ריקוד המכונה

יתכן כי הפתרון למשבר האנרגיה מצוי ממש מעבר לחלון - בצמחים. הם יצרני המזון וממירי האנרגיה, והם גם האחראים על האיזון האקולוגי באמצעות ויסות הרכב הגזים באטמוספירה. הצמחים המציאו "תאים פוטו-וולטאיים" - אשר מסוגלים לקלוט את אנרגיית השמש ולהמיר אותה בחומר עתיר אנרגיה, שבו הם משתמשים כבדלק - כחלק מהתהליך הקרוי פוטוסינתזה. כמות הפחמן הדו-חמצני השנתית שהצמחים קולטים לצורך תהליך זה עומדת על 300 מיליארד טונות - פי 10 מכל הפחמן הדו-חמצני שמייצר האדם בשנה. מנגנוני הפוטוסינתזה עשויים, אם כן, להוות מפתח לניצול יעיל יותר של המשאבים הטבעיים העומדים לרשותנו, למשל להגברת קצב הצמיחה של גידולים חקלאיים ושל צמחים המשמשים כדלק ביולוגי, כמו אצות. המגבלה העיקרית נעוצה בעובדה שאפילו הצמחים - שהמציאו את התהליך ושיכללו אותו במהלך מיליוני שנות אבולוציה - הגיעו כבר מזמן לקצה גבול יכולתם. הפוטוסינתזה היא תהליך שאינו ממצה את הפוטנציאל הטמון באנרגיית השמש.

 

האם בני-האדם יכולים ללמד את הצמחים כיצד לשפר את תהליך הפוטו-סינתזה? מחקר של ד"ר רון מילוא וחברי קבוצתו, ארן בר-אבן ואלעד נור מהמחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע, שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי "רשומות האקדמיה האמריקאית למדעים" (PNAS), רומז כי התשובה לכך עשויה להיות חיובית. ד"ר מילוא משתמש בכלים ובגישות מתחום הביולוגיה המערכתית כדי לחקור היבטים כמותיים של תהליך הפוטוסינתזה במטרה לייעל אותם. עבודתו משלבת שיטות חישוביות-תיאורטיות עם שיטות ניסיוניות, במטרה "לפרק" את המכונה הפוטוסינתטית לרכיביה - אנזימים שנוצרו והותאמו לתפקידם בתהליך אבולוציוני שנמשך מיליוני שנים. באופן זה הוא מקווה ליצור שילובים יעילים יותר של הרכיבים השונים של התהליך.

 

כיצד פועלת המכונה? הצמחים יודעים לקחת אטומי פחמן אי-אורגני המצויים באטמוספירה בצורת גז פחמן דו-חמצני, ולהעביר אותם אל עולם החיים בכך שהם מייצרים מהם מולקולות סוכר – תהליך הקרוי "קיבוע פחמן". המולקולה הפחמנית הראשונית שהם מייצרים מהווה אבן בניין בסיסית לחומרים רבים אחרים, ובנוסף, היא מתפקדת גם כ"סוללה" אוגרת אנרגיה. ייצור הסוכר ממולקולות של פחמן דו-חמצני נעשה באמצעות רצף מעגלי של תהליכים אנזימטיים הקרוי "מעגל קלווין". קיימים גם חיידקים אשר יודעים לקבע פחמן בכששה מסלולים אחרים.

 

המחקר של ד"ר מילוא וחברי קבוצתו בדק אפשרות שימוש בהרכבים של אנזימים שונים, מתוך מאגר של 5,000 אנזימים  מוכרים למדע, והשתמש בהם כברכיבים שאפשר "לגזור ולהדביק" כדי ליצור את המעגל המהיר ביותר (בדומה לאופן בו מחברים רכיבים אלקטרוניים כדי ליצור את המעגל החשמלי המוצלח ביותר). האלגוריתם הממוחשב שפיתחו סורק את כל השילובים האפשריים, כשהוא מתחיל באנזימי המפתח שלוכדים את הפחמן מהאטמוספירה,ומתקדם לאורך השלבים של ייצור מולקולת הסוכר.

 

באופן זה הצליחו המדענים לגלות מערכת תיאורטית שיעילותה עולה פי שניים עד שלושה על זו של הפוטוסינתזה הטבעית. כיום הם עושים ניסיונות ראשונים לייצר את המערכת בפועל, ולבחון את יעילותה במבחנה. ד"ר מילוא: "ממצאים אלה עשויים לפתוח נתיב חדש להתמודדות עם האתגר שבהגדלת ייצור המזון ומקורות האנרגיה המתחדשת, באמצעות שיטות ביו-הנדסיות".

 

כמה תאים מצויים בעור של בן-אדם? ומכמה תאי עצב מורכבת קליפת המוח? מהו גודלם של התאים בריאה? נתונים כאלה חשובים לא רק לאספנים של עובדות טריוויה, אלא בעיקר לביולוגים, שבשנים האחרונות נדרשים יותר ויותר "לדבר במספרים". המחקר הכמותי בתחומי מדעי החיים הביולוגיה הולך וכובש לו מקום מרכזי בעולם המחקר האיכותי. עם זאת, הנתונים המספריים הדרושים למדענים לצורך עבודתם מפוזרים במקורות שונים, והנגישות אליהם מסובכת ומחייבת השקעת זמן רב. ד"ר רון מילוא, שנתקל בקשיים האלה במחקרו הבתר-דוקטוריאלי באוניברסיטת הרווארד, יזם והקים יחד עם עמיתיו, פול יורגנסן ומייק ספרינגר, את האתר Bio Numbers, אשר מרכז נתונים כמותיים הדרושים למדענים. באתר משתמשים מדי חודש יותר מ-3,000 מדענים ותלמידי מחקר מכ-50 מדינות, והוא כולל קרוב ל-5,000 נתונים מספריים על יותר מ-200 בעלי-חיים, צמחים וחיידקים שונים.

רון מילוא נולד בחיפה בשנת 1975, והתחיל את הקריירה המדעית שלו כבר בגיל 15, כאשר זכה באולימפיאדה הארצית לפיסיקה בשנת 1990. כתלמיד בבית-ספר תיכון השתתף בסדנאותדה-שליט במכון ויצמן למדע, ובשנת 1992 נבחר להשתתף במשלחת מדענים צעירים לכנס בין-לאומי בלונדון. בשנת 1996 קיבל תואר ראשון בהצטיינות בפיסיקה ובמתמטיקה מהאוניברסיטה העברית בירושלים במסגרת תוכנית תלפיות, וכעבור שלוש שנים קיבל תואר שני בהנדסת חשמל מאוניברסיטת תל אביב. לאחר מכן המשיך ללימודי תואר שלישי במעבדתו של פרופ' אורי אלון במכון ויצמן למדע. בשנת 2005 קיבל תואר דוקטור, ולאחר מכן ביצע מחקרים בתר-דוקטוריאליים במכון ויצמן למדע ובאוניברסיטת הרווארד. בשנת 2008 הצטרף למחלקה למדעי הצמח במכון.

 

ד"ר מילוא נשוי להילה, ואב לשתי בנות, גפן בת חמש ויערה בת שנתיים. את עיקר זמנו הפנוי הוא מקדיש לטיולים בארץ ולנגינה במפוחית.