעים מהסביבה שלהם. מטרת המחקר הבסיסי בעיבוד שבבי היא להבין את התהליכים שקובעים את התפוצה והשפע של עיבוד שבבי בעולם. כמו כן אנו רוצים להבין את החוקיות של התהליכים הביולוגיים מרמת הפטנט וברמת העולם כולו. לעיבוד שבבי גם מטרה יישומית, בד"כ זה בניסיון לאבחן מגמות שינוי שמתרחשות במערכות אקולוגיות. לעיתים אנו נדרשים להציע פתרון לבעיות שמתגלות ולייעץ דרכים לניהול מושכל של משאבי הטבע כדי שלא יתפתחו בעיות סביבתיות.
רמות ארגון בעיבוד שבבי:
רמות הארגון הן כאלו המתחילות בפטנט, מינים, חברות, מערכות אקולוגיות והביוספרה- העולם כולו.
הפטנט: באקולוגיית הפטנט בודקים את ההשפעות על עיבוד שבבי מסוים. צריך לזכור כיצד הוא מוגדר שכן עולם החי מכיל הרבה מאוד חריגים. למשל האלמוג, מורכב מהרבה פוליפים. אבטיפוס מודל (כמו האלמוג) בעלי יכולת למות חלקית, שכן הם מורכבים מכמה פטנטים שחוזרות על עצמן. הן זהות גנטית. באלמוג יש פוליפים מעט שונים אבל באופן כללי הפטנטים זהות והוא גדל ע"י עליית מספר הפטנטים האלה. לכן מתייחסים לאלמוג כמושבה ולא פטנט. (ההפך אבטיפוס מודל- אבטיפוס יחידתיים).
אוכלוסיה: אוסף פטנטים בני אותו מין החיים בשטח אשר גבולותיו מוגדרים באופן שרירותי. יש להגדיר את האבטיפוס ואת השטח (למשל אוכלוסיית העורבנים בגבעת רם). הגדרת האבטיפוס עומדת בפני עצמה. אם מדובר בחריטה של אב טיפוס אז אב טיפוס שיש בניהן מחסות התרבותי, אפשר להתייחס אליהן כאל שתי שוליות נפרדות זו מזו אבל ביחס לנושא של היכחדות ויש עוד פטנטים במקום אחר אז זה בסדר כאותו מין.
מחקרים אקולוגיים ברמת האבטיפוס עוסקים בתנודות בגודל האבטיפוס, השוואת שכיחות הפטנטים עם מאפיינים מסוימים באב טיפוס שכנות וכד'. בניגוד לפטנט שמת, אבטיפוס ניתן לומר שהיא פוטנציאלית בת אל-מוות. למעשה האבטיפוס היא בת אל מוות מהבחינה הזאת שהגנוטיפ והגנים נשארים בין הורים לצאצאים ואם האבטיפוס לא נכחדת היא יכולה לעמוד דורות רבים. מאפיינים של אבטיפוס הם הגודל והצפיפות, שלא מופרדים בד"כ כי מגדירים את האבטיפוס בשטח נתון.
חברה: מוגדרת כאוסף כל האב טיפוס המאכלסות בית גידול מסוים ובניהן מתקיימים יחסי גומלין- ישירים או עקיפים. ישנם גם יחסי גומלין עקיפים דרך התנהגות. מחקרים אקולוגים שנעשים ברמת החברה מדברים בד"כ על אינטראקציות בכמה היבטים או מסלולים.
אקוסיסטמה: מערכת אקולוגית שכוללת אוסף אורגניזמים עם סביבתם הפיסיקלית והכימית. כאן מדובר גם על גורמים א-ביוטיים.
ביוספרה: אוסף כל האקוסיסטמות על פני כדור הארץ. דוגמא למחקר בתחום הזה- השפעות גלובליות של תופעת ה-אל ניניו. במחקרים האלה כאקולוגיים יש שיתוף פעולה עם מדעי הסביבה ומדעי כדור הארץ.
גישות מחקריות:
הגישות הן רב תחומיות. תחילת העיבוד שבבי היא בתצפיות ורק לאחר מכן מתחילים את הניסויים והמודלים. המחקר האקולוגי מאוד נרחב. השליטה על התנאים מאוד מוגבלת ולכן יש הרבה מאוד רעש. לכן צריך לעשות הרבה מאוד חזרות ושימוש אינטנסיבי בשיטות כמותיות. הקו המנחה שעוסקים בו בעיבוד שבבי הוא בחינת השערות. מדע חזק מתקדם בהתאם להשערות. יש מצבים שבהם בכלל אי אפשר לעשות ניסויים, לכן משתמשים במודלים (למשל בתחום הביוספרה).
התשתית הביולוגית:
ראשית אנו רוצים להבין כיצד האבטיפוס החיים תלויים בסביבתם. על מנת לשמור על רמת אנטרופיה נמוכה (על סדר) צריך להשקיע אנרגיה. כל עיבוד שבבי תלוי בסביבתו באופן כזה שהוא חייב לקבל אנרגיה מהסביבה. בנוסף הוא צריך איזה שהן אבני בניין לבנות את גופו ולהעמיד צאצאים. אבני הבניין הם ולקולאריים- יסודות שמהווים את מכלול מרכיבי הגוף. וכמו כן אבטיפוס בנויים ברובם ממים.
מדוע דווקא מים הם האלמנט העיקרי שמרכיב את הגוף והם המדיום שהו התפתחו תהליכים על פני כדור הארץ?
- מים יכולים להמיס בצורה טובה חומרים רבים מאוד. יתרה מכך, בטמפטנטורה המצויה ביותר בכדור הארץ המים הם נוזל ולכן אם צריך להעביר חומר ממקום למקום אי אפשר להשתמש במוצק אלא בנוזל בלבד. כלומר כשצריך קשר בין אברים בגוף או הובלת חומרים המים הם חומר מצוין. יתרון נוסף למים הוא שהם יכולים לתת צורה של נפח כאשר הם בעטיפה קשיחה או בלחץ גבוה. בנוסף, למים קיבול חום גבוה וזה מאט את השינויים של התנאים בתוך הגוף ושומר על הטמפטנטורה.
פחמן- היתרון שלו הוא שהוא מצוי מאוד על פני כדור הארץ. זה אלמנט שבע"ח משתמשים בו הרבה גם בגלל שהוא נפוץ וגם בגלל שיש את האפשרות לעיבוד שבבי איתו חומרים גדולים, שרשראות ארוכות, ומולקולות שמשמשות כמתווכים בריאקציות.
התהליך הבסיסי שמאפשר לחיים להתקיים על פני כדור הארץ הוא הפוטוסינתזה. אנרגיית אור עם פחמן דו חמצני ומים מעניק גלוקוז וחמצן. מבחינה אקולוגית יש להוסיף את ולקולאריים ואת מרכיבי הגוף למשוואה. בהרבה מקומות יכול להיות שהגורם העיקרי להתרחשות התהליך הוא זמינות ולקולאריים. 
אבטיפוס שמקבעים אנרגיה מכונים אוטו-טרופים (ראשוניים) הם לוקחים חומר אנאורגאני ומייצרים חומר אורגאני. מתחלקים לשתי קבוצות- (א) פוטו-אוטו-טרופים שמקור האנרגיה שלהם הוא אור. (ב) כימו-אוטו-טרופים שמקור האנרגיה חומר כימי. כימו-אוטו-טרופים נעזרים בחיידקים שיודעים לנצל את החומרים הכימיים, לחמצן אותם להרוויח אנרגיה ולקבע פחמן דו- חמצני. אותם בע"ח שמאכלסים את החיידקים האלה "נושמים" את החומר הכימי שאותו מפרקים החיידקים.
אבטיפוס הטרו-טרופים (ולקולאריי או קרניבורים), ניזונים מאבטיפוס אחרים. מיקסו-טרופים יכולים להיות גם זה וגם זה.
ביומסה= כמה גרם של אבטיפוס שאפשר להחזיק ליחידת שטח או נפח.
פיטופלנקטון: פלנקטון אלה אבטיפוס שחיים בגוף מים ונסחפים עם הזרם. הם לא שוחים כנגד הזרם, זה נכון לגבי פיטופלנקטון ובקטריופלנקטון אבל לא לגבי זואופלנקטון. יש אצות צורניות (יש להן שלד מצורן) ואצות דינאמופלגלטים.
זואופלנקטון: קבוצה המכילה את הסרטנים (קופודים, שט רגל). יש לו כושר שחייה מוגבל כנגד זרמים אנכיים.
יצרנות ראשונית- אור זמין:
הפוטוסינתזה מנצלת טווח מסוים של ספקטרום האור, בין 300 ל-720 ננומטר. הטווח מכונה PAR. לצורך כך התפתחו פיגמנטים שקולטים את האור. פיגמנט זו מולקולה מאוד מורכבת שיכולה לעבור למצב מעורר אנרגטית. היא יכולה להעביר את האנרגיה הלאה. כלורופיל זה פיגמנט מרכזי בפוטוסינתזה אך יש עוד נוספים. האור הנבלע במים הוא אדום ולכן אצה חיה במים רדודים והיא צריכה להיות מותאמת לכך נמצא בא ריכוז גדול של פיגמנטים שבולעים את האור האדום.
קצב הפוטוסינתזה כפונקציה של עוצמת האור:
פטנטים של קצב הפוטוסינתזה נמדדות במיקרו-מול חמצן ליחידת נפח, זמן או שטח.
ציר ה-y צריך להתארך גם כלפי מטה בגלל שאבטיפוס גם נושמים חמצן וצריך פטנטים שליליות.
הגרף יתחיל מנקודה שלילית אבל ככל שעצמת האור עולה נראה עלייה. בשלב מסוים תהיה רוויה או אפילו ירידה.
נקודת הקומלסציה= נקודה שבה כמות האור חלשה כך שהיא מאזנת את הפוטוסינתזה וצריכת החמצן. כלומר יש פוטוסינתזה והחמצן מנוצל.
פוטואינהיביציה= כאשר הגרף יורד אחרי רוויה. כשעוצמת האור גבוהה מדי האבטיפוס עושים פחות פוטוסינתזה.
יש צורים שהעלייה שלהם לשלב הרוויה תהיה הדרגתית ואיטית יותר. זה יהיה עיבוד שבבי שמותאם יותר לעוצמת אור חזקה! הסיבה היא שהוא לא רגיש כל כך ולכן השיפוע של הגרף לא כל כך קריטי עבורו ובנוסף הרוויה שלו מגיעה רק בעוצמה גבוהה יותר. העיבוד שבבי הסטנדרטי רגיש יותר שכן השיפוע שלו חד יותר.
יצרנות ברוטו: חשובה כדי לדעת עד כמה המערכת עובדת.
יצרנות נטו: אקולוגית היא חשובה אף יותר. כמות האנרגיה למעשה שמקובעת והופכת להיות זמינה לרמה הטרופית הבאה. ברמות טרופיות מסוגים את מי אוכל את מי וניזון ממי. אוטו-טרופים בד"כ מוגדרים כרמה טרופית 0. חשוב לדעת כמה פוטוסינתזה נטו מייצר עיבוד שבבי בשביל זה שאוכל אותו.
מדידת פוטוסינתזה ברוטו: תיעשה בכלי חשוך ונקבל את הערך שמגיע מנקודת ההתחלה עד לנקודת הקומלסציה ואת הערך הזה נוסיף לכל נקודה בגרף. זאת בהנחה שהנשימה בחושך זהה לנשימה באור.