סוף לאבעבועות השחורות? - איתן ישראלי

 

בשנת 1977 הכריז ארגון הבריאות העולמי (אב״ע), שמחלת האבעבועות השחורות חוסלה מן העולם. זה למעלה משני עשורים שרשויות הבריאות חדלו מלחסן את האוכלוסייה, ואכן מרבית אוכלוסיית העולם אינה מחוסנת בפני הנגיף. 

אב״ע התיר רק לשתי מעבדות, אחת במרכז לבקרת מחלות באטלנטה בארה׳׳ב ושנייה במרכז המחקר הרוסי לנגיפים בקולצובו נובוסיבירסק, להמשיך לחקור ולהחזיק בנגיף. מעבדות אלה הינן ברמת בטיחות הגבוהה ביותר (4), ורמת האבטחה של מאגרי הנגיף אף היא גבוהה ביותר. 

נגיפי Variola במיקרוסקופ אלקטרונים סורק

המקור -  CDC/ Dr. Fred Murphy; Sylvia Whitfield

החל משנת 1966 הוחלט ע״י אב״ע להשמיד את כל מאגרי הנגיף. ביצוע החלטה זו נדחה משנה לשנה עד ליוני 1999 ועתה הודיע ממשל קלינטון שהוא לא יציית להחלטה וימשיך להחזיק בנגיף. החלטה זו נובעת ממחשבה, שיהיה צורך בנגיף השלם כדי לפתח תרכיבי חיסון יעילים וחומרים נוגדי נגיפים. 

ההחלטה להשמיד את הנגיף נבעה מחשש שמא הוא יתפזר לסביבה בטעות או במתכוון (ע״י קבוצות טרור למשל), ויעשה שמות באוכלוסיית העולם שאינה מחוסנת. 

עקב התנועה הבין יבשתית הנאמדת במיליוני בני אדם ליום, לא יהיה ניתן לעצור את התפשטות המחלה כמגיפה כלל עולמית. מאגר התרכיבים העולמי נאמד כיום בכ-50 מיליון מנות, מהן בין 7-5 מיליון בארה״ב. 

אין ספק שבמקרה מגיפה, ארצות בעלות התרכיב יעדיפו לשמרו לעצמן. מומחים מעריכים שאפילו תכנית חרום לייצור תרכיב לנגיף תארך כשלש שנים עד שהמוצר יהיה זמין לציבור. מסיבות אלה ואחרות יש המצדדים בהשמדת הנגיף ויש השוללים זאת. מכל מקום, אב״ע אמור להתכנס ולהחליט בסוגיה זו בקרוב.

המקור:  353,1539 ,1999 Lancet

פורסם ב"תצפית" 6, יולי-אוגוסט 1999

הצורה היא ההישרדות

 

מושבות חיידקים ויצורים חיים אחרים מפתחים את תבניות גידולם בדומה להתארגנות של מערכות דוממות. הפיסיקאי פרופ' אשל בן-יעקב מאוניברסיטת תל-אביב ועמיתיו מסבירים וממחישים.

בעשרים השנים האחרונות החלו פיסיקאים להבין כיצד מתהוות צורות בחומר. פרופ' אשל בן-יעקב מבית הספר לפיסיקה ואסטרונומיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר של אוניברסיטת תל-אביב, ראש המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה, פתר את חידת התהוות צורתם של פתיתי שלג, וגילה, שביכולתו לנבא ואף לבנות מודל של התארגנות עצמית של יצורים חיים, כגון מושבות חיידקים, על פי חוקים פיסיקליים, הדומים לאלה החלים על התפתחות התבניות בטבע הדומם.

שוו לנגד עיניכם "שרך" של שלג על חלון קפוא, מולקולות מים נודדות על משטח החלון ייתקלו באקראי בשרך וייצמדו אליו, הסבירות שהמולקולות ייתקלו בחלקיו החיצוניים של השרך וייצמדו אליהם גבוהה יותר, ולפיכך כל אחד מסעיפיו המזדקרים כלפי חוץ ייטה להמשיך ולהתארך. זאת ועוד, מולקולות המים יעדיפו כיווני התמקמות מסוימים על גבי פתית השלג, מאחר שהאוריינטציה שלהן מוכתבת על ידי מבנה גביש הקרח. כך, ובתגובה על תנאי טמפרטורה ולחות מסוימים, נוצר מבנה גבישי מורכב.

מושבת חיידקים שאופן אירגונה העצמי דומה לזה של פתית שלג

מושבות חיידקים ויצורים חיים אחרים מפתחים אף הם את מבני גידולם בתגובה על תנאי מזון, טמפרטורה ולחות מסויימים, בדומה להתארגנות של מערכות דוממות, לדוגמה, מושבת חיידקים יכולה להסתעף על פי עקרונות דומים לאלה המנחים התארגנות של פתית שלג. חיידקים המצויים על גבי מצע מזון קשה מדי יתקשו לנוע לעבר מזונם, אבל מולקולות המזון, שיכולות לנוע באופן דיפוזי בתוך המצע לעבר המושבה, ייטו להיתקל בחיידקים המזדקרים החוצה מתוכה, בדומה למולקולות המים הנצמדות לזיזי גביש הקרח. החיידקים ניזונים, גדלים ומתרבים על ידי התפצלות לשניים. כל התקבצות של חיידקיים תוביל להיווצרות ענף נוסף של המושבה.

הענפים המסתעפים מתחלפים בתלתלים, כשמושבת החיידקים מסוג Paenibacillus dendritiformis גדלה על גבי מצע גידול רך.

מערכות חיות

אולם בניגוד לשרך השלג, החיידקים יכולים לחוש את סביבתם, ו"להעדיף" תבניות גידול מסוימות על פני אחרות, כדי להבטיח את הישרדותם. מושבות חיידקים יכולות ללבוש צורות מורכבות יותר בגלל היותם יצורים חיים. פרופ' בן-יעקב מצא, שאם מגדלים את החיידקים על גבי מצע רך יותר, התבנית המסתעפת הראשונית של המושבה משתנה באופן ספונטני, והופכת לתבנית דמוית תלתלים מסולסלים, המתפשטת במהירות רבה יותר. במיקרוסקופ מבחינים בכך שלהסתלסלות הדגם גם נלווית התארכות ניכרת של כל חיידק יחיד. על אף שהשתנות זאת משפרת בעליל את כושר תנועתם של החיידקים (ולפיכך את נגישותם למזון) לא ידוע בדיוק מה מחולל את ההתארכות.

לא זו בלבד שהחיידקים חשים את סביבתם, מוסיף פרופ' בן-יעקב, ביכולתם אף להשפיע עליה, למשל על ידי יצירת נוזל המאפשר להם לנוע על גבי משטח המזון הקשה, זאת, כשם שביכולתם להשפיע זה על זה למשל על ידי הפרשת כימיקלים המשפיעים על תנועתם, ההופכת מאקראית לתנועה המכוונת על פי מפל הריכוזים של החומר המופרש. החיידקים מגיבים לתנאי סביבה קשים, כמו חוסר מזון או אנטיביוטיקה, על ידי יצירת תקשורת כימית (למשל, הפרשה של כימיקלים הגורמת להפעלה של גנים מסויימים) וגנטית (העברת מידע גנטי), כמו גם יצירת וריאציות חדשות של עצמם.

ביולוגיס העוסקים בשאלה, כיצד אוסף של תאים יחידים הופד לאורגניזם ומתפקד ברמה גבוהה יותר, מסתמכים בעיקר על טכניקות ביוכימיות וגנטיות. יעדם הוא לחשוף את חוקי המשחק המיקרוסקופיים. אבל הפיסיקאים כבר נוכחו לדעת, שהחוקים השולטים ביחסי הגומלין בין "עולם המיקרו" של חלקיקים תת-אטומיים לבין "עולם המקרו" של גופים גדולים יותר, מציגים בעיה מורכבת יותר, שהבנת היצירתיות של החיידקים עשויה לסייע בפתרונה. המאמר מבוסס על כתבת שער, שהתפרסמה בכתב העת Scientific American, אוקטובר 1998, מאת פרופ' בן-יעקב ועמיתו האמריקאי, פרופ' הרברט לוין, פרופסור לפיסיקה באוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו.

על גבי מצע גידול קשה יוצרים חיידקי Paenibacillus vortex מערבולות מסתובבות, המאפשרות למושבה להתקדם ולהתפשט על גבי המצע כמו מכבש כבישים.

צילומים: עמיקם שוב

פורסם ב"תצפית" 6,  יולי-אוגוסט 1999

תירס מהונדס, קוטל פרפרים

 

חוקרים אמריקאים גילו, כי האבקה הנפלטת מאבקנים של פרחי תירס שעבר שינויים גנטיים, היא קטלנית לסוג מסויים של פרפרים. עובדה זו מעכבת עתה פיתוחים ביו-הנדסיים בצמחים אחרים.

פרפר המונרך  - זכר
 Derek Ramsey (2007)

לפי הממצאים מתברר שאבקת פרחי תירס, שלזרעים שלהם הוחדר הגן של הרעלן, שאותו מייצרים חיידקי Bacillus thurgiensensis - גורמת למותו של זחל פרפר המונרך (Danaus plexippus). מדובר ברעלן שנועד להקנות לתירס עמידות בפני זחלי פרפרים וחרקים מזיקים אחרים, ולהפחית בכך את כמות הכימיקלים קוטלי החרקים שבשימוש החקלאים. בדרך זו, הפרפר היפה הופך להיות קורבן של המלחמה במזיקי התירס.

לתוצאות מחקר זה עשויות להיות השפעות משמעותיות ביותר על אזורים נרחבים בארצות-הברית שבהם מגדלים תירס, ואשר משמשים גם כאזורי התרבות של הפרפרים. אגב, כ-20% מתנובת התירס בארצות-הברית השנה, התקבלה מזרעים ביו-הנדסיים.

המקור: "ירוק כחול לבן" 26, יוני-יולי 1999

מי מפחד מצמחים מהונדסים? - יוסי הירשברג ואריה מעוז

הוויכוח על השימוש בצמחים שהושתלו בהם גנים זרים לא יורד מכותרות העיתונים. חדשות לבקרים מופיעים זנים חדשים של צמחים "'מהונדסים", ובמקביל נשמעים קולות התנגדות, שלעתים מלווים בפעולות מחאה נגד הטכנולוגיה החדשה.

בחודש פברואר האחרון התעורר בבריטניה ויכוח לוהט בנושא צמחי מזון שהוחדרו אליהם גנים זרים, בעקבות מקרה שאירע בקיץ. באוגוסט 98' הופיע חוקר בריטי בשם ארפאד פוסטאי ממכון המחקר רווט מסקוטלנד בתכנית טלוויזיה פופולרית וטען כי חולדות שאכלו תפוחי אדמה שהונדסו גנטית סבלו מהפרעות בגידול ובתפקוד מערכת החיסון. אל תפוחי האדמה הוחדר גן שהביא ליצירת לקטין - חלבון צמחי שגורם, בין השאר להדברת חרקים. לטענתו של פוסטאי טכנולוגיית ההנדסה הגנטית ולא הלקטין, היא שגרמה לתופעות אלה. התקשורת בבריטניה גילתה עניין רב בפרטי המחקר, אלא שאז התברר על-ידי צוות חוקרים בכירים שמונה לבדוק את הניסויים בקפדנות, ש"הנתונים עליהם התבסס פוסטאי היו לא נכונים". חיות הביקורת שבחר לאימות טיעוניו לא התאימו לצורכי הניסוי שביצע ולכן מסקנותיו היו בלתי מבוססות. מכון רווט התנצל בפני הציבור על הפצת "מידע מטעה" והשעה את פוסטאי. אולם, האחרון לא ויתר ושלח מכתבים לחוקרים ברחבי העולם ובהם הסביר את ניסוייו וניסה לשכנעם בצדקת טענותיו. בתחילת פברואר השנה התפרסם גילוי דעת של כעשרים מדענים, שתמך במסקנות מחקרו של פוסטאי. המדענים ממכון רווט שבדקו את הניסויים המשיכו, לעומת זאת, לטעון שהמחקר היה שגוי והביאו כראייה את העובדה שאף כתב-עת מדעי לא היה מוכן לפרסם אותו.

כל הפרשה יכולה הייתה להסתיים בכך, אלא שהנושא כולו טעון ונוצל מיד על-ידי פוליטיקאים כדי לנגח את הממשלה. חבר הפרלמנט הבריטי אלן סימפסון האשים את הממשלה ואת התעשייה הביוטכנולוגית בסילוף האמת וקרא לחרם על ההנדסה הגנטית של מוצרי מזון. גופים וארגונים שמתנגדים להנדסה גנטית בצמחים, הצטרפו גם הם לוויכוח הציבורי מנגד, הממשלה ואיתה כמעט כל המדענים ומוסדות המחקר בבריטניה, ממשיכים לטעון ולהוכיח שזוהי טכנולוגיה בטוחה הצופנת בחובה סיכויים גדולים וסיכונים מועטים ביותר.

שוק אוכל בניו-דלהי; מקצת מהירקות מהונדסים.

בפברואר 97' פורסמה בעיתונות ידיעה לפיה מתנגדת ממשלת מצרים ליישום טכנולוגיית ההנדסה הגנטית בצמחים. משרד הבריאות המצרי דרש עבור כל מוצר יבוא שנועד לשימוש הציבור, אישור כי לא עבר שינויים גנטיים. להחלטה זו נודעת השפעה רבה על יצוא ארה"ב, מכיוון שמצרים היא קניינית גדולה של תוצרת אמריקנית. לאחר מו"מ בין נציגים מצריים ואמריקאים נמסר על "הקלה בחרם המצרי בכל הקשור ליבוא צמחים מהונדסים גנטית", ובדצמבר 97' הודיעו המצרים כי "המחלוקת בין ארה"ב ומצרים בנושא יושבה".

* * *

ובשוויץ, נאלצו באותה שנה יצרני שוקולד להחזיר ממדפי החנויות 500 טון שוקולד ולהשמידו. הסיבה לכך הייתה שהשוקולד הכיל לציטין שהופק מסויה שטופחה בשיטות של הנדסה גנטית. בעקבות זאת איימו יצרני השוקולד להעביר את התעשייה אל מחוץ לאירופה. בשוויץ, כמו במדינות אירופיות אחרות, פועלים ארגונים ותנועות המתנגדים לשימוש ביצורים מהונדסים. שנה מאוחר יותר, בקיץ 98', נערך בשוויץ משאל עם שבו התבקשו האזרחים להביע את דעתם בנושא ההנדסה הגנטית. לראשונה בעולם התבקשו אזרחי מדינה לאשר או לשלול את הטכנולוגיה החדשנית. על רקע השמרנות שמאפיינת את השוויצרים הייתה התוצאה מפתיעה מאוד: כשני שליש מתושבי שוויץ תמכו בהסרת החרם על המוצרים המהונדסים ואישרו את המשך המחקר והפיתוח בתחום.

על מה הרעש? למה כה חריפה ההתנגדות לשימוש בצמחי מזון מהונדסים? והאם אכן יש לכך סיבה ממשית ומוצדקת?

היסטוריה קצרה

לפני 15 שנים הצליחו לראשונה מדענים להחדיר גנים לצמחים. תחילה יישמו את הטכנולוגיה באופן ניסויי בצמחים ששימשו כמודל - בטבק למשל, ובהמשך בצמחי גידולים חקלאיים חשובים, ביניהם תירס, אורז, סויה ועגבניות. עשר שנים מאוחר יותר יצא לשוק הצמח המהונדס הראשון. היה זה זן עגבנייה שנקרא Flavr Savr, שהניב עגבניות בעלות חיי מדף ארוכים. כיום, למעלה משליש הגידולים החקלאיים החשובים בארצות הברית ובקנדה הם זנים מהונדסים, בתוכם תירס, סויה וכותנה; וברחבי העולם היקף השימוש בצמחי מזון מהונדסים גנטית הולך וגדל. אולם, כאמור, לא בכל המדינות התקבלה ההנדסה הגנטית בצמחים בזרועות פתוחות. באירופה, לדוגמה, התייחסו אליה בחשדנות רבה, ולאחרונה גברה ההתנגדות, בעיקר בקרב ארגונים לשימור הסביבה ולמען חקלאות אורגנית, ואפילו בחוגים דתיים. הגדיל לעשות הנסיך צ'ארלס מבריטניה שפרסם מאמר בעיתון דיילי טלגרף ביוני 98', ובו כינה את ההנדסה הגנטית בצמחים "מתקפה כנגד הטבע וכנגד אלוהים". המדענים, הניצבים מעבר למתרס, בטוחים באמינותם ובבטיחותם של הצמחים המהונדסים.

מימין: תפוחי-אדמה מהונדסים עמידים לקוטלי עשבים - לאחר ריסוס
משמאל: הצמחים הפגועים מהריסוס הם צמחים רגילים.

בתי חרושת טבעיים

מבצע חיסון המוני כנגד שלשולים - אחת מסיבות המוות העיקריות בילדי המדינות המתפתחות - נערך לילדים מכמה מדינות אלה. תרכיב החיסון היה מרוכז בתוך תפוח אדמה, אותו התבקשו הילדים לאכול. בצמחי תפוח האדמה הושתל גן המקודד את אחד מחלבוני המעטפת של החיידק E. coli, האחראי על רוב מגיפות השלשול בעולם השלישי. אכילת תפוח האדמה המהונדס מביאה ליצירת נוגדנים כנגד מעטפת החיידק, שמחסלים חיידקי E. coli שפולשים לגוף.

תרחיש זה נשמע כלקוח מספרי המדע הבדיוני, אולם, לאמיתו של דבר, הוא קרוב מאוד למציאות. במכוני המחקר של החברות הביוטכנולוגיות מייצרים היום תרופות ומוצרים שונים בכמויות גדולות ובמחיר זול באמצעות צמחים ובעלי חיים המשמשים בתי חרושת טבעיים. חברות טיפוח זרעים הצליחו לפתח זנים משופרים של תירס, לפתית, תפוחי-אדמה, עגבניות, סויה, כותנה, טבק, קישוא, פפאיה ובננה, עם תנובת חלבונים גבוהה יותר, שומנים בריאים יותר, צמחים בעלי עמידות לתנאי יובש, לקוטלי עשבים וחרקים, וזו רק תחילת הדרך.

הנה לפניכם פיתוחים שהגיעו לשלב מסחרי:

• תכונות עמידות: עמידות כנגד מזיקים (חרקים ותולעים), עמידות למחלות (פטריות, חיידקים ונגיפים), עמידות לקוטלי עשבים, ועמידות לעקות כמו מליחות, יובש וקור.
• תכונות יבול: הארכת חיי מדף של פירות, ושינוי טיב היבול ואיכותו.
• ניצול הצמחים לייצור חומרים שונים: לדוגמה: פולימרים, סוכרים, חלבונים, נוגדנים ותרכיבי חיסון.

מוצרים עתידיים של הנדסה גנטית בצמחים נמצאים כעת בשלבי פיתוח שונים. הם כוללים מגוון יישומים רחב מאוד: מוצרי מזון לאדם ולבעלי חיים, תרופות וחיסונים, חומרי טבע שונים המשמשים לקוסמטיקה, פולימרים וסיבים לתעשייה, תחליפים לדלק וכן צמחים מהונדסים שמסוגלים לנקות קרקעות מזיהומים סביבתיים. בשל ההיקף העצום של הייצור החקלאי, יש להנדסה גנטית בצמחים חשיבות יישומית ראשונה במעלה. למעשה, זוהי ההשפעה הכלכלית הגדולה ביותר שתהיה להנדסה הגנטית בכלל. על פי נתוני הארגון לשיתוף פעולה כלכלי ולפיתוח, כ-98% מכלל המוצרים שפותחו כתוצאה מיישום של טכניקות ההנדסה הגנטית הם בצמחים.

טכנולוגיית ההנדסה הגנטית פותחה במדינות המפותחות והיא מתבצעת בעיקר בחברות מסחריות שפועלות בארצות הברית ובאירופה, אך נראה כי בעתיד הקרוב היא תוכל לשמש את כל תושבי כדור הארץ. כבר היום גדלים צמחים מהונדסים המשווקים בהיקף נרחב ב-45 מדינות, ובעתיד צופים שחקלאים בעולם כולו ישתמשו בהם. בכנס הבינלאומי לביוטכנולוגיה ותרביות רקמה של צמחים, שנערך בירושלים ביוני 98' ושרבים ממשתתפיו היו נציגים ממדינות מתפתחות באסיה, אפריקה ודרום אמריקה, נקבע שביוטכנולוגיה של צמחים היא הדרך היחידה האפשרית להספקת מזון לכל תושבי כדור הארץ בעתיד.

מה הם "צמחים מהונדסים"?

הנדסה גנטית הוא שם פופולרי לטכניקה שבה משנים באופן מלאכותי את ההרכב הגנטי של יצורים בכך שמעבירים אליהם קטעי DNA מיצורים אחרים (ראו: "צמחים מהונדסים", גליליאו 13). ה-DNA הוא החומר שקובע את התורשה בכל היצורים החיים (ורוב הנגיפים). הוא בנוי כשרשרת ארוכה שמורכבת מארבע אבני בניין הקרויות נוקלאוטידים. רצף הנוקלאוטידים ב-DNA קובע את הרכב החלבונים הנוצרים בתאיהם של היצורים החיים, והוא הקובע את אופי התאים ואת תהליכי ההתפתחות של בעלי חיים וצמחים. קטע DNA האחראי לייצור חלבון אחד נקרא גן. אולם לא כל הגנים אחראים לייצור חלבון. יש כאלה שמשמשים מתגי הפעלה של גנים אחרים. ולעתים הם מופקדים על תהליכים אחרים בתא. לכל יצור יש מספר גנים קבוע: לחיידקים יש אלפים בודדים, לשמרים כ-6,000 גנים, לצמחים עשרות אלפים ולבני אדם כשבעים אלף גנים.

אם משתילים גן זר בתוך הכרומוסומים של יצור מסוים, נוצר חלבון מסוג חדש בתאי אותו יצור. משהושתל גן זר בכרומוסום הוא מהווה חלק אינטגרלי ממכלול הגנים, ומכאן ולהבא הוא יעבור בתורשה מתא אם לתאי הבת ומהורה לצאצאיו. ראוי לציין שעצם שתילת גן זר לא מהווה ערובה לכך שהוא יקנה לייצור המהונדס תכונה חדשה. לשם כך עליו להתבטא בסביבתו התאית החדשה. ביטוי גנטי של רצף DNA מתרחש כאשר הגן גורם לייצור החלבון המסוים שאותו הוא מקודד או כאשר הוא משפיע על ביטוי גנים אחרים, ובכך הוא משנה תהליכים מטבוליים בתא.

בהנדסה גנטית בצמחים נוקטים באחת משלוש האפשרויות הבאות:

• החדרת גן זר: על מנת להקנות לצמח תכונה חדשה, שותלים בו קטע DNA שמקורו ביצור אחר - חיידק, פטרייה, בעל חיים או צמח ממין אחר. כדי שהגן הזר יתפקד כהלכה בצמח, יש לערוך טיפולים שיאפשרו את ייצור החלבון שהוא מקודד. וכן שהחלבון ייווצר בחלקי הצמח הרצויים ובזמן המתאים. למשל, כדי להפעיל ייצור תרכיב חיסון מסוים בפרי באמצעות גן שמייצר את חלבון התרכיב, הגן צריך להתבטא אך ורק ברקמת הפרי ולא ברקמת העלה. מבין התכונות החדשות שהעבירו לצמתים באופן זה. נציין עמידויות למזיקים ולמחלות ועמידויות לקוטלי עשבים.
• הגברת פעילות של גן עצמי: לעתים די בהגברת ביטוי של גן שנמצא ממילא בצמח באופן טבעי על מנת לקבל תכונה רצויה. כך, למשל, הגברת גנים האחראים לייצור חומצות שומניות בעלות ערך תזונתי גבוה בזרעים של לפתית (קנולה) גורמת לייצור שמן בריא יותר. אפשר גם לשלוט על כמות ייצור השמן על ידי שינוי "מתג ההפעלה" של הגן.
• השתקת גן עצמי: בדומה להגברת הביטוי של גן עצמי. ניתן גם להפחית את ביטויו של גן ואפילו להשתיק אותו לחלוטין, כאילו אינו קיים יותר בצמח. לדוגמה, השתקת הגן המקודד אנזים שגורם להתרככות הפרי ומזרז את הבשלתו (פוליגלקטורונאז), מביאה להארכת חיי המדף של פירות. זוהי הטכנולוגיה שבאמצעותה יצרו את העגבנייה המהונדסת Flavr Savr. השתקה של גנים המקודדים את ייצור הגז אתילן בפרי, שמזרז תהליכי הבשלה, משיגה אותה מטרה.

על מה הצעקה?

כאמור, ניסיון מצטבר של עשרים שנות מחקר בהנדסה גנטית הרגיעו את חששות המדענים מפני אסון. אולם, יש עדיין כאלה שחוששים משינויים גנטיים בצמחים. במיוחד בולטת ההתנגדות באירופה, שהביאה למחאות אלימות של ארגוני סביבה מיליטנטיים באנגליה, אשר השמידו שדות תירס וגרמו לנזקים בהיקף של כמיליון דולר. מדוע מתנגדים להנדסה גנטית בצמחים?

אפשר לחלק את הסיבות להתנגדות לארבע קבוצות: נימוקים אתיים: סכנות בריאותיות: סכנות אקולוגיות ושיקולים מסחריים וטכניים.

הנימוקים האתיים נפוצים בעיקר בחוגים דתיים שרואים בהנדסה גנטית התערבות במעשה הבריאה המנוגדת לערכים דתיים. "את המניפולציות הגנטיות מן הסוג הזה יש להשאיר לאלוהים לבדו", כתב הנסיך צ'ארלס, במאמר בדיילי טלגרף. נציין בהזדמנות זו שאין בהלכה היהודית דברים היכולים להיחשב כהתנגדות להנדסה גנטית ולכך כבר התייחסו מספר רבנים. ארגונים אקולוגים וטבעונים מיליטנטיים חרטו גם הם על דגלם התנגדות עקרונית גורפת להנדסה גנטית מהטעם האידיאולוגי של התערבות האדם בטבע.

אלה המתנגדים להינדוס צמחים מסיבות בריאותיות מציינים שתי סכנות לכאורה. האחת, החדרת גנים המקנים עמידות לחומרים אנטיביוטיים שונים. הטענה: גנים אלה עלולים "לברוח" ולהגיע לחיידקים פתוגניים מחוללי מחלות באדם ובבעלי חיים ובכך לבטל את יכולתנו להתגונן מפניהם. הסיכוי התיאורטי למקרה כזה נמוך מאוד, ולמעשה זניח לעומת קצב התפשטות עמידויות לאנטיביוטיקה בחיידקים כתוצאה מתהליכים "טבעיים", שאינם קשורים כלל להנדסה גנטית. הסכנה הבריאותית השנייה נובעת מטיב הגנים המוחדרים לצמחים. קיים חשש, שביטוי גן זר בצמח יביא לייצור חלבון או חומר אחר, שעשוי לחולל תגובה אלרגית. גם כאן, יש לומר שהסיכוי לכך קטן ואינו משנה באופן משמעותי את מספר מקרי התגובות האלרגיות כתוצאה מחשיפת בני אדם לכימיקלים חדשים שנכנסים לשימוש יום יומי בכל תחומי חיינו.

המתנגדים להינדוס צמחים מהסיבה האקולוגית מונים את האפשרות ש"בריחת" גנים מצמחים מהונדסים אל הטבע תגרום לבעיות אקולוגיות שונות. למשל, צמח שבו נשתל גן המקנה עמידות לקוטל עשבים, עלול להפוך לעשב מזיק בגידולים חקלאיים אחרים ולא ניתן יהיה לחסלו בשל תכונת העמידות הזו. בדומה לכך, אם הגן המקנה את העמידות יעבור לצמחי בר קרובים בעקבות האבקה הדדית (מדובר במינים קרובים כמו לפתית וחרדל בר), הוא עשוי להפוך את צמח הבר לעשב רע שאינו בר-הדברה. על מקרה כזה דווח בשנה שעברה. על כך משיבים המומחים שיש בנמצא מספר קוטלי עשבים שונים ואין גן אחד שיכול להקנות עמידות לכולם. החלפת שימוש בקוטלי עשבים הוא הפתרון לבעיה זו. אולם, בכל מקרה, יש לתת על כך את הדעת.

עמידות לקוטלי עשבים בצמחי חקלאות מאפשרת לחקלאי טיפול יעיל ביותר כנגד עשבי בר על ידי ריסוס שדות בחומר כימי שהורג את כל הצמחים מלבד צמחי החקלאות העמידים. המתנגדים טוענים שהדבר יגביר את השימוש בכימיקלים בחקלאות, ויגרום לזיהום הסביבה, מקווי המים וכו'. דא עקא, השימוש בחומרים כימיים כקוטלי עשבים מקובל ממילא, משום שאין לו תחליף בשלב זה, ולכן מדובר בסך הכל בהעדפה של קוטל עשבים מסוים על פני אחרים בגידולים העמידים. משרדי החקלאות והסביבה במדינות שונות אינם מאשרים שימוש בכימיקלים שאינם מתפרקים באופן טבעי, והעמידויות המתקבלות בצמחים כיום הן כנגד כימיקלים כאלה. בהקשר זה נציין שהקניית עמידות לחרקים בשיטות ההנדסה הגנטית דווקא מפחיתה את השימוש בכימיקלים קוטלי חרקים מכיוון שהיא הופכת אותו למיותר.

סכנות אקולוגיות נוספות כרוכות בשימוש בגנים שמקנים לצמחים עמידות למחוללי מחלות (חיידקים ופטריות) או למזיקים (חרקים בעיקר). לדברי המתנגדים, מהר מאוד יתגברו מחוללי המחלות או החרקים על העמידויות ותתבטל השפעתם. יתר-על-כן, הם יהפכו למסוכנים יותר. מן הראוי לציין שתכונות (גנים) לעמידויות כאלה נמצאות בשימוש נרחב כבר זמן רב באמצעות השבחה גנטית קלאסית. לרוב, המקור הוא מיני-בר קרובים שהוכלאו עם צמחי חקלאות. גם כאן, שימוש במגוון של עמידויות שונות יבטיח מפני התפרצות מחלות ומזיקים.

בקרב המתנגדים להנדסה גנטית משיקולים מסחריים וטכניים בולטת קבוצה של חקלאים שחוששים מפני מונופוליזציה של חברות גדולות על טיפוח זנים חדשים בחקלאות. הנדסה גנטית היא טכנולוגיה מתוחכמת ויקרה, ורק חברות הענק מסוגלות לפתח אותה ולהשתמש בה. שיווק של זנים מהונדסים על ידי חברות אלו ידחוק את שאר מטפחי הצמחים מהשוק וישעבד את החקלאים לחברות הענק. זאת ועוד, טיפוח כזה על ידי מספר חברות קטן יחסית יגרום לאחידות רבה של החומר הגנטי בחקלאות, והשונות הגנטית שנובעת משימוש בזנים שונים תקטן. לאחידות גנטית יש חסרון מוכח בטווח הארוך: במשך הזמן עלולים להופיע מזיקים ומחלות שישמידו צמחים מזן מסוים וללא שונות כל הצמחים יושמדו. חשש נוסף, שאין לו בינתיים בסיס מדעי, הועלה על ידי חקלאים "אורגניים" מפני "זיהום" בגרגרי אבקה מצמחים מהונדסים שיקנה לגידולי החקלאות האורגנית תכונות חדשות.

רבים מנסים אמנם, לטפול את כל הסכנות על השינויים הגנטיים שייגרמו בעקבות המניפולציות של ההנדסה הגנטית, אולם יש לזכור שצמחים עוברים ממילא, באופן טבעי, שינויים תורשתיים רבים כתוצאה ממוטציות ומשינויים במיקומם של רצפי DNA בכרומוסומים. שינויים אלה, שמתרחשים באופן אקראי, הם הבסיס לטיפול גנטי ולהשבחה, וטכניקות אלה נהוגות למן העת העתיקה, כאשר האדם החל לביית את מיני הבר.

טרסות אורז בפיליפינים. בעוד כמה עשרות שנים רוב צמחי החקלאות יהיו מהונדסים.

שמירה על הסביבה

כבר בתחילת שנות השבעים, כאשר החלו לבצע את הניסויים הראשונים בהנדסה גנטית בחיידקים, הובעה דאגה בדבר סיכונים אפשריים של טיפולים גנטיים מסוג זה. השילוב של גנים זרים בכרומוסומים עורר את הדמיון והעלה את החשש מפני האפשרות של ייצור "מפלצות" שיהוו איום על המין האנושי ועל הסביבה. כדי לבדוק חששות אלה נדרשו החוקרים לבצע ניסויים ובדיקות יסודיות במעבדה.

בשנת 1974 פרסמו מדענים מתחום הביולוגיה המולקולרית מכתב בעיתון המדעי Science, בו מנו סכנות פוטנציאליות בשימוש בטכנולוגיה של העברת DNA מיצור ליצור, וקראו לפיקוח על הניסויים בהנדסה גנטית בעזרת הנחיות ותקנות. בעקבות הסערה הציבורית שחולל המכתב, יזמו מספר פוליטיקאים בארה"ב חקיקה להגבלת הניסויים בהנדסה גנטית.

בפברואר 75' נענתה הקהילה המדעית לאתגר הבטיחות בניסויים בהנדסה גנטית, ולמעלה ממאה מדענים מובילים בתחום הביולוגיה המולקולרית התכנסו בקליפורניה כדי לבחון סוגיה זו. ברוב גדול התקבלו החלטות לשמירה על כללי בטיחות מסוימים והתקבלה הסכמה לגבי הדרך שבה יש לפקח על הניסויים. כשנה אחר כך התפרסמו בארה"ב הנחיות של מוסדות הבריאות הלאומיים (NIH) בדבר ביצוע ניסויים ב-DNA מהונדס. בין השאר נקבעו קטגוריות סיכון שונות לפי סוג הניסויים. לכל קטגוריה כזו נקבעו תקנים מיוחדים לתפעול המעבדות, כשהעיקרון המנחה הוא להפריד את החומר הניסויי מהסביבה בדרגות בידוד שונות. נקבעו ועדות מייעצות לעבודה ב-DNA מהונדס ושותפו בהן גם נציגי ציבור שאינם מדענים. גופים דומים נוצרו באותה תקופה גם באירופה. את ההנחיות אכפו בהקפדה יתרה, הן מוסדות המחקר והן הגופים שמממנים את המחקרים (לרוב אלו הן קרנות ממשלתיות וציבוריות).

מלכתחילה סברו מדענים רבים שהנחיות מוסדות הבריאות האמריקאיים היו חמורות מדי, ובמספר מקרים אף בלתי מבוססות מבחינה מדעית. ככל שחלף הזמן והצטברו נתונים חדשים, התברר שהסיכונים מניסויים עם DNA מהונדס הם אכן קטנים מאוד. מאות ואלפי מעבדות ברחבי העולם בדקו עד היום היבטים שונים של הנדסה גנטית, ולאור הממצאים הוקלו ההנחיות באופן משמעותי. היום, לאחר כ-25 שנות מחקר בהנדסה גנטית, ברור שהחשש מייצור מפלצות גנטיות היה מוגזם. יחד עם זאת, לשחרור של אורגניזמים וצמחים מהונדסים לסביבה יכולות להיות השפעות שראוי לתת עליהן את הדעת.

מכיוון שניתן לייצר אורגניזמים וצמחים מהונדסים ולקבל מהם מוצרים שניתנים ליישום בתחומים שונים, יש צורך לבקר את שחרורם לסביבה באמצעות גופים מקצועיים האמונים על הטיפול בתחומים אלה. לכאורה, ההשפעות הסביבתיות הבולטות ביותר יכולות לנבוע מחיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים שהונדסו גנטית, ואולם למעשה, חיידקים שהשתנו באופן טבעי, או שהושרו בהם מוטציות אקראיות נמצאים בשימוש כבר עשרות שנים. הנפוצים ביותר הם החיידקים קושרי חנקן (מהסוג Rhizobium), שבהם משתמשים כתוספים לזרעי קטניות למעלה ממאה שנה. שימוש מוצלח בתכשירי הדברה ביולוגיים נעשה מזה שנים בחיידק Bacillus thuringiensis ובפטרייה Trichoderma. בנוסף לניסיון הארוך בשימוש במיקרואורגניזמים אלה ואחרים, קיימים ממצאים רבים המצביעים על כך שהיצורים המהונדסים אינם שורדים זמן רב בסביבה לאחר השימוש, תפוצתם נמוכה (באמצעות גורמים חיצוניים כמו רוח) והם אינם רעילים. לפיכך, יש יסוד סביר להניח ששחרור יצורים מהונדסים לסביבה אינו מסוכן. סברה זאת נתמכת על ידי פרסומים מדעיים רבים שהופיעו בשנים האחרונות שבחנו והעריכו כל מקרה לגופו, והם משמשים בסיס להערכת סיכון עתידי.

השימוש בצמחים מהונדסים נחשב בטוח יותר לעומת השימוש במיקרואורגניזמים, וזאת בעיקר בשל גודלם, קצב התרבותם והיותם קבועי מקום. אך יש שאלות שיש לדון בהן כאשר מעריכים את הסיכונים של ניסויי שדה בצמחים מהונדסים. המדיניות בה נוקטים להערכת ההשפעות הסביבתיות של צמחים מהונדסים היא לדון בכל מקרה לגופו, על מנת להימנע מפגיעה שלא לצורך בתוצר ביוטכנולוגי חדש. הגישה מתמקדת באפיון הסיכונים, אם הם קיימים, ונשענת על בסיס מדעי כדי להגן על הסביבה ובריאות הציבור מבלי לפגוע בתהליך של פיתוח הביוטכנולוגיה. תהליך זה שונה מהבדיקה המסורתית לסיכונים הסביבתיים של כימיקלים מכיוון שאין בו הנחה מראש של סיכון. גישה זו נסמכת על הדמיון של חלק מהתוצרים החדשים למוצרים ישנים ומסורתיים שאינם מהווים סיכון לבריאות האדם.

הציבור בארצות האיחוד האירופי מתייחס עד היום בחשדנות מסוימת אל ההנדסה הגנטית. עד לאחרונה היתה גם התנגדות ניכרת בעיקר מצד ארגונים למען הסביבה, התנגדות שלוותה בפעולות מחאה. המחאה התעוררה כשהתברר כי סויה שעברה הנדסה גנטית שווקה לציבור ללא ידיעתו. הדבר עורר תסיסה והלחץ הציבורי בדבר זכות הציבור למידע על המזון הנצרך על ידו הביא לכך שהעניין נידון במוסדות המשותפים של האיחוד האירופי בוועדות מיוחדות לנושא, שהחליטו על ניסוח שיקולים לסימון מוצרי מזון מהונדסים באיחוד האירופי, שנוכל למצוא אותן יותר ויותר בשנים הקרובות על המדפים.

קופסת רסק עגבניות שהופק מעגבניות מהונדסות, הנמכרת ברשת סיינסבורי באנגליה.

איך מפקחים

הינדוס צמחים מהווה אתגר גדול גם מתוך ההתייחסות להשפעה הסביבתית - הם משתרעים על פני שטחים עצומים ללא יכולת בידוד מהסביבה. המודעות לסיכונים סביבתיים וההתמודדות עם האתגר הבטיחותי מלווה את העיסוק ב-DNA מהונדס כבר מתחילת פיתוחה של טכנולוגיה זו. בארצות שונות קיימות הנחיות לכליאת הניסויים בהנדסה גנטית במתקנים מיוחדים. בהנחיות אלה מדברים על שני סוגי מיגון: מיגון ביולוגי ומיגון פיסי ברמות בטיחות שונות של מתקני המחקר שבהם נעשים הניסויים (בעיקר מעבדות וחממות).

בתחילת שנות השמונים חלה תפנית משמעותית בתחום הבטיחות הביולוגית בעבודה בהנדסה גנטית. עד אז החששות העיקריים היו סיכון אישי לעובדי המחקר ו"הימלטות" אורגניזמים מהונדסים לסביבה בגלל תקלה. בשנות השמונים פותחו זנים מהונדסים, תחילה של חיידקים ואחר כך גם של צמחים ובעלי חיים, שנועדו לשימוש נרחב בסביבה. בעקבות זאת נקבע שיש להקפיד בטיפול בזנים המהונדסים ולבקר את פיזורם בסביבה במהלך הניסויים ולאחריהם. כל זה תקף גם לגבי גידולים חקלאיים, אף שבניסויי שדה לא נתגלה כל סימן לנזק סביבתי. יחד עם זאת, כל החדרה של גנים חדשים לשדה חייבת להיות בפיקוח צמוד של ועדת מומחים רב-תחומית, שתהיה לה סמכות להפסיק את השימוש ברגע שיתגלה הסימן הראשון של שינויים לא חזויים בסביבה. לפי המלצות מומחים גובשו עקרונות משותפים לגבי הפיקוח והבקרה על עבודה וניסויים הנעשים בשיטות של הנדסה גנטית. ברמה הארצית יש צורך למצוא את האיזון בין הצורך להגן על הסביבה מבלי לפגוע בהתפתחות המדעית והחברתית-כלכלית; ברמה הבינלאומית מדובר בשיתוף מידע בין מדינות וגופים בינלאומיים כגון ארגון המזון והחקלאות, ארגון הבריאות העולמי, הארגון לשיתוף פעולה כלכלי ולפיתוח, האיחוד האירופי ואחרים. בדרך זו ניתן להגיע לקונסנזוס מדעי ביחס לתהליכי בדיקה וסטנדרטים אחידים של בטיחות מוצרי ההנדסה הגנטית עוד לפני הגעתם לשוק. בעיה נוספת היא סימונם של מוצרי מזון שנוצרו בתהליכי הנדסה גנטית. קיימים הבדלים בדרישות לסימון מזון ממקור מהונדס במקומות שונים בעולם. גם טיב הסימון ואופיו אינם אחידים ומושפעים משיקולים שונים.

צמחים מהונדסים בישראל

בישראל עוסקים בהנדסה גנטית במסגרת מחקר ופיתוח ביוטכנולוגי מתחילת שנות השמונים. בשנים האחרונות מגדלים בארץ, במסגרות מחקר שונות, צמחים מהונדסים שהוחדרו להם גנים למטרות חקלאיות ואחרות. בתחום זה מתבצעים בארץ כמה עשרות פרויקטים. הגנים המוחדרים לצמחים מייצגים מגוון רחב של תכונות: עמידות למחלות, לחרקים ולקוטלי עשבים; עמידות לעקה (מליחות, יובש) ותכונות יבול רצויות. פעילות מחקרית זו מלווה גם בניסויי שדה חקלאיים, בדומה למה שנעשה בחו"ל.

במכוני מחקר ובחברות נערכים ניסויי שדה בצמחים מהונדסים הכוללים פיתוח זני עגבניות משופרים בעלי עמידות לנגיפים, כמו גם עגבניות ללא זרעים; פיתוח זני תפוחי אדמה עמידים לנגיפים ולחרקים; פיתוח זני כותנה עמידים לחרקים ולקוטלי עשבים וזני ציפורן עם חיי אגרטל ארוכים יותר.

בסוף 1988 מינה המדען הראשי של משרד החקלאות ועדה לפיקוח ולקביעת אמות-מידה לניסויים בצמחים מהונדסים. הוחלט למנות ועדת פיקוח ראשית לצמחים מהונדסים (ורצ"מ), הפועלת מכוח חוק הגנת הצומח. חשיבות הנושא גדולה גם בשל דרישתן של קרנות שמממנות את המחקר בישראל, לקבל אישורים רשמיים בדבר בקרה ופיקוח על ניסויים בצמחים מהונדסים במוסדות המחקר הפונים אליהן.

לפיכך, כל מי שמתכנן לבצע ניסויי הנדסה גנטית בצמחים ובמיקרואורגניזמים הקשורים אליהם במעבדה, בחממה ובשדה, חייב להגיש בקשה ובה תוכנית מחקר מפורטת. כמו כן, כל מי שמתכונן לייבא לארץ חומר צמחי מהונדס מחויב לפנות לוועדת בטיחות מוסדית או לורצ"מ ולהגיש בקשה לאישור אמצעי הכליאה ונוהלי הבטיחות שעליו לנקוט.

אין כיום מי שמטיל ספק בכך שההנדסה הגנטית בצמחים משנה את פני החקלאות בעולם. היא משכללת ומזרזת טיפוח זנים חדשים של גידולים עונתיים, שטובים בהרבה מהזנים הקיימים. בקרוב נראה גם עצי פרי משופרים, שקשה מאוד להשביח אותם בשיטות גנטיות קלאסיות. בעוד כעשר-עשרים שנה כל צמחי הגידול בחקלאות יהיו מהונדסים - את התהליך הזה לא ניתן לעצור. החששות מפני ביוטכנולוגיה בצמחים דומים לחששות שמתעוררים כל אימת שטכנולוגיה חדשנית חודרת בפתאומיות ובאופן מאוד קרוב לחיינו. הם נובעים מאי ידיעת העובדות ואי הכרת הטכנולוגיה. הפצת מידע אמין וברור לציבור הרחב, שקיפות ובהירות בנושא שיווק מוצרי מזון מהונדסים גנטית ובקרה מקצועית ובלתי-תלויה על ביצוע ניסויים, חיוניים על מנת לפזר את הפחדים, לעורר את אמון הציבור ולמנוע היסחפות להתנגדות בלתי רציונלית להנדסה גנטית בצמחים.

פרופ' יוסי הירשברג, גנטיקאי במכון למדעי החיים באוניברסיטה העברית בירושלים. עוסק בביולוגיה מולקולרית של צמחים ובבידוד גנים הקובעים צבענים (פיגמנטים) וויטמינים בצמחים.

ד"ר אריה מעוז, מזכיר הוועדה הראשית לצמחים מהונדסים במשרד החקלאות. 

 פורסם ב"גליליאו" גיליון 34, עמ' 41-35, מאי/יוני 1999.

החומרים הדרושים: בריכות, משאבות וכמה חיידקים – איל כץ

  

איך מטהרים מי ביוב, מה נכנס ומה יוצא ולמה נשפכים לים מיליוני קוב של מים טובים להשקיה. ד"ר יאיר פולקמן,  בעל חברה לתכנון מכוני טיהור, מעביר קורס בסיסי בטיהור. 

מי הביוב הם פקטור מאוד משמעותי במשק המים משתי סיבות. האחת, חובה לטפל בהם משיקולי בריאות ואיכות סביבה. הסיבה השנייה היא שלאחר שטוהרו, המים המושבים הם כמעט תרופת הפלא למשק המים הישראלי, המשווע לכל טיפה שימושית. כפי שעולה מהריאיון עם דני קריצ׳מן, המשאב הזמין הזה אינו מנוצל מספיק, או ליתר דיוק, מנוצל בדיוק ב־50 אחוז. יאיר פולקמן, ד״ר להנדסה סביבתית ואזרחית והמנכ״ל והבעלים של חברת חג״מ, יסביר לנו תיכף שתהליך הטיהור מספק לא רק מים, אלא גם זבל אורגני לחקלאות ואף גז בישול, שניתן לנצל להפקת חשמל.

בריכת טיהור באוסטרליה
Marcos von Sperling, Wikimedia commons

חג״מ, אחת החברות הגדולות מסוגה בישראל, היא חברה לתשתיות סביבתיות העוסקת במים, ביוב וניקוז. עיקר התמחותה הוא בטיפול במי ביוב, או במילים אחרות בתכנון מכוני טיהור. בשוק פועלות כמה חברות כאלו,  וחג״מ, שמשרדיה ממוקמים במתחם שפיים, היא החברה עם המספר הגדול ביותר של מכוני טיהור בארץ. בין השאר תכננה את מכוני הטיהור בהרצליה, צפת, המכון המשותף לכפר סבא והוד השרון, אשקלון, עומר, נהריה, ואת מכון טיהור קולחי השרון ליד תל מונד, המצוי בימים אלה בשלבי בנייה מתקדמים וישרת את יישובי גוש תל מונד. החברה מעורבת גם במכוני הטיהור של רמת השרון ובמכון שיקום באשדוד. החברה מפעילה באופן שוטף את הפרויקט שתכננה.

עשירית אחוז

כדי שנבין במה בעצם מדובר, ואיך אותם מים שעוזבים את ביתנו במצב צבירה לא כל כך טוב יכולים לאחר מכן להשקות גידולים חקלאיים, ואפילו גידולי מאכל, מסביר ד״ר פולקמן את עקרונות הפעולה של מכוני הטי¬הור. או למעוניינים: כך תכין לך במו ידיך מכון טיהור משלך.

״מה שמוזרם אל המכונים אלו שפכים גו¬למיים, כלומר כל הביוב שמגיע מהעיר. זה אומר המים מהשירותים, המקלחות, התעשייה, בתי חולים, וכל מקום אחר שבו צורכים מים. 

70 עד 80 אחוז מהמים שנצרכים מגיעים לבי¬וב, היתר מגיעים לשימושים אחרים, כמו שטי¬פת רצפות, השקיית גינות, שטיפת מכוניות וכדומה. אלו המים באיכות הכי ירודה שיש, והם כוללים חומרים גסים, חול, חומרים אורגנ¬יים, מלחים ומים. המים מהווים 99 אחוז מה¬ביוב, וכל החומרים המזהמים מהווים רק עשי¬רית אחוז. כל מטרתו של מכון הטיהור הוא לט¬פל באותה עשירית אחוז של חומרים מזהמים.

"הטיפול במים אלו מורכב משלושה שלבים. הטיפול המוקדם הוא סינון גושים גדולים, כמו סמרטוטים, חפצים, ניירות, קרשים ועוד. זה נעשה על ידי מסננים מכניים בצורת סורגים. מגרפה מעלה את זה למעלה, מכניסה לדחסן, הדחסן סוחט את המים, ומה שנשאר זו אשפה יבשה שהולכת לאתר אשפה. חלק נוסף של הטיפול המוקדם הוא שיקוע של חול וגרעינים שונים, ששוקעים מהר ואפשר להפריד אותם ולשטוף אותם.

״השלב הבא הוא שיקוע שני של חומרים או¬רגנים. זה נעשה בבריכות גדולות, שבהן עומ¬דים המים זמן ממושך יחסית, כשעתיים לערך, והחומר האורגני שוקע לקרקעית. החומר שש¬קע, הנקרא בוצה, נאסף על ידי מגרפות, וכש¬הוא מוצא החוצה, הוא עובר טיפול נוסף. במים, גם אחרי השיקוע השני, נשאר הרבה חומר אורגני שצריך להרחיק, ואז מגיע השלב השלישי, הנקרא טיפול ביולוגי.

״הטיפול הביולוגי הוא טיפול בנוכחות חמצן, טיפול אירובי, שבו מתפתחים חיידקים. מכניסים אוויר בשיטות שונות (מאווררים או מפוחים), ואז החיידקים הללו מתרבים למושבות שממש ניתן לראות אותן בצורת פתיתים על פני המים. החיידקים אוכלים את החומר האורגני שנותר, ואז המים מועברים שוב לבריכת שיקוע. החלק העליון הופך להיות מים צלולים ולמטה נותרים החיידקים. את החיידקים אוספים ומחזירים שוב לתהליך, ובכר מייעלים אות..

״אחרי בריכות השיקוע השניוני האלו, מי הקולחין צלולים, ברמה שמותרת להשקיה או להזרמה לנחלים. מדובר בינתיים בהשקיה לתעשייה, או למטעים בטפטוף, שבהם המים לא באים במגע ישיר עם הפרי. אם רוצים מים המיועדים להשקיה בלתי מוגבלת, חייבים לעשות טיפול נוסף, שכולל סינון וחיטוי. יש לכך כמה שיטות, כמו כלור, יוניזציה או החדרה לקרקע כפי שנעשה ב'שפדן', מכון הטיהור של גוש דן, שמימיו משמשים להשקיה בנגב. במכון שלנו ברמת השרון יש מערכת סינון וחיטוי כזו״.

אם להשקות, אז למה לא לשתות? 

״גם אם זה היה נכון, לא היה כל כך טעם. המדיניות של נציבות המים היום היא להשתמש בקולחין להשקיה, ולשחרר בכך מים טובים לשתייה ולשימושים ביתיים. אבל גם מבחינה בריאותית, בשלב הזה עדיין יש במים חיידקים בריכוז גבוה, והם מסוכנים לשתייה. בכל מקרה, לא הייתי ממליץ לשתות מי קולחין, גם מהסיבה הפסיכולוגית, אבל גם בגלל כל מיני עקבות של חומרים מסוכנים שנותרים בהם. אבל הסינון והחיטוי בהחלט מאפשרים השקיה בלתי מוגבלת״.

חצי נשפך לים

הלקוחות של חג״מ ושל חברות דומות הן הרשויות המקומיות. אלו מחויבות על פי חוק לטהר את מי הביוב שלהן. בריכות החמצון של פעם, שצרכו שטחים עצומים והפיצו ריחות זוועתיים, למעשה כבר אינן חוקיות: רשות שבתחומה מעל עשרת אלפים תושבים מחויבת בהקמת מכון טיהור. את עלות הטיהור גובות הרשויות מהתושבים באמצעות אגרת הביוב, המשולמת יחד עם חשבון המים. את המים המטוהרים מנסות הרשויות למכור לחקלאות, אבל לא תמיד זה עובד.

ד״ר פולקמן: ״באזור השרון יש בעיה. שטחי החקלאות הולכים ומצטמצמים, שטחי הבנייה גדלים, והפרופורציה בין כמות השפכים לבין היקף החקלאות הולכת וגדלה לכיוון של עודף מים. מכון הטיהור של הרצליה, למשל, מזרים כבר 20 שנה קולחין באיכות טובה לים, בכמות של ארבעה מיליון וחצי קוב מדי שנה. לעומת זאת, רק חצי מיליון קוב מנוצלים על ידי חקלאים, בעיקר בקיבוץ גליל ים״.

מהי בכלל תרומת מי הקולחין למשק המים הישראלי?

״כלל הצריכה האזרחית הוא בערך 30 אחוז ממשק המים. 80 אחוז מהם ניתן למחזר, כלומר כ־25 אחוז ממשק המים הישראלי ניתנים למחזור. בפועל, מכיוון שיש עדיין רשויות שלא נוהגות על פי חוק, רק 60 אחוז מזה אכן ממוחזר, ומזה רק ב־50 אחוז נעשה שימוש חקלאי״. 

איפה זה קורה?

״פרט לשפדן, יש את פרויקט הקישון באזור חיפה, שם יש שימוש בכמויות משמעותיות של מים לחקלאות״.

ומה שמוזרם לים ולנחלים לא פוגע באיכות הסביבה?

״התקנים היום מאוד מחמירים, ומה שקורה זה אפילו להיפך. המכון בהוד השרון, למשל, מזרים מים מטוהרים לנחל הדס ומשם לירקון, וזה שיפר מאוד את מצבו של הירקון. אפילו הופיעו שם אוכלוסיות חדשות של דגים, ואנשי רשות הירקון מאוד מרוצים״.

כמה מילים על קולחי השרון

מכון הטיהור קולחי השרון, המצוי בימים אלה בשלבי בנייה מתקדמים, ממוקם על אדמות של חברת יכין חקל ליד כלא תל מונד. מכון זה יהיה המכון המקורה היחידי בארץ, מה שאומר שכל המתקנים ואפילו בריכת האגירה יהיו מקורים. הקירוי לא בא למנוע בעיית ריח, מאחר שזו ממילא אינה קיימת. יכין חקל דרשו את הקירוי, כשההסבר לדרישה היא החשש מבעיית יתושים שיפגעו בפרי ההדר. המים המטוהרים מהמכון ישמשו בקיץ את פרדסי יכין חקל, ואילו בחורף יועברו לבריכת אגירה וחלקם יוזרמו לנחל פולג.

קומפוסט וגז בישול

מה עושים עם הפסולת? 

״כ־45 אחוז מההשקעות במכון טיהור הן לצורך הטיפול בבוצה. זה אמנם חלק מאוד מזערי מהתוצר, אבל זה מאוד מרוכז, וחוסר טיפול עלול להביא למפגעים של ריח, חיידקים, מכרסמים, יתושים ועוד. השלב הראשון הוא הקטנת נפח הבוצה, כלומר הסמכתה. במכונים גדולים, הטיפול בבוצה נעשה במכלים סגורים, וגם כאן משתתפים בתהליך חיידקים, שמשתמשים בחמצן שבחומר האורגני ומפרקים אותו. לפירוק הזה יש שני תוצרים: האחד הוא קומפוסט, שלאחר ייבוש סופי משמש כחומר דישון לחקלאות, והשני הוא גז מתאן, המוכר כגז בישול.

״בארצות הברית ובאירופה משתמשים בגז הזה להפקת חשמל באמצעות ביו־גנרטור, ובמכון המשותף לכפר סבא והוד השרון אנחנו מפיקים חשמל לצורכי המכון עצמו. המכון המתוכנן באשקלון אמור לכלול ביו־גנרטור כזה, ואני מניח שבעתיד יוקמו ביו־גנרטורים ברוב המכונים.

״במילים אחרות, למכון טיהור שמתוכנן טוב יש שלושה מוצרים: מים מטוהרים, קומפוסט וגז מתאן, ואת שלושתם ניתן לנצל".

ומה עם המים שזורמים ברחובות?

כל בינוי חדש מסב נזק למשק המים, מה שנותן עוד טיעון חשוב לירוקים למיניהם. קריצ׳מן: ״אני אישית מאוד נגד בולמוס הנדל״ן, נגד מה שנקרא 'אלבישך שלמת בטון ומלט'. ככל שיהיה יותר אספלט, יותר בתים, יותר כבישים, יותר שטחי בטון, שטח הקרקע שבו יכולים המים להיספג קטן, פחות מים חודרים לאקוויפרים ויותר מים טובים מגיעים ישירות לים״.

מי שרואה עיר ביום גשם, עם כל המים הזורמים בכבישים, יכול לקבל רושם הפוך דווקא, ואף לכעוס על הבזבוז המשווע בכך שלא מנצלים את מי הגשמים הזורמים ברחובות. הנה, יש כל כך הרבה מים טובים, וכל מה שצריך זה פשוט לאסוף אותם.

קדיצ׳מן ופולקמן, כל אחד בתורו, דואגים להפריך את המחשבה הזאת. קריצ׳מן: ״אגירה מלאכותית של מים היא יקרה. המאגרים שיש לנו כרגע הם טבעיים. לא היה צורך לבנות אותם וכמעט לא צריך לטפל בהם. זה חינם. כך שבכל מקרה, המים האלו יהיו יותר יקרים מהמים שיש לנו מהכנרת והאקוויפרים, מעצם זה שנאלצנו לבנות את מערכת הניקוז ואת המאגרים ולטפל בהם. בפועל, השיטה הזאת היא גם הרבה יותר יקרה מהרבה שיטות אחדות. למשל, הרבה יותר זול להתפיל מי ים״.

פולקמן מסביר את אחת הסיבות לעלות היקרה: ״מערכת הצינורות צריכה להיות כזו שתוביל כמות עצומה של מים בפרקי זמן קצרים, ובמרבית הזמן תישאר ללא ׳תעסוקה׳. לצנרת כזו יש עלות עצומה, וגם לאחר האגירה, למרות שמדובר במי גשמים, עדיין יש לטפל במים על מנת להפכם ראויים לשתייה. פרט לכך, אתה בונה מערכת שלמה של צינורות ובריכות אגירה, שתפעל כל שנה, אבל הצורך בה יתעורר רק אחת לכמה שנים. לכן, אגירת מי נגר עיליים כשיטה, זה דבר לחלוטין לא כלכלי, למעט במקרים בודדים, כמו מאגר למי שטפונות בקצה נחל״.

 

פורסם באמצע חדרה -  20.5.1999

לזרז את האבולוציה – אמיר עדן

תורת האבולוציה (על רגל אחת) מתבססת על המושגים מוטציה וברירה. מוטציות מתרחשות כל העת. אם תוצאה של מוטציה מסוימת מקנה יתרון ליצור הנושא אותה ומשפרת את יכולת הישרדותו, אזי בתהליך ארוך עשויה מוטציה זו להתבסס באוכלוסייה הכללית.

לפחות במקרה אחד, סבורים חוקרים אחדים, לא סיימה עדיין האבולוציה את עבודתה. למרבה הפלא מדובר באנזים מרכזי מאוד בעולם החי. שמו רוביסקו (Rubisco), והוא האנזים המרכזי בתהליך קשירת הפחמן הדו-חמצני.

מקור האנרגיה הטבעי לפוטוסינתזה הוא אור השמש, ובשרשרת תהליכים כימיים מורכבים נוצר סוכר מפחמן דו־חמצני (CO₂) ומים. הרוביסקו הוא האנזים הקושר את הפחמן הדו־חמצני בתהליך. באופן פרדוכסלי מתברר שאם מצוי חמצן (O₂) בסביבה יכול הרוביסקו לקשור אותו במקום הפחמן הדו־חמצני, ותוצאת התהליך במקרה זה היא פליטת פחמן דו־חמצני במקום קשירתו. הבחירה בין קשירת פחמן דו־חמצני ויצירת סוכר לבין קשירת חמצן ופליטת פחמן דו־חמצני תלויה למעשה רק בזמינות שני הגזים וביחס ביניהם.

דגם תלת מימדי של הרוביסקו
המקור:  ARP at English Wikipedia, 2005

למצב מוזר זה יתכנו שני הסברים: לפי הסבר אחד, במקרה של קשירת החמצן יש אמנם בזבוז אנרגיה ללא יצירת סוכר, אך יתכן שבתהליך מתקבלים תוצרים אחרים הנחוצים לצמח. ידועים תוצרים רבים המתקבלים בתהליך זה, אך גם לאחר שנים רבות של מחקר לא התבררה חשיבותם ונראה שהצמחים יכולים להסתדר גם בלעדיהם.

הסבר אחר לתופעה מניח שמדובר ב״פיקשוש׳, של האבולוציה ושהאנזים אכן לא יעיל ואינו מותאם בצורה מושלמת לביצוע תפקידו. ניתן להבין את ההיגיון שברעיון זה אם נזכור שכאשר הופיעו הצמחים הראשונים על כדור הארץ לא היה חמצן באטמוספרה. מרגע שהחמצן היווה מרכיב משמעותי באטמוספרה, כך סבורים חוקרים, מצאו הצמחים פתרונות אחרים, למשל ייצור יותר רוביסקו כדי לפצות על חוסר היעילות שבתפקודו (הרוביסקו נחשב לחלבון הנפוץ ביותר בעולם ומהווה לעתים עד חמישים אחוז ממסת העלים!). התומכים בהסבר זה סבורים כי לא הופיעו עדיין המוטציות הנכונות שיובילו לשינוי במבנה האנזים באופן שיגדיל את הספציפיות ל־CO₂) ולא לחמצן. ראוי לציין גם שרוביסקו הוא אחד האנזימים האיטיים המוכרים לנו - הוא משלים רק שלושה מחזורי תגובה בשניה בהשוואה לאלפי מחזורים לשניה באנזימים רבים.

האם ניתן לזרז את האבולוציה וליצור את המוטציות הנכונות באופן מכוון? ניסוי כזה נעשה לפני 25 שנה, אך עד כה לא התקבלו תוצאות חיוביות. למרות זאת, גדל בהתמדה מספרם של המדענים הנענים לאתגר. הסיבות לכך רבות: ראשית, מפני שמדובר באנזים ענק ומורכב, כך שמספר השינויים שניתן לבצע בו הוא עצום. שנית, מפני ששיטות ההנדסה הגנטית הולכות ומשתפרות בהתמדה ולכן ניתן לעשות היום שינויים יותר מורכבים מבעבר. גם הידע הבסיסי על האנזים ואופן פעולתו רב והולך. עיקר הידע בתחום זה מגיע ממחקר בביולוגיה מבנית, תחום העוסק בפענוח המבנה האטומי המדויק של חלבונים, ובכללם אנזימים, ובניסיון להבין איך מאפשר המבנה את הפעולה. המבנה המלא של הרוביסקו מוכר מזה מספר שנים, אבל - אולי בשל מורכבותו - לא עלה בידי החוקרים לפענח את אופן פעולתו, ובעיקר, אילו שינויים יהפכו אותו ליעיל יותר. אחדים מן המדענים סבורים שכשלונות אלה מעידים כי מה שנבצר מהאבולוציה, נבצר גם מהמדע...

מה אם־כן המקור לאופטימיות? לאחרונה זוהה רוביסקו שמקורו באצות אדומיות שיעילותו גבוהה פי שלושה מזו של רוביסקו הצמחים. מדענים מקווים עתה להגיע להבנה אילו הבדלים בין החלבונים הם החשובים לשיפור יעילות האנזים, מתוך תקווה שניתן יהיה להנדס הבדלים אלה ברוביסקו שבצמחים. חשיבותם הכלכלית והחברתית של ניסויים אלה עצומה, בעיקר נוכח התחזיות על גידול האוכלוסין על פני כדור הארץ והמחסור הצפוי במזון. חברות מסחריות גדולות משקיעות בימים אלה משאבים גדולים בחקר הרוביסקו.

פורסם ב"גליליאו" 34, מאי-יוני 1999.

תחמוצות החנקן - קשה איתן, אי אפשר בלעדיהן - ענת גלבוע-רון

השרך אזולה (Azollae) נמצא בסימביוזה עם האצה הכחולית אנאבנה (Anabaenae), וביחד הם מקבעים חנקן אטמוספרי. במזרח הרחוק מפזרים שרך זה בשדות האורז בין עונות הגידול, על-מנת להעשיר את הקרקע בתרכובות חנקן
(צילום: עמיקם שוב)

אנחנו זקוקים לתחמוצות חנקן ותלויים בהן. קצב הגידול של המין האנושי תלוי בכמות החנקן הזמינה לצמחים בקרקע. אך בה בעת, התוספת המסיבית של תחמוצות חנקן לקרקע, למים ולאוויר, גורמת להשפעות הרסניות, הנעות בחומרתן ובהיקפן מבעיות בריאות מקומיות ועד למפגעים גלובליים. פתרונות יש, אך ספק אם ניתן יהיה ליישמם בטווח הנראה לעין.

בצורתו הגזית (N₂), החנקן הינו חומר יציב ביותר, אשר כמעט ואינו מגיב עם חומרים אחרים, ולכן אינו זמין לצמחים ולבעלי-החיים לצורך גדילה. אבל אנחנו זקוקים לחנקן ותלויים בו: החלבונים שמהווים מרכיב חיוני בתאי כל היצורים החיים, בנויים משרשרות של חומצות אמינו, בהן החנקן הוא מרכיב חיוני. חומצות הגרעין DNA ו-RNA (המולקולות האוגרות ומעבירות מידע תורשתי), מכילות אף הן חנקן.

אנחנו, בעלי-החיים, מקבלים את החנקן לבניית חומרים חיוניים אלה רק מהמזון שאנו אוכלים. כמות מינימלית של חלבון, מהחי או מהצומח, חיונית לתזונה נאותה. מזון דל בחלבון עשוי להשביע, אבל הוא בפירוש הזנה לקויה, בעיה ממנה סובלים עדיין בני-אדם רבים באזורים מוכי עוני ורעב.

בניגוד לבעלי-החיים, הצמחים יכולים לקלוט דרך השורשים תרכובות חנקן מינרליות כמו מלחי אמוניה, או בעיקר, תחמוצות חנקן מומסות במים שבקרקע, ולהפוך אותן בתאיהם לתרכובות חנקן אורגניות: חלבונים, DNA, RNA ועוד. בעלי-חיים תלויים בצמחים לצורך השגת חנקן זמין לתזונתם, ואינם מסוגלים לנצל חנקן מינרלי. כך, רק באמצעות הצמחים, נכנס החנקן למארג המזון. מכאן שגידול אוכלוסיות בעלי-החיים השונות, תלוי לחלוטין בכמות החנקן הנקלטת על-ידי צמחי המאכל, ואילו הצמחים תלויים בכמות החנקן הזמין שבקרקע.

כאן שורש הבעיה: למרות שכיחותו הגדולה של החנקן באטמוספרה כגז (כ-80% מהגזים באטמוספירה), כמותו הזמינה בקרקע מוגבלת ונמוכה. בניגוד ליסודות חיוניים אחרים, דוגמת פחמן, מימן וחמצן, שמתניידים בקלות ממאגריהם הטבעיים העצומים, דרך המזון והמים שאנו צורכים, אל רקמות גופנו - החנקן נשאר ברובו לכוד באטמוספרה, ורק חלק זעיר ממנו זמין לצמחים ומהם לבעלי-החיים.

כאמור, קצב הגידול של המין האנושי תלוי בכמות החנקן הזמינה לצמחים בקרקע. במאה העשרים גדלה אוכלוסיית כדור הארץ כמעט פי ארבעה. גורמים רבים עודדו גידול מדהים זה, אבל אין כל ספק שהמשך הגידול, בדור האחרון, התאפשר תודות לתגלית מתחילת המאה - המצאת הסינטזה של אמוניה, על-ידי הכימאי היהודי-גרמני פריץ הבר. המצאה זו איפשרה מאוחר יותר לייצר מהאמוניה דשנים חנקניים, שהם מלחים הבנויים מחנקות (אשלגן ניטרט KNO₂). כך הוסרה מגבלה כמותית לגידול אינטנסיבי של צמחי מזון ללא דילדול הקרקע, וכתוצאה מכך - לגידול אוכלוסיית האדם.

הפרשות ו"זבל ירוק"

החקלאות שיבשה את מאזן החנקן בטבע. עד מהרה למד החקלאי, כי כמות מלחי החנקן בקרקע מהווה גורם מגביל, המשפיע על היקף היבול. כבר בימי קדם הכירו החקלאים בצורך להעשיר את הקרקע בחומרים מסוימים, על-מנת להגדיל יבולים. הם נוכחו לדעת ששטח בו גידלו צמח מסידרת הקטניות (תלתן, אפונה, שעועית, עדשים ועוד), נעשה פורה יותר בעונה הבאה והניב יבולים עשירים יותר של דגנים - כמו חיטה ושעורה. הם גם גילו את הסגולות של הפרשות בעלי-החיים, וכך נולד הדישון או הזיבול.

כיום אנחנו יודעים ששתי פעולות אלו, העשירו את הקרקע (בדרכים שונות) בתרכובות חנקן אורגני, שהתפרקו וסיפקו תרכובות חנקן זמינות לצומח. ואכן, החקלאות המסורתית לא דילדלה את הקרקע כמו החקלאות האינטנסיבית של ימינו: לא שנים רצופות של גידול אחד שסוחט מן הקרקע את כל הטוב שיש לה להציע, כי אם גידול במחזור זרעים: דגניים צורכי תרכובות חנקן לסירוגין, עם קטניות המעשירות את הקרקע בתרכובות חנקן. לעתים אף גידלו קטניות, רק לשם הדישון. במקום לקצור את היבול, הוא הוטמן, באמצעות חרישה, בתוך הקרקע. קוראים לזה "זבל ירוק".

לפי חישובים מדעיים, השילוב של הפרשות בעלי-חיים לדישון עם "זבל ירוק", יכול תיאורטית לספק כמות של עד כ-200 ק"ג תרכובות חנקן לעשרה דונם קרקע. כמות זו תניב יבול מירבי של 200-250 ק"ג חלבון צמחי לדונם. יבול זה, אם כך, קובע את הגבול התיאורטי לצפיפות האוכלוסייה, התלויה במזון המופק מן הקרקע. לפי החישוב, עשרה דונם של קרקע פוריה, ניתנת לעיבוד, בתנאים של לחות מספקת באקלים ממוזג, המאפשר גידול רצוף במשך כל השנה, עשויים לספק את צורכיהם התזונתיים של 15 בני-אדם.

למעשה, צפיפות האוכלוסין בארצות בהן התקיימה חקלאות מסורתית-אורגנית הייתה נמוכה בהרבה, ועמדה על חמישה-שישה בני-אדם לעשרה דונם קרקע פוריה. לגבול זה מספר סיבות, בהן: גורמים סביבתיים (בעיקר פגעי מזג אוויר והתפרצויות מזיקים) וכן הצורך בגידול צמחים שלא משמשים אך ורק למזון, אלא גם לרפואה, להפקת סיבים (כותנה) ועוד. מערכת חקלאית זו התקיימה בשיווי משקל, אשר בו החנקן הזמין משמש גורם מגביל.

פריצת הדרך הגדולה נעשתה בעשור הראשון של המאה, בגרמניה. שני כימאים, קארל בוש ופריץ הבר, הצליחו לקשר באופן כימי בין חנקן גזי (N₂) ומימן גזי (H₂) ליצירת אמוניה (NH₃). התהליך התאפשר כאשר תערובת הגזים בתוספת הזרזים אוסמיום ואורניום, הוכנסה ללחץ של 200 אטמוספרות ולחום של 500 מעלות צלזיוס.

האמוניה הינה תרכובת חנקן, ממנה ניתן לבנות את תרכובות החנקן הדרושות לצמיחה (מעבר לפחמן, מים, זרחן, אשלגן ומתכות קורט נוספות, הזמינים לצמח הרבה יותר מאשר תרכובות החנקן).

    

פקעית בצמח התורמוס (משמאל) ובצמח הלוטוס. חיידקים מיוחדים (ריזוביום) הנמצאים בפקעיות, מקבעים חנקן אטמוספרי ליצירת אמוניה.
(צילומים: עמיקם שוב)

ברקים מקבעי חנקן

בארצות שבהן, עקב צפיפות אוכלוסין ומחסור בקרקע, קיים צורך קיומי להפיק את המירב מכל פיסת קרקע הניתנת לעיבוד, צריכת הדשן החנקני ממשיכה לעלות. הערכות זהירות מראות שכ-175 מיליון טון חנקן בצורת דשן, מוצנעים בקרקעות חקלאיות ברחבי העולם. בעזרת דשן סינטטי זה מיוצרים כשליש מכלל החלבונים המשמשים מזון לאדם.

האדם צורך מזון זה ישירות מהצומח או בעקיפין, באמצעות אכילת בשרם של אוכלי עשב הניזונים מיבולים מדושני חנקן. מקורות החלבון האחרים במזונו של האדם, נבנים מתרכובות החנקן הקיימות בקרקע החקלאית באופן טבעי, מאוכלי עשב הניזונים ממרעה טבעי, או מדגה שמקורה בימות ובאוקיינוסים. בשנות ה-50' הגיעה הצריכה העולמית השנתית ל-10 מיליון טון דשן חנקני. בסוף שנות ה-80' הייצור הגיע ל-80 מיליון טון. העלייה התלולה והשימוש המואץ בדשן חנקני, היו בתחילה נחלת המדינות העשירות בלבד, אבל ב-1988 כבר יישרו איתן קו הארצות המתפתחות. כיום, הארצות המתפתחות הן הצרכניות המובילות (יותר מ-60%) של הדשנים החנקניים המיוצרים בעולם.

לתוספת המסיבית של חנקן בצורתו הפעילה לקרקעות ולמים, השפעות סביבתיות שליליות רבות. הבעיות מתבטאות בבריאות האוכלוסייה המתגוררת באזורי דישון-יתר. אך לעודפי החנקות גם השפעות גלובליות, המשתרעות ממעמקי הקרקע ומי התהום עד לרום האטמוספרה.

קיבוע טבעי של חנקן, שנעשה בעיקר על-ידי ברקים וחיידקים, אחראי לכניסה של בין 90 ל-140 מיליון טון חנקן בשנה. קיבוע חנקן מעשה ידי אדם, מכפיל כמות זו פי שניים ויותר. תוספת משמעותית זו, שנעשתה בפרק-זמן קצר יחסית (בעיקר משנות ה-40 ואילך), משפיעה על כל מחזור החנקן הגלובלי ודרכו על כל האקוסיסטמה הגלובלית.

גם שריפת דלק מחצבי (נפט ונגזרותיו: בנזין, סולר ועוד) גורמת לקיבוע חנקן אטמוספרי, על-ידי יצירת תחמוצות חנקן. מבחינה זו, מנועי הדיזל הם המובילים: הטמפרטורה הגבוהה בה מתבצעת השריפה הפנימית במנועים אלה, גורמת להיווצרות תחמוצות חנקן יותר מאשר במנוע בנזין.

רוב מיני הצמחים על פני כדור הארץ נוצרו, במהלך האבולוציה, בתנאי רמות נמוכות של חנקן זמין בקרקע ובמים. מכיוון שכך, אלה הרמות אליהן הם מותאמים ובהן הם מתפקדים בצורה המיטבית. מעבר לכך, שיווי המשקל באוכלוסיות השונות גם הוא נקבע, בין השאר, על-ידי כמות תרכובות החנקן באדמה או במים. ההתערבות הבוטה של האדם, שהביאה לשינוי כמות התרכובות החנקניות באטמוספרה ובקרקע גם יחד, מהווה פגיעה במערכות אקולוגיות בקנה-מידה גדול.

התערבות האדם במחזור החנקן מתבטאת בעומס יתר של תרכובות אמוניה וחנקות באוויר, בקרקע ובימים, וזאת, בשני תהליכים: שריפה להנעת תחנות-כוח ומכוניות וייצור דשנים כימיים

הקללה שבברכה

להלן רשימת בעיות הנובעות מתוספת תרכובות החנקן השונות:

1. חנקן חד-חמצני (N₂O), שמקורו מדשנים שמתפרקים בקרקע, ממים שהועשרו בתרכובות בחנקן, משריפת יערות, עשב ועוד, הינו גז חממה רב-השפעה: בהגיעו לטרופוספרה (שכבת האטמוספרה הקרובה לכדור הארץ) הוא מאפשר לקרינת השמש להגיע אל כדור הארץ, אבל חוסם את הקרינה המוחזרת כחום, ובכך תורם להתחממות כדור הארץ.מבחינה כמותית, גז החממה העיקרי הוא פחמן דו-חמצני. אך כל מולקולה של חנקן חד-חמצני עוצרת פי 200 יותר אנרגיה מוחזרת מכדור הארץ, מאשר מולקולת פחמן דו-חמצני. תוחלת החיים הארוכה של N₂O (מולקולה זו מסוגלת להתקיים באטמוספרה למעלה ממאה שנה) מחריפה עוד יותר את הבעיה. כאשר אותו גז מגיע לסטרטוספרה - השכבה שמעל הטרופוספרה, בה מצוי האוזון המגן עלינו מקרינת על-סגול מסוכנת ("האוזון הטוב") - יש לו אפקט הרסני נוסף: הוא תורם להרס האוזון.
2. תחמוצת חנקנית אחרת, NO, ממלאת תפקיד ראשי ביצירת הערפיח, בתהליך בו שותפים אור השמש, NO ומזהמים נוספים. בנוסף לכך, בתהליך פוטוכימי זה נוצר אוזון ("האוזון הרע"), גז רעיל גם לבעלי-חיים וגם לצמחים. NO נוצר כתוצאה מפעולת חיידקים על חנקות (ניטרטים) בקרקע, שבחלקן הגדול נמצאות שם בעודפים גדולים, כתוצאה מדישון חנקני. שריפת דלק מחצבי וחומרים אורגניים אחרים, תורמות אף הן חלק נכבד ביצירת גז זה. להערכת מומחים, כ-80% מכלל ה-NO שבאטמוספרה, מקורו בפעילות האדם.התוצר הסופי של תהליך חימצון תחמוצות החנקן הוא NO₂, היוצר במים חומצה חנקתית HNO₃, התורמת ליצירת גשם חומצי. גשם חומצי גרם וגורם נזק חמור ליערות בקנדה, ארצות-הברית ואירופה, וכן למקווי מים מתוקים, למבנים ולפסלים, ולהחמצת קרקעות.
3. עומס יתר של תרכובות חנקן גורם לנזק ולהפרת האיזון במערכות אקולוגיות רגישות, עד כדי פגיעה במיני צמחים, כולל עצים. עלייה בתרכובות חנקן באטמוספרה גורמת לכך, שיותר תרכובות חנקן חוזרות מהאוויר לקרקע, לימים ולאוקיינוסים. עודפי תרכובות חנקן בקרקע נשטפים על-ידי גשמים והשקיה, ומגיעים למי תהום, לנחלים ולנהרות.
4. עודף תרכובות חנקן במקווי מים (שלוליות, אגמים, ימות, שפכי נהרות או מפרצי ים), גורם גם לדישון יתר, ובעקבות זאת לגידול יתר של צמחים ואצות ("פריחת אצות"). תופעה זו נקראת "אוטריפיקציה" והיא אולי האיום הגדול ביותר על יציבות המערכות האקולוגיות הימיות. גם בכנרת החלו תהליכי אוטריפיקציה בשנות ה-80, שהשפיעו לרעה על איכות המים. שכבת האצות העילית צורכת הרבה חמצן, עד כדי גרימת מחסור בחמצן בשכבות מעט יותר עמוקות של המים, ופגיעה קטלנית במיני בעלי-חיים וצמחים שרגישים לריכוז החמצן.
5. גם תהליכי הריקבון המוגברים צורכים חמצן, ועלולים למוטט את כל המערכת האקולוגית.
6. לפריחת האצות השפעות שליליות נוספות: ישנן אצות מסוימות שפולטות חומרים רעילים, הקוטלים דגים.
7. מעבר לכך, פריחת האצות במקווי מים מגינה גם על חיידקים פאתוגניים (גורמי מחלות). בשנת 1991 מתו לאורך חופי פרו 5000 בני-אדם במגיפת כולרה, וחצי מיליון חלו. חיידק הכולרה יושב על מיני אצות מסוימים ופריחתן, כתוצאה מהזרמת חנקן, גרמה להתפרצות המגיפה, שהתפשטה גם למדינות השכנות.
8. ולבסוף, בעיה חמורה שקיימת כבר בישראל: רמות גבוהות של חנקות במי שתייה הן רעילות לבני-אדם, ובעיקר לתינוקות, עד כדי סיכון חיים. כמה וכמה בארות בארץ, רובן באזור השפלה, כבר נסגרו בגלל עלייה מסוכנת בריכוז החנקות במים הנשאבים.

וכך, התוספת המסיבית של חנקן זמין (בעל פעילות ביולוגית) לקרקעות, למים ולאוויר, גורמת להשפעות הרסניות, הנעות בחומרתן ובהיקפן מבעיות בריאות מקומיות ועד בעיות גלובליות. שלוש הבעיות הגלובליות הן: אפקט החממה, הרס האוזון הסטרטוספרי והידלדלות המיגוון הביולוגי. בשנים הראשונות שלאחר המצאת הדשנים החנקניים, איש לא חזה השפעות כאלה על הסביבה. אפילו היום, כשהבעיות כבר מוכרות, זוכה הנושא לתשומת-לב מעטה מדי, בהשוואה למשל, לפליטות דו-תחמוצת הפחמן לאטמוספרה. החדרת כמויות גדולות של חנקן פעיל, למערכת כמו גם החדרת כמויות גדולות של CO₂, מהוות גורם מאיים על הביוספרה.

תגלית האמוניה והנקודה היהודית בתחילת המאה פיתח פריץ הבר, כימאי באוניברסיטה הטכנית בעיר קרלסרוהה, גרמניה, שיטה תעשייתית לקישור בין חנקן למימן, ליצירת אמוניה (NH3). התהליך התאפשר על-ידי הכנסת תערובת הגזים ללחץ של 200 אטמוספרות ובטמפרטורה של 500°C, בנוכחות זרזים מוצקים של אוסמיום ואורניום. ב-1913 הוקם המפעל המסחרי הראשון לייצור אמוניה בגרמניה. תפוקת המפעל הוכפלה במהירות ל-60 אלף טון בשנה, בעיקר כדי לספק את צרכי הצבא הגרמני במלחמת העולם הראשונה. בסוף שנות ה-40' עמד ייצור האמוניה העולמי על 5 מיליון טון. בעשור הבא עלה השימוש בדשנים כימיים לעשרה מיליון טון. שיפורים טכנולוגיים שהקטינו את כמות החשמל הנצרך בתהליך ביותר מ-90%, הביאו לקפיצת מדרגה. הייצור עלה פי שמונה עד סוף שנות ה-80 וסיפק את העלייה בצריכת דשן חנקני, תחילה בארצות המפותחות ובהמשך גם במתפתחות. למרות זכייתו בפרס נובל לכימיה בשנת 1918, על תרומתו לתגלית סינטזת האמוניה, היו חייו של פריץ הבר טראגיים למדי. הוא נולד בשנת 1868, בעיירה ברסלב, ולמד בהיידלברג ובברלין. ב-1894 קיבל מישרת כימאי בקרלסרוהה, והתמסר לסינטוז האמוניה ולתהליכי דחיסה ופיצוח נפט גולמי למרכיביו. ב-1911 מונה לעמוד בראש מכון קייזר ווילהלם לכימיה פיזיקלית, שם פיתח, ככימאי הראשי של משרד המלחמה הגרמני, את השימוש בגז כלור כנשק כימי. הבר השתיק את מצפונו הזועק בכך, שקיווה כי נשק זה יבטיח ניצחון מהיר לגרמנים, ויקצר את סבלות המלחמה. אך אשתו, שלא יכלה לשאת את המחשבה על תרומתו האיומה לזוועות המלחמה, שלחה יד בנפשה ב-1915, ערב השימוש הראשון שנעשה בגז נגד חיילי בנות הברית. בתום המלחמה הוכרז הבר "פושע מלחמה". ההחלטה להעניק לו פרס נובל על ייצור האמוניה, גררה מחאות רבות. למרות תסכולו, המשיך בעבודת מחקר בגרמניה בראש אותו מכון וזקף לזכותו עוד תגליות והישגים. פריץ הבר היה יהודי. תרומתו לצבא הגרמני נשכחה כשהיטלר עלה לשלטון. ב-1933 הוא נאלץ להתפטר, אך הוזמן לעבוד באוניברסיטת קיימברידג', אנגליה. הוא נפטר בשנת 1934, בבאזל. כיום קשה להעריך את גודל תרומתו לאנושות. הפיתוח התעשייתי של האמוניה, חולל נפלאות בחקלאות, אך היווה גם איום גלובלי כבד.

השיטות הישנות והטובות

זה לא יהיה פשוט להחזיר את הגלגל אחורנית. הריבוי הטבעי ותהליכי העיור והתיעוש, מבטיחים שתהליכי הקיבוע התעשייתי של חנקן יימשכו עוד שנים רבות ובקצב עולה. האנושות נעשתה תלויה בתהליך קיבוע החנקן, אותו המציא פריץ הבר.

מה יכול להקטין את התלות שלנו בתהליך?
כאשר יצליחו, בתהליכי הנדסה גנטית, לייצר מיני דגניים ומיני חיידקי ריזוביום (חיידקים מקבעי חנקן), המסוגלים לחיות איתם בסימביוזה (כמו עם הקטניות), יפחת הצורך בתוספת דשן חנקני לשדות החיטה העצומים. בינתיים, ההצלחה נראית רחוקה.

לו ניתן היה לעצור את ריבוי האוכלוסין וכן לעבור לדיאטה צמחית יותר, ולצרוך פחות חלבון מן החי, אפשר היה לצמצם את צריכת החנקן. יש לזכור שעל-מנת ליצור ק"ג חלבון מהחי (בשר בקר) יש להאביס את הבקר בשלושה-ארבעה ק"ג חלבון צמחי. אך לצערנו גם שתי התפתחויות אלה אינן נראות באופק. מה שנראה יותר ריאלי, זה לאמץ שיטות דישון מתוחכמות וחסכניות יותר, על-ידי מתן דשן חנקני רק לפי הצורך ועל סמך בדיקות הקרקע.

הטוב ביותר היה חזרה, עד כמה שניתן, לשיטות הישנות והטובות. החקלאות המסורתית של פעם תחזור ותהיה החקלאות האורגנית של היום, ותקבל משמעות חדשה: לא רק ירקות, פירות ומוצרי משק אחרים, נקיים מחומרי הדברה ותוספות הורמונליות למיניהן, אלא גם שמירה על איזון ויציבות המערכת האקולוגית המקומית והעולמית. יישום שיטות כמו מחזור זרעים, גידול קטניות, שימור קרקע (יותר חנקן נשמר בקרקע ופחות נשטף לנחלים ולמקווים), מיחזור פסולת אורגנית לצורך דישון - כל אלה יפחיתו את הצורך בדשן חנקני. מעבר לאנרגיה חליפית במקום שריפת דלק מחצבי, צימצום מספר כלי-הרכב הנעים בכבישים על-ידי השקעה בתחבורה ציבורית תוך חקיקה מתאימה, יצמצמו גם הם את הפליטות לאוויר של גזי חממה, מזהמי אוויר ותחמוצות חנקן. עם זאת, אם כל איכרי העולם יעברו לחקלאות אורגנית, יתברר מהר מאוד שאין די מזון כדי להאכיל שישה מיליארד בני-אדם. להוציא התפתחויות מפתיעות שיתרחשו בתחום ההנדסה הגנטית, רוב החלבון הנחוץ להזנת עוד שני מיליארד בני-אדם הצפויים להתווסף לאוכלוסי העולם במהלך שני הדורות הבאים, יבוא מאותו תהליך - קיבוע חנקן מן האוויר בשיטת פריץ-הבר, וחימצונו לתחמוצות חנקן ליצור דשן חנקני, תהליך שהאנושות פיתחה בו תלות עמוקה.

הכימיה של תרכובות החנקן ומילון מונחים חנקן גזי - N2 (N-N): יציב ביותר ולכן לא פעיל, מהווה 80% מהאטמוספרה. תחמוצות חנקן - N2O; NO; NO2 - (NOx): תרכובות ביחסים שונים עם חמצן. נוצרות בטבע על-ידי חיידקי קרקע מיוחדים או בתהליכי שריפה בטמפרטורות גבוהות, כמו בכבשני תחנות-כוח או במנועי מכוניות (כמובן שתהליך זה מלאכותי). חומצות חנקיות - HNO3; HNO2: בנוכחות מים התחמוצות הופכות לחומצות. אמוניה - NH3 NH4OH: תרכובת חנקן עם מימן בנוכחות מים, הופכת לבסיס האמוניום או למלחי אמוניום. חנקן אורגני: אטומי חנקן נשזרים בתוך מולקולות אורגניות המצויות בתאיהם של בעלי-חיים וצמחים: חלבונים, חומצות גרעיניות ועוד. כל היצורים החיים זקוקים לתרכובות המכילות חנקן. רק הצמחים יודעים להשתמש במלחי חנקן כמקור לחנקן האורגני. לכן, כל בעלי-החיים תלויים באופן ישיר או עקיף בצמחים, כמקור לחנקן אורגני לבניית גופם. החנקן המולקולרי היציב לא משמש מקור לחנקן אורגני לצמחים או לבעלי-חיים. קיבוע חנקן: תהליך של יצירת אמוניה מחנקן גזי אינרטי. התהליך מתקיים: 1. באוויר בעקבות ברקים. 2. בקרקע על-ידי חיידקים קושרי חנקן. רוב מיני חיידקים אלה חיים בסימביוזה עם שורשי קטניות, אך ישנם החיים חופשי בקרקע. 3. בהתערבות אנושית (בשיטת פריץ הבר), ובתהליכי שריפת דלק.

פורסם במקור ב"ירוק כחול לבן" 25, אפריל-מאי 1999, עמ' 57-54.