הפתרון המלוח: השקיה במי ים מדוללים

אריק רֵיי שולף מתיקו מכל פלסטיק ובו אורז חצי מבושל. הגרגירים העגלגלים החומים נראים כגרגירי אורז רגילים. ריחם הוא כריח אורז רגיל. וכשאני נוטל בזהירות כמה מהם ומכניס אותם לפי, אפילו תחושת הטעם שלהם דומה לזו של אורז רגיל: הם רכים, לעיסים ותפלים במידה כלשהי. ידי מושטת מבלי משים לעבר בקבוק של רוטב סויה המונח על השולחן במטבח של משרדי חברת ארקדיה ביוסיינס שבסיאטל, שריי הוא המנכ”ל שלה, כדי לתבל את האורז בקמצוץ מלח.

אך במקרה הזה הרצון להוסיף מלח הוא מעט מוזר, שכן האורז גדל במי מלח שמליחותם הייתה ממיתה את מרבית הצמחים על פני כדור הארץ. צמחי האורז שאת גרגריהם טעמתי זה עתה עברו הנדסה גנטית שהעניקה להם עמידות למלח, כשהם מחקים צמחים יוצאי דופן המכונים צמחי מְלֵחָה (הַלוֹפיטים), שגדלים ומלבלבים במפרצים ימיים, בלשונות ים ולאורך חופים ביצתיים. להפתעתי, הגרגירים שבפי אינם מלוחים יתר על המידה. לאמיתו של דבר, כשאני עורך מבחן עיוור ומשווה אותם לגרגירי אורז רגיל שלא עבר הנדסה גנטית וגדל במים מתוקים, אינני חש כל הבדל.

“אורז הוא הגידול החקלאי רב הערך ביותר בעולם,” אם לשפוט לפי כמות היבולים ב-2012, אומר ריי. אך “באזורים מסוימים בסין, שבהם מליחות הקרקע עולה בהתמדה, כבר אי אפשר לגדל יבולים”. ריי סבור שאם נפענח את המנגנון שבו פועלים הגֶנים המאפשרים לצמחי מלחה לשגשג בקרקע עתירת מלחים וניישם שיטות ביוטכנולוגיות מתקדמות כדי להחדיר את הגֶנים האלה לאורז ולצמחים אחרים, תימצא הדרך להזנת האוכלוסייה האנושית ההולכת וגדלה.

כרבע משדות השְׁלָחִין על פני כדור הארץ סובלים מבעיית מליחות הקרקע הנובעת משיטות השקיה גרועות. גם העלייה הצפויה במפלס פני הים מאיימת בהחדרת מי מלח למאות מיליוני דונמים נוספים של אדמות חקלאיות. אם נוכל לגדל יבולים בריאים באזורים מלוחים כאלה, יהיה אפשר לספק מזון לעשרות מיליוני בני אדם, צעד חיוני בהיערכות להזנת שני מיליארד הפיות הצפויים להתווסף לאוכלוסיית העולם עד מחצית המאה הזאת.

וזה אינו חלום באספמיה, אומר אדוארדו בלומוואלד, מדען המתמחה בביולוגיה של הצמח באוניברסיטת קליפורניה בדייוויס, שעבודת המחקר שלו עומדת בבסיס פיתוח האורז בחברת ארקדיה. “אני סבור שכיום אפשר לגדל יבולים במים מְלֵחִים או במים ממוחזרים מאיכות ירודה, ואפילו במי ים מדוללים,” הוא אומר. במרחק של כ-1100 ק”מ מדרום לסיאטל, החממות שמטפח בלומוואלד במסגרת עבודת המחקר שלו באוניברסיטת קליפורניה בדייוויס שופעות צמחי אורז גבוהים שגונם ירוק אזמרגד, המבצבצים ועולים מבריכות רדודות של מים מלוחים. בלומוואלד וכמה מדענים אחרים מסביב לעולם מעבירים גֶנים מצמחי מלחה בעלי עמידות טבעית למלח ומחדירים אותם לגידולים חקלאיים נפוצים, ולא רק אורז, אלא גם חיטה, שעורה ועגבניות. (גם כותנה משתתפת במחקר.)

אך כדי שהזרעים האלה, הנושאים תקווה לישועה, אכן יכו שורש, יש להוכיח שהם יכולים לשגשג גם בעולם האמיתי שמחוץ לחממות, בתנאי סערה, בצורת ומתקפות של חרקים מזיקים. ואם לא די בכך, יהיה עליהם לעמוד גם במטח של שאילתות וחקירות בנושאי בטיחות ותקינה מצדם של פוליטיקאים, מדענים וחקלאים.

ואף אם טעמם של הצמחים האלה עצמם יהיה עָרֵב לַחֵךְ, הרי שההנדוס הגנטי שלהם עלול להותיר טעם מר בפיהם של אנשים מסוימים החוששים מהעברת הגֶנים הלאה, ליצורים אחרים, תהליך שהשלכותיו בלתי צפויות. לטענת המתנגדים להנדסה גנטית, פרויקטים מסוג זה חושפים דווקא את האוכלוסיות העניות והפגיעות ביותר בעולם לַאי ודאויות הכרוכות בה. זאת ועוד, מוסיפה ג’נט קוֹטֶר, יועצת לאיכות הסביבה, פיתוח גידולים שיכולים לשגשג בתנאי מליחות יעודד את המשך השימוש בשיטות ההשקיה הגרועות. “אם שיטות ההשקיה שלכם גרועות, אתם כבר במסלול שאינו בר־קיימא,” אומרת קוֹטֶר.

סיפור מלוח

צמחי מלחה, או הלופיטים (“צמחי מלח”), כשמם כן הם, יכולים לשרוד במים בכל דרגת מליחות, אף בדרגת מליחות גבוהה ביותר של מי ים. מנגרובים הם צמחי מלחה. סוג זה של צמחים נדיר באופן יחסי. הם אינם נעימים למראה (ואינם מעוררים תיאבון) ומתאפיינים בבליטות ובתפיחות משונות, עלוותם דלה וחסרת חן ושורשיהם בולטים החוצה מן המים.

בעבר נעשו ניסיונות לשווק מנגרובים כחומרי בנייה, צמחי מלחה עסיסיים ועתירי שמנים כמקור לדלק ביולוגי או שיחים עמידים למלח כמספוא לבעלי חיים. ב-1998 כתבו חוקרים מאמר בסיינטיפיק ובו העלו בעיני רוחם חוות רחבות ידיים של צמחי מלחה ברחבי תבל שיספקו מזון לבני אדם. אך בהיעדר שווקים מפותחים לגידולים ייחודיים כאלה, נדונו החוות לכישלון.

כשבלומוואלד החל את עבודת המחקר שלו בנושא צמחי המלחה במחצית שנות ה-90, נחשבו הצמחים האלה לקוריוז בוטני ותו לא. “רוב המדענים שעסקו במחקר חקלאי לא חשבו כלל על מליחות,” אומר בלומוואלד. “מה שהעסיק אותם היה פיתוח גידולים חקלאיים שיספקו תוצרת גדולה, עגולה, צבעונית ומתוקה יותר”.

בלומוואלד, מנגד, גילה עניין בסוג חלבון המצוי בצמחי מלחה וקרוי בשם אנטיפורטר. החלבון הזה מאיץ את חילוף יוני הנתרן (מלח) ויוני המימן דרך קרומי התאים של הצמח. כשיוני נתרן המצויים במים המלוחים נספגים על ידי הצמח, הם משבשים את פעולת האנזימים, את הובלת המים לאורך הצמח ובסופו של דבר, את תהליך הפוטוסינתזה. בלומוואלד מצא שהנדסה גנטית של מיני צמחים שכיחים שתגרום להם לייצר כמויות גדולות של חלבוני אנטיפורטר, מאפשרת להם לגדול במים שמליחותם מגיעה עד כדי שליש ממליחות מי ים, כמעט ללא תופעות לוואי שליליות. האנטיפורטר דוחף את יוני הנתרן לתוך חֲלוּלִיות, כעין בועיות אטומות בתוך תאי הצמח המנטרלות כל השפעה מזיקה של יוני הנתרן. בתאים של כמה צמחי מלחה טבעיים יש חלוליות שנעשות גדולות כל כך עד שהן נקראות בשם שלפוחיות מלח. צמח הקינואה, אחד מצמחי המלחה שמצא את דרכו אל שולחן האוכל שלנו, מתאפיין בשלפוחיות הנראות ככדורים שקופים קטנטנים המעטרים את עליו.

כשבלומוואלד העלה את רמות האנטיפורטר בזן מיוחד של עגבניות, הוא הצליח לגדל את הצמחים המהונדסים במים שמליחותם “גדולה פי ארבעה מזו של מרק עוף,” כפי שהוא מנסח זאת. צמחים אלה הניבו פירות עסיסיים, מתוקים, עגולים ואדומים שמשקל כל אחד מהם כמאה גרם ואף יותר מכך. אך בעוד שהצמחים שיצר בלומוואלד שגשגו בתנאי מעבדה, הם התקשו לשרוד בעולם האמיתי. “הכול עובד בחממה, שבה שוררת לחות יחסית של 40% או יותר,” אומר בלומוואלד. אבל, ככל שהלחות יורדת, עלי הצמחים מאבדים מים בקצב הולך וגובר, וכמנגנון הגנה, נסגרות נקבוביות הצמח. לכן, לדבריו, קשה הרבה יותר לגדל צמחים “בתנאי שדה, בלחות של 5% והרבה פחות מים”.

הבעיה היא שלא די ביכולת הצמח להגיר מלחים כדי לאפשר לו לגדול בקרקע שמליחותה גבוהה. בכל צמח יש אלפי גֶנים, המעורבים במגוון של תהליכים ביולוגיים, שביכולתם לסייע לצמח להתמודד עם סוגים רבים של מצבי עָקָה, כגון חום, יובש או מליחות. כדי לגדול בתנאי מליחות, הצמח זקוק למספר רב של גֶנים המסוגלים לשנות את פעילותם בהתאם לתנאי הגידול כדי להגן עליו בתנאים סביבתיים קשים. אין כדור קסם אחד ויחיד, אומר סיימון ברק, מרצה בכיר למדעי הצמח באוניברסיטת בן גוריון בנגב, “אבל אנחנו פיתחנו שיטה חישובית כדי לבחון את הגֶנים האלה אחד לאחד ולאתר את אלה שצפויים להיות מעורבים בעמידות לעקה”.

ברק בנה מסד נתונים של גֶנים המעורבים במצבי עקה ובו אסף נתונים מן הספרות המדעית שהתקבלו מניסויים שנערכו על צמח ששמו תודרנית לבנה, Arabidopsis thaliana, (שבו מרבים להשתמש במחקרים בתחום החקלאות כדי לבחון תהליכים בוטניים). בעזרת ניתוח סטטיסטי, דירג ברק את הגֶנים לפי חשיבותם לשרידות הצמח בתנאים קשים, כגון טמפרטורות גבוהות, וכך איתר כמה מועמדים מבטיחים מבין הגֶנים האלה.

בשלב הבא, ערך צוות המחקר של ברק סדרה של ניסויים מעבדתיים על צמחים בעלי מוטציות בגֶנים האלה כדי לבחון כיצד הצמחים מתמודדים עם תנאים קשים. צמחים מוּטַנְטים שהראו עמידות ליובש, למליחות או לחום סומנו כיעד למחקר נוסף. “בסריקות גנטיות קלאסיות לאיתור מוטנטים חדשים, סורקים אלפי צמחים, שרק אחוז אחד עד 3% מהם עשויים להתגלות כמעניינים,” אומר ברק. “אנחנו הגענו ל-62% הצלחה. יש לנו די מוטנטים למשך כל הקריירה המדעית שלנו.”

מדענים אחרים מתמקדים גם הם בחקר שרידות בתנאי מליחות, תוך שילוב שיטות מחקר מתחומי הביולוגיה, הסטטיסטיקה ומדעי המחשב. כך, לפני שנים אחדות, בעת שעבד במכון המרכזי לחקר מלח וכימיקלים ימיים במדינת גוג’ראט שבהודו, גילה הגנטיקאי נארנדרה סינג יאדאב כמה גֶנים המעורבים בעמידות למלח בצמח מלחה אחר ששמו פִּרְקָן. הוא לא ידע איך בדיוק פועלים הגֶנים האלה, אך המחקר שערך רמז שהם ממלאים תפקיד חשוב. כדי לאשש את השערתו, החדיר יאדאב שניים מן הגֶנים האלה לצמחי טבק, הידועים כפגיעים למלח. כשניסה לגדל צמחים טְרַנְסְגֵּנִיים אלה במים שמליחותם כשליש ממליחות מי הים, הם נבטו והתפתחו להפליא; השורשים והענפים שלהם היו ארוכים יותר מאלה של צמחים דומים שלא הונדסו בהנדסה גנטית, והם היו גדולים יותר ובעלי עלווה עשירה יותר. אף אל פי ששלפוחיות מלח כלשהן לא נראו על צמחי הטבק המהונדסים, נמצאו בהם רמות נמוכות יחסית של מולקולות מכילות חמצן, שפעילותן הכימית מזיקה לצמחים ושמצטברות בהם בתנאי עקת מלח. יאדאב עבר מאז לישראל, כחבר בצוות המחקר של ברק, וקבוצת המחקר הקודמת שלו בגוג’ראט עוסקת בימים אלה בחקר זן של כותנה עמיד למלח. “ואני חושב שיש עוד גֶנים רבים שעדיין לא גילינו,” אומר יאדאב.

מה שחשוב הוא “לנהוג בתבונה ולא להיות אופטימיים באופן מטופש,” אומר בלומוואלד. קבוצת המחקר שלו באוניברסיטת קליפורניה בדייוויס עורכת ניסויים בתריסר חממות, על אלפי צמחים טרנסגניים, מאספסת ודוחן הפנינה, ועד בוטנים ואורז. מרבית הצמחים האלה הם זנים מתועשים מוצלחים שעברו הנדוס גנטי, ובכל ניסוי מנסים החוקרים לדמות תנאי עקה טבעיים. מאווררי ענק מסחררים משבי רוח עזים; אספקת המים לצמחים אינה סדירה, לעתים טיפין־טיפין ולעתים בשטף, כמטח גשם בסופה; והצמחים נחשפים למלח ולחום. “עייפתי מלראות את הצמחים קמלים כשאני מעביר אותם לשדה הפתוח,” אומר בלומוואלד. “האם אפשר לגדל יבולים במי ים? אני סבור שהדבר אינו בר ביצוע. הצמחים אולי יוכלו לצמוח בתנאים אלה, אך ערכם התזונתי יהיה נמוך ביותר. אבל במי ים מדוללים או במים ממוחזרים? בהחלט כן.”

חששות טבעיים

ואולם, הנדסה גנטית היא עדיין נושא שנוי במחלוקת בחוגים רבים בעולם. לדברי קוֹטֶר, “לעולם לא נדע בוודאות באילו אופנים אחרים הדבר עלול להשפיע על הצמח והאם יהיו לכך השלכות כלשהן לגבי בטיחות המזון והסביבה.” היא מעדיפה מערכת השבחה הידועה בשם בְּרֵרָה בעזרת סַמָּנים, המסתייעת בכלים גנומיים כדי לזהות גֶנים המעניקים עמידות למלח בזני הבר של צמחי מאכל. בשלב הבא נערכת הכלאה טבעית של זני הבר עם זנים מבויתים במטרה להעביר את הגֶנים האלה לצמחים הצומחים בחוות חקלאיות.

גם לטימותי ראסל, אגרונום שעובד בבנגלדש מטעם המכון הבין־לאומי לחקר האורז, יש ספקות בנושא. “לדעתי, הבעיה העיקרית אינה ההנדסה הגנטית כשהיא לעצמה. פשוט, הרבה יותר קל לשווק זן שעבר השבחה באופן טבעי,” הוא אומר. “אנחנו סבורים שביכולתנו להשיג עמידות טובה למדי למליחות בשיטות קונוונציונליות. מה הטעם לבחור בדרך מסובכת יותר אם הדבר אינו הכרחי?”

לטענת הדוגלים בהנדסה גנטית, יתרון מובהק של השיטה הוא המהירות שבה אפשר להגיע לתוצאות. תהליכי ההכלאה, הברירה וההכלאה החוזרת אורכים זמן רב. יבולים עמידים למלח באמצעות הנדסה גנטית צפויים להגיע לשווקים הרבה לפני יבולים שעברו השבחה בשיטות הרגילות ככל הנראה, במהלך ארבע השנים הקרובות. האורז העמיד למלח שטעמתי במשרדי חברת ארקדיה ביוסיינס מצוי כבר במחצית הדרך של ניסויי השדה הסופיים הנערכים בהודו וצפוי להיות מוגש בקרוב לאישור רגולטורי של הרשויות במדינה. תפוקת הגרגירים של הצמח המהונדס גדולה ב-40% מזו של האורז שמגדלים כיום במים שמליחותם רק עשירית ממליחות מי הים, וריי צופה שזן מתקדם יותר המצוי בפיתוח יהיה עמיד למלח כפליים מן הזן הנוכחי. “יבולים טובים יותר משמעותם הכנסה גבוהה יותר לחקלאים, רווח כספי לכולנו, והפחתת העומס על מקורות המים המתוקים,” הוא אומר.

אמנם, בינתיים מדובר בצעד קטן קדימה, אך בלומוואלד מרגיש  ש”זה צעד בכיוון הנכון. הזנת מיליארדים רבים נוספים בעתיד תחייב הצלחה בקנה מידה גדול הרבה יותר, ועשרות אם לא מאות פרויקטים מוצלחים כמו הפרויקט המוצלח היחיד שלנו.”