רואים את האור

לאישה שבתמונה יש רעמת שיער מפוארת, העוטפת חלקית את גופה העירום. זו אינה יצירה אמנות לא מוכרת שהתגלתה באחרונה, אלא חלק מתא צמח, המוגדל פי יותר מ-20,000. התמונה הופקה במסגרת מחקר של פרופ' זיו רייך וחברי קבוצתו, מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, יחד עם פרופ' הלמוט קירצ'נוף מאוניברסיטת ושינגטון, ארה"ב. ה"שיער" הוא למעשה מערכת של בועיות קטנות ושטוחות הקרויות תילקואידים, הנמצאות בכלורופלסט של הצמח. בועיות אלה מכילות את המערכת המבצעת את השלבים העיקריים של הפוטוסינתזה – תהליך בו משתמשים צמחים, אצות, וחיידקים מסוימים באור השמש כדי להפיק אנרגיה כימית, ואגב כך מייצרים גם את רוב החמצן המצוי באטמוספרת כדור-הארץ. במאמר שפירסמו בכתב-העת המדעי "רשומות האקדמיה למדעים של ארה"ב" (PNAS), מדווחים המדענים כי גילו מדוע ה"שיער של האישה" עשיר כל כך: עובי החלל שבתוך התילקואידים, הקרוי לומן, כמעט מוכפל כאשר העלה חשוף לאור.

נב

התרחבות הלומן מסייעת לפוטוסינתזה: היא מגדילה את המרחב בו מתבצע הפעפוע (דיפוזיה) של חלבון האחראי להעברת אלקטרונים – צעד חיוני בפוטוסינתזה. אלקטרונים אלה משמשים להפיכת דו-תחמוצת הפחמן לסוכרים, והעברתם דרושה להיווצרות מולקולת ה-ATP: מולקולת האנרגיה העיקרית של התא. בנוסף, התרחבות הלומן מאפשרת תיקונים בחלבוני הפוטוסינתזה, משום שהיא מסייעת לפירוקם ולשינועם.

 

כאשר יורדת החשיכה מתכווץ הלומן, ובכך מגביל את תנועת החלבונים. ההתכווצות נדרשת כנראה כדי למנוע נזק שעשוי להיגרם למערכת הפוטוסינתטית בעת הזריחה, או כאשר עוצמת האור גוברת בפתאומיות – לדוגמה, בעקבות תנועת עננים. כאשר האור מתעצם בבת אחת, הלומן המתרחב בהדרגה דואג לכך שקצב העברת האלקטרונים לא יגבר מהר מדי – דבר שעלול לפגוע בחלבון מרכזי בשרשרת העברת האלקטרונים.

ממצאים אלה מפריכים את הסברה ארוכת השנים, כי הלומן שבתילקואידים מתכווץ באור. מקור הסברה הוא במגבלות שיטות המחקר בתחילת שנות ה-70 של המאה הקודמת. המחקר החדש, לעומת זאת, נעשה באמצעות שיטות מתקדמות: עלי הצמח נחקרו תחת מיקרוסקופ אלקטרונים, לאחר הקפאה מהירה באמצעות חנקן נוזלי, בתנאי לחץ גבוה ביותר. העלה המוקפא נחתך לשכבות דקיקות, שעוביין אינו עולה על כמה עשרות ננומטרים (מיליארדיות המטר).

הממצאים החדשים מספקים מידע חיוני על בקרת הפוטוסינתזה, ועל הדרכים בהם הצמחים מתאימים את עצמם לשינויים בעוצמת האור, המתרחשים במהלך היום.

 

במחקר השתתפו קריס הול, מגנוס ווד וד"ר מירוסלבה הירבסטובה מאוניברסיטת ושינגטון, וכן אוני צברי, ד"ר רינת נבו וד"ר דנה חרובי מהמחלקה לכימיה ביולוגית, וד"ר אייל שמעוני מיחידת המיקרוסקופיה האלקטרונית במכון ויצמן.