הזמן הירוק

 

הבוטנאי הידוע קרל לינאוס, שחי במאה ה-18, יכול היה לדעת מה השעה על פי מבט חטוף בגינתו: הוא גידל שם פרחים שונים שכל אחד מהם נפתח ונסגר בשעות קבועות משלו. מחזור הפתיחה והסגירה של הפרחים נקבע באמצעות שעון ביולוגי הטבוע בהם, הקרוי "שעון סירקאדי". שעון ביולוגי זה, שגרסאות שונות שלו מצויות גם בבעלי חיים, מתאם ומתזמן פעילויות יומיות כגון התעוררות או פריסת עלי כותרת.

 

פרופ' מאיר אדלמן מהמחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע מצא באחרונה, שהשעון הסירקאדי מווסת במעגל פעולה של 24 שעות גם את אחת הפעולות הבסיסיות ביותר בעולם הצומח - פוטוסינתזה. עבודה זו בוצעה בשיתוף עם ד"ר אוטאר מאטו,מנהל המעבדה לירקות של שירות המחקר החקלאי במשרד החקלאות של ארה"ב. אדלמן ומאטו משתפים פעולה במחקרים על פוטוסינתזה כבר יותר מ-20 שנה, מאז שמאטו בילה שנתיים כמדען אורח במעבדתו של אדלמן במכון ויצמן למדע. בעבר התמקדו בהבנת תפקידו של החלבון D1 , הנחשב ל"דינמו" המניע את תהליך הפוטוסינתזה. יחד עם חלבון אחר, הנקרא D2, הוא אוסף את אנרגיית השמש שנלכדה בפיגמנט הירוק, כלורופיל, ומשתמש בה כדי לפרק מים למימן וחמצן (החמצן משתחרר לאטמוספירה, והמימן מנוצל להפקה של מולקולות הסוכר המשמשות מזון ומקור אנרגיה לצמח).

 

בזמן שבו מתחולל התהליך הזה החלבון D1 מהווה מעין "מוקד" שאליו נצמדים חומרים שונים ומתנתקים ממנו. בין החומרים האלה מצויות גם מולקולות של פוספט (תהליך הקרוי זירחון). עובדה זו העידה על כך ש-D1 מעורב בתגובה לגירוי כלשהו שמגיע מחוץ לתא הצמח. אדלמן ומאטו החלו לעקוב אחר התהליך המסקרן, וגילו להפתעתם שתהליך הזירחון של D1 מתנהל במחזור פעילות קבוע של 24 שעות, קצב המתאים למחזור הפעולה של השעון הסירקאדי. מחזור פעולה זה המשיך להתקיים גם בצמחים שנמצאו במעבדה שבה הופסק - באופן מלאכותי - מחזור היום והלילה. הם גם הצליחו להזיז את המחזור במלואו, בדומה לשינוי הזמנים שחווה אדם העובר מאיזור זמן אחד למשנהו. גם הצמחים, כמו בני-אדם שמרבים לטוס, למדו להסתגל ל"ג'ט-לג", והסתגלו תוך זמן לא רב למחזור היממה החדש.

 

במחקרים אלה התברר גם, ששיאו של מחזור הפעילות אינו מתחולל דווקא בשיא המחזור של אור השמש. הזירחון הגיע לשיאו בערך בשעה 10 בבוקר, ואחר כך פחת במידה משמעותית. המדענים משערים, שתיזמון המחזור בדרך זו נועד להגן על הצמחים מקליטת "מנת יתר" של קרינת שמש.

 

החלבון D1 מותאם לפעולה בתנאי אור שונים, לרבות האור החלש המאפיין את שעות הבוקר המוקדמות ואת האור המפוזר שמגיע לפני הקרקע בימים מעוננים. אבל כאשר עוצמת האור עוברת סף מסוים, המערכת סופגת יותר אנרגיה ממה שהיא יכולה לקלוט. כדי למנוע מנת יתר, צריכים הצמחים להפעיל מנגנונים שמדכאים את תגובתם לקרינה. במחקרים קודמים מצאו המדענים ש-D1 מוחלף בקצב מהיר יחסית, כמו נתיך חשמלי שנשרף: כשקרינת השמש חזקה במיוחד זה יכול לקרות הרבה פעמים ביום. לעומת זאת, החלבון D2, שהמבנה שלו דומה מאוד ל-D1, מתמחזר בקצב אטי בהרבה. אדלמן ומאטו משערים, שהצמח משתמש בזירחון של D1 כבמעין מתקן מדידה שחש מראש מתי הנתיך מתקרב לרגע שבו "יישרף". יש כאן משחק של מציאת דרך לניצול קרינת השמש תוך היפגעות מינימלית מנזקה. מיחזור החלבון D1 מכוון לפי הקצב הסירקאדי, כך שמרכזי האנרגיה של הצמח פועלים באופן אופטימלי בשעות המוקדמות והמאוחרות של היום, כאשר אור השמש חלש יותר. לעומת זאת, ה"נתיכים" מתנתקים בשיא החשיפה לאור השמש.

 

על אף התגליות האלה, עדיין רב הנסתר על הנגלה באשר לקשר שבין השעון הסירקאדי לבין תיפקודו של D1. באחרונה בידדו אדלמן ומאטו אנזים שייתכן כי הוא "המוציא לפועל" העיקרי של הזירחון היומיומי של D1. כעת הם מבצעים ניסויים נוספים כדי לבדוק אם האנזים הזה הוא אכן מרכיב מרכזי של מנגנון התיזמון של הפוטוסינתזה.