הניסוי הישראלי להנבטת זרעי חומוס בתחנת החלל הבינלאומית הוא רק צעד ראשון בדרך לגידול מזון לאסטרונאוטים במשימות חלל רחוקות וממושכות

"לראות את החומוס נובט – זה היה מדהים! זה פרויקט שתוכנן ונבנה בזמן שיא, עשרה חודשים בלבד, עבדו עליו לא מעט מהנדסים ומהנדסות, אבל אף אחד לא במשרה מלאה, והיה חשש שמרכיבים מסוימים לא יפעלו. היה מרגש לראות את הכל מתחבר ועובד", אומר יהונתן ויינטראוב, המנכ"ל והמייסד של Aviv Labs, העומדת מאחורי הניסוי בהנבטת זרעי חומוס בחלל, שמתנהל בימים אלה בתחנת החלל הבינלאומית במסגרת משימת "רקיע", שבה יטוס לתחנה תייר החלל הישראלי איתן סטיבה. "הניסוי מיועד לבחון את התנאים האופטימליים לגידול חומוס בחלל, מבחינת קצב הגדילה, התאורה, הרכב מצע הגידול ועוד". 

ויינטראוב (שלישי מימין) עם צוות של מדעני Aviv Labs | צילום: Aviv Labs
בעקבות "בראשית" כולם רוצים להגיע לירח – עכשיו צריך להאכיל אותם. ויינטראוב (שלישי מימין) עם צוות של מדעני Aviv Labs | צילום: Aviv Labs

מה יאכלו על הירח? 

הרעיון להנביט חומוס בחלל נולד באוניברסיטת סטנפורד בקליפורניה. ויינטראוב, שהיה אחד משלושת היזמים של "בראשית" – החללית הישראלית ששוגרה לירח ב-2019, עשה שם דוקטורט בפיזיקה בנושא שאינו קשור לחלל: פיתוח שיטות לאבחון גידולים סרטניים בעור באמצעות קרינה תת-אדומה. עבודתו זיכתה אותו במענק של מכוני הבריאות הלאומיים בארצות הברית (NIH), שמאפשר לחוקרים צעירים להקים מעבדה בלי השתלמות פוסט-דוקטורט. כיום הוא חוקר בסטנפורד וממשיך לעסוק בפיתוח שיטות פיזיקליות לאבחון סרטן. 

במקביל לעבודת המחקר היומיומית, חיידק החלל לא הרפה מוויינטראוב. "אחרי ש'בראשית' הגיעה לירח, התעוררה השאלה 'מה עכשיו?'. בעקבות "בראשית" כולם רוצים להגיע לירח והשאלה המתבקשת היא מה הם יאכלו שם?", סיפר ויינטראוב לאתר מכון דוידסון. "חומוס הוא לא רק מזון מעניין – הוא מזין מאוד, סוג של 'סופר-פוד'. הוא גם גדל מהר, מה שהופך אותו לצמח אידיאלי לגידול במשימות חלל". 

ויינטראוב החל לקדם את הרעיון בעזרת דורון לנדוי, שהיה גם הוא מאנשי "בראשית", ועם אלעד שגיא, שהיה בין השאר מהנדס המערכת של לווייני התלמידים דוכיפת 3 ולווייני תבל. במקביל הוא עבד עם מדענים נוספים בסטנפורד על פיתוח מערכת הניסוי. הצוות שהתגבש הפך לחברת Aviv Labs, והוא כולל בין השאר את ערן ליון, רז שטיינמיץ, דולב בשי, אלכס פדואה, איתי גרסטיין, גל פנחס, פפ ולירסה-בלסי, פטרה רדקופ, הד פריבש, ישראל בירן ודן אור-חוף.

אחרי שניסוי גידול החומוס נבחר לשיגור במסגרת הניסויים המדעיים של משימת רקיע, הצטרפו למשימה גם תורמים פרטיים. ביניהם הייתה גם חברת המזון שטראוס, שמדעניה סייעו לצוות לבחור לניסוי את זן החומוס "זהבית" המתאפיין בזרעים קטנים יחסית, עם אחוזי נביטה גבוהים וקצב גידול מהיר. חברת קבוצת חיפה פיתחה את הג'ל המשמש מצע גידול לזרעים, והחברה הישראלית Medtronic, פיתחה את המצלמות בתא הגידול למעקב אחר הנביטה וההתפתחות של הצמחים.

התכנון, הפיתוח והייצור של מערכת הניסוי בוצעו בזמן שיא. מערכת הניסוי היא בערך בגודל של קרטון חלב, ומכילה 28 זרעי חומוס שנתונים בתוך ג'ל המשמש מצע גידול. הג'ל מכיל 99 אחוז מים, ואחוז נוסף של אגר וחומרי מזון (נוטריינטים) חיוניים לצמח. תא הגידול כולל תאורת לד בכמה צבעים, וכן מצלמות בתוך הג'ל ומחוצה לו, שנועדו לעקוב אחר התפתחות השורשים וגדילת הצמח עצמו. מערכת ניסוי מקבילה נשארה על כדור הארץ, כדי שהחוקרים יוכלו להשוות ביניהן. 

מכלי הגידול עם הג'ל הייחודי להנבטת החומוס | צילום: Aviv Labs
שילוב של פיתוחים וטכנולוגיות מישראל. מכלי הגידול עם הג'ל הייחודי להנבטת החומוס | צילום: Aviv Labs

לשלוט בקצב הגדילה

הניסוי נועד לשיגור במסגרת משימת Ax-1, שבה יטוס לתחנת החלל גם איתן סטיבה מישראל. אולם דחיית השיגור שתוכנן לסוף פברואר ביותר מחודש הביאה לשינוי בתוכניות. ניסוי החומוס שוגר במקום זאת ב-19 בפברואר בחללית האספקה הפרטית סִיגְנוּס, והופעל אוטומטית בתחנת החלל. "היו הרבה חששות, למשל שהמצלמות לא יפעלו, שהג'ל המימי יגרום לקצר באלקטרוניקה, שהזרעים ייצאו מהג'ל בגלל טלטולי השיגור ועוד", אמר ויינטראוב. "לשמחתנו הכול עובד בלי תקלות, ובעיקר – החומוס נבט בהצלחה. 26 מ-28 הזרעים בניסוי נבטו, ואפילו מהר יותר מאלה שנשארו בכדור הארץ. הם גם גדלים מהר מאוד, אפילו בתנאי הביקורת". 

מעבר לעצם ההנבטה של זרעי חומוס בתנאי מיקרו-כבידה, ויינטראוב ועמיתיו רוצים לבחון את האפשרות לשלוט בקצב הגדילה של צמחים בחלל. הצמחים אמורים לספק מזון לאסטרונאוטים, ואם הם יגדלו לאט מדי לא יהיה מספיק מזון זמין במועד הדרוש. מצד שני, אם הם יגדלו מהר מדי, האוכל עלול לאזול מוקדם מהמתוכנן. אחד המנגנונים שהחוקרים בודקים הוא Shade Avoidance, כלומר הימנעות מצל. זהו מנגנון  שמאפשר לצמחים לזרז את קצב גדילתם כשמוטל עליהם צל, למשל של צמח אחר. "בתא הניסוי אנו בודקים אם אור אדום רחוק (באורכי גל של כ-700 ננומטר; א"נ) מאיץ את הגדילה של הצמח", הסביר ויינטראוב. "במקרה כזה התאים מקבלים צורה מאורכת יותר". 

אף על פי שהניסוי שוגר בסופו של דבר לפני משימת רקיע, לאיתן סטיבה עדיין יהיה בו תפקיד חשוב כשיגיע לתחנת החלל. "התמונות שאנו מצלמים הן מהמצלמות שנמצאות בתוך מערכת הניסוי, לכן שדה הראייה שלנו מוגבל", אמר ויינטראוב. "הוא יוציא את המערכת ויצלם אותה מבחוץ, כך שנוכל לקבל תמונה הרבה יותר רחבה של הניסוי". לאחר מכן מערכת הניסוי תועבר לקירור ותוחזר לכדור הארץ בחודש יוני. "נבדוק את ההבדלים בין צמחי הניסוי לצמחי הביקורת, נראה אם אכן הייתה התארכות מוגברת של התאים באור אדום, ונוכל לעשות אנליזות מתקדמות, לראות אם היו הבדלים בביטוי הגנים בין הצמחים בארץ ובחלל, ומה הם היו", הסביר ויינטראוב. 

כמו שעשו במשימת "בראשית", גם בניסוי החומוס שילבו ויינטראוב ועמיתיו משימה חינוכית, בהובלת שרון משאל, מריאנה קרונפלד וד"ר הלל רובינשטיין, שגם עומד בראש יוזמת DMars, המפעילה הדמיות של משימות מאדים במכתש רמון. "תלמידות ותלמידים במאתיים בתי ספר בארץ עושים ניסוי ביקורת חלקי לניסוי שלנו", סיפר ויינטראוב. "אמנם לא באותם תאי גידול, שלא יכולנו לספק לבתי ספר, אבל עם אותו זן של חומוס ועם אותו מצע גידול. בנוסף, שלוש תלמידות מאולפנת אמי"ת קמה בירוחם והמרכז למדעים בעיר, הדס, אוריה ואבישג, כתבו את קוד התוכנה השולטת על תאורת הלד במכלי הגידול של החומוס בתחנת החלל". 

לשלוט בקצב הגדילה. זרעי חומוס בניסוי בתחנת החלל (משמאל) ובביקורת בכדור הארץ (מימין), 24 שעות אחרי הנביטה (למעלה) ו-48 שעות אחרי הנביטה (למטה) | צילום: Aviv Labs
לשלוט בקצב הגדילה. זרעי חומוס בניסוי בתחנת החלל (משמאל) ובביקורת בכדור הארץ (מימין), 24 שעות אחרי הנביטה (למעלה) ו-48 שעות אחרי הנביטה (למטה) | צילום: Aviv Labs

אל הירח ומעבר לו 

בשלב הבא ויינטראוב ועמיתיו מתכננים לבחון את מערכת הגידול שלהם על הירח. "בשלב הראשון נשגר את החממה שלנו למסע של חצי שנה סביב כדור הארץ, בלי חומוסים, כדי לבדוק את עמידות המערכת לקרינה", אמר ויינטראוב. "לאחר מכן, המטרה היא להנחית את המערכת על הירח באחת המשימות הבאות, ולבחון את האפשרות להנביט שם את החומוס. אולי אפילו במשימת בראשית 2. הירח הוא רק השלב הראשון, לבדוק צמיחה. בהמשך נראה אם אפשר להשתמש במערכת שלנו במשימות למאדים, וכמובן יהיה הרבה מה לעשות בה בתחנות חלל". 

תחנת החלל הבינלאומית נמצאת במסלול קרוב ומקבלת אספקה שוטפת מכדור הארץ. אבל ככל שאנו מתקרבים לעתיד שיהיו בו משימות חלל ממושכות, הרחק מכדור הארץ, למשל הקמת תחנות מחקר על הירח או טיסות למאדים, הולך וגובר הצורך לפתח דרכים שיאפשרו לנו לספק לאסטרונאוטים מזון שיהיה גם בריא ומזין, אבל לא פחות חשוב – טרי, טעים ומספק, ויוכל לסייע בהתמודדות עם הקשיים של משימות כאלה. גידול צמחים הוא אחת הדרכים לכך, אך עד כה בחנו בתחנת החלל את הגידול של מיני צמחים מעטים בלבד, שרק חלקם צמחי מאכל, וחומוס לא היה אחד מהם. לפני כשנתיים הצליחו הסינים להנביט צמח ראשון על הירח, צמח כותנה במיכל גידול שהותקן בנחתת של משימת צ'אנג-אה 4, שנחתה בצד הרחוק של הירח. מהדיווחים המצומצמים של הסינים עולה כי הניסוי היה קצר מועד, ואם עלו ממנו תובנות משמעותיות הן לא פורסמו ברבים. 

גידול צמחים בתנאי מיקרו-כבידה או כבידה חלשה, ובלי קרקע, הוא לא רק אתגר מדעי, אלא גם אתגר הנדסי ולוגיסטי שדורש נפח, אספקת מים, תאורה ועוד. לצד התמודדות עם האתגר הזה, גופים וחברות העוסקים בתחום החלל משקיעים לא מעט משאבים בפיתוח דרכים נוספות לספק מזון לאסטרונאוטים. למשל נאס"א וסוכנות החלל הקנדית יזמו את אתגר המזון בעומק החלל: תחרות לפיתוח אמצעים לאספקת מזון בחלל. החברה הישראלית Aleph Farms, שמייצרת בשר מתורבת, בשיתוף פעולה עם חברת המזון האמריקאית Astreas, הגישה הצעה למתקן גידול של בשר בחלל, והפיתוח המשותף כבר עלה לשלב השני באתגר.

"לגידול צמחים בחלל יש השפעות רחבות מעבר לאספקת מזון לאסטרונאוטים", מסכם ויינטראוב. "המסע לחלל ולירח מספק הזדמנויות לחקור שינויים שאי אפשר לחקור על כדור הארץ. צמחים שם גדלים מהר יותר, ובלי מגבלות הכבידה הם יכולים גם להגיע לגודל רב יותר. אפשר למשל, תיאורטית, לגדל ורדים עם פרחים בגודל של שולחן. יכול להיות שלפיתוחים כאלה, ודאי עם צמחים מהונדסים גנטית להתאמה לתנאי חלל, יהיו גם יישומים שימושיים בכדור הארץ. אנחנו נמצאים בסוג של מהפכה, שמגיעה גם משיתוף הפעולה הייחודי  בין המדע לתעשייה בזכות פרויקטים כאלה. אפילו חברות מזון, כמו שטראוס, שפעילות חלל לא נמצאת בראש מעייניהן, נכנסות לתחום הזה. זו תקופה מאוד מעניינת להיות בה".  

מאפס לחלל בעשרה חודשים, כשאף אחד לא במשרה מלאה. תמצית העבודה על ניסוי החומוס ב-27 שניות בסרטון של Aviv Labs

 

4 תגובות

  • אבי רון

    בראשית אמנם הגיעה לירח אך לא

    בראשית אמנם הגיעה לירח אך לא בחתיכה אחת.
    התרסקה במהירות של 38 מטר לשניה על הירח.

  • ע

    השלמות נדרשות

    מעניין ביותר, תודה. עם זאת, היה מועיל להוסיף התייחסות לבעיות הכרוכות בתפעול מערכת הגידול המתוארת: האם יש פתרון סביר לבעיית הספקת חומרי הגלם והחלפת הג'ל וכיו״ב לפי הצורך? בפרט בראי הצורך ליצור די מזון להזנת קבוצת אנשים לאורך זמן.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאיתי נבו

    אכן נדרשות

    תודה! הזכרתי חלק מהבעיות האלה לקראת סוף הכתבה. למיטב ידיעתי, עדיין לא עובדים על זה, לפחות בצוות של Aviv Labs. כרגע הם בשלבי בדיקת היתכנות של הגידול. במשימות ארוכות טווח, מן הסתם לא יהיה מנוס מסחיבת כמויות גדולות של אספקה, בין השאר לגידול צמחים. האתגר יהיה למקסם את יעילות השימוש בה: מיחזור מים ונוטריינטים, אולי אפילו מיחזור ההפרשות של האסטרונאוטים לצורך זה. בתחנת החלל כבר נעשה לא מעט בתחום מיחזור המים, כולל משתן, ואפילו איסוף אדי המים מהאוויר בתחנה. 

  • Sassi6

    מחזור הפרשות של אסטרונאוטים מסוכן מאד, זאת יען כי יש מצב שפטרייה

    מחזור הפרשות של אסטרונאוטים מסוכן מאד, זאת יען כי יש מצב שפטרייה קטלנית תזהם את מצע הגידול הסטרילי