צמח – מה יש בו?

צמח נראה כמו משהו פשוט – גבעול, עלים, אולי פרחים. אבל בפנים, הוא בנוי מהמון חומרים שונים. החומרים האלה נקראים תִּרְכּוֹבוֹת אוֹרְגָנִיּוֹת. רוב הגוף של הצמח, הדנ"א שלו, עשוי מתרכובות אורגניות של פחמן, חמצן ומימן, עם כמויות משתנות של חנקן, זרחן וגופרית. הם החומרים ששולטים ברוב הפעילות הביולוגית שבו. אבל כל ההרכב הכימי הפנימי של הצמחים כולל יסודות כימיים רבים אחרים [1]. חלק מהיסודות האלה משתלבים בתוך התרכובות האורגניות השונות, וממלאים תפקידים מרכזיים בצמח. למשל, מַגְנֶזְיוּם וברזל שמשתתפים בתהליך הפוֹטוֹסִינְתֵּזָה. לצמחים גם יש פתחים מיוחדים שנקראים פִּיוֹנִיּוֹת. דרך הפיוניות נכנסים ויוצאים מהצמח גזים כמו פחמן דו-חמצני, חמצן ואדי מים. מכיוון שהפיוניות הן מקור עיקרי לאובדן מים, הצמח שולט בפתיחה ובסגירה שלהן באמצעות אשלגן. למעשה, כמעט כל יסוד בטבלה המחזורית יכול להימצא בתוך צמח בנסיבות כאלה או אחרות, אלא אם הצמח משקיע מאמצים מיוחדים למנוע את כניסתו.

איזו תועלת מפיקים הצמחים מכל היסודות האלה? לפעמים יסוד כימי פשוט נכנס לצמח יחד עם המים, מבלי שהוא "עושה" משהו בצמח או גורם לאיזושהי תועלת. בסקר צמחים שערכתי באזור ים-המלח, מצאתי שכמה מינים שגדלים במקומות מסוימים מכילים כמויות זעירות של זהב, שאין לו שום תועלת לצמח, ולמרבה הצער גם לא ערך כלכלי ממשי.

צמחים ומלחים

אבל כמובן שיסודות כימיים שלא עושים כלום הם די משעממים. את היסודות המעניינים ניתן לחלק באופן גס לשתי קבוצות, "טובים" ו"רעים", מנקודת המבט של הצמח כמובן. נתחיל ביסודות הרעים, אלה שמזיקים לצמח כי הם משבשים את פעילותו התקינה. אחד היסודות האלה הוא נתרן. כשיש יותר מידי נתרן בצמח זה פוגע בתנועת הנוזלים שבו. למה? כי מים תמיד זורמים לכיוון שבו הם יכולים "לדלל" ריכוזים גבוהים של מלחים, וזה לא תמיד הכיוון הרצוי מבחינת הצמח. מספר מינים של צמחים שאופייניים למדבריות ולבתי-גידול מלוחים למדו להתמודד עם הבעיה הזו. הם כולאים את הנתרן בתוך גבישי מלח (כמו זה שאנחנו מפזרים על האוכל שלנו) כך שלא יהיו מומסים ולא יגיבו כימית, וחלק מהצמחים מפרישים את המלח הזה מתוך גופם (איור 1). גבישי המלח הזעירים האלה לא רק מונעים עודפי נתרן מומס בצמח, אלא גם יכולים להגן על הצמח מפני בעלי-חיים אוכלי-צמחים, שמן הסתם מעדיפים אוכל בלי גבישי מלח גדולים שגם יכולים לשרוט או להיתקע בגרון. אפילו נגיפים יכולים להיתקל בקשיים כשהם מנסים לחדור לצמח כזה.

באופן דומה, עצים שגדלים בסביבות עם מי-תהום מאוד מלוחים יכולים להיחשף לכמויות גדולות של גופרית. גופרית היא יסוד שחיוני לצמחים, אבל כמו כל דבר אחר, גם היא מזיקה בריכוזים גבוהים. עצים כמו האשל מסוגלים לרכז את הגופרית בחללים קטנים שבהם נמצא גם סידן בריכוז גבוה. כאשר שני היסודות מעורבבים יחד בריכוז גבוה, הם מתגבשים בצורת גֶּבֶס או חומרים שדומים לגבס. רק כדי שתקבלו מושג עד כמה התופעה הזו יכולה להיות משמעותית: לא נדיר למצוא עצי אשל שרבע או שליש מהגזע שלהם עשוי מגבס או מחומר דומה!

צמחים מזכוכית?

היסוד שהכי קרוב לליבי הוא צורן (סיליקון). בצמחים רבים, בעיקר ממשפחת הדגניים (כמו חיטה ושעורה) וקרובי-משפחתם, הצורן מצטבר בתוך ועל-פני התאים של הצמח, במבנה כימי שדומה מאוד לזכוכית – אבל קטן מאוד, בגודל של כמה עשרות מִיקְרוֹמֶטְרִים לכל היותר. בימי אביב, כשהרוח נושבת, עלי החיטה שנעים בשדה נוצצים, בין השאר בזכות אותה זכוכית מיקרוסקופית שמחזירה את האור בזוויות שונות.

לצורן יש המון תפקידים בצמח [2]. הוא נקשר לכמה יסודות מזיקים, כמו אלה שתיארתי קודם, וכך מונע מהם להגיב עם חומרים אחרים בצמח. בגלל שהוא מצטבר בשכבות דקות שדומות לזכוכית, הוא יוצר מחסום פיזי יעיל. מכיוון אחד, הוא מונע מחיידקים ופטריות לחדור לצמח. מהכיוון השני, הוא מקטין את איבוד המים ומגביל את כמות המים שיוצאת דרך הפיוניות – שעליהן הצמח שולט טוב יותר (לפעמים בזכות צורן שנמצא בתוך התאים ששולטים בפתיחה ובסגירה של הפיוניות).

הזכוכית המיקרוסקופית גם מסייעת לצמח להגן על עצמו מפני בעלי-חיים אוכלי-צמחים [3]. אם אתם חרק קטן, אפילו חתיכת זכוכית זעירה יכולה לשרוט לכם את הרקמות הרכות של הפה ושל מערכת העיכול, ואולי אפילו לחסום אותה. מכיוון שהזכוכית עוטפת חלק מהתאים, היא גם מקשה על "פיצוח" שלהם, ובכך מונעת מבעל-החיים להפיק את כל התרכובות האורגניות המזינות שבתוך התאים. בכמויות גדולות (ואצל דגניים הצורן יכול להוות יותר מאחוז אחד ממסת הצמח), הצורן מעמיס על מערכת העיכול של בעלי-החיים ותופס נפח שהיה יכול להתמלא בחומרים מזינים. הצורן גם מווסת תהליכים שקשורים לכימיה האורגנית של הצמחים, וכך מפחית את ההשפעות של עקות כמו יובש ומליחות, אבל גם עקות שנגרמות על-ידי חיידקים ומחוללי-מחלות.

במחקר שביצעתי לאחרונה יחד עם חוקרים מגרמניה (איור 2), גידלנו את הדגן מַלְעָנִיאֵל מָצוּי – פעם עם דישון בצורן, ופעם בלי. אחר כך חשפנו אותו למין של ארבה. גילינו שהחשיפה לדגניים עשירים בצורן גרמה לנקבות הארבה להיות קצרות יותר, למרות שלא היה הבדל במשקל גופן. התוצאה הזו מראה שצורן פוגע בתהליך ההתארכות של נקבות. המשמעות היא שהגוף שלהן דחוס יותר ויש בו פחות נפח לכל המערכות הפנימיות. אבל עם כל הצורן שבמזון שלהן, קשה להאמין שמערכת העיכול היא זו שמתכווצת. אפשרות סבירה (לא בדקנו) היא שמערכת הרבייה היא זו שצריכה להצטופף, וזה אולי אומר שהן יכולות להטיל פחות ביצים. לכן יכול להיות שצורן יכול לעזור בהפחתת התפרצויות ארבה. אצל הזכרים, אגב, לא מצאנו תופעה דומה. זה מחזק את ההערכה שהצורן משפיע על תהליכים ביולוגיים שאופייניים לגוף הנקבה, כמו למשל רבייה.

החתימה הכימית של צמחי המדבר

במחקר נוסף שפרסמנו לאחרונה [4], ונעשה בשיתוף-פעולה עם פרופ' מרסלו שטרנברג ופרופ' מיכל גרונטמן מאוניברסיטת תל-אביב ובמימון הקרן הלאומית למדע, מדדנו את הריכוזים של כמה יסודות כימיים במגוון רחב של צמחים מכל רחבי ישראל. אחת התוצאות המעניינות הייתה שיש הבדלים ברורים בהרכב הכימי של צמחים מאזור המדבר בהשוואה לצמחים מהאזור הים-תיכוני (איור 3).

אחד היסודות הכימיים שתורמים הכי הרבה לחתימה הכימית הייחודית של צמחי המדבר הוא סטרונציום. הריכוז שלו בצמחים נמוך יחסית, אבל גבוה פי-7 בצמחי המדבר בהשוואה לצמחים מהאזור הים-תיכוני. עד לפני כמה שנים התפיסה המקובלת הייתה שסטרונציום לא ממלא שום תפקיד בצמח. בשנים האחרונות נעשו כמה מחקרים, על מינים בודדים, שהראו שסטרונציום משפיע לטובה על צמחים בתנאי עקה. התרומה של המחקר שלנו היא שבזכות העובדה שחקרנו הבדלים בין 89 מיני צמחים שונים משני אזורים גאוגרפיים שונים, אנחנו יכולים לומר היום שהתוצאות של אותם מחקרים על מינים בודדים אינן מקריות. נהפוך הוא, קליטה מוגברת של סטרונציום היא התאמה לתנאי עקה במגוון רחב של מינים.

אבל החשיבות האמיתית של הגילוי הזה נמצאת במקום אחר. לסטרונציום יש אִיזוֹטוֹפ רָדְיוֹאַקְטִיבִי, שנפוץ מאוד בקרקעות סביב אתרים שהתרחשו בהן דליפות גרעיניות, וגם במקומות שחוצבים בהם דלקים לכורים גרעיניים. מכיוון שהמבנה האטומי של סטרונציום דומה לשל סידן, צמחים ובעלי-חיים לפעמים "מתבלבלים" בין שני היסודות, וכך חלק קטן מהסידן בגוף "מוחלף" בסטרונציום. אם הקרקע שעליה גדלים הצמחים מזוהמת באיזוטופ הרדיואקטיבי, הוא נכנס לגוף וגורם נזקים רבים (למשל סרטן), בין השאר כי יש לנו המון סידן בגוף (בעיקר בעצמות). אחת השיטות לנקות קרקעות שמזוהמות בסטרונציום רדיואקטיבי היא לגדל צמחים שיכולים לקלוט כמויות גדולות יחסית של היסוד הזה, ואז לקצור אותם ולהיפטר מהחומר הרדיואקטיבי באופן בטוח. עכשיו, כשאנחנו מבינים שסטרונציום נפוץ יותר בצמחי מדבר ותחת תנאי עקה, אנחנו יכולים לשפר את השיטות לניקוי קרקעות על-ידי בחירה בצמחים מתאימים יותר (כמו צמחי-מדבר) ולהגביר עוד יותר את קצב קליטת הסטרונציום על-ידי חשיפתם לעקה (כלומר, במקום "לפנק" אותם ולגונן, להקשות עליהם). האתגר הוא לזהות את מיני הצמחים הנכונים ואת העקות הנכונות כדי להגיע לקליטת סטרונציום מיטבית.

מילון מונחים

תִּרְכּוֹבת אוֹרְגָנִית (Organic Compound): ↑ תרכובת כימית של אחד או יותר אטומי פחמן שקשורים כימית למימן, חמצן או חנקן. תרכובות אורגניות מהוות את הבסיס הכימי של כל החיים.

פיונית (Stomata (Singular: Stomate)): ↑ פתח ברקמה החיצונית של הצמח שמאפשר תנועה של גזים פנימה והחוצה. לפיונית מבנה מורכב ששולט בפתיחתה ובסגירתה.

הטבלה המחזורית (Periodic Table): ↑ שיטה למיון של כלל היסודות הכימיים על-פי תכונותיהם הכימיות והמבנה האטומי שלהם. בהשאלה, המונח משמש לתאר את הרכב ומגוון היסודות הכימיים בטבע או בגופים מסוימים.

דגניים (Herbivorous): ↑ משפחה גדולה של צמחים עשבוניים שמהווים את עיקר צמחי המאכל בעולם, כמו חיטה, שעורה, תירס ואורז.

מִיקְרוֹמֶטר (Micrometer): ↑ יחידת מידה השווה לחלק המיליון של המטר, או אלפית המילימטר. עובי של קליפת בצל, לדוגמה, הוא כ-40 מיקרומטר.

עקה (Stress): ↑ מצב שנוצר כתוצאה מתנאים קשים שפוגעים ביכולת התפקוד התקין של אורגניזם.

אִיזוֹטוֹפּ רָדְיוֹאַקְטִיבִי (Radioactive Isotope): ↑ ליסודות כימיים רבים יש כמה איזוטופים, כלומר כמה צורות של האטום שיש להן אותן תכונות כימיות אבל מסה שונה. איזוטופים שאינם יציבים פיזיקלית מתפרקים תוך פליטת קרינה רדיואקטיבית.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

הצהרת כלי בינה מלאכותית

טקסט חלופי הנלווה לאיורים במאמר זה נוצר על ידי פרונטירז בסיוע כלי בינה מלאכותית, ונעשו מאמצים על מנת להבטיח את דיוקו, כולל בדיקה על ידי כותבי המאמר כאשר הדבר התאפשר. אם ברצונכם לדווח על בעיה, אנו צרו איתנו קשר.