RESEARCH

במסגרת המחקר, שהובל על ידי הדוקטורנטית עמר זלוטניק מהמעבדה של ד"ר אופיר לוי בבית הספר לזואולוגיה מהפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, בשיתוף ד"ר קית' מוסלמן מאוניברסיטת קולרדו, החוקרים בחרו להתמקד בלטאות, והדגימו כיצד בעקבות תופעת ההתחממות הגלובלית, הלטאות נוהגות לחפש מפלט מהקרקע החמה באמצעות שהייה לפרקי זמן ארוכים על עצים. החדשות הרעות הן שהתערבות אנושית במסגרת עיור, השמדת יערות והתפשטות בלתי מבוקרת של שטחים חקלאיים על חשבון יערות, מובילה לצמצום הדרגתי בהיקף העצים הממוקמים בשטחי המחייה של הלטאות, מה שעלול להביא להכחדתן בסופו של דבר.  

^{ד"ר אופיר לוי והדוקטורנטית עמר זלוטניק}

ככל שהעולם מתחמם, חשיבותם של העצים כאזור מפלט עבור בעלי חיים עולה

לדברי החוקרים, משבר האקלים ותופעת ההתחממות הגלובלית מאלצים את בעלי חיים לחפש מקומות נוחים לשהות בהם, בניסיון להימלט מאקלים חם בצורה קיצונית. זוהי כמובן תופעה טבעית בה נוקטים גם בני אדם, ואפילו תל-אביבים שנוהגים לחפש פינות מוצלות בחודשי הקיץ באזורים חשופים כדוגמת כיכר הבימה וכיכר דיזינגוף. 
וכאן נכנסים העצים לתמונה. באופן טבעי, העצים משמשים במקום מפלט זמין מהאדמה הרותחת עבור בעלי חיים שיודעים לטפס, במיוחד הודות לעובדה שככל שמתרחקים מהקרקע, טמפרטורת האוויר נמוכה יותר והרוח חזקה יותר. 

המשמעות פשוטה: ככל שמגמת ההתחממות הגלובלית הולכת ומאיצה, חשיבותם של עצים כמקום מפלט מהקרקע הלוהטת עבור בעלי חיים הולכת וגדלה. החדשות הרעות הן שדווקא בשנים האחרונות, במקומות רבים בעולם צפיפות העצים דווקא צונחת בהדרגה, בעיקר בעקבות תופעות אנושיות כדוגמת ביעור יערות וכריתת עצים לצרכים אנושיים. זהו מצב מסוכן במיוחד, במסגרתו דווקא בשעה שעקב ההתחממות הגלובלית בעלי החיים תלויים הקבה יותר בעצים לצורך הישרדות, תופעת העיור ובירוא היערות מובילה דווקא לצמצום במספר העצים הזמינים.

לדברי הדוקטורנטית עמר זלוטניק: "במסגרת המחקר, ביקשנו לבחון מה תהיה ההשפעה המשולבת של שני התהליכים הללו על בעלי חיים. באופן ספציפי, התמקדנו בלטאות, כיוון שאלו תלויות מאוד בסביבתן כדי לשמור על טמפרטורת גוף תקינה ומחסור במקומות נוחים לשהות בהם יכול להשפיע עליהן דרמטית. במחקר השתמשנו בסימולציית מחשב, שמדמה היכן כדאי ללטאה להיות, בשמש, בצל או על העץ, בכל דקה ודקה, במשך 20 שנים, תחת תנאי האקלים שהיו בעבר ותחת אלו שצפויים להיות בעתיד. באמצעות הסימולציה בחנו כיצד אוכלוסיות של לטאות יושפעו משינויי האקלים כאשר העצים זמינים, וכיצד מצבן ישתנה בעקבות כריתת עצים בבית הגידול שלהן".

^{חם לי! חרדון מחפש עץ פנוי}

השורה התחתונה: כריתת עצים פוגעת בסיכויי ההישרדות של בעלי חיים

מסקנה מעניינת שעלתה מהמחקר היא ששינויי האקלים לבדם, עשויים במקרים מסוימים אף להועיל לאוכלוסיות של לטאות המתגוררות באזורים קרים. זאת מאחר שההתחממות הצפויה תאפשר ללטאות להיות פעילות למשך פרקי זמן ארוכים יותר במהלך היום ולאורך השנה. עם זאת, כאשר שינויי האקלים מתרחשים במקביל לכריתה של עצים, המגמה החיובית צפויה להתהפך, כך שאוכלוסיות רבות של לטאות עלולות למצוא עצמן מול סכנת הישרדות ממשית. 

למעשה, באזורים המתאפיינים כבר כיום באקלים חם, מגמת ההתחממות הגלובלית, גם ללא כריתת עצים, צפויה לכשעצמה לסכן את עצם קיומן של הלטאות, וכריתת עצים תחמיר את מצבן עוד יותר. 

ד"ר אופיר לוי מסכם: "המחקר שלנו התמקד בלטאות אבל הוא בעצם מדגים בעיה רחבה יותר שרלוונטית לזנים רבים של בעלי חיים. התוצאות שלנו מוכיחות כי לעצים יש חשיבות מכרעת ביכולת של בעלי חיים להתמודד עם שינויי האקלים, ובמקרים רבים הזמינות שלהם יכולה לעשות, עבור בעלי החיים, את ההבדל בין שגשוש וקריסה. המחקר שלנו מוכיח כמה חשוב לשמור על אזורים מיוערים ועל עצים בכלל, במיוחד לאור האקלים המשתנה. כחלק מהמחקר אנחנו מספקים גם כלים מעשיים יותר עבור מקבלי ההחלטות, כמו מהם גובה או צפיפות העצים הנדרשים באזורים שונים. אנחנו מקווים שהמחקר הזה ישמש כדי לבנות תוכניות יעילות יותר לשימור ושיקום של שטחים טבעיים, כדי שנוכל לספק לבעלי החיים את מה שדרוש להם כדי לשרוד".  

הגיע הזמן להתעורר: שינויי האקלים כבר פה, והולכים להשפיע על כולנו

המחקר הובל על ידי ד"ר רועי ויינשטיין ותלמיד המחקר אהד רוט מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, וד"ר עינת שדות מהמכון למדעי הצמח במכון וולקני. כמו כן השתתפו במחקר: ד"ר אינה וינץ מבית הספר למדעי הצמח באוניברסיטת תל אביב, פרופ' ניר בן-טל וד"ר עמית קסל מהמחלקה לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית באוניברסיטת תל אביב, סלע יחזקאל, אורי סררו, אבי אליהו, פן צאלה, ד"ר ויקאס דיוודי, ד"ר מירה כרמלי-וייסברג, פליקס שעיה, וד"ר עדי פייגנבוים-דורון ממכון וולקני, ופרופ' יוסף ריוב מהפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית. המחקר בוצע בשיתוף פעולה עם חוקרים מארה"ב, מגרמניה, מדנמרק ומאנגליה, ותוצאותיו פורסמו בכתב העת היוקרתי Nature Biotechnology.

^{מימין:  סלע יחזקאל, אוהד רוט, ד"ר רועי ויינשטיין וד"ר עינת שדות}

"שיטת הייחורים משמעה ריבוי א-מיני של צמחים, שלא באמצעות זרעים", מסבירה ד"ר שדות. "בשיטה זו נלקח ענף מפרט נבחר בעל תכונות רצויות (טעם הפרי, עמידות ליובש, עמידות למחלות וכד'). חלקים מאותו ענף, שנקראים ייחורים, נחשפים לתנאים שגורמים להם להצמיח שורשים ולהפוך לצמחים עצמאיים. הפרטים החדשים שנוצרים בדרך זו הם למעשה שיבוטים, בעלי גנטיקה זהה לזו של צמח האם. אחוזי ההשרשה משתנים בין סוגים שונים של אותה משפחה, בין מינים שונים של אותו סוג, ואף בין זנים שונים של אותו מין, וקיימים צמחי חקלאות חשובים שקשה במיוחד להשרישם. כדי שהגידול יהיה כלכלי, יש צורך באחוזי השרשה של 60-50% לפחות, ונתון זה מהווה שיקול משמעותי בבחירתו של החקלאי".

כדי לשפר את אחוזי ההשרשה, נהוג לחשוף ייחורים להורמון הצמחי אוקסין - הליך שהתגלה כבר לפני כ-70 שנה וכמעט שלא השתנה מאז. "יעילות הטיפול הקיים באוקסין משתנה מגידול לגידול", אומרת ד"ר ויינשטיין. "יש סוגי צמחים רבים שמגיבים אליו במידה מועטה בלבד ואחוזי ההשרשה שלהם נותרים נמוכים. במחקר שלנו ביקשנו להגביר את השפעת האוקסין על הייחורים", היא מסבירה. מספר עדויות בספרות המחקרית ותצפיות של אנשי מקצוע בשטח הובילו את צוות המחקר לשאלת המחקר: האם שחרור איטי של האוקסין בצמח יגדיל את הצלחת ההשרשה של הייחורים?

הגיע ליומיים ונשאר לשבוע וחצי – חומר משפר השרשה

בשלב הראשון יצרו החוקרים 'ספרייה' של חומרים שמבוססת על תצמידי אוקסינים סינטטיים: מולקולות שבהן אוקסין סינטטי מחובר לקבוצה כימית אחרת המנטרלת את פעילותו. השפעת החומרים נבדקה על ייחורים של העץ אקליפטוס גרנדיס, אשר בטיפול סטנדרטי באוקסין מגיעים לאחוזי השרשה נמוכים של כ-15-10% בלבד.

"הבחינה הראשונית איתרה מספר חומרים בעלי השפעה חיובית על תהליך ההשרשה והמשך המחקר התמקד בחומר היעיל ביותר", מסביר תלמיד המחקר אהד רוט. "גילינו שחומר זה מאפשר שילוב של חדירות גבוהה לצמח  עם שחרור ממושך של החומר הפעיל, האוקסין הסינטטי, כך שהאוקסין שוהה בצמח הרבה יותר זמן - עד שבוע וחצי במקום יומיים בטיפול הרגיל." ואכן, הטיפול המשודרג הקפיץ את אחוזי ההשרשה של ייחורי האקליפטוס גרנדיס ל-60% - עד פי 6 מהשיטה הסטנדרטית.

בהמשך, על מנת להבין לעומק את אופן פעילותו של החומר החדש, השתמשו החוקרים בצמח הארבידופסיס, צמח המודל הנפוץ בעולם. הם גילו כי האוקסין הסינטטי שבבסיס החומר החדש יציב יותר (כלומר מתפרק לאט יותר), בתאי הצמח בהשוואה לאוקסין שבבסיס החומר הסטנדרטי. בנוסף, החוקרים זיהו משפחה של אנזימים בצמח האחראים לשחרור האוקסין הסינטטי,  ומווסתים את קצב השחרור. באמצעות מידול המבנה והתכונות הביוכימיות של האנזימים הללו אותרו מאפיינים חשובים של פעילותם.

^{עץ אקליפטוס גרנדיס בוגר}

הסוד העתיק של עץ השמן המרוקני

בשלב הבא ביקשו החוקרים לבדוק אם אותם אנזימים קיימים גם בצמחים אחרים, בהנחה שנוכחותם תאפשר שימוש בחומר החדש גם בגידולים נוספים. הם גילו שהאנזימים הללו, או מקבילותיהם, הם עתיקים מאוד והשתמרו לאורך האבולוציה בכל עץ שנבדק. לאור הממצאים המעודדים הם החלו לבחון את יעילות החומרים שפיתחו במגוון גידולים חקלאיים.

אחד הגידולים החשובים שנבדקו במחקר הוא הארגן – עץ השמן המרוקני, שנחשב לצמח בעל ביקוש עולמי שרק הולך ועולה מכיוון שהוא משולב במגוון גדול של מוצרי מזון, בריאות וטיפוח. "עד היום, המקור הכמעט בלעדי לשמן זה הוא פירות של עצי ארגן שגדלים באופן אנדמי במרוקו, ומתרבים ברבייה מינית, כלומר דרך זרעים. כל המאמצים להפוך את הארגן לגידול חקלאי, שניתן לרבות אותו על ידי השרשת ייחורים, נכשלו, כולל ניסיונות אצלנו בישראל", מסבירים החוקרים.

^{עתיק ומבוקש. ענף עץ ארגן}

במחקר הנוכחי, נטלו החוקרים ייחורים מכמה עצי ארגן שגדלים בישראל, חשפו אותם לחומר שפיתחו, והצליחו בדרך זו לייצר מספר גדול של שתילים. בשיתוף עם הקיבוצים קטורה, בית קמה, חצרים וסמר הם שתלו מטעי ארגן שמבוססים על ייחורים מפרטים בודדים שהושרשו באמצעות חומר ההשרשה החדש, וכעת הם בוחנים היתכנות להפוך אותם לגידול חקלאי בישראל. תוצאות מעודדות התקבלו גם בניסויים עם ייחורים של כנות תפוח, מיני צפצפה וזנים נוספים של אקליפטוס. בכולם הושגו אחוזי השרשה גבוהים, פי 2 ויותר בהשוואה לטיפול האוקסין הסטנדרטי.

"במהלך המחקר, פיתחנו חומר שמשפר משמעותית את אחוזי ההשרשה של ייחורים חקלאיים. הפיתוח יכול להיות משמעותי ביותר לחקלאות העולמית בשלושה היבטים. ראשית, ייעול הליך ההשרשה עשוי להוזיל משמעותית את עלות השתילים לחקלאי, ובסופו של דבר גם את התוצרת החקלאית לצרכנים. שנית, בזכות השיטה ניתן לפתח ולמסחר עוד זנים איכותיים, ואין עוד צורך 'להתפשר' על זנים איכותיים פחות רק בגלל שיש להם אחוזי השרשה גבוהים. ושלישית, השיטה יכולה לייעל ולהאיץ פיתוח של זנים בעלי תכונות המותאמות לסביבתם המשתנה, כמענה לשינויי האקלים המהירים. במחקרי המשך נעמיק את הבנת מנגנון הפעולה של החומרים החדשים ונחפש חומרים נוספים, אולי אף יעילים יותר, שיכולים לשמש כתצמידים המאטים את שחרור האוקסין בצמח", מסכמים החוקרים בסיפוק.

המחקר הובל על ידי פרופ' קולין פרייס והסטודנט ראם בקנשטיין מהחוג לגיאופיזיקה בבית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר באוניברסיטת תל אביב. המאמר פורסם בכתב העת Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society (QJRMS). 

איום נוסף על הריאות של כדור הארץ

"יערות האמזונס הם יער הגשם הטרופי הגדול ביותר בעולם, והם ממלאים תפקיד קריטי בוויסות אקלים כדור הארץ," מסביר פרופ' פרייס. "יערות אלה אף מכונים 'הריאות של כדור הארץ', מכיוון שבאמצעות תהליך  הפוטוסינתזה הם מייצרים חלק משמעותי מהחמצן באטמוספירה וסופגים ממנה כמות גדולה של פחמן דו-חמצני – גז חממה שיש לו תרומה משמעותית לשינויי האקלים. בנוסף, יערות הגשם עצמם מייצרים גשם: העצים פולטים לאוויר אדי מים שהופכים לגשם מקומי, וגם נישאים על ידי הרוח ומביאים גשם למקומות מרוחקים."

עם זאת החוקרים מציינים כי תהליכים חשובים אלה מצויים כיום בסכנה בשל פעילות נרחבת של בירוא יערות באמזונס. "כשהאדם כורת עצים ומפנה שטחים לצרכים מגוונים: שימוש בעץ עצמו, חקלאות, פיתוח תשתיות, כריית מינרלים, ועוד. למעשה, ב-30 השנים שבין 1990 ל-2020 חוסלו באגן האמזונס יערות ששטחם הכולל גדול מיבשת אירופה כולה. הרס היערות גורם לפגיעה ברמת החמצן ולעלייה בגזי החממה באטמוספרה, וגם לשיבוש בגשמים שעלול להגיע לכדי בצורת באזורים מסוימים. בנוסף, לעתים קרובות העצים שנכרתו נשרפים, וכך נפלט לאוויר פחמן דו-חמצני נוסף, שמגדיל את הנזק הסביבתי". 

במחקר זה, הראשון מסוגו בעולם, ביקשו החוקרים לעקוב אחר שינויים בהיקף סופות הרעמים באגן האמזונס בעשורים האחרונים. בהיעדר נתוני סופות רעמים מהאמזונס שחוזרים עשרות שנים אחורה, בנו החוקרים מודל אמפירי המסתמך על פרמטרים אקלימיים מהמרכז האירופאי ERA5, שאוסף נתונים מאז 1940, ולצד נתוני סופות רעמים שנאספו באמצעות רשת עולמית של חיישנים לאיתור ברקים שנקראת WWLLN -Worldwide Lightning Location Network.

"ברק הינו תוצאה של שדה חשמלי עצום שנפרק בבת אחת, ומשדר גלי רדיו שניתן לקלוט אותם גם במרחק של אלפי קילומטרים," מסביר פרופ' פרייס. "החיישנים של רשת WWLLN פרוסים ב-70 מוסדות מחקר בכל העולם, והם קולטים וממפים סופות רעמים בכל מקום על פני כדור הארץ, בזמן אמת וללא הפסקה. גם כאן באוניברסיטת תל אביב, על הגג של הבניין למדעים מדויקים, יש לנו חיישן שקולט גלי רדיו מסופות רעמים שמתחוללות באזור שלנו, וגם באפריקה, בהודו, ואפילו בדרום אמריקה. הצלבת המידע מהתחנות השונות, מאפשרת קביעה מדויקת של המיקום והזמן של כל ברק, וכך מתקבלת מפה גלובלית של ברקים לאורך זמן."   

ירידה של כ-8% בהיקף סופות הרעמים

באמצעות המודל האמפירי בדקו החוקרים את הקשר בין כמות והתפלגות סופות הרעמים לבין שינויים בטמפרטורה באזור האמזונס החל משנות ה-80. ניתוח סטטיסטי של הנתונים העלה ממצאים מפתיעים: על אף העלייה בטמפרטורה הנובעת מההתחממות הגלובלית, חלה ירידה של כ-8% בהיקף סופות הרעמים. החוקרים: "כשבדקנו לעומק את הממצאים הבלתי צפויים, גילינו שאזורי הירידה בסופות הרעמים חופפים במידה רבה לאזורים שבהם בוצעה פעילות נרחבת של בירוא יערות. זו הפעם הראשונה שהתגלה קשר בין סופות רעמים לבירוא יערות. לפי ההערכה שלנו, אובדן של כל מגטון פחמן - שווה ערך לכמיליון עצים גדולים שנכרתו, מביא לירידה של כ-10% במספר סופות הרעמים."   

פרופ' פרייס מסכם: "במחקר זה בדקנו מגמות בסופות רעמים באגן האמזונס בעשורים האחרונים. ציפינו למצוא עלייה בכמות הסופות בעקבות ההתחממות הגלובלית, כפי שנצפה באזורים רבים בעולם, אך להפתעתנו מצאנו מגמה הפוכה: ירידה של 8% במהלך 40 שנה. בירור נוסף העלה שמרבית הירידה נצפתה בדיוק באזורים בהם יערות הגשם בוראו והוחלפו בחקלאות או בשימוש אחר של האדם. ניתן להסביר זאת בכך שבהיעדר היערות פחתה משמעותית הלחות באוויר, שהיא מקור האנרגיה והלחות להיווצרות סופות רעמים. התוצאה היא פחות סופות רעמים, פחות עננים, פחות גשם, וכתוצאה מכך גם פחות צמיחה של היער. כך נוצר תהליך של היזון חוזר שיכול לגרום להתייבשות היערות, דבר שעלול לפגוע משמעותית באפקטים החיוניים של 'הריאות של כדור הארץ' – ייצור חמצן וספיגת פחמן דו חמצני." 

את השיטה החדשה פיתחו הדוקטורנט יצחק גרינברג וד"ר אורן בן-צבי, בהנחיית פרופ' יפתח יעקובי מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ופרופ' ליהי אדלר-אברמוביץ מבית הספר לרפואת שיניים בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, ומהמרכז לננו-מדע ולננו-טכנולוגיה. תוצאות המחקר המבטיח פורסמו בכתב העת החשוב Carbon Energy.

תהליך ייצור שיעיל יותר ב-90%

"המימן נדיר מאוד באטמוספרה", מסביר יצחק גרינברג, "והוא מופק על ידי אנזימים שקיימים ביצורים מיקרוסקופיים, שמקבלים את האנרגיה לכך מתהליכי פוטוסינתזה. במעבדה אנחנו מחשמלים למעשה את אותם אנזימים, כלומר אלקטרודה מחליפה את השמש ומספקת את האנרגיה. התוצאה היא תהליך יעיל, ללא דרישה לתנאים קיצוניים. עם זאת, האנזים 'בורח' מהמטען החשמלי וצריך להחזיק אותו במקום באמצעות טיפול כימי. אנחנו מצאנו דרך קלה ויעילה להצמיד את האנזים לאלקטרודה ולנצל אותו".

במחקרם החדש, החוקרים השתמשו בהידרוג'ל (ג'ל מבוסס מים) כדי לחבר את האלקטרודה לאנזים, וכך הצליחו לייצר מימן ירוק באמצעות זרז ביולוגי, וביעילות של מעל 90%, כלומר שמעל ל-90% מהאלקטרונים שהוכנסו למערכת נשארו במימן ללא תהליכי משנה.

"החומר של הג'ל עצמו מוכר, אבל השימוש בו להפקת מימן הוא חידוש שלנו", מסביר פרופ' יפתח יעקובי. "הספגנו את האלקטרודה בג'ל הזה, שהכיל אנזים לייצור מימן בשם הידרוגנאז. הג'ל מחזיק את האנזים לאורך זמן גם תחת המתח החשמלי ומאפשר לייצר מימן ביעילות גבוהה ובתנאים סביבתיים שנוחים לאנזים, כלומר גם במי מלח, בניגוד לאלקטרוליזה שמצריכה מים מזוקקים. פרופ' ליהי אדלר-אברמוביץ  מוסיפה: "יתרון נוסף הוא שהג'ל מרכיב את עצמו: מכניסים את החומר לתוך מים והוא עובר הרכבה עצמית, כלומר מסתדר לסיבים ננו-מטריים שיוצרים את הג'ל. אנחנו הראינו שהסיבים הללו מסוגלים להדביק את האנזים לאלקטרודה. את הג'ל בדקנו על שני אנזימים נוספים, מלבד הידרוגנאז, והוכחנו שהוא מסוגל להדביק אנזימים שונים לאלקטרודה".

"כיום הפקה של מימן 'ירוק' נעשית בעיקר באמצעות אלקטרוליזה, שמצריכה מתכות יקרות ונדירות כמו פלטינה בנוסף לזיקוק של המים, דבר שמייקר את המימן ה'ירוק' עד פי 15 מה'אפור' המזהם. אנחנו מקווים שבעתיד אפשר יהיה לנצל את השיטה שלנו באופן מסחרי, להוזיל את העלויות ולעבור להשתמש במימן 'ירוק' – הן בתעשייה, הן בחקלאות והן כמקור אנרגיה נקי, מסכם ד"ר אורן בן-צבי.

מחקר בינלאומי ורב-תחומי בהובלת פרופ' אילון שני והדוקטורנט ג'ניה ביננבאום מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון באוניברסיטת תל אביב, חשף את מנגנון פעולתו ותנועתו בצמח של ההורמון ג'יברלין – חומר בעל חשיבות עצומה לגדילת יבולים חקלאיים. המחקר המורכב כלל עשרות ניסויים במגוון רחב של תחומים: פיזיולוגיה, ביולוגיה מולקולרית, ביוכימיה, מודלים מתמטיים, מיקרוסקופיה פלואורסנטית, גנטיקה ועוד. הניסויים בוצעו במהלך 7 שנים על ידי מספר קבוצות מחקר ברחבי העולם – באוניברסיטת תל אביב, במכון ויצמן למדע ובמכון וולקני בישראל, וכן בדנמרק, צרפת, אנגליה, גרמניה וספרד. המחקר פורץ-הדרך פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Plants.

הורמון קטן עם חשיבות עצומה

"מעטים מחוץ לקהילה המדעית שמעו על ההורמון ג'יברלין, אך למעשה זהו אחד החומרים בעלי ההשפעה הגדולה ביותר על האנושות," אומר פרופ' שני. "מדובר בהורמון, מולקולת סיגנל קטנה, שמבקר את גדילתם של הצמחים, והוא קשור ישירות למהפכה הירוקה של שנות ה-60 וה-70, שייעלה את העבודה החקלאית והגדילה באופן משמעותי את יבולי הדגניים – חיטה, שעורה, תירס ואורז. למעשה, טכניקות של מניפולציה בג'יברלין בצמחים הן אחד הגורמים העיקריים לכך שיש לנו היום מספיק אוכל בעולם. אך על אף חשיבותו, מעט מאוד היה ידוע עד לאחרונה על מנגנון פעולתו ותנועתו של הג'יברלין במרחב הצמח. במחקר הנוכחי יצאנו למסע מקיף על מנת לתת מענה לכמה שאלות מהותיות: איך נע הג'יברלין בתוך הצמח? איפה הוא מצטבר? ואיך בדיוק הוא פועל בתאים ספציפיים בצמח?"

המחקר בוצע בצמח ארבידופסיס (תודרנית לבנה) המשמש כצמח מודל במחקרים רבים. בשלב הראשון ביקשו החוקרים לזהות את המנגנון שמוביל את הג'יברלין מהעלים שבהם הוא נוצר, דרך מערכת ההובלה המכונה שיפה, אל השורש. לצורך כך הם יצרו בצמחים מוטציות שונות וביצעו בהם סריקות גנטיות, וכך גילו שלושה חלבונים נשאים (טרנספורטרים) שבלעדיהם הג'יברלין אינו מגיע ליעדו. מדובר בחלבונים שנמצאים בתאי השיפה, ופועלים יחדיו כדי להעביר את מולקולת הג'יברלין מצד אחד של קרום התא לצד השני, ובכך מאפשרים את מהלך מסעה הארוך לאורך הצמח כולו. במילים אחרות: תפקידם של חלבונים אלה הוא להטעין את הג'יברלין מן העלה אל רקמות ההובלה, שם הוא זורם במורד הצמח אל השורש. 

בשלב הבא נעזרו החוקרים בשיטה מתקדמת של מיקרוסקופיה פלואורסנטית ברזולוציה של תא בודד כדי לבחון את השפעת הג'יברלין – או העדרו – על תאים בשורש. הם מצאו שהג'יברלין מצטבר בשכבת תאים בשורש שמכונה אנדודרמיס – שחוצצת בין רקמת ההובלה לשאר תאי השורש. ידוע שאחד מתפקידי האנדודרמיס הוא לבקר את מעבר החומרים שנקלטים על ידי השורש מן הקרקע (מים, מלחים, גזים וחומרי הזנה שונים) אל רקמות ההובלה המובילות חומרים אלה לשאר חלקי הצמח. בקרה זו נעשית על ידי ייצור שכבת בקרה - חומר איטום דמוי שעם שנקרא סוּבֶּרין. במחקר זה גילו החוקרים שבהיעדר ההורמון ג'יברלין נפגע ייצור הסוברין. בשורה התחתונה: הג'יברלין אחראי על בקרת ייצור הסוברין באנדודרמיס, ובכך הוא משפיע ישירות על הזנת הצמח ועל גדילתו.

הזנת האנושות בתנאי אקלים משתנים

״עד כה היה ידוע כי תנועת ההורמון ג׳יברלין בצמח הכרחית להתפתחות תקינה של הצמח, אך המנגנון שמאפשר תנועה זו לא היה ידוע," מסביר ד״ר ביננבאום. "במחקר שלנו פענחנו את המערכת שמאפשרת מעבר של ג׳יברלין בין חלקי הצמח השונים, וכן גילינו תפקיד חדש של הג'יברלין: בקרה על ייצור סוברין, חומר בעל חשיבות רבה להתפתחות הצמח. הבנת מנגנוני התנועה של ג׳יברלין בצמח עשויה להוות בסיס למחקר יישומי בעתיד, עם השפעה משמעותית על ביטחון תזונתי ועל התפתחות הצמח בסביבה משתנה.״

פרופ' שני מסכם: "במחקר רב-תחומי ממושך ומורכב הצלחנו לחשוף את מנגנוני תנועתו ופעולתו של אחד החומרים החשובים ביותר להזנת האנושות: ההורמון ג'יברלין. מצאנו כיצד הג'יברלין מגיע מהעלים לשורש, היכן הוא מצטבר בשורש, ואיך הוא משפיע משם על מנגנוני הזנת הצמח. אנו מקווים ומאמינים שהתובנות העולות מהמחקר יסייעו לפיתוחן של שיטות חדשניות להשבחת ולהגדלת יבולים, בעיקר דגניים, במטרה להתמודד עם אחד האתגרים הגדולים ביותר של העידן הנוכחי: הזנת מספרים הולכים וגדלים של בני אדם בתנאי אקלים משתנים."