חפצים רבים בחיינו, כגון רהיטים, נייר או בדים מסוימים, נוצרים מהצומח. כל שולחן או כסא עשוי עץ בסלון הבית נוצרו מעץ שגדל במשך שנים, נכרת והובל למפעל. ייצור של חומרים מן הצומח עולה לא פעם במחיר סביבתי וכלכלי לא קל. הוא מחייב כריתת עצים נרחבת וצריכה גבוהה של מים מתוקים, ותופס שטח חקלאי גדול.
למרות החסרונות האלה, חומרים מתכלים מצמחים עדיפים מבחינה סביבתית על פני שימוש בחומרים פלסטיים עשויים מנפט וממחצבים נוספים, והביקוש למוצרים ממקורות טבעיים עולה בהתמדה. לכן חוקרים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) בארצות הברית פועלים לפתח שיטה חדשה ליצירת חומרים מצמחים, שתהיה פשוטה ויעילה הרבה יותר.
בשלב הראשון החוקרים מבודדים במעבדה חלק קטן מהצמח שהם רוצים לגדל, למשל חתיכה קטנה של ענף או עלה, ומגדלים את התאים בנוזל, בתנאים מבוקרים, כך שייצרו מסה גדולה. במחקר הזה הם השתמשו בשיח ציניה (Zinnia elegans), שפרחיו משמשים לנוי. כשנוצרה מסת תאים גדולה מספיק החוקרים ערבבו אותה בג'ל מיוחד שמאפשר לקבע חלקית את הנוזל שמכיל את התאים, ולפזר את התערובת החדשה בתבנית בעלת הצורה המבוקשת. בתוך התבנית שמו מראש את החומרים שהיו דרושים לתאים כדי להמשיך לגדול עוד כמה שבועות, שבמהלכם תרבית התאים גדלה והתאימה את צורתה לתבנית. בסוף התהליך התאים מתו ויצרו מסה קשיחה ששמרה על צורת התבנית.
תאי הצמחים שבתבנית גדלים ויוצרים מסה קשיחה, בצורה שהוכתבה מראש. תאי הציניה שגדלו במעבדה | Massachusetts Institute of Technology
גידול מבוקר ונקי
השיטה החדשה מתבססת על גידול תרביות של תאי צמחים שמסוגלים בתנאי סביבה מותאמים להשתנות לצורה המבוקשת. הדבר מזכיר את האופן שבו תאי גזע אנושיים יכולים להשתנות בתגובה לגירויים חיצוניים. למשל, שינויים ברמת ההורמונים של סביבת התאים או רמת החומציות יכולים להשפיע על חלוקת התאים ועל גודלם. הורמונים כמו אוקסין וציטוקינין מדרבנים את תאי הציניה להפיק ליגנין – החומר שמעניק לגזעי עצים את המרקם הקשיח האופייני להם.
לדברי החוקרים, לגידול מבוקר של רקמת עצים יש יתרונות גדולים על פני גדילה בסביבה הטבעית. למשל, קל יותר להגן כך על העץ ממחוללי מחלות, וגדילת התאים אינה נתונה לשינויים עונתיים. בנוסף, הגידול ממוקד בחומר הרלוונטי בלבד – במקרה הזה גזע עץ קשיח - ולא יוצר פסולת מיותרת של עלים, ענפים או שורשים. "השיטות להשיג חומרים כאלה לא השתנו במשך עשרות שנים ויעילותן נמוכה מאוד. כעת יש לנו הזדמנות לעקוף את חוסר היעילות", אמר ראש המעבדה לואיס פרננדו ולסקז גרסיה (Velásquez-García) בריאיון ל-MIT News.
האם בקרוב נוכל להזמין שולחן לסלון היישר מהמעבדה? המחקר הנוכחי אכן מציע שיטה שעשויה לייעל את הייצור של חומרים מהצומח ויש לה פוטנציאל רב. עם זאת יש עוד דרך ארוכה לעבור לפני שנוכל לייצר כך חומרים טבעיים בצורה מסחרית. השיטה תצטרך לעבור התאמות לצרכי התעשייה ולהרחיב את מגוון החומרים שאפשר לייצר באמצעותה, שכן עד כה החוקרים התמקדו רק בתוצרים בעלי מרקם של עץ.
מטרה נוספת של החוקרים היא להבין איך אפשר ליישם את השיטה על צמחים אחרים. "תהיה זו תמימות מצידנו לחשוב שאותה שיטה תפעל על כל צמח. ייתכן שלצמחים אחרים יש מנגנונים שונים", הסביר ולסקז-גרסיה. עם זאת, כבר כעת המחקר מלמד אותנו רבות על דרכי הגידול של תרביות צמחים ועל השפעת הסביבה, ועשוי לפתוח דלת לפיתוחים נוספים בעתיד.