אור יערות

כשהחזאי מתריע על גל חום, נעדיף בדרך כלל להיצמד למזגנים. קבוצת מדענים מאוסטריה, מגרמניה ומאיטליה שהגיעה לישראל בשיא עונת החמסינים, בחרה במקום זאת לכתת רגליים לנגב. יער האורנים הצחיח למחצה סביב תחנת המחקר יתיר, שמופעלת על-ידי מכון ויצמן למדע ב-18 השנים האחרונות, היווה עבורם קרקע מושלמת לניסוי בגישה חדשנית שפיתחו במטרה לבדוק כיצד צמחים ועצים מסלקים פחמן מהאטמוספירה בתנאי סביבה שונים.

צמחים צורכים פחמן וממירים אותו למסה ביולוגית בתהליך הפוטוסינתזה. מעקב אחר תהליכי פוטוסינתזה ברמת היער או ברמת המערכת האקולוגית חיוני להערכת כמות הפחמן שצמחים מסלקים מהאטמוספרה. שיטות המדידה הקיימות כיום מסתמכות על תצפיות עקיפות, כגון נתוני לוויין המודדים את החזר אור השמש. אבל תצפית מהחלל אינה מאפשרת להבחין בשינויים המתרחשים כתוצאה מגלי חום חולפים. למעשה ביערות ירוקי-עד, כמו היער ביתיר, אפשר להבחין בשינויים באמצעות תצפית מהחלל רק כשחל שינוי משמעותי ברמות הכלורופיל – הפיגמנט הירוק החיוני לפוטוסינתזה. ואולם כמות הפיגמנט עשויה להישאר זהה גם כאשר בפועל מתחוללים שינויים משמעותיים ברמת הפוטוסינתזה.

מדד אחר שעשוי לאפשר להעריך במדויק יותר את רמת הפוטוסינתזה, הוא כמות האור שנפלט בתהליך. אנרגיית האור הנקלטת בצמח מומרת לאנרגיה כימית בפוטוסינתזה, אך כמויות קטנות שלה מתפוגגות כחום או נפלטות כאור. האור הנפלט, המוכר כפְלוּאוֹרֶסְצֶנְצְיָה, מוגבל לאורכי גל ספציפיים, כך שמדידת אורכי גל אלה עשויה לשקף את רמת הפוטוסינתזה. עם זאת, עד לאחרונה איש לא הצליח ליצור מכשיר בעל יכולת מדידה מדויקת של האור הנפלט מצמחים בשעות היום – השעות שבהן מתרחשת פוטוסינתזה – שכן קרינת השמש החזקה מסתירה את הפלואורסצנציה.

תחנת המחקר יתיר, שבראשה עומד פרופ' דן יקיר מהמחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת, מהווה מוקד משיכה לצוותי מחקר מאירופה ומארצות הברית, החוקרים את שטפי הפחמן ותרכובותיו – כולל גז החממה המרכזי, פחמן דו-חמצני. תחנת המחקר והמעבדה הביוספרית-אטמוספרית הניידת מאפשרות למקם ציוד מדידה מעל צמרות העצים בעזרת זרועות טלסקופיות ארוכות ולבצע ניסויים שונים ביחסי הגומלין בין הצמחים לאטמוספירה.

"כששמענו על אב הטיפוס של מערכת חדשה למדידת 'פלואורסצנציה מושרית אור שמש' (sun induced fluorescence, SIF), הזמנו את צוותי המחקר שעוסקים בפיתוחה ליתיר כדי לנסות את הציוד שלהם אצלנו", מספר פרופ' יקיר. "אחת האטרקציות שמציעה ישראל היא אירועי חמסין עונתיים – גלי חום קיצוניים הנמשכים בין שלושה לחמישה ימים. החמסינים הצפויים בתדירות גבוהה באביב מספקים הזדמנות מצוינת לעריכת ניסויים: המשתנים הסביבתיים היחידים שמשתנים הם הטמפרטורה והלחות, אך מדובר בשינוי קיצוני. במלים אחרות, החמסינים מאפשרים למדוד באופן ישיר את השפעת גלי חום על פוטוסינתזה".

המדענים, ד"ר גיאורג ווהלפארט, קתרינה גרדל, ד"ר אלבין המרלה ופליקס שפילמן מאוניברסיטת אינסברוק, אוסטריה; מירקו מיגליאבאקה ממכון מקס פלנק לביו-גאוכימיה ביֶנה, גרמניה; טומאסו ג'וליטה מאוניברסיטת מילאנו-ביקוקה, איטליה; וחברי קבוצת המחקר של יקיר – ד"ר אייל רוטנברג, ד"ר פיודור טטרינוב ויונתן מולר – הגיעו ליתיר בשיא עונת השרב בלוויית מערכת המדידה וחיברו אותה לתחנת המחקר. מכשיר דמוי מצלמה שהורכב על ראש הזרוע הטלסקופית כוון אל העלווה וחובר באמצעות פילטרים לספקטרומטר בעל רזולוציה גבוהה מאוד. ניתוח ממוחשב תירגם את אות הפלואורסצנציה הנקלט מן העצים למדד לרמת הפוטוסינתזה.

אחת האטרקציות שמציעה ישראל היא אירועי חמסין עונתיים – גלי חום קיצוניים הנמשכים בין שלושה לחמישה ימים. החמסינים הצפויים בתדירות גבוהה באביב מספקים הזדמנות מצוינת לעריכת ניסויים"

ממצאי הניסוי הראו ירידה דרמטית בפוטוסינתזה בשיא גל החום, ובכך איששו את היתרון הגלום בשיטה החדשה. "פוטוסינתזה יכולה להאט, ובסופו של דבר גם להיעצר, משתי סיבות", מסביר פרופ' יקיר. "או שהצמחים סוגרים היטב את הנקבים בעליהם הנקראים פיוניות, ומגבילים בכך את האידוי, אך גם את ספיגת הפחמן הדו-חמצני שלהם; או שנגרם נזק ישיר למנגנונים הפוטוסינתטיים בעלים". שילוב של השיטה החדשה עם שיטות אחרות שפותחו במעבדה של פרופ' יקיר, אפשר לצוות להראות שבמהלך חמסין, סגירת הפיוניות התרחשה בד בבד עם העלייה בטמפרטורה. עם זאת, בשיא החמסין, נגרם נזק פנימי גם למנגנון הפוטוסינתזה, והדבר בא לידי ביטוי בירידה חדה בפליטת הפלואורסצנציה מעלוות העצים. מפתחי השיטה מקווים שאפשר יהיה לעשות בה שימוש מקומי, כפי שנעשה ביער יתיר, או להתקין את הציוד על-גבי רחפנים, מטוסים או לוויינים.

רמות הפוטוסינתזה חזרו לתחום התקין 24 שעות מחלוף החמסין. "זהו סימן לכך שלפחות בינתיים, היער מגלה עמידות גם לאחר חום קיצוני – תופעה ההולכת ונעשית תכופה יותר ויותר", אומר פרופ' יקיר.