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

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

אחד הדברים שאני שם לב אליו בבלוג 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[1].

צמחים מהונדסים.jpg

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 הגלובלית.

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.

 


 

קישור למאמר המדעי ב- Science –

[1] http://science.sciencemag.org/content/363/6422/32

מזון מן האוויר

מזון מן האוויר

הנה המצאה שיכולה לשנות את העולם לגמרי: ייצור אוכל… מאוויר.

נסביר.

הסתכלו על העצים שמסביבכם. מאיפה הם קיבלו את עיקר המסה שלהם? לא מהאדמה, לא מהמים – אלא מהאוויר. הם מסוגלים לספוח פחמן דו-חמצני מהאוויר, ולצרף את אטומי הפחמן זה לזה ליצירת סוכרים – שאז הופכים לחומרים מבניים עבור הצמח. אותו הדבר קורה בכל צמח שעושה פוטוסינתזה – כלומר, מקבל אנרגיה מהשמש ומשתמש בה כדי לקבע פחמן דו-חמצני מהאוויר.

אנחנו, בני-האדם, למדנו להשתמש בתהליך הזה לטובתנו. אנחנו מגדלים שדות שלמים של יבולים, בהשקעה עצומה של אנרגיה ומשאבים (מים, שטחים, דשן ועוד), רק בשביל התגובה הביולוגית הזו, שתאפשר לצמחים לגדול ותספק לנו מזון.

אבל כמות השטחים החקלאיים בעולם מוגבלת, וכבר אמרנו שהחקלאות דורשת הרבה אנרגיה ומשאבים. אז מה אם אפשר היה לייצר מזון באמצעות ספיחת פחמן מהאוויר בכל מקום, בכל זמן? בלי אדמה, בלי שדות, בלי צמחים?

זה מה שעשו לאחרונה חוקרים מפינלנד[1]. הם הראו שהם מסוגלים להשתמש בביו-ריאקטור (בלשון פשוטה – צנצנת שאנחנו שולטים על התנאים בתוכה) שמכיל חיידקים. הביו-ריאקטור מזרים לחיידקים פחמן דו-חמצני מהסביבה, והם הופכים אותו לסוכרים, לחלבונים ולחומרי מזון אחרים. מדי פעם מועבר בביו-ריאקטור זרם חשמלי שהורג חלק מהחיידקים ומגבש את רכיבי המזון האלו לאבקה מוצקה שאפשר לסנן מהמים – ולהשתמש בה כמזון. ואפילו די מוצלח: היא מכילה 50% חלבון, 25% סוכרים, וכל היתר – שומן וחומצות גרעין.

כמובן, אין דבר כזה ארוחת חינם. מאיפה מגיעה האנרגיה להזרמת האוויר לתוך הביו-ריאקטור, או לייצור הזרם החשמלי? מסתבר שלא צריך הרבה אנרגיה לשם כך, ובאמצעות פאנלים סולאריים אפשר לספק אותה למכשיר.

food-from-electricity-3.jpg

עכשיו, בואו נודה באמת: כרגע העסק הזה ברמת האב-טיפוס. ולא זאת בלבד, אלא שמההודעה על המחקר אפשר ללמוד שגם החיידקים צריכים לאכול – ולכן יש צורך להזרים חומרי מזון מסוימים לתוך הביו-ריאקטור. אז לא ברור עדיין מה מידת ההצלחה כאן, אבל החוקרים טוענים שהתהליך יעיל יותר פי עשרה מבחינה אנרגטית מכל שיטת ייצור מזון נוכחית, ושהם יוכלו לשחזר את ההצלחה בסדר-גודל רחב תוך עשור[2], עם מיכלי-ענק שיוצרים מזון – מאוויר. ולא זאת בלבד, אלא שהם יוכלו לעשות זאת בכל מקום: במדבריות צחיחים, בהרים ללא אדמה, או בלב העיר. כל עיר. ואפשר יהיה כמובן לקבל גם מזון בטעמים שונים ועם חומרים תזונתיים שונים, בהתאם לסוג החיידקים המגודלים במיכלים.

תגידו שאתם לא רוצים לאכול את האבקה הזו? נו, זכותכם. אבל קחו בחשבון שהחקלאות המודרנית אינה מיטיבה במיוחד עם כדור-הארץ, וזאת בלשון המעטה. אם אתם רוצים להציל את הסביבה – אולי כדאי שתשקלו לעבור לתזונה על בסיס אבקת חיידקים. אבל גם אם תחליטו לוותר, קרוב לוודאי שתעשיית הבשר תעבור להאכיל את הפרות, הכבשים, התרנגולות וכל היתר באבקה הזו – וזה דבר נהדר, מכיוון שבמזון שמקבלים בעלי-חיים בארצות הברית לבדה מדי שנה, ניתן היה להאכיל 800 מיליון בני-אדם[3].

אם הטכנולוגיה הזו תוכיח את עצמה, הרי שיש לה את הפוטנציאל לשנות את העולם: להוריד באופן משמעותי את הצורך בשדות חקלאיים ובקרקע בכלל, ולהפחית דרמטית את כמויות האנרגיה שאנו משקיעים בגידול מזון מדי שנה.

וכל מה שצריך זה שתסכימו לאכול חיידקים. אבל בשביל שכל הדברים הטובים האלו יקרו – יודעים מה? אני מוכן.

[1] https://www.lut.fi/web/en/news/-/asset_publisher/lGh4SAywhcPu/content/protein-produced-from-electricity-to-alleviate-world-hunger

[2] https://qz.com/1041621/scientists-in-finland-made-high-tech-food-using-electricity-to-solve-world-hunger/

[3] http://news.cornell.edu/stories/1997/08/us-could-feed-800-million-people-grain-livestock-eat