הכישורים של הצמחים

צמחים הם יצורים ייחודיים. בניגוד לחלק לא מבוטל מהחיות, הם מקובעים למקום אחד ואינם מסוגלים להגר לבית גידול חדש כשתנאי הסביבה משתנים לרעתם. ההתמודדות עם טמפרטורות קיצוניות, יובש, מזיקים או יחסי גומלין עם מאביקים מחייבת אותם לחוש מה מתרחש סביבם ולקבל החלטות בהתאם. בעלי חיים מבצעים פעולות כאלה באמצעות חושיהם ומערכת העצבים שלהם, אך איך יכולים הצמחים לבצע אותן?

כדי לאפשר לעצמם להסתגל לטווח רחב של תנאי סביבה וסכנות, פיתחו הצמחים במהלך האבולוציה שורה ארוכה של מנגנוני חישה ותגובה חלופיים. המנגנונים הללו מתאפשרים בין השאר בזכות מערך גנטי עצום הכולל גֵנים רבים שכנראה מסייעים להם לחוש שינויים בסביבתם ולהגיב להם.

החום, יובש הקרקע ויובש האוויר בישראל מציגים לצמחים אתגרים בהישרדות. מדבר יהודה | hermitis, Shutterstock

שגרת היום של הצמח

עוד לפני המשברים, צמחים צריכים להתמודד עם חיי היומיום. בדומה לנו, גם צמחים מנהלים שגרת חיים מעגלית לאורך היממה. במוקד השגרה הזאת נמצא תהליך הפוטוסינתזה, שבו הצמחים משתמשים באנרגיית השמש כדי לקלוט פחמן דו-חמצני מהאוויר ומים מהקרקע ולבנות מהם מולקולות של סוכרים.

כדי לאפשר את הפוטוסינתזה, צמחים צריכים לפתוח בשעות הבוקר המוקדמות את הפיוניות שלהם – נקבים קטנים על פני העלים שתפקידם להכניס פחמן דו-חמצני לתוך העלה. עם שחר מתחיל להגיע לעלים אור מהשמש, ששיעור אורכי הגל הכחולים בו עולה בהדרגה לאורך שעות הבוקר. בתאי העלים קיים חלבון קולט אור (פוטורצפטור) בשם פוטוטרופין, שרגיש לאור כחול. בין השאר הוא מאפשר לאטומים של אשלגן לחדור לתאים הסמוכים לפיוניות, שנקראים תאי שמירה ותפקידם לפתוח ולסגור אותן. בתגובה לכניסת האשלגן, תאי השמירה קולטים מים מסביבתם, נמתחים וגורמים לפיוניות להיפתח.

לקראת ערב, חלקו היחסי של האור הכחול מתוך סך הקרינה הנקלטת בעלים דועך מחדש. בשלב הזה זרימת האשלגן לתאי השמירה פוחתת, המים יוצאים מהם, התאים מתרפים וכך גורמים לפיוניות להיסגר.

אותו קולטן גם מסייע לצמחים לצמוח לכיוון האור. כשחלבוני פוטוטרופין בחלקו העליון של הצמח קולטים אור כחול המגיע מכיוון מסוים, הם מניעים שרשרת של תגובות שמובילות להרחבה מוגברת של התאים בצד הנגדי של הגבעול. בעקבות זאת הגבעול מתעקם וצומח לעבר האור.

אז איך השורשים יודעים לצמוח למטה? בתאים שבקצות השורשים, באזור שנקרא כיפת השורש, נמצאים אברונים בשם סטטוליטים, המכילים גרגירי עמילן ששוקעים למטה בכיוון כוח הכבידה. כשהשורש צומח בצורה שאינה אנכית, שקיעתם גורמת לשחרור של הורמון בשם אוקסין לעבר אזור ההתארכות של השורש. ההורמון, מחליש את דופנות התאים בחלק העליון של אזור ההתארכות, ומאפשר לחלק הזה להתארך יותר מאשר התאים בתחתית האזור. כך השורש מתכופף למטה, בכיוון הכבידה.

נקבים קטנים על פני העלה שתפקידם להכניס פחמן דו-חמצני לצורך פוטוסינתזה. פיוניות על עלה של סמבוק שחור | Power and Syred, Science Photo Library 

החלטות בעת צרה: בצורת, יובש וחום

כמו בעלי חיים, כדי שצמח יצליח להתמודד עם מצבי מצוקה הוא צריך ראשית לזהות אותם, ולאחר מכן להגיב להם בצורה המתאימה ביותר שתשפר את סיכוייו לשרוד. ובמקום חם ויבש כמו ישראל, מקור המצוקה הבולט ביותר הוא בצורת.

האקלים השורר באזורנו כולל עונה גשומה אחת שעיקרה בחורף, ואחריה עונה יבשה שבמקומות מסוימים עלולה להימשך אפילו עשרה חודשים רצופים. יש צמחים המסוגלים לגדל שורשים עמוקים ועל ידי כך להגיע למים האגורים עמוק בתוך האדמה, אך אחרים נאלצים להתמודד עם היובש בדרכים אחרות. 

לכך מצטרפת סכנה נוספת ופחות אינטואיטיבית שמביא איתו האקלים הישראלי: יובש האוויר. כשהאוויר יבש במיוחד, למשל בימי שרב באביב ובסתיו, צמחים מאבדים כמויות גדולות של מים שמתאדים בכל פעם שהם פותחים את הפיוניות לצורך הפוטוסינתזה.

התגובה המיידית ביותר היא סגירת הפיוניות, שמתרחשת בעיקר במענה לגירעון הגובר בלחץ האדים של האוויר – כלומר השילוב של טמפרטורת האוויר ואחוזי הלחות, שקובע כמה מהר תתנדף הלחות החוצה מבעד לפיוניות. כשהאוויר נהיה חם ויבש, נאגר בתאי העלה הורמון בשם ABA, שמעלה את החומציות של התאים. כתוצאה מכך מים נפלטים מתאי השמירה של הפיוניות, שמתרפים, נצמדים זה לזה וגורמים לפיוניות להיסגר וכך לעצור את ההתאדות המהירה.

המנגנון הזה מעורר את הרושם שלחץ האדים הוא גורם מרכזי בוויסות הפוטוסינתזה בצמחים. ואכן, מחקר חדש, שפורסם בכתב העת Nature Communications, ניתח נתונים של קליטת פחמן דו-חמצני במערכות אקולוגיות שונות ברחבי העולם ואישר את ההנחה. נמצא כי גירעון לחץ אדים גבוה גורם לירידה בפוטוסינתזה גם כשהלחות בקרקע גבוהה, בשעה שהתייבשות הקרקע משפיעה על הפוטוסינתזה רק כשהיא מגיעה לשפל קיצוני במיוחד.

איך בכל זאת משפיע יובש הקרקע על הצמחים? הרי אין כמעט מי שלא ראו עציץ קמל ומת כששכחו להשקות אותו. התשובה היא שצמחים בהחלט חשים את לחות הקרקע ומגיבים אליה, אך לא בהכרח בסגירת פיוניות.

גם פה, להורמון ABA יש תפקיד חשוב, לצד מערך שלם של הורמונים נוספים שהצמח מפעיל – חומרים שנעים בין איברי הצמח ומעבירים מסרים והוראות לתאים. הפעולה המשולבת שלהם מחוללת מגוון רחב של תגובות ברבים מחלקי הצמח, שמשפיעות בין השאר על המבנה שלו.

כשזמינות המים בקרקע נמוכה, שורשי הצמח מקטינים את כמות ההסתעפויות – שורשים משניים שיוצאים מהשורש המרכזי ומתארכים בקצב מהיר יותר. כך גובר הסיכוי שיגיעו לעומק רב ולשכבות בקרקע שטרם התייבשו. בנוסף, זוויות ההסתעפויות שבכל זאת נוצרות הן קטנות, כך שהשורשים המשניים פונים גם הם אנכית לעומק הקרקע. מעבר לכך, כשהשורש נתקל באזור לח בקרקע, או כשהוא חש לחות רק בצד אחד, הוא מגיב בהסתעפות מוגברת באזור הזה, כדי להגדיל את שטח המגע עם המים בקרקע.     

הזרעים של מיני צמחים מסוימים מכילים אנזימים שמתעוררים בתגובה לחומרים בעשן או המשתחררים מהחומר השרוף על פני הקרקע, ומכינים את הזרע לנביטה. שריפת יער בכרמל | wideweb, Shutterstock 

החלטות בעת צרה: שריפות

העונה העיקרית של שריפות היער או החורש בישראל היא הסתיו, ממש לפני בוא הגשם הראשון. בתקופה הזאת, כשמרבית הצמחייה כבר יבשה לגמרי, לאש יש שפע של חומרים דליקים להיתפס בהם וקשה להשתלט עליה. כך התארכות העונה היבשה מאיימת בצורה נוספת על הצומח.

בהיעדר יכולת לברוח מהאש, צמחים שהתפתחו באזורים ששכיחות השריפות בהם גבוהה, פיתחו דרכים ייחודיות להפצת הזרעים שלהם ולנביטתם. מינים רבים של עצים מחטניים, כגון אורן ירושלים הנפוץ בישראל, מגדלים שני סוגים של אצטרובלים – אצטרובלים רגילים, שמשחררים את הזרעים שבהם מייד ומאפשרים התחדשות של היער משנה לשנה, ואצטרובלים סרוטיניים, שנשארים סגורים שנים רבות ונפתחים רק בחשיפה לטמפרטורות גבוהות במיוחד, כמו אלה ששוררות בזמן שריפה. כך, גם אם היער נשרף כולו, נותר מאחור בנק זרעים של המין, שמאפשר לו התחדשות ונביטה זריזה זמן קצר אחרי השריפה. בשל כך, אחרי שריפות יער בישראל רואים צפיפות גבוהה של נבטי אורן ירושלים בחלקה השרופה.

התאמה נוספת שסיגלו לעצמם צמחים ממקומות שחשופים לסכנת שריפות, היא מנגנוני נביטה הקשורים בשריפה. לזרעים שלהם יש קליפה קשה ויבשה במיוחד, שמקשה עליהם להתעורר מתרדמתם ולנבוט. בטמפרטורה גבוהה מאוד, קליפת הזרע נסדקת ומאפשרת לו לקלוט מים ולהתחיל את הנביטה.

הזרעים של מיני צמחים אחרים מכילים אנזימים שמתעוררים בתגובה לחומרים הנמצאים בעשן או משתחררים מהחומר השרוף על פני הקרקע, ומכינים את הזרע לנביטה. נמצא ששני המנגנונים האלה מעודדים נביטה של זרעים של מינים רבים באזורים שבהם שורר אקלים ים-תיכוני, שחשף אותם לשריפות חוזרות ונשנות במהלך האבולוציה שלהם. חלקם אף מוכרחים שריפה כדי לנבוט.

מינים רבים של מחטניים מגדלים שני סוגי אצטרובלים: רגילים - שנפתחים מדי שנה וסרוטיניים - שנפתחים רק לאחר שריפה. אצטרובלי אורן | Olena Sapehin, Shutterstock 

 יחסי גומלין עם בעלי חיים

צמחים מנהלים מערכות יחסים מורכבות גם עם יצורים חיים. גם כאן, אי-יכולתם לנוע אילצה אותם לפתח מנגנוני תגובה מתוחכמים אחרים.

כשבעל חיים רואה, מריח או שומע טורף פוטנציאלי בקרבתו, הוא בורח. לצמחים אין אף אחד מהחושים הללו, כך שעליהם להשתמש בדרכים אחרות לזיהוי מזיקים. הדרך המיידית ביותר היא הנזק שכבר נגרם לצמח, למשל כשבעל חיים אוכל עשב נגס בו. הפגיעה המכנית גורמת לשחרור של מגוון הורמונים, בין היתר חומצה סליצילית, חומצה ג'סמונית ו-ABA. לעיתים, חלבונים על גבי תאי הצמח אף יכולים לזהות מולקולות הקשורות למזיק זה או אחר, למשל חלבוני ריר או פרומונים, וכך הצמח יכול ליצור מנגנוני הגנה מותאמים לתוקף הספציפי. 

צמחים גם משתפים פעולה. רבים מהם פולטים מולקולות נדיפות לאוויר בתגובה להתקפה. מחקרים הראו שצמחים שכנים קולטים את המולקולות האלו ומגיבים בהתאם – למשל מייצרים חומרים רעילים או מרים שירתיעו את בעל החיים מלאכול אותם. נוסף על כך הם מייצרים חלבונים ואנזימים שיודעים להילחם בתוקף, למשל על ידי המתה מתוכננת של התא או האיבר שהותקפו והקרבתם.

הצמחים גם יודעים להתאים מערכות אחרות להגנה על עצמם – למשל לעצור את גדילתם כדי לשמור אנרגיה. מחקר חדש שפורסם בכתב העת Nature Plants מצא שאנזים מסוים המווסת את  פעילותם של גֵנים שקשורים לגדילה ולהתפתחות, משפיע גם על גֵנים הקשורים במערכות ההגנה של הצמח, כך שקיים קשר עקיף אך משמעותי בין שתי המערכות.

צמחים מנהלים גם יחסי גומלין מועילים עם יצורים חיים אחרים – למשל מספקים לחרקים מאביקים צוף מתוק ומזין כדי שיישאו את האבקה שלהם מפרח לפרח ויפרו אותם. לדוגמה, מחקר שנעשה באוניברסיטת תל אביב הראה כי פרחי נר הלילה החופי (Oenothera drummondii) הגיבו לנוכחות מאביקים בייצור צוף מתוק יותר.

החוקרים השמיעו לצמחים זמזומים בתדרים שונים, חלקם תואמים לזמזום של חרקים מאביקים וחלקם לא. הם מצאו שזמזומים בתדר המתאים גרמו לפרחים לרטוט, ולאחר מכן אחוז הסוכר בצוף שנאסף מהם היה גבוה יותר לעומת צמחים שנחשפו לזמזום בתדר אחר. החוקרים משערים שצורת הפרח של נר הלילה החופי הופכת אותו למעין אפרכסת, שמגבירה את קליטת זמזום המאביקים המתאימים ומאפשרת לצמח לדעת מתי עליו להשקיע משאבים בהמתקת הצוף שלו. עם זאת, כדי לאשש את דבר קיומו של המנגנון הזה, צריך לזהות אותו גם בצמחים אחרים ולמצוא את המנגנון הפנימי שמאפשר לצמח לתרגם את רטט הפרח לפעולה.  

כל התגובות הצמחיות האלו, מפתיחת הפיוניות וסגירתן ועד הזנת מאביקים, הן פעולות מורכבות שדורשות חישה של הסביבה, בדומה לחושים המוכרים לנו של ראייה, שמיעה, ריח ומישוש. לכן קל להתפתות ולייחס לצמחים יכולות נוספות, כמו זיכרון וקבלת החלטות. אך הצמחים אינם מעבדים את המידע במנגנון עיבוד מורכב כמו מוח של בעלי חוליות, שגם צובע את ההתרחשויות ברגשות כמו כאב, פחד ושמחה. על כן סביר להניח שחישת הסביבה שלהם לא באה לידי ביטוי בתחושות מורכבות, למשל כמו הנאה ממוזיקה.

ולבסוף, סיבה לדאגה: המורכבות העדינה של המערכות הללו, שהתפתחה לאורך האבולוציה של כל מין ומין בבית הגידול שלו והותאמה לו, נושאת בחובה גם פגיעות רבה. ייתכן ששינויים מהירים בתנאי הסביבה, כמו אלו שמזמן משבר האקלים הנוכחי, יקשו על מינים רבים בעולם הצומח להגיב לסביבתם בדרך הנחוצה להם כדי לשרוד.