מהנדסים גנטיים מתקנים פגם אבולוציוני קדום בצמחים – ומשפרים את היבול בארבעים אחוזים

החוקרים בחנו את רעיונותיהם בצמח הטבק, וגילו כי הצמחים המהונדסים הצליחו לגדול מהר יותר בשדה, הגיעו לגובה רב יותר ומסתם הכוללת הייתה גדולה בארבעים אחוזים בערך מזו של הצמחים הרגילים. התוצאות התפרסמו כבר בכתב-העת המדעי היוקרתי Science, ועכשיו מנסים החוקרים לשכפל את התוצאות הללו גם בצמחי סויה, אורז, תפוח אדמה, עגבניות וחצילים

ירקות ופירות מהונדסים גנטית איור: מתוך PIXABAY.COM
ירקות ופירות מהונדסים גנטית איור: מתוך PIXABAY.COM

אחד הדברים שאני שם לב אליו לאחר שנים רבות של כתיבה הוא שאנחנו נוטים להיסחף אחר ההתפתחויות הטכנולוגיות המנצנצות ביותר: רכבים אוטונומיים (וואו!!), רכבים מעופפים (כמו בחזרה לעתיד!), רובוטים שהולכים כבני-אדם (הטרמינייטור!) וכן הלאה. כמובן, להתפתחויות האלו יש משמעות חשובה לעתיד, אבל לעתים דווקא הפיתוחים הפחות-סנסציוניים הם אלו שיכולים לשנות את העולם לטובה עבור מיליארדי בני-אדם. למשל, חלבון קטן ומטופש ששמו "רוביסקו", שעושה צרות לצמחים בכל העולם – אבל לא לעוד הרבה זמן. ובזכות אקט יוצא-דופן של הנדסה גנטית מהזמן האחרון, אנו עשויים כבר בעשור הקרוב להגדיל את אספקת המזון הצמחי בעולם בכמעט חמישים אחוזים.

נסביר לרגע מה זה בכלל "רוביסקו". אתם אמורים להכיר אותו, כי הוא החלבון הנפוץ ביותר על פני כדור-הארץ. הוא זה שפועל בצמחים ומאפשר להם להפוך פחמן דו-חמצני ומים לסוכרים. הצמח משתמש בסוכרים כדי להפיק אנרגיה, ומה שעוד – הוא גם משתמש בהם כדי לבנות את הגבעול, הזרעים, הפרחים, העלים וכל יתר חלקי הצמח. התרנגולות, הפרות והכבשים אוכלות את הצמח על כל סוכריו, ואז אנחנו אוכלים אותן. צמחונים מדלגים על התיווך הזה, ונהנים ישירות מהסוכרים הטבעיים שבצמח, לצד שפע של גלולות ויטמינים.

בלי רוביסקו, חלק גדול מהצמחים על פני האדמה היו – פשוט – מפסיקים להתקיים. לכן רוביסקו חשוב ונפוץ כל-כך. הוא התפתח בשלב מוקדם באבולוציה של הצמחים ואיפשר להם להצליח במה שהם עושים היטב כיום: לנצל ביעילות את אור השמש בתהליך הפוטוסינתזה. אלא שעם מעבר השנים, כמו אמנים רבים וטובים, רוביסקו הפך לאויב הנורא ביותר של עצמו. הוא התפתח במקור בסביבה עם מעט מאד חמצן, וזו הסביבה בה הוא פועל באופן מיטבי. אלא מה? בתהליך הפוטוסינתזה סופחים הצמחים פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה ומשחררים חמצן. מאות-מיליוני שנים של פעולת הצמחים הביאה לכך שהם מילאו את האטמוספירה בכדור-הארץ בכל-כך הרבה חמצן, שרוביסקו כבר לא פועל היטב כבעבר. הוא עדיין מנסה לעשות את עבודתו, אך יעילותו פוחתת בתנאים הקיימים באטמוספירה כיום, והוא עושה טעויות רבות בתהליך ההרכבה של הסוכרים.

אז מה עושים? מהנדסים מחדש את כל העסק, כמובן. זה מה שעשו חוקרים במכון לביולוגיה גנומית באילינוי, שהשקיעו את מאמציהם בהנדסה-מחדש של צמח הטבק. הם השתמשו בטכניקות מתקדמות של הנדסה גנטית כדי להטמיע בצמחים מסלולים מטבוליים אלטרנטיביים שיאפשרו להיפטר בקלות מהטעויות של רוביסקו. המסלולים האלו אמורים לחסוך במשאבים שהצמח היה מפנה במצב רגיל כדי לטפל בשגיאות של רוביסקו.

החוקרים בחנו את רעיונותיהם בצמח הטבק, וגילו כי הצמחים המהונדסים הצליחו לגדול מהר יותר בשדה, הגיעו לגובה רב יותר ומסתם הכוללת הייתה גדולה בארבעים אחוזים בערך מזו של הצמחים הרגילים. התוצאות התפרסמו כבר בכתב-העת המדעי היוקרתי Science, ועכשיו מנסים החוקרים לשכפל את התוצאות הללו גם בצמחי סויה, אורז, תפוח אדמה, עגבניות וחצילים.

מה יקרה אם יצליחו?

התשובה הברורה מאליה היא שנוכל להפיק יותר מזון, בהשקעה קטנה יותר של אנרגיה. אחרי הכל, ההנדסה מחדש של הצמחים רק מתקנת פגם שנותר בהם עוד מתקופה קדומה יותר בהיסטוריה. אנו משפרים, למעשה, את המכונות הקיימות בטבע, והן יעשו את כל היתר באמצעות אור השמש והפחמן הדו-חמצני מהאטמוספירה. גם אם יקבלו אותה כמות מים, אמורים הצמחים המשופרים להגיע להישגים טובים בהרבה מאלו של הצמחים הרגילים. וכך, נוכל להתמודד עם הצורך הגובר של אוכלוסיית העולם במזון, באמצעות שימוש יעיל יותר בשטחי גידול המזון.

המשמעות המורכבת יותר היא שהפיתוח עשוי לסייע לאנושות במלחמתה בהתחממות הגלובלית. אחת הסיבות המרכזיות להתחממות הגלובלית היא הצטברות מולקולות פחמן דו-חמצני באטמוספירה. אם נוכל לפתח צמחים המסוגלים לספוח כמות גדולה יותר של פחמן דו-חמצני, הרי שנוכל למזער את ריכוז גז החממה באוויר – וכך נאט את ההתחממות הגלובלי
כמובן, כל זה לא יקרה מחר בבוקר. תהליך ההנדסה-מחדש של הצמחים ידרוש מספר שנים, ותהליכי האישור מול המחוקק צפויים לארוך עוד שנים רבות. ואף על פי כן, אם הפיתוח יצליח – הוא בוודאי יגיע במוקדם או במאוחר לשדות החקלאיים. קשה להאמין שבעולם רעב, המתחמם מדי יום, אפשר יהיה להתעלם מפריצת-דרך שמאפשרת לנו להאכיל מספר גדול בהרבה של בני-אדם, ועל הדרך גם לשקם את האקלים.

אחרון חביב, הפיתוח הזה רק מחזק את מה שאני מטיף לו כבר שנים: תהיו אופטימיים. בכל דור ודור במאתיים השנים האחרונות, ניתן היה למצוא את נביאי החורבן והזעם שטענו שהאנושות תיחרב בקרוב בשל שילוב של פיצוץ אוכלוסין, מחסור במזון, מחסור בדלק, בעיות סביבתיות ועוד שפע של אתגרים אחרים. כולם – עד עכשיו – טעו, מכיוון שהם לא הבינו כיצד החדשנות האנושית תספק לנו שיטות חדישות ויעילות יותר להפקת מזון, לכריית מחצבים, לטיהור הסביבה ולהתמודדות עם כל צרה אפשרית. אני לא אומר שצריך לנוח על השמרים! חשוב וראוי לעבוד קשה ולחקור כדי לוודא שהפתרונות הללו יפותחו וייושמו בשטח. אבל הדבר שחשוב להבין הוא שאין מקום לפסימיות לגבי העתיד הסביבתי. אם רק נמשיך להשקיע במדע ובטכנולוגיה – ונשכיל להשתמש בפירותיהם בחכמה – נוכל להציל את העולם, ואת האנושות ביחד אתו.

למאמר המדעי ב- Science
למאמר בבלוג "מדע אחר"

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

9 תגובות

  1. האופטימיזציה של האחד בהקשר א' היא הפגיעה בביצועים וביכולות בהקשר ב'.

    בדור הזה ניתן לעקוף מנגנון המשמש לבקרה וויסות של גדילת הצמח ( התפוצצות אוכלוסין או צריכת משאבים מהסביבה בלי שיעור היא תקלה ) כדי להרוויח משהו, אבל בתנאים אחרים יזדקקו למקור.

    ולגבי "הוכחת בריאה תבונית או שלילתה" … מי שמדבר כך חוטא בחטא היוהרה בצורה מעוררת רחמים, כי הידע האנושי כל כך זעיר יחסית למציאות שכדאי לאמץ צניעות.

  2. זה דוגמה למכה קשה ל"תאוריה" תכנון תבוני.
    זה דוגמה לאי שלמות שיש בטבע משום שהוא נוצר באבולוציה עם יסוד אקראי. אז למרות שהוא נוטה לאופטימיזציה הוא אינו מושלם בהכרח.

    חשוב לציין שלא מדובר בהפרחה של "התאוריה" משום ש"תכנון תבוני" אינו מדעי ולא עומד בסטנדרט של תאוריה ניתנת להפרחה. בגלל שמדובר בה על גורם תבוני תמיד ניתן ליחס כל ממצא לרצון שלו (שאולי אנו אפילו לא מבינים) כלומר ניתן לומר שהמתכנן רצה מסיבה כלשהי שהצמחים לא יפעלו ביעילות.

  3. איש חופשי , לא חוללו מוטציה ברוביסקו אלא הינדסו משהו חדש ( "הם השתמשו בטכניקות מתקדמות של הנדסה גנטית כדי להטמיע בצמחים מסלולים מטבוליים אלטרנטיביים שיאפשרו להיפטר בקלות מהטעויות של רוביסקו").
    וזה לא מופיע בטבע כי זה לא נותן דבר לצמחים עצמם אבל זה כן מועיל לבני אדם.
    יש הרבה דברים מועילים לבני האדם שאפשר להנדס שלא מופיעים בטבע גם במיליוני שנות אבולוציה

  4. איש חופשי
    כתבת "מוטציות מקריות קורות כל הזמן, לכן מתי שהוא תופיע גם המוטציה הזו ברוביסקו."

    זה חצי נכון – מתי שהוא היא תופיע (גם לא מדוייק), אבל לא בהכרח היא הופיעה עד עכשיו.

    אם זה היה נכון, זה היה נכון לכל מוטציה. ואז העולם היה מאוכלס בטריליוני מינים שונים. לא כך המצב.

  5. אם המוטציה שהחוקרים חוללו ברוביסקו כל כך טובה, איך יתכן שבכל שנות הקיום של הצמחים היא הופיע וכתוצאה מכך השתלטה על הגנום ?
    המאמר לא עונה על השאלה הבסיסית הזו.
    כל מי שבקיא בהוכחה בשלילה יבין את ההגיון בהוכחה הבאה:
    נניח כי השינוי ברוביסקו מייצר צמחים חזקים יותר ופוריים יותר.
    מוטציות מקריות קורות כל הזמן, לכן מתי שהוא תופיע גם המוטציה הזו ברוביסקו.
    כתוצאה מכך הצמח יהיה פורה יותר וחזק יותר ולכן יצליח יותר מצמחים אחרים.
    כתוצאה מכך אוכלוסיותו תגדל ולאחר מספר דורות כלשהו יכחיד את הצמחים ללא המוטציה.
    אבל אנו לא מוצאים בטבע שהצמחים הללו קיימים.
    לכן המוטציה הזו פוגעת בחוזקו של הצמח ובפוריותו.
    Q.E.D

  6. אופטימיות ופסימיות מתייחסות לתכנית מדומיינת. הוודאות היחידה היא שאנחנו נתקיים עד שנמות. כמה זמן שזה ייקח. בינתיים, הבעיות שלנו נערמות מהר מהשכלולים. והבעיה המרכזית – איך לעבוד ביחד בלי ניצול נראית רחוקה מאוד מפתרון

  7. ההערה על ויטמינים שצמחונים צריכים לקחת אינה קשורה למאמר, וחבל שנרשמה. היא גם שגויה.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן