לפני כ-400 שנה עשה מדען פלמי ניסוי היסטורי בניסיון להבין ממה מורכב העץ. הוא אמנם הגיע למסקנה שגויה, אבל הניסוי הוא אחד מאבני הדרך בראשית המדע המודרני

השאלה מה הוא מקור החומר שממנו העצים בונים את עצמם ריתקה מדענים והוגי דעות במשך אלפי שנים. התפיסה המקובלת מימי חכמי יוון העתיקה, הייתה שהעצים נוצרים מהאדמה. במאה ה-17 עשה מדען פלמי ניסוי חשוב בהיסטוריה של המדע, בניסיון לענות על השאלה, צפו בסרטון:

כאשר קראתי לראשונה על ניסוי ואן הלמונט ועץ הערבה, ובעיקר כאשר קראתי את המסקנה שהוא הגיע אליה, נזכרתי בבדיחה ישנה שמספרת על המדען שחקר זבוב: הוא צעק 'זבוב עוף' – והזבוב עף. לאחר מכן הסיר המדען את אחת מכנפי הזבוב, צעק 'זבוב עוף' – והזבוב קטוע הכנף הצליח בכל זאת להתרומם מעט. הוא הסיר גם את הכנף השנייה וחזר על הניסוי, אך למרות כל צעקותיו הזבוב לא עף. סיכם המדען את הניסוי ביומנו: זבוב ללא כנפיים – חירש.

אבל הסתכלות כזו על ניסויו של ואן הלמונט, מתוך נקודת מבט ומצבור ידע מודרני – עושה לו עוול. יאן בפטיסט ואן הלמונט היה אחד ממייסדיו של המדע המודרני. הוא חי בפלנדריה (היום חבל ארץ בבלגיה) בין השנים 1580-1644, בעיצומה של תקופת הרנסנס שמסמלת את יציאתה של אירופה מתקופת ימי הביניים, ובעצם את תחילתו של המדע המודרני. גלילאו גליליי שחי באותה תקופה ממש נחשב במידה רבה לאבי המדע המודרני – מדע שמבוסס על תצפיות וניסויים, ולא רק על סברות והשערות.

הקדים את זמנו

ואכן, ואן הלמונט, כמו גליליי – חקר בשיטות של מדע מודרני, תוך תכנון ניסויים מבוקרים ומדידות מדויקות. בניסוי עץ הערבה הוא הביא בחשבון את כל המשתנים הידועים לו שיכולים להשפיע על משקל העץ. כפי שתואר בקיצור בסרטון, הוא שתל עץ ערבה במשקל 2.2 ק"ג בעציץ המכיל 90 קילוגרמים של אדמה יבשה. ואן הלמונט ייבש את האדמה כדי שבסוף הניסוי יוכל לשקול אותה שוב, באותם התנאים. הוא חשש שאם היה משאיר את האדמה רטובה, לא יוכל לדעת את מידת הרטיבות המדויקת שלה ולא יוכל לחשב את ירידת משקלה בסוף הניסוי.

את עץ הערבה הוא הקפיד להשקות רק במי גשם או במים מזוקקים, כלומר במים שעברו תהליך של אידוי, ועיבוי חזרה, מה שמשאיר אותם נטולי מלחים ומינרלים. גם נקודה זו דורשת הסבר: מדעני העת העתיקה שמו לב שכאשר שופכים חומצה על מתכת – המתכת מתמוססת 'ונעלמת'. למעשה זה היה ההסבר שלהם לתופעה: שהחומצה הורסת את המתכת. ואן הלמונט הצליח להוכיח בסדרה של ניסויים כי המתכת לא נעלמת, אלא הופכת למלח שנשאר מומס במים ומעלה את משקלם. הוא גם הראה שבתהליך כימי, שהיום המדעים מבינים כי הוא חימצון וחיזור, אפשר להחזיר את המתכת שהומסה למצבה המקורי. לכן הוא הבין שעליו להשתמש במים נטולי מינרלים, כדי שהתאדותם במהלך השנים לא תשאיר באדמה מינרלים בעלי מסה שעלולים להשפיע על חישובי המשקל שתכנן.

לאחר חמש שנות ניסוי, שבהן הקפיד שלא ייפול גרגר אדמה מתוך העציץ או אל העציץ – הוא הוציא את העץ, ניקה אותו בקפדנות ושקל אותו שוב. משקלו בסיום הניסוי היה 77 ק"ג, כלומר נוספו לו 74.8 ק"ג ממשקלו ההתחלתי, בלי להתחשב בעלים שנוצרו ובוודאי נשרו מהעץ במהלך שנות הניסוי.

לעומת זאת, משקל האדמה בעציץ, לאחר שיובשה שוב – ירד ב 57 גרמים בלבד. מכאן הסיק ואן הלמונט כי כל משקל העץ הנוסף נוצר מהמים, החומר היחיד שהוא הוסיף לעץ במהלך שנות הניסוי.

עוד נקודה מעניינת לזכות איכות עבודתו של ואן הלמונט היא העובדה שהיא מתבססת על חוק שימור החומר – כלומר על העובדה שחומר לא יכול להיווצר מאליו ולא יכול להיעלם. זו נקודה מעניינת משום שאת חוק שימור החומר ניסח המדען הצרפתי אנטואן לבואזיה יותר מ 120 שנה מאוחר יותר. כלומר ואן הלמונט ממש הקדים את זמנו.

עצים מגז

כפי שנאמר בסרטון, היום אנחנו יודעים שוואן הלמונט טעה לגמרי במסקנות שהסיק מהניסוי. הוא לא העלה על דעתו שצמחים, כמו בעלי חיים, מקיימים מערכת של חילופי גזים עם האוויר. היום אנו יודעים כי הצמחים גם נושמים כמו בעלי חיים – כלומר צורכים מהאוויר חמצן, ופולטים פחמן דו-חמצני. אולם בנוסף לכך, בשעות האור, הם מבצעים בנוסף לנשימה תהליך הנקרא פוטוסינתזה (פוטו=אור, סינתזה=הרכבה, כלומר 'הרכבה באמצעות האור') ובו הם מייצרים סוכר (גלוקוז, C6H12O6) מפחמן דו חמצני (CO2) מהאוויר בשילוב עם המים (H2O) שהם שואבים מהשורשים. התהליך הכימי הכולל בפוטוסינתזה מנוסח כך:

6H2O + 6CO2 ---> C6H12O6 + 6O2 + אור

כלומר משש מולקולות מים ושש מולקולות פחמן דו חמצני, נוצרות בנוכחות אור מולקולה אחת של גלוקוז ושש מולקולות חמצן. הגלוקוז משמש את העצים גם להפקת אנרגיה באמצעות חימצונה בתהליך הנשימה וגם משמשת כאבן הבנייה המרכזית של העץ: העץ בנוי מפולימר בשם תאית (צלולוז) שרשרת ענקית של מולקולות גלוקוז המחוברות זו לזו.

חשוב לציין שמשוואת תהליך הפוטוסינתזה הכתובה למעלה היא מאוד פשטנית, בפועל התהליך מורכב ביותר, וכולל עשרות תהליכים כימיים שונים. מה שחשוב לצורך חישוב מדויק של מקור מסת העץ הוא העובדה שבתהליך הפוטוסינתזה, אור השמש מצליח לבקע מולקולת מים ולשחרר את החמצן שבה לאוויר. כלומר החמצן המשתחרר בתהליך מקורו מהמים, והשריד היחיד שנשאר ממולקולת המים בתוך מולקולת הגלוקוז הם אטומי המימן (H), כל שאר האטומים מגיעים מהפחמן הדו-חמצני.

נוסחתה הכללית של התאית, שהיא רוב החומר המוצק בעצים היא:

 (C6H10O5)n

– חדי העין אולי יבחינו שזה למעשה הרכב הגלוקוז פחות H2O, כלומר פחות מולקולת מים שאכן נפלטת כאשר שתי מולקולות גלוקוז מתחברות ביצירת השרשרת המרכיבה את התאית. האות n בנוסחה מציינת שזו יחידה שחוזרת פעמים רבות.

חישוב המשקלים היחסיים של הפחמן (12), החמצן (16) והמימן (1) תוך התחשבות בעובדה שהפחמן והחמצן שבתאית העץ מגיעים מהגז פחמן דו-חמצני ואילו המימן מגיע מהמים, מוביל למסקנה כי עץ יבש ותאית מכילים 93.8 אחוז פחמן דו חמצני, ו- 6.2 אחוזי מים. כלומר רוב-רובה המסה של העצים נוצרו מהפחמן הדו חמצני שבאוויר! העץ 'נוצר מאוויר'!

עבודה המבוססת על חוק שימור החומר, כ-120 שנה לפני שהוא נוסח. ציור של ואן בלמונט | מקור: Science Photo Library
עבודה המבוססת על חוק שימור החומר, כ-120 שנה לפני שהוא נוסח. ציור של ואן הלמונט | מקור: Science Photo Library

צדק היסטורי

אין זה הוגן כלל ללגלג על ואן הלמונט שפיספס עובדה זו. בתקופתו כלל לא התחילה המיקרוסקופיה האנטומית – כך שלא ידעו שלצמחים פתחי נשימה. את החמצן, שגם הוא חלק מתהליך הפוטוסינתזה – גילו פריסטלי ולבואזיה כ-130 שנים אחרי מותו של ואן הלמונט. תהליך הפוטוסינתזה עצמו, על פרטיו המרובים, התברר לחלוטין רק במחצית השנייה של המאה ה-20. כך שלוואן הלמונט לא היה סיכוי לפתור בתקופתו את התעלומה במלואה, והניסוי המדוקדק שביצע פשוט מעורר התפעלות.

כפי שנאמר בסוף הסרטון – יש אירוניה או צדק היסטורי בכל הסיפור: בנוסף למחקרי הצמחים והמתכות הנעלמות בחומצה, ואן הלמונט גם חקר גזים. למעשה הוא שהמציא את המונח 'גז' (ממילה היוונית כאוס – אי-סדר), והוא המדען הראשון בהיסטוריה שקבע שיש דבר כזה גז – ולא רק אוויר כמו שחשבו עד אז: הוא הצליח להראות כי בשריפה של עץ בכלי סגור – הכלי מתמלא בגז כבד שאיננו האוויר. הגז הוא פחמן דו-חמצני, שוואן הלמונט גילה אותו. וכאן האירוניה או הצדק: ואן הלמונט ביקש לגלות את החומר שממנו העצים נבנים, ובפועל, בלי שהוא עצמו מודע לכך, גילה את הגז פחמן דו חמצני, שהוא אכן החומר הבונה את העצים. 

6 תגובות

  • שלי

    הערה קטנה

    בנוסחת התאית : C6H10O5

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    אכן

    תוקן. תודה!

  • ויגדור רכניץ

    אני מצטטו: "ואן הלמונט הצליח

    אני מצטטו: "ואן הלמונט הצליח להוכיח בסדרה של ניסויים כי המתכת לא נעלמת, אלא הופכת למלח שנשאר מומס במים ומעלה את משקלם. הוא גם הראה שבתהליך כימי, שהיום המדעים מבינים כי הוא חימצון וחיזור, אפשר להחזיר את המתכת שהומסה למצבה המקורי".
    ואני חושב ושואל , ומה איתנו? האם כשאדם נפטר הוא נעלם?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    נעלם ונשאר ונשאר ונשאר

    על האדם חלים אותם חוקים פיזיקאליים שחלים על כל דבר אחר בעולם, ולכן גם כשאנו מתים, כל החומרים מהם היינו בנויים ממשיכים להיות קיימים אחרינו – וימשיכו מיליארדי מיליארדי שנים. על גבול הבלתי-אפשרי להשמיד אטום של פחמן, חמצן, מימן ברזל או סידן שמהם הגוף בנוי. (אולי אפשרי במאיצי חלקיקים או בהתנגשות בין שמשות, אבל כרגיל הם ישארו 'לנצח') – כך שמהבחינה החומרית-כימית אנו נשארים. אנו נשארים גם מבחינה ביולוגית – אם הבאנו ילדים לעולם הם נושאים את תכונותינו הגנטיות, וכך גם הדור הבא (במידה פחותה יותר) והבא אחריו ואחריו וכן הלאה. לא נדיר למצוא נכד 'שיש לו עיניים של סבא'. ובנוסף לכל אנו נשארים גם בזיכרון – גם של הקרובים אלינו, וגם של החברה: בייחוד אם עשינו משהו חשוב, כתבנו ספר, גילינו משהו, יצרנו משהו, ואולי דוגמה טובה לכך היא ואן הלמונט עצמו, שבטח לא העלה על דעתו שמעל 400 שנה אחרי שנולד, ימשיכו לדבר ולכתוב עליו ועל ניסוייו...
    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • משה

    המסר של העצים

    האדם הוא עץ השדה – כך אנו שומעים וחשים בכל פעם כאשר ט"ו בשבט בפתח. אבל לא סתם!
    יש לעצים מסר עבורנו, דרך הנהגה ולא מעט מידות ללמוד מהם. מה כל כך מיוחד בעצים, שהם זוכים לראש השנה המיוחד רק להם? ישנם המציינים את ריבוי המצוות השייכות לעצים – ארבעה מינים, ערלה, תרומות ומעשרות, לקט, שכחה, פאה ועוד. תשובה זו לוקה בחסר אמנם, כי ישנם מינים אחרים שגם בהם עושים מצוות. לדוגמא, מדוע אין ראש השנה מיוחד לציפורים? הרי ישנן מצוות רבות שעושים בהן, כגון שילוח הקן וקרבנות בבית המקדש. התשובה היא פשוטה – היחס בין עץ לאדם מאז ומתמיד היה מיוחד. התורה הקדושה מעידה כי האדם עץ השדה (דברים כ, יט). "השדה" הוא גימטרייא שם הקדוש שד"י, לרמוז שלא רק האדם נברא בצלם אלוקים (בראשית א, כז) אך גם העץ. לא בחינם שבתורת הקבלה מכנים את מערך עשר ספירות "עץ החיים". התורה מעבירה מסר עמוק בשלוש התיבות הנ"ל, שיעור מוסר מאוד נחוץ לכל יהודי, בעיקר לעוררו מתרדמה רוחנית בחודשים הקרים של החורף. הרבה מאוד ניתן להפיק מהתבוננות בעולם הנפלא שברא הקב"ה, ובפרט בעץ וברמזיו, שהעץ מלמד כיצד האדם צריך להיראות ולהתנהג, וזהו האדם עץ השדה. נלמד מספר מידות טובות מהעצים: א. אותיות עץ בסדר הפוך הם צ"ע, ראשי תיבות "צריך עיון", רמז לכך שצריך לפשפש במעשים ולערוך חשבון נפש, לעיין בכל חדרי הלב והנשמה, במיוחד בחודש אלול. ב. העץ ברובו משפיע רק טוב על סביבתו, וכל משפיע בא מצד הקדושה, מכאן שהעץ הוא קדוש. הוא מעניק צל, מניב פירות, נותן משכן ומכסה לבעלי חיים ולציפורים, מאוורר את הקרקע על ידי שורשיו, מונע סחף באדמה הררית, נותן דלק לחימום וחומר לבנייה מגזם ענפיו. ג. בתור מושפע, אין העץ לוקח מהעולם הזה אלא מה שנחוץ לקיומו הבסיסית ולצורך עשיית פירותיו, כלומר מים ומינרלים מן הקרקע, קרני שמש וחמצן מן האוויר, ותו לא. ד. עץ שעושה חסד עם ראויים והגונים, כמו דבורים ויונים, מועיל לו. אך אם יעשה חסד לאלה שאינם ראויים, כגון מיני טפילים, כנימות, או נקרים - יינזק. ה. ככל שהעץ שולח שורשים עמוקים הוא חיוני יותר, כי הוא מגיע למקור חיותו, המים. זהו רמז לאדם: ככל שהוא מנהל את חייו על פי השורש, זוהי דרך האבות, משה רבינו ומעמד הר סיני, אזי הוא יותר חיוני, בהיותו קרוב לדרך התורה, שהיא מקור מים חיים. ו. ככל ששורשי העץ ענפים ופרוסים לרוחב, כך עמידתו יציבה יותר. כאן נרמזת בקיאות בתורה. כלומר, כשאדם שולט במגוון רחב של ספרים קדושים, אז הוא עומד חזק כנגד היצר הרע, שלא כל רוח, קרי ניסיון בחיים, תפיל אותו. ז. פתרון לעץ עם מחלה - גוזמים את ענפיו, כדי שיצמחו חדשים, בריאים וחזקים. כמו כן פתרון לאדם עם מידות חולות, שהכל בא משורש הגאווה, שיגזום את עצמו, כלומר שיקטין את עצמו כדי שיצמח מחדש בצורה בריאה ומחוזקת. ח. עץ שמבזבז כוחות במתן פרי בשלושת שני הערלה, עושה כך על חשבון צמיחה, פיתוח שורשי יסוד, ותוחלת חיים לטווח ארוך. כמו כן, אדם שעובר על מצוות התורה, כאילו מניב פירות איסור וחייו מתקצרים, חס ושלום. ט. עץ ללא מים, בתחילה לא נותן פרי או שפירותיו מצומקים ופגומים. בטווח בינוני, נחשף למחלות והתקפות טפילים. בטווח ארוך יותר, מתייבש ומת. כך אדם ללא תורה. י. כל עץ מניב את הפרי הייחודי שלו. עץ אחד מניב תפוחים והשני פרי הדר, ושום עץ אינו מתבלבל ומשנה את פריו. כמו כן, לכל אדם הייחודיות שלו – אחד למדן, השני בעל תפילה, והשלישי בעל חסד. כל אחד צריך לתת את הפירות הרוחניות המיוחדים שלו, ולא לנסות להיות מישהו או משהו אחר. יא. העץ איננו מתייאש, אפילו אם כורתים ומפילים אותו, הוא מצמיח ענפים מחדש, לעיתים אף חזקים ובריאים מן הקודמים. כמו כן, אדם נבון יודע לנצל את הנפילות בחייו כדי לצמוח ולהתקדם בעבודת השם. יב. העץ גודל ושואף לכיוון האור. האדם הנבון ישכיל גם כן וישאף תדיר להגיע אל האור, שהוא השם יתברך ותורתו. כל הנ"ל משום שהאדם הוא עץ השדה, ממש. והנה לפלא, אמר דוד המלך ע"ה (תהלים צב, יג): "צדיק כתמר יפרח כארז בלבנון ישגה". צריך לשאול, מדוע צדיק חייב להידמות לשני סוגי עצים, לא די באחד? בעזרת השם, הצדיק הוא השופרא של האדם. התמר הוא השופרא של פרי העץ, כי ממנו מופק הדבש שארץ ישראל משתבחת בו. הארז הוא השופרא של אילני הסרק, משום שעצו הוא משובח מכל העצים בגלל חוזקו, חוסנו, ריחו הטוב, ומראהו המעולה. דקל התמר כאמור מניב פירות משובחים. אבל, היות ושורשיו רדודים וענפים, הוא חייב לגדול בקרבת מקור מים. זהו משל לתלמיד חכם אשר פירותיו, קרי תורתו, משובחת כל עוד שיושב בקרבת מקור מים כגון מעיין או נווה, דהיינו בית המדרש. הארז לעומתו, אינו מניב פירות, אמנם שורשו חודר סלעים לעומק כמו פטיש אוויר. הוא מסוגל לגלות מקור מים, עד כדי מאות מטרים לעומק, ובכך גודל איתן אף בשנות בצורת. בהיותו אילן סרק אמנם בעל תכונות נפלאות, הוא דומה לבעל מעשים טובים אשר אינו לומד תורה. הצדיק האמיתי צריך להיות כמו שני סוגי העצים, הנותן פרי כמו תמר ובעל עץ יפה כמו ארז, דהיינו, גם תורתו וגם מעשיו משובחים, בתוך בית המדרש ומחוצה לו. הוא גם צריך לדעת היטב מתי להיות גמיש כמו דקל תמר, שהוא עץ גמיש המתכופף בפני רוח, ומתי להיות קשה כמו ארז, שהוא עץ בעל קשיות עצומה. הכל מוכיח שהאדם הוא עץ השדה. ט"ו בשבט שמח, ואת צמח דוד תצמיח, במהרה אמן!

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תודה

    תודה על התגובה.