חרטוטי פוטוסינטיזה

פוטוסינטיזה זה נושא חשוב. אני לא סתם אומר. אני עושה דוקטורט על הנושא הזה. זה באמת מדהים. תחשבו על זה – כל מה שחי בעולם הזה מבוסס הרי על פחמן : סוכרים, שומנים, דנ"א ואפילו חלבון. זה הכול מולקולות שהבסיס שלהם הוא אטומי פחמן. והפחמן הזה לא מגיע משום מקום. ברוב רובם של המקרים, ברוב מוחץ שאין כמותו, הפחמן מגיע מתהליך אחד בטבע  – הפוטו-סינטיזה.הייצור בעזרת האור. השמש שולחת לנו את גליה, אנרגיה חמימה ומאירה . והיצורים הפוטוסינטטיים (כמו למשל צמחים), הם יצרו לעצמם על הדרך מכשור מתקדם, אנטנות של ממש, שמה שהן קולטות זו קרינת האור של השמש (או כל מנורה שתחליף את זו). האנטנות קולטות את האנרגיה של האור וממירות אותה לאנרגיה  אחרת (כימית) שבעזרתה היצורים הפוטוסינטטים לוקחים פחמן דו חמצני מהאוויר והופכים אותו לסוכר (וגם משחררות חמצן על הדרך). שזה ממש ממש חיובי כחושבים על ההתחממות הגלובלית והצטברות גזי החממה (כמו הפחמן הדו חמצני). אז כן ,  פוטוסינטיזה זה מדהים. אבל מה שלא מדהים בעיני, בייחוד כמי שחוקר את הנושא ומאמין כי בעזרתו ניתן לעזור להרבה מהבעיות הסביבתיות והאנושיות כאחת, הוא החרטטנים וגרוע מכך השרלטנים. אותם אנשים שמחליטים לשחק על קלף הפוטוסינטיזה וה"ירוק" כדי למכור לאנשים מיזמים לא ריאליים במקרה הטוב ובלתי אפשריים לרוב. יש זיהום אוויר? אז בואו ניתן לפוטוסינטיזה לנקות אותו, כך מבטיחים יזמים. זה פשוט! הם טוענים. אז לא, אני לא טוען שזה לא אפשרי, אבל פשוט זה לא. פתרונות קסם אין. אני כבר ארבע שנים יושב ומנסה למצוא את הגן שמעכב את תהליך הפוטוסינטיזה באצות, כי התהליך הזה הוא אמנם מקסים ופלאי אך הטבע יצר כאן תהליך שמלא פגמים. אוקיי, אולי פגמים זו לא מילה טובה. אבל פגמים מבחינתנו, בני האדם שרוצים ליישם את התהליך לטובתנו. התהליך הזה לא יעיל בניצול האנרגיה של השמש.  זה תהליך רגיש, היצורים שעושים פוטוסינטיזה דורשים תנאים ייחודיים – יותר מדי חם לא טוב להם, יותר מדי אור והם מפרקים את האנטנות, קצת חומצי הם מפסיקים לעבוד. והנה מנגד, באים יזמים ומבטיחים הרים וגבעות. אז היום החלטתי לתת שתי דוגמאות לפתרונות "קסם", לבחון את ההבטחות ועל הדרך להסביר מושג או שניים על התהליך הזה שעומד בבסיס החיים על פני כדור הארץ. נתחיל עם הקליל שביניהם.

העלה המלאכותי

הרעיון הוא אמנם די פשוט, אך לא מלאכותי כפי שנטען ולא אפשרי מבחינה ביולוגית. משטחים שיבצעו פוטוסינטיזה וניתן לצפות איתם בניינים (וכך לנקות את האוויר העירוני מפחמן דו חמצני ולשחרר אליו חמצן) רקע קצרצר – בתוך תאיהם של הרבה יצורים בטבע קיימים אברונים (מלשון איבר, רק בקטן), האברונים האלו הם בעלי תכונות ייחודיות. בתאי הצמחים למשל ישנו אברון שנקרא כלורופלסט, שם מתבצעת הפוטוסינטיזה המדוברת. האברון הזה לא היה שם תמיד, בעבר האבולוציוני הרחוק (כך על פי התיאוריה) התבצעה מעין "בליעה" של חידק קטן שעושה פוטוסינטיזה, והוא המקור לכלורופלסט. ואכן לכלורופלסט ישנם מאפיינים של תא חיידקי, כמו דנ"א וקרום תא, אך הוא חי בתוך תאי הצמח.

אז הגיע ממציא בשם ג'וליאן מלכיאורי (ניתן לעיין באתר שלו) וחשב לעצמו – למה לא לקחת את הכלורופלסטים הללו מתוך תאי הצמחים, לקבע אותם על רקמה של סיבי משי, ולצפות עם הבד הירוק שנוצר בתים וכך לספק להם ולסביבה חמצן ולנקות את הפחמן הדו חמצני שעשיר בסביבה העירונית המזוהמת. מדליק לא? אז כאן יש בעיה. הכלורופלסטים הללו שג'וליאן מממצה הם באמת האחראים על תהליך הפוטוסינטיזה, אך אין להם כבר אפשרות לעבוד ללא תא הצמח מסביבם. הרבה מאוד מהגנים האחראים על תכונותיהם עברו כבר לתא הצמחי בתוכו הם חיים, ובעצם הם חצי עצמאיים חצי חלק אינטגרלי מהצמח. תוציא אותם מהתא – והם יחיו כמה דקות ואז ימותו. ושלא תבינו לא נכון, הרעיון יפה, למעשה יש ייצור בטבע שחשב על כך לפני ג'וליאן. הרכיכה הימית Elysia chlorotica (לדוגמא) מבצעת תהליך שנקרא קלפטופלסטיות (גניבה של פלסטידות, אברונים כמו זה שעושה פוטוסינטיזה). היא אוכלת אצות חד תאיות ואת הכלורופלסטים שלהן היא שומרת באיזורים ייחודיים בגופה ומפיקה בעזרתם מזון. אבל גם אצל הרכיכה הכלורופלסטים לא שורדים זמן רב כל כך (והיא נותנת להם את התנאים שהם צריכים). אבל בואו נלך שנייה צעד קדימה, בואו נעזור לממציא היקר. במקום כלורופלסטים שיופקו מתאי צמחים – בואו ניקח את החיידקים הקדמוניים שעושים פוטוסינטיזה ושהם המקור לכלורופלסט. הרי הם לא צריכים תא צמחי מסביבם, הם המקור והם חיים לבד. קוראים להם ציאנו- בקטריות (חיידקים כחוליים). נשתמש בהם במקום בכלורופלסטים שמפיק הבחור מעלים.  החיידקים  מגיעים במינים שונים ומשונים. מי שאוהב ללכת אחרי אופנות של "מזונות על" (שזה נושא לרשומה בבלוג בפני עצמו) שמע וודאי על הספירולינה, זהו סוג של אותם חיידקים פוטוסינטטיים. נשזור את החיידקים במשי ונצפה עם הבד בתים. לא? … לא!!! כפי שסיפרתי לכם תהליך הפוטוסינטיזה הוא כל כך עדין ומפונק, הוא חייב תנאים יחודיים לו. והאצות , הן חייבות סביבה מימית. אז אולי פשוט נציב מיכלי מים מסביב לבתים עם אצות בתוכן? או , זה כבר עושים . זה אפשרי במידה מסויימת. אישית אני מאמין שזה לא יעיל, אך לא נלאה אתכם עם החישובים (אלא אם תדרשו זאת בתגובות). אבל למען האמת ג'וליאן הוא בחור די סבבה. הוא מעצב תעשייתי שסה"כ חשב כמה צעדים קדימה ולא דאג לבסס את הרעיונות שלו. אז עכשיו בוא נעבור לחרטטן האמיתי. יזם של ממש. ביוטכנולוג. אדם שהולך ופשוט מנסה לרמות אנשים תמימים.

מנורת האצות !

פייר קלג'ה הוא ביולוג, אחד שמבין משהו בצמחים ובפוטוסינטיזה.  והרעיון שלו הוא די פשוט : אצות חד תאיות הן יצורים מקרוסקופיים אשר מבצעות פוטוסינטיזה. והן משתמשות באנרגיית אור על מנת לבצע זאת (מכאן ה "פוטו" בפוטוסינטיזה). למה לא אם כן לקחת מנורות ולשים סביבן אמבט מלא באצות. האור יאיר את האצות ואת החלל בו יונח (חדר או משרד), והאצות יעשו פוטוסינטיזה – יקחו פחמן דו חמצני וישחררו חמצן. גם תאורה וגם אוויר נקי. אתם מוזמנים לשמוע את הרצאתו של הבחור ב TEDx או לקרוא בדף החברה של הבחור מדהים לא? לא!!! בואו נסביר את הכשל ברעיון – קודם מהכיוון היותר פיזיקלי. אור הוא לא קסם, זו אנרגיה. אם האצות משתמשות באנרגיית האור כדי לבצע פוטוסינטיזה ולנקות את האוויר, זה אומר שהן לוקחות מהאנרגיה של המנורה (הן בעצם ממסכות את המנורה). האצות לוקחות מנת אור (אנרגיה) מהמנורה ולכן כדי לקבל את אותה רמת תאורה שרצינו מראש צריך להאיר במנורה חזקה יותר (בגדול – העצמה שאנחנו רוצים + העצמה שלוקחות האצות לפוטוסינטיזה). אז תכלס אנחנו מקבלים זיהום אוויר, רק במקום אחר, בתחנת הכוח. אבל רגע, יש פה הרי תהליך נוסף ורצוי, ניקוי האוויר בחניון, זה לא שווה את האקסטרה חשמל? לא! תהליך הפוטוסינטיזה הוא לא יעיל כלל וכלל (ביעיל אני מדבר על פי תפיסתנו האנושית כמובן): אנחנו ממירים אנרגיית חשמל לאנרגיית אור, והיעילות כמובן לא מקסימאלית ( בזבוז מספר אחת) האצה ממירה את אנרגיית האור מהמנורה לאנרגיה כימית בצורה עוד פחות יעילה (בזבוז מספר שתיים) לאחר מכן האצה משתמשת באנרגיה הכימית לקחת פחמן דו חמצני מהאוויר (בזבוז מספר שלוש וגם נושא הדוקטורט שלי) לכן הרבה יותר יעיל שתיקחו את החשמל מראש ותפנו אותו למאוורר (במקום למנורה חזקה יותר) שימיר את החשמל לפעולת מנוע. לא יעיל מאה אחוז, אבל הוא לא יעיל פעם אחת ודי. אה, ועוד משהו – כשהאצות עושות פוטוסינטיזה הן גדלות. ככה הן הרי יוצרות לעצמן מזון. אוכלות ואוכלות, מתישהו מתפצלות. אתם יודעים איך אומרים – פעם הייתה אצה אחת בעולם, היום יש הרבה.  וככל שהגידול הולך ומתקדם – הפוטוסינטיזה מאבדת מיעילותה. התאים חיים בסביבה צפופה  ולא נעימה. הן פולטות כל הזמן לסביבתן חומרים שמפריעים לגידול שלהן, בהרבה מקרים אלו חומרים שמהווים סוג של תקשורת בין אצות שאומרת – ממש חרא פה, בא לי למות (והן אכן מתות, מסיבה זו ואחרות).  במעבדה שלי לקחתי פעם אצות שהגיעו כבר לשלב בו הן לו התחלקו יותר, היה להן צפוף ורע, ואז החלפתי להן את המצע הנוזלי בו הן חיו… והופ, הן המשיכו להתחלק ולגדול עוד קצת. אז לא. זה לא שפשוט שמים אצות מסביב למנורה ויש קסם. חייבים לשמור על הסביבה שלהן, חייבים לספק להן חומרי תזונה כמו למשל חנקן (שמשמש אותן ליצירת חלבונים) מגנזיום (שמשמש אותן ליצירת הקולטנים של האור באנטנות) ואפילו מנגן (שעוזר להן לפרק ליצור את החמצן אותו הן משחררות לסביבה לאחר שפירקו אותו ממולקולות מים). אז צר לי לנפץ אשליות. פוטוסינטיזה היא תהליך מדהים, טבעי, בעל פוטנציאל – אך קשה מאוד לשליטה וליישום אנושי ממוקד. מצד שני הצבע הירוק הפך בעצמו לסמל לאלטרנטיבות ברות קיימא ופתרונות סביבתיים, לכן קשקשנים תמיד יהיו שינסו למכור לכם פתרונות קסם תוך פיזור ערפל ירקרק מול עיניכם. ושלא תבינו לא נכון – הפוטוסינטיזה תעזור לנו לשפר את העולם הזה, היא למעשה עושה את זה כל הזמן, אפילו בתעשייה (מאיפה נראה לכם מגיע האוכל שלכם?). אבל  היא לא קסם.