בציר טוב יותר

"מים, מזון ואנרגיה - אלה שלושת המשאבים העיקריים שלנו, ובשלושתם נרשם מחסור הולך וגובר כתוצאה מגידול האוכלוסין. האנושות זקוקה לפתרון למשבר הזה, ופתרון כזה מצוי בחקלאות חדשנית המבוססת על הנדסה גנטית."


אין דרך אחרת


פרופסור שמעון גפשטיין מודע היטב לחומר-הנפץ האסוציאטיבי הטמון בצירוף המילים הזה, הנדסה גנטית. "אומרים עליה שהיא 'לא טבעית', ואומרים עלינו שאנחנו משחקים את אלוהים בלי לדעת מה התוצאות," הוא אומר. "הטענות האלה נובעות מאוסף של גורמים כגון בּוּרוּת, טכנופוביה ושִׂנאת חידושים, כמו גם מכמה חששות מוצדקים. עלינו להבין שכיום אין לנו ברירה, כי אין פתרון אחר. "החקלאות הקונסרבטיבית עשתה כברת דרך והגיעה למיצוי מקסימלי במונחים של יבול לדונם. כדי להשיג פריצת דרך משמעותית בשלושת התחומים האמורים (מים, מזון ואנרגיה) עלינו לפתח חקלאות חדשה, המבוססת על הנדסה גנטית."

בשנת 1979, בתום דוקטורט בפיזיולוגיה של הצמח (אוניברסיטת תל אביב), יצא שמעון גפשטיין לפוסט-דוקטורט בהנחייתו של פרופסור טימן מאוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז. שנות המחקר האלה בקליפורניה, בנושא "הורמונים צמחיים ותפקידם במחזור חיי הצמח", הובילו אותו למחקר ממושך ומעמיק בתחום שלא נחקר רבות בעבר: הזדקנות צמחים. בשנת 1980 הצטרף לשורות הפקולטה לביולוגיה בטכניון, ומאז זכה בתואר "מרצה מצטיין מַתמִיד" ובפרס ינאי למצוינות אקדמית בטכניון. כחבר סגל מילא גם תפקידים אקדמיים-ניהוליים משמעותיים, ובהם דיקן הפקולטה לביולוגיה וראש המרכז לחינוך קדם-אקדמי בטכניון, הכולל את המכינה הקדם-אקדמית ואת היחידה לנוער שוחר מדע. כיום, כפרופסור אמריטוס של הטכניון, הוא ממשיך במחקריו בפקולטה לביולוגיה."


מאריך חיים: סוד הציטוקינין


בשלושים השנים האחרונות עוסק פרופסור גפשטיין בחקר מנגנוני ההזדקנות של הצמח, ולפני שנים ספורות רשם פריצת דרך משמעותית כאשר הצליח "להנדס" שינוי גנטי ולשנות את רמת "הורמון הנעורים הצמחי". התגלית זכתה לא רק לפרסום מדעי בכתב העת היוקרתי של האקדמיה הלאומית האמריקנית (PNAS) אלא גם לחשיפה בתקשורת הרחבה, לרבות כתבה ב-BBC וראיון אצל לונדון וקירשנבאום. "כולנו מכירים היטב את ההזדקנות המהירה של שדות החיטה לקראת חג השבועות: תוך תקופה קצרה של שבועיים מצהיב השדה ומת. זו תופעה נפוצה בצמחים חד-שנתיים, וההסבר האבולוציוני פשוט: אילו המשיך לחיות היה הצמח הבוגר מאלץ את 'צאצאיו' להתחרות איתו על קרקע, מים, מזון ושמש."

מתוך אותו היגיון אבולוציוני פיתח הצמח מעין 'תוכנת התאבדות גנטית' המחסלת אותו ומפנה את השטח לדור הבא. עם זאת, "ההיגיון החקלאי-כלכלי אחֵר, והוא מכתיב הארכה של תוחלת החיים של הצמח. הארכה כזו תאפשר את המשך תהליך הפוטוסינתזה ומילוי הגרעינים, ובאופן זה הגדלה משמעותית ביבול."

בתום שנים רבות של מחקר הצליח פרופסור גפשטיין לפענח את אותה "תוכנת התאבדות גנטית" המחסלת את הצמח, ויתר על כן - לעכב את פעולתה. "בניגוד להזדקנות בעלי חיים, שהיא תהליך פסיבי, כאן מדובר במוות אקטיבי ממש." התגלית של פרופסור גפשטיין היא מנגנון ה"התאבדות", המופעל כתוצאה מירידה ברמת "הורמון הנעורים הצמחי" - ציטוקינין.

על סמך התגלית הזו פיתחו פרופסור גפשטיין והחוקרים במעבדתו מנגנון גנטי המוֹנע את הירידה ברמת הציטוקינין, והתוצאה היא הכפלת תוחלת החיים של הצמח. תהליך זה, כך מתברר, מאריך גם את חיי-המדף של הצמח; אם עלה של צמח 'טבעי' מחזיק מעמד כשבוע אחר קטיפתו, הרי שעלה של צמח מהונדס מחזיק מעמד שלושה שבועות לפחות. לנוכח הבעיה הקשה של ריקבון (של פירות וירקות) בתקופת האחסון ועל מדפי החנות, מדובר בפיתוח דרמטי מאוד.

לסיכום, המנגנון המלאכותי שפיתח פרופסור גפשטיין מאריך ב-100% את תוחלת החיים של הצמח השלם, וב-200% את חיי המדף של העלים הקטומים.

אבל בכך לא מסתיים הסיפור.


מחזיק מים: עמידוּת בתנאי יובש


כי אז התרחשה תקלה מופלאה: פרופסור גפשטיין שכח להשקות את צמחי הטבק המהונדסים במשך שלושה שבועות רצופים. הוא חזר ומיהר להשקות אותם, וכנגד כל הסיכויים התאוששו הצמחים, המשיכו לגדול והניבו יבול. למען הסר ספק, צמחים בלתי מהונדסים שעוברים תקופת יובש ממושכת כזו אינם שורדים. פרופסור גפשטיין שיחזר תצפית זו בניסויים מבוקרים, שהוכיחו כי אכן, אותו 'הינדוס גנטי' - אותה הגברה מבוקרת של הורמון הנעורים - אכן מקנה לצמח יכולת הישרדות ביובש ממושך. "שלושה שבועות הם פרק זמן בלתי מבוטל כשמדובר, לדוגמה, בגידול חיטה בנגב. פעמים רבות קורה, כמו שקרה השנה, שאחרי היורה המנביט את הזרעים באה תקופת יובש ארוכה שהורגת את הנבטים. אם נאריך את משך ההישרדות שלהם בתקופת היובש, נוכל להציל גידולים רבים בנגב ובאזורים צחיחים אחרים."

בעקבות תצפית זו החל פרופסור גפשטיין 'לשחק' עם כמויות מי ההשקיה בחממה שלו בטכניון, וגילה כי בטווח הארוך מסתפקים הצמחים המהונדסים ב-30% בלבד מכמות המים של חבריהם ה'טבעיים'. יישומה של טכנולוגיה זו יאפשר גידול צמחי-מאכל חד-שנתיים - חיטה ושעורה, תירס ועגבניות ועוד - תוך חיסכון של 70% מכמות המים.


אנרגיה פוטנציאלית: ביו-דלקים


פיתוחם של צמחים חוסכי-מים עשוי, אם כן, להוות פתרון חלקי למשברי המים והמזון. ומה בעניין האנרגיה? "כיום אנחנו מבינים שביו-דלקים, כלומר תחליפי בנזין וסולר המבוססים על צמחים, יהוו בעתיד הלא רחוק מקור-אנרגיה משמעותי. תחליפי-הבנזין הביולוגיים מיוצרים מצמחים שפירותיהם מכילים פחמימות, למשל אורז ותפוחי אדמה, ותחליפי-הדיזל מופקים מצמחים שומניים כגון חמניות, סויה ולפתית (שממנה מיוצר שמן קנולה). מאחר שהטכנולוגיה שפיתחתי מתאימה לכל צמח חד-שנתי, אפשר ורצוי להשתמש בה גם בהקשר של ייצור ביו-דלקים מצמחים."

פרופסור גפשטיין מודע לטענה לפיה "חקלאות-האנרגיה" תבוא על חשבון ייצור המזון בעולם, אך יש לו תשובה לכך: "אנשים חושבים שמדובר במשחק סכום אפס, כלומר שאם נקצה שטחים ומים ל'גידולי-אנרגיה', נחריף את משבר המזון. זו טעות; צמחים מהונדסים מסוגלים כאמור לחיות על כמויות מים מוגבלות, ובשטחים לא חקלאיים, ולכן זה מקרה קלאסי של win-win: יותר מזון, יותר אנרגיה, יותר מים זמינים.

"עם זאת, כדי להגיע לשָׁם עלינו לחצות את אותם מחסומים פסיכולוגים של התנגדות להנדסה גנטית - ולשם כך עלינו להבין שהמחסום הזה מסוכן לאנושות לא פחות מההנדסה הגנטית עצמה."