360 מעלות

מאיה פלח

במבה, עצים ושינוי אקלים

מה הקשר בין במבה לשינוי האקלים? חוקרים ממכון ויצמן גילו דרך מקורית למדידת השפעות המחסור במים על הצמחייה המקומית

3 בספטמבר 2017

מה עושים העצים? עומדים. אבל בזמן שהם עומדים, הם גם נותנים לנו צל, משמשים קורת גג למינים רבים ושונים של בעלי חיים וגם, כך מתברר, גורמים לנו להרגיש טוב יותר.

פרט לכל אלה, לעצים וליערות יש גם תפקיד מרכזי במיתון ההתחממות כדור הארץ: האדם פולט לאטמוספירה בעשרות השנים האחרונות כמויות הולכות וגדלות של פחמן הדו-חמצני בתהליכים של שריפת דלקים, אשר גורמות לתופעת שינוי האקלים. עצים זקוקים לפחמן דו-חמצני עבור תהליך הפוטוסינתזה שלהם, וכך הם קולטים פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה בתהליך שנקרא "קיבוע פחמן" ומסייעים במיתון השפעות שינוי האקלים.

אבל היערות על פני כדור הארץ הולכים ונכרתים, והאדם ממשיך לפלוט עוד ועוד פחמן דו-חמצני – כך שהעולם ממשיך להתחמם, כמויות המשקעים יורדות, והתוצאה היא שלעצים יש פחות מים כדי לצמוח ולגדול. כעת, חוקרים ממכון ויצמן למדע משתמשים בטכנולוגיה חדישה, שמאפשרת לבדוק בזמן אמת בשדה את ההתמודדות של עצים עם כמות המשקעים ועם זמינות המים ההולכת ופוחתת, לצד העלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני באוויר.

טכנולוגיה חדישה שמאפשרת לבדוק בזמן אמת בשטח את ההתמודדות של עצים עם שינוי האקלים. צילום: עידו רוג

למי קראת כבד?

לפי הערכות, בשנת 2014 קרוב ל-40 מיליארד טונות של פחמן דו-חמצני השתחררו לאוויר אך ורק כתוצאה משריפת דלקים על ידי האדם לצורך ייצור אנרגיה. זהו נתון שעדיין הולך ועולה בהדרגה בכל שנה. במקביל, חוקרים מעריכים שיערות העולם מקבעים כ-9 מיליארד טונות של פחמן דו-חמצני בכל שנה. אגב, כאשר עצים נכרתים, הם פולטים את מצבורי הפחמן הדו-חמצני שנאגרו בהם, והוא משתחרר ברובו בחזרה אל האוויר כשהעץ עובר תהליכים של שריפה או עיבוד – סיבה מצוינת נוספת (אם למישהו עוד היתה חסרה אחת כזו) לעצור את בירוא היערות.

במעבדתו של ד״ר תמיר קליין מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה במכון ויצמן למדע, מבצעים הסטודנטים ניסויים שונים הקשורים למאזן הפחמן של עצים. ״מרבית מיני הצמחים על פני כדור הארץ עושים בקיבוע הפחמן שלהם שימוש בתהליך ביוכימי הקרוי C3, והם האחראים על קיבוע מרבית הפחמן על פני כדור הארץ״, מסביר עידו רוג, סטודנט לתואר שלישי במעבדתו של קליין. ״כ-20 אחוז מהצמחים, לעומת זאת, ביניהם תירס, דורה (סוג של דגן) וצמחי סוואנה – העמידים יותר בפני תנאים קשים כמו יובש וטמפרטורות גבוהות – משתמשים בתהליך מעט שונה הנקרא C4, שהוא יעיל יותר בקיבוע פחמן. קיימים הבדלים מהותיים בין הצמחים משני הסוגים, שמתבטאים ביחס איזוטופי שונה בין הפחמן הקל לפחמן הכבד ברקמות הצמח השונות.

כאן אנחנו צריכים לעצור לרגע ולעבור שיעור קצר בכימיה של הצמח, או להיזכר בשיעור כימיה נשכח מימי התיכון. "כל חומר – גם חי וצומח – כידוע מורכב מאטומים, ובכל אטום ישנם פרוטונים וניוטרונים המרכיבים את גרעין האטום", מסביר רוג. "בדרך כלל, מספר הפרוטונים בגרעין שווה למספר הניוטרונים. איזוטופ הוא בעצם אטום שיש לו מספר שונה של נויטרונים ביחס לפרוטונים. אנחנו עושים הבדלה בין איזוטופים שלהם 6 פרוטונים ו-6 ניוטרונים והם נקראים פחמן 12 (׳פחמן קל׳) ובין כאלה שיש להם ניוטרון אחד נוסף ונקראים פחמן 13 (׳פחמן כבד׳). הנוכחות של האיזוטופים בצמח והיחס בין הפחמנים השונים מצביעים על מה שעובר עליו מבחינת תנאי המחייה: מהי זמינות המים שלו, עם אלו תנאי טמפרטורות הוא נאלץ להתמודד וכדומה".

כדי להבין טוב יותר את התהליכים המתרחשים בעץ החוקרים ביקשו לעקוב אחר ההבדלים המזעריים בין האיזוטופים השונים, בדיקה שהיתה עד לא מזמן פרוצדורה מסובכת. ״עד היום, הזיהוי של הפחמנים השונים נעשה באמצעות מיכשור מורכב ויקר, בשיטה שלוקחת הרבה זמן ושיכולה להתבצע במעבדה בלבד", ממשיך רוג ומסביר. "לאחרונה, פותחה שיטה חדשה ומדויקת למדידת יחס איזוטופים ברקמות צמחיות שונות״, הוא מספר. ״באמצעות קרן לייזר ממוקדת וחיישן שמזהה הבדלים מזעריים ברמות בליעת האור שלהם, הטכנולוגיה מזהה ומבדילה בין האיזוטופים השונים. ואחד היתרונות הגדולים שלה הוא שהיא מודדת את ההרכב האיזוטופי של הפחמן בעץ בזמן אמת ובאופן רציף – וכך היא מאפשרת לבצע את הבדיקה בסביבה הטבעית של העץ״.

החוקרים בדקו בנפרד את החלק הפנימי (תירס) והחיצוני (בוטנים), ולכן נוצר חלל במרכז הבמבה. צילום: עידו רוג

על במבה וצמחים אחרים

כשהמעבדה של קליין רכשה את הטכנולוגיה הזו, החליטו החוקרים לעשות ניסוי כדי לבדוק כיצד היא עובדת: הדוקטורנט עידו רוג העלה רעיון להשתמש לבדיקה בלא אחר מאשר החטיף האהוב על ילדי ישראל (וגם על כמה מהמבוגרים שבינינו) – במבה.

״זה היה בחורף, עונה שכמעט אין בנמצא צמחי C4״, מספר רוג, ״אז החלטנו להשתמש בבמבה, שמורכבת הן מבוטנים – שהם צמח מסוג C3, והן מתירס – צמח מסוג C4, כדי לבדוק איך הטכנולוגיה פועלת. הופתענו לראות שלמרות כל תהליכי העיבוד שהצמחים עוברים בתעשיית המזון בדרכם להפוך לבמבה, המכשיר עדיין מצליח להבדיל ביניהם ולזהות את החתימה האיזוטופית של הצמח״.

אבל הטכנולוגיה הזו יכולה לשמש לדברים רבים, ולא רק לזיהוי ההרכב של חטיפי בוטנים. היא משמשת היום בעולם למשל למדידת זיהום אוויר ולביצוע אנליזות כימיות שונות. השימוש שעשו בה החוקרים ממכון ויצמן למדע יסייע להבין תהליכים שונים שמתרחשים בעצים ובצמחים, ובין היתר יסייע גם בהבנת התמונה הרחבה יותר, שיש לה השפעה רבה על חיינו: מדידת ההשפעות של שינוי האקלים.

״יחס האיזוטופים בצמחים מושפע גם מתנאי הסביבה שבה גדל הצמח", מסביר רוג. "בתנאים רגילים, הצמח מעדיף לקבע את הפחמן הקל, אך בתנאי סביבה קיצוניים של יובש וחום, חילוף הגזים עם האטמוסיפירה נמוך, והוא יאלץ לקבע גם את הפחמן הכבד. כך קטן בהתאמה היחס האיזוטופי ברקמת הצמח.

המיכשור החדש יאפשר לעקוב אחרי הפחמן בתוך העץ ובסביבה האקולוגית של היער. צילום: עידו רוג

״השימוש במיכשור החדש, בשילוב עם ממצאים מן העבר, יאפשר לעקוב אחרי הפחמן בתוך העץ ובסביבה האקולוגית של היער – וכך יסייע לנו ללמוד על התמודדות עצי היער בישראל עם כמות המשקעים ההולכת ופוחתת, בשילוב עם עלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני. הממצאים האלו מדגישים את מגוון המדידות שניתן לבצע באמצעות המיכשור החדשני, בדגש על השפעת ההתחממות הגלובלית והשלכותיה.

״בסופו של דבר, אני חושב שהחזק ישרוד – ובמקרה זה, החזק הוא מי שמצליח להסתגל לשינויים בצורה הטובה ביותר״, מסכם רוג. ״העצים והמינים שיש להם את המנגנונים והדרכים הפיזיולוגיות להתמודד עם מחסור במים, ומצד שני עם עלייה בטמפרטורות – הם אלה שישרדו ויחזיקו מעמד״. בהתחשב בכמויות הפחמן הדו-חמצני שאנחנו פולטים והשירות שהעצים עושים לנו בכך שהם מקבעים אותו, נקווה שרוב העצים שלנו הם אכן חזקים, וימשיכו ללוות אותנו עוד זמן רב.

בעקבות הכתבה ב"זווית" הסיפור פורסם גם ב-ynet

חפשו מומחים נוספים בתחום

מילות מפתח