האביב שכבר פרש עלינו את כנפיו שיבץ בין הימים הקרים והגשומים לא מעט ימים חמים ביותר, שבהם אנחנו מגלים מחדש תחושה שקצת נשכחה מאיתנו בחורף: צמא. לנו, בתור בני אדם שחיים בחברת שפע, קל מאוד ללכת ולשתות כוס מים שתרווה את צמאוננו – אבל לצמחים, שנטועים במקומם ושתלויים במשאבים שמצויים בסביבתם המיידית, הדבר עלול להיות מסובך הרבה יותר. עם זאת, מיליוני שנות אבולוציה העניקו לצמחים כמה טריקים.
במחקר ישראלי חדש נבחן גידול מקומי אהוב במיוחד: גפני היין, והתגלה שהצמחים עורכים שינויים במבנה ובהרכב החומרים שבהם כדי לשרוד את הקיץ הישראלי החם והיבש.
במוקד המחקר החדש עמדה יכולתם של הצמחים להוביל ולעשות שימוש במים. "צמחים מסוגלים להוביל מים לכל חלקיהם ללא כל השקעת אנרגיה – לפעמים אף לגובה של 100 מטר", אומר ד"ר אורי הוכברג מהמכון לקרקע, מים וסביבה במרכז וולקני למחקר חקלאי, שהמחקר החדש נערך במעבדתו. "הדבר שונה מאוד מהתהליכים שמתרחשים בגוף שלנו, למשל: כדי שחומרי הזנה ונוזלים יובלו מהלב וממערכת הדם האנושית אל שאר חלקי הגוף, אנחנו נדרשים לשרוף אנרגיה, שנמדדת בקלוריות".
מערכת הצינורות שמובילה מים לכל חלקי הצמח נקראת עצה (Xylem). המים זורמים בעצה, מהשורשים שבמעבה האדמה כלפי מעלה, אל כל חלקי הצמח השונים. המים נעים במסלול ארוך ואנכי למדי, שמנוגד לכוח הכבידה – זאת, כאמור, כמעט ללא השקעת אנרגיה מצד הצמח.
איך בדיוק זה קורה? הכול מתחיל כשמים מתאדים מעלי הצמח דרך הפיוניות – הפתחים בעלים שדרכם אוויר מהסביבה נכנס אל הצמח. מולקולות המים השונות שבצמח נמשכות מאוד זו לזו, ולכן כשחלק מהן מתאדות דרך הפיוניות נוצר בצינורות ההובלה מתח, ש"מושך" את המים כלפי מעלה, עד הצמרות, במעין שרשרת ארוכה של מולקולות מים.
"נקודת התורפה של התהליך היא שכאשר הצמח נמצא בתנאי יובש חמורים, המתח בצינורות ההובלה גובר, עד לרמה שמולקולות המים עלולות אף להיפרד לגמרי זו מזו", אומר הוכברג. "כשזה קורה, הנוזל שבצינורות ההובלה הופך למעשה לגז, בתהליך שנקרא 'קוויטציה' – וכשיש גז בלב מערכת ההובלה, הדבר פוגע בהולכת המים בצמח".
גפן משנת צורה
המחקר החדש נערך במעבדתו של הוכברג על ידי הדוקטורנט יונתן שורק ובסיועו של ד"ר ישי נצר ממו"פ אזורי מזרח ואוניברסיטת אריאל, ונבחנו בו גפנים מהזן המוכר קברנה סוביניון. החוקרים בחנו את תהליכי הקוויטציה שמתרחשים בגפנים, זאת באמצעות שיטה חדשנית: הם צילמו את עלי הגפנים, וניתחו שינויים דקים שמתרחשים בכמות האור שעובר דרך העלה, ושמעידים על קיומן של בועות גז בתוך מערכת ההובלה של הצמח. כשהמים הופכים מנוזל לגז, מגיעה אל המצלמה כמות קטנה יותר של אור – ולכן השיטה מאפשרת לראות את האזורים בעלה שבהם קיימות בועות גז, שמופיעים ככהים יותר.
החוקרים מצאו שה"סוד" של הגפנים להתמודדות עם היובש הוא שינוי צורה: עלי הגפנים משנים את מבנה העצה שלהם, כך שלמעשה, הוא לא מאפשר את היווצרותה של קוויטציה – ולכן, הולכת המים בגפנים לא נפגעת גם בתנאי קיצון.
החוקרים מצאו שהשינויים במבנה העצה בגפן הולכים ומתפתחים בהדרגה ככל שעונת הגידול מתקדמת. הסיבה לכך היא מחזור חייהם של הגפנים: כפי שיודעים אלה מאיתנו שניסו לגדל ענבים בבית, הגפן נעלמת בכל שנה לקראת החורף, ושוקעת בתרדמת עמוקה עד לצמיחתה מחדש בעוצמה רבה בתחילת האביב. או אז, היא מתעוררת לחיים בפרץ של לבלוב ופריחה, ומדי יום גדלים בה עלים חדשים וצעירים, שאחריהם מתחילים לצאת גם הפירות המתוקים.
בתחילת האביב, העלים הצעירים משתמשים במים שנאגרו בקרקע במהלך החורף הגשום, ולכן הם לא סובלים ממחסור משמעותי בנוזלים. עם זאת, לקראת סוף עונת הגפן, כשהעלים כבר בוגרים יותר, המאגרים שנותרו לצמח כבר דלילים יותר – ולכן, הצורך שלו לפעול בדרכים שיאפשרו לו לשרוד בתנאי יובש גדול יותר.
בנוסף לשינוי מבנה העצה, החוקרים מצאו גם מנגנון נוסף שבו עושה הגפן שימוש כדי להתאים את עצמה לעונה היבשה: צבירת מומסים בעלים. מומסים הם מלחים, סוכרים, חומצות אורגניות, חומצות אמינו ומינרלים נוספים, שנמצאים בריכוז גבוה בתוך עלי הצמח. הנטייה הטבעית של מים היא לזרום ממקום שבו ריכוז המומסים הוא נמוך למקום שבו ריכוזם גבוה: תהליך זה, שנקרא אוסמוזה, הוא אחד התהליכים הבסיסיים ביותר בעולם החי והצומח. לכן, העלאת ריכוז המומסים בעלה מקלה על הצמח "למשוך" אליו מים בזמנים יבשים.
לדברי הוכברג, הגפנים הן לא הגידול היחיד שבו נוצרת קוויטציה מועטה יחסית, גם כשקיים מחסור במים. "בשנה האחרונה בדקנו בנוסף לגפנים גם צמחים נשירים נוספים, כמו אגס, רימון ואזדרכת, וראינו שגם אצלם קיימת התאמה לתנאי יובש", אומר הוכברג.
עלים צעירים ב-40 מעלות
עם זאת, אין לדעת האם יכולתן המרשימה של הגפנים להתמודד עם יובש תספיק גם בעתיד, נוכח התנאים הקשים יותר שאיתם הן צפויות להתמודד. משבר האקלים הוביל כבר לעלייה של מעלה אחת צלזיוס בטמפרטורה הממוצעת העולמית, כשהצפי המינימלי הוא שתתרחש התחממות של 1.5 עד 2 מעלות צלזיוס בממוצע. בנוסף, אירועי מזג אוויר קיצוני, כמו בצורות וגלי חום, צפויים להמשיך ולהפוך לתדירים ולחמורים יותר.
"בישראל, רבים מגלי החום מתרחשים באביב, התקופה שבה עלי הגפן עדיין צעירים יחסית ולכן רגישים יותר לתנאי היובש", אומר הוכברג. "בשנה שעברה, למשל, חווינו במאי גל חום שנמשך עשרה ימים, ושהטמפרטורות בו הגיעו ליותר מ-40 מעלות. לכן, אם גלי החום יהפכו לתדירים יותר, יש סיכוי סביר שהצמח יתקשה יותר להתמודד עם הטמפרטורות הקיצוניות", הוא אומר.
"גידולי גפנים והחקלאים שמגדלים אותם מושפעים מאוד מעליית הטמפרטורות בעולם", אומר הוכברג. קשיים אלה לא מסתיימים בתנאי היובש שאיתם נאלצים הצמחים להתמודד: החום גם מאיץ את הבשלת הסוכר, המרכיב בענבים שהופך לאלכוהול – אך הפנולים, החומרים שמעניקים ליין את מאפייניו היחודיים (כמו צבע, תחושה וריח) זקוקים לזמן להבשיל. לכן, בתנאי חום גבוה, עד שהפנולים מבשילים היין עלול כבר להיות אלכוהולי מדי עבור חך הצרכנים.
על מנת להתמודד עם המצב, נשקלות כיום בישראל אפשרויות כמו להחליף את הזנים שמגודלים (שהם בעיקר זנים צרפתיים, כמו קברנה סוביניון, מרלו ושרדונה) בזנים שיתאימו יותר לתנאים החדשים – או פשוט לקוות שהצרכנים יסכימו לשתות יינות אלכוהוליים יותר. ייתכן מאוד שבאזורים חמים יותר שמגדלים בהם כיום ענבי יין, כמו גדרה או זכרון יעקב, יהיה הרבה יותר קשה לגדל ענבי יין בקרוב.
