בזכות תגלית מקרית במעבדה, חוקרים הצליחו לשפר גדילת צמחים ולהקנות להם עמידות לתנאי יובש ומליחות, באמצעות חשיפת זרעיהם להורמון צמחי בתהליך פשוט וקל ליישום
לפני 95 שנים, חווה מדען אחד רגע ‘איוריקה’: הבנה מזהירה שהשפיעה על האנושות כולה. שמו היה אלכסנדר פלמינג, והוא הבחין בפטריות שפלשו לתוך צלחת גידול במעבדה. רוב מכריע של חוקרי הביולוגיה חרדים מכך שנבגי פטריות יחדרו למעבדותיהם וישבשו את הניסויים. אבל פלמינג זיהה שהפטריה פגעה בחיידקים שמסביבה ולא הניחה להם לגדול. פלמינג לא זרק את הצלחות המזוהמות לפח. הוא המשיך לגדל את הפטריה, חקר אותה וגילה שהיא מפרישה חומר קוטל-חיידקים אותו כינה “פניצילין“. אותו חומר הפך ברבות הימים לאנטיביוטיקה המסחרית הראשונה והציל את חייהם של מיליוני בני-אדם בכל רחבי העולם.
כל המדענים כמהים לרגע ‘איוריקה’ שכזה, וכמה מפריצות הדרך המדעיות הגדולות ביותר הגיעו לכאורה בזכותם. פלמינג גילה את הפניצילין בצלחות מלוכלכות. איינשטיין הגיע לאחת התובנות החשובות בפיזיקה – שניתן להשפיע על ציר הזמן עצמו – בזמן נסיעה באוטובוס והתבוננות במבנים המתרחקים ממנו במהירות. לאו סזילארד הבין בהברקה פתאומית איך אפשר לבנות פצצה אטומית, עשור שלם לפני שפרצה מלחמת העולם השנייה.
הספרות הפופולרית מכורה לרגעי האיוריקה. הם מזכירים את סיפורי ההצלחה הפתאומית של הזוכים בפיס: אדם רגיל – כל אחד מאיתנו! – מוצא צלחת מטונפת, וזוכה בפרס נובל על גילוי האנטיביוטיקה. אלא שסיפורים כאלו מציגים רק חתך צר מחייו של המדען, ולרוב משויפים ומגולפים לאורך שנים ארוכות כדי לספק השראה לילדים שירצו גם הם להיות מדענים ולהגיע לרגע האיוריקה שלהם. אנחנו שומעים על רגעי איוריקה כאלו לרוב רק לאחר עשורים רבים, במהלכם מחקר מדעי ממושך ורציני הפך לאגדה אורבנית שמסתכמת במשפט אחד קליט.
דווקא בגלל כל המיתוסים שאופפים את רגעי האיוריקה, שמחתי לקרוא על תגלית מפתיעה חדשה מהשנה האחרונה. תגלית שהמדען שמאחוריה מתאר אותה בעצמו כרגע איוריקה, ומכיוון שהיא טרייה כל-כך, מעניין ללמוד אודותיה.
אה, וכמו הפניצילין, גם היא עוד עשויה להציל את חייהם של מיליונים.
רגע של הפתעה
במעבדתו של בראד בינדר שבאוניברסיטת טנסי, מגדלים צמחים. לא עניין מרגש במיוחד. אלו אפילו לא צמחים שתזהו בקלות. מדובר בעיקר בצמחי ניסוי שקל לגדל במעבדה, ולכן לא עושים לחוקרים יותר מדי צרות – אבל אין להם חשיבות כלשהי לחקלאות. אם זה נשמע לכם משעמם, ובכן, אל תספרו לבראד… אבל אתם כנראה צודקים.
הסיבה שבראד וחבריו מגדלים את הצמחים נטולי-הזוהר הללו היא שהם יכולים ללמוד מהם על הדרך בה צמחים נובטים, פועלים וגדלים. התובנות והתיאוריות שמתקבלות מחקר הצמחים המשעממים נכונות במקרים רבים גם עבור עגבניות, מלפפונים, חסות וצמחים אחרים שמוכרים לכולנו מהמקרר ומהצלחת.
באחד מהניסויים השגרתיים במעבדה של בראד, לקחו החוקרים זרעי צמחים וחשפו אותם בחשיכה לגז אתילן. לאחר חשיפה של מספר ימים, הם סילקו את האתילן מהסביבה, אספו מידע אודות הזרעים, ובשלב זה היו אמורים להיפטר מהזרעים ולהתחיל ניסוי חדש. אלא שאחד החוקרים החליט לשמור על הזרעים ולתת להם לנבוט ולגדול לצמחים בוגרים, כדי להפיק זרעים לניסויים עתידיים.
ואז קרה דבר מוזר. משהו שבוודאי קרה באלפי מעבדות עד כה – אבל איש לא התייחס אליו. מישהו במעבדתו של בראד – לא ברור מי – הבחין שהזרעים שנחשפו לאתילן נבטו והפכו לצמחים שהיו גדולים יותר מחבריהם שלא נחשפו לגז. הם היו גבוהים יותר ועליהם היו רחבים וארוכים יותר. כפי שבראד עצמו מתאר את התגלית ב- SciTechDaily –
“מספר ימים אחרי ששמנו את הנבטים באור, חלק מחברי המעבדה הגיעו לאבחנה הלא-צפויה והמטלטלת, שהצמחים שנחשפו רגעית לאתילן היו גדולים הרבה יותר.”
זה היה רגע האיוריקה האמיתי. לא רגע של הבזקה או הברקה, אלא של הפתעה וסקרנות. חבריו של בראד למעבדה חוו את התחושה עליה כתב העיתונאי הבריטי גורדון טיילור ב- 1965 –
“אדם החווה הבזק תובנה וקורא בקול, “איוריקה!” או, יותר בצניעות, אדם המבחין בדבר-מה שאחרים התעלמו ממנו ומפטיר לעצמו “זה מוזר”. “
בראד ועמיתיו חשבו גם הם ש- “זה מוזר”. הם לא התעלמו מהתופעה יוצאת-הדופן, אלא החליטו לחקור אותה יותר לעומק. הם חשפו זרעים נוספים בחשיכה לאתילן, גידלו אותם ועקבו אחריהם בקפידה, תוך כדי השוואה לצמחים שנבטו מזרעים שלא עברו את אותו תהליך. בדרך זו הם גילו שהצמחים יוצאי-הדופן נהנים גם ממערכת שורשים ארוכה וסבוכה יותר מהרגיל, ושהם גדלים בקצב מהיר יותר. הם אפילו היו עמידים יותר לתנאי לחץ, כמו מליחות מוגברת ומחסור בחמצן!
ועם עוד שפע של מחקר, הם גם הצליחו להבין למה. ובשלב זה אעבור להתמקד לגמרי בתגלית מהמעבדה של בראד, לפני שנחזור לסכם את משמעותה עבור רגעי האיוריקה.
אתילן – ההורמון הצמחי
בראד – כמו כל ביולוג – ידע היטב שגם לצמחים יש הורמונים. הורמונים, אחרי הכל, הם פשוט חומרים כימיים שמעבירים מסרים לתאי הגוף – חייתי או צמחי – וגורמים להם להגיב בדרכים מסוימות. אנו מגיבים למצבי לחץ בהפרשת הורמונים שאומרים לגוף כיצד לפעול בצורה שמתאימה יותר למצב החדש. אותו הדבר קורה גם בצמחים.
כבר לפני יותר ממאה שנים הצלחנו לזהות את אחד ההורמונים הצמחיים החשובים ביותר: אתילן. גם אתם מכירים אותו, גם אם לא ידעתם לקרוא לו בשם. אם הנחתם פעם בננות בשלות ביחד עם בננות ירוקות באותה קערה, כדי שהבשלות יעודדו את הירוקות להצהיב מהר יותר, הרי שניצלתם את האתילן לטובתכם. הבננות הבשלות מפרישות כמויות גדולות של גז אתילן לסביבה, והבננות הירוקות קולטות את ההורמון – ומתחילות להבשיל במהירות בעצמן. ה- ‘טריק’ הזה משמש גם את האיכרים ומשווקי הפירות: הם קוטפים פירות כמו בננות, עגבניות ואפרסקים לפני הבשלות, משנעים אותם למחסנים כשהם עדיין חסונים, קשיחים ועמידים לפגיעות פיזיות, ורק אז חושפים אותם לגז אתילן שגורם להם להבשיל במהירות. התהליך, אם תמיד רציתם לדעת, נקרא “הבחלה”. מבחיל ממש.
אתילן, אם כך, מעורב בהבשלת פירות. יש לו אפילו השפעה מסוימת על נביטת זרעים. עד כאן הכל טוב וידוע. אבל התגלית מהמעבדה של בראד הייתה חדשה: הוא הראה שהצמחים שגדלים מאותם זרעים שנחשפו לאתילן בחשיכה, גדולים יותר וחסונים יותר.
ואז הוא המשיך לחקור את אותם הצמחים, והבין גם למה. כי ככה עושים מדענים אמיתיים. הם מגלים משהו מפתיע – ואז הם מנסים להבין מה בדיוק קרה שם. וזה כבר דורש מחקר וידע מעמיקים, בזכותם אפשר ללמוד מאותה הפתעה ולחבר אותה לכל מה שאנחנו כבר יודעים.
זה מה שעשו החוקרים במעבדתו של בראד. הם גילו שחשיפת הזרעים לאתילן הובילה לכך שהצמחים הבוגרים ספחו כמות גדולה יותר של פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה.
מה הכוונה בספיחת פחמן דו-חמצני? ובכן, כחלק מתהליך הפוטוסינתזה, הצמחים תופסים פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה, מפרקים אותו ומרכיבים מחדש את אטומי הפחמן בצורה של אבני בניין: סוכרים מכל הסוגים. החשיפה לאתילן גרמה כנראה לצמחים לבצע פוטוסינתזה בקצב או ביעילות טובים יותר, וכך הגדילה את מספר אבני הבניין שהצמח יכול להפיק מהאוויר. באופן הגיוני, יותר אבני בניין משמשות את הצמח כדי לגדול טוב יותר ומהר יותר.
והנה עוד חדשות טובות: כולנו מכירים את התופעה בה חלק מהפירות מאבדים את טעמם כתוצאה משינויים בדרכי הגידול. היינו חושדים שזה יהיה המצב גם כאן, בעקבות הגדילה המהירה של הצמחים שזרעיהם נחשפו לאתילן. אלא שהאמת שונה: אותם צמחים מפיקים דווקא יותר סוכרים צמחיים מחבריהם ‘הפושטים’. ספציפית, יש עלייה של כמעט פי שלושה (266 אחוזים) ברמות הגלוקוז ופי 4.5 (446 אחוזים) ברמות הסוכרוז/טרהלוז. אנו נהנים מטעמם המתוק של הסוכרים האלו בפירות מכל הסוגים, כך שכנראה שהפירות המשודרגים יהיו גם טעימים יותר.
איזה פירות? הרי כתבתי בהתחלה שמעבדתו של בראד מגדלת צמחים שאינם בעלי חשיבות חקלאית. זה נכון, אבל הוא הבין שכדאי לבחון את שיטת האתילן גם על צמחים אחרים. במחקר שפרסם בסופו של דבר, הוא כלל גם עגבניות, מלפפונים וחיטה – והראה שכולם מושפעים לטובה מחשיפת הזרעים לאתילן בחשיכה.
עדיין לא מספיק? המחקר חשף גם שאותם צמחים עמידים יותר גם לתנאי סביבה קשים, כמו מליחות מוגברת באדמה, טמפרטורות גבוהות ומחסור בחמצן. כך שאפשר לנחש שהצמחים הללו יהיו מתאימים אפילו יותר מהרגיל לחקלאות.
כל שיפור בחקלאות, אפילו מזערי, יכול להציל – בלי הגזמה בכלל – מיליוני אנשים מרעב במדינות מתפתחות. וגם להוריד את מחירי המזון בסופר. אם התגלית מהמעבדה של בראד תאומת גם בניסויים נוספים ובמעבדות אחרות, הרי שהוא וחבריו לצוות עשויים להפוך ביום מן הימים לעוד סיפור על “רגע של איוריקה” בספרי מדע לילדים.
אולי.
איוריקה – בזהירות
לפני שאנחנו מצהירים חד-משמעית על תגלית המאה, כדאי לקחת בחשבון שמדובר עדיין רק במחקר אחד, ויש צורך באישוש הממצאים מצד מעבדות נוספות. ובכל זאת, כבר מתיאור המקרה אפשר לראות שרגע האיוריקה כאן לא בא מעצמו או לבדו. הוא בא כחלק מסדרה של ניסויים לא-קשורים, במסגרתם השתמשו החוקרים באתילן למטרות שונות. אף אחד לא היה מגיע לאותו רגע של השתוממות ופליאה מהצמחים יוצאי-הדופן, אילולא היו כבר חמושים בשנים ארוכות של ידע בוטני, בזכותו עבדו באותה מעבדה. וגם אחרי רגע ההשתוממות הם היו זקוקים לידע הרב שרכשו לאורך שנים של מחקר כדי לפענח למה הצמחים גדלו כפי שגדלו, ולהוכיח שהאתילן הוא זה שהשפיע על הזרעים.
את הדפוס הזה אפשר לראות לאורך ההיסטוריה של רגעי האיוריקה. אלכסנדר פלמינג לא “מצא צלחות מעופשות” וגילה את הפניצילין. הוא חקר שנים רבות כדי למצוא חומרים קוטלי-חיידקים, ורק אז היה חמוש בידע ובהבנה הנדרשים כדי להבין שהעובש עשוי להפיק חומרים שכאלו. לאו סזילארד לא חשב יש-מאין על הפצצה הגרעינית. הוא קרא על הרעיון בספר מדע בדיוני של ה.ג. וולס שנכתב בתחילת המאה, ונחשב בעצמו לחוקר וממציא גאון בתחום הפיזיקה. ההצלחה לא נפלה לחיקם ככה סתם.
אחד מגדולי המדענים של המאה ה- 19, לואי פסטר, כתב בעבר כי “המזל אינו מחייך אלא למי שמוכנים היטב לבואו.” אם יש תכונה אחת שמאפיינת את הלוקים ברגעי האיוריקה, הרי היא שהם מוכנים למזל שיבוא לקראתם – ואז תופסים אותו בשתי הידיים.
צוות החוקרים במעבדה של בראד לא היה יודע שהמזל מחייך אליהם, אילולא היו מוכנים היטב לקראתו. הם היו צריכים להיות קשובים לרמזים הקטנים שהובילו לאותו רגע השתוממות מפורסם, ואז היו נכונים להשקיע שבועות במחקר בכיוון לא-צפוי, שבסופו של דבר הניב את התוצאות להן ייחלו. הם המשיכו ובחנו גם זרעי עגבניות, מלפפונים וחיטה, וגילו שהאתילן פועל גם שם לפי התיאוריה שגיבשו. אז ורק אז הם הרשו לעצמם לפרסם את התוצאות בקול תרועה רמה.
ורגע איוריקה חדש נולד.
עוד בנושא באתר הידען:
