התכשיטים של הטבע

הם מרהיבים ביופיים, מגיעים בשלל צבעים ובמגוון רב של צורות וגדלים, ופעמים רבות ריחם משכר ונעים. הם יכולים לכסות מרבדים שלמים בפריחות מרהיבות, לגדול בחצר הבית, בג'ונגל ובמדבריות. בתרבות המאה ה-21 הפכו הפרחים לרכיב חובה במתנות שאנו נותנים, בעיצוב החתונות והשמחות שלנו ובקישוט היומיומי של בתינו. וכמובן – כבר שנים רבות אנו משתמשים בפרחים כדי להביע אהבה ורומנטיקה. לכבוד יום האהבה יצאנו לשדות, לחזות במרבדים הססגוניים ולדבר על המדע של הפרחים.

מרבדים צבעוניים של פרחי בר ליד קיבוץ דליה | Ilya Zuskovich, Shutterstock

כשצמחים מחפשים זיווג

נהוג לחלק את עולם הצמחייה לשתי קבוצות שנבדלות זו מזו בדרכי הרבייה שלהן. הקבוצה הראשונה היא צמחים חשופי זרע, שנחשבים קדומים יותר מבחינה אבולוציונית והתפתחו לראשונה לפני כ-360 מיליון שנה. בצמחים כאלה, למשל עצי אורן, הזרעים והביציות לא נמצאים בתוך איברי רבייה אלא נותרים גלויים. הצמחים בעלי הפרחים שייכים לקבוצת צעירה יותר, של הצמחים מכוסי הזרע, שהתפתחו לראשונה לפני כ-140 מיליון שנה. איברי הרבייה שלהם התפתחו כך שהם מגינים על זרעי הצמח, ובהדרגה הם פיתחו מגוון רב של שיטות ומבנים פיזיולוגיים שמסייעים להם למלא את תפקידם. הפרח, אם כן, הוא איבר הרבייה של צמחים והוא יכול להיות נקבי, זכרי או גם וגם.

הפרח הוא איבר מורכב למדי. בשונה מרוב חלקי העץ שעשויים מקשה אחת, כגון שורשים או עלים, לפרח יש איברים רבים. המורכבות הזאת מאפשרת בין השאר את המראה המרהיב שיש לפרחים רבים. האיברים העיקריים של הפרח הם עלי הכותרת, עלי הגביע, האבקנים והשחלה. עלי הכותרת הם האיבר הבולט ביותר לעין בפרח, ותפקידיהם העיקריים הם להגן על איברי הרבייה של הפרח ולמשוך את המאביקים לטובת הרבייה.

צורתם ומוצאם של הפרחים היו חידה שהעסיקה רבות את אבי תורת האבולוציה צ'רלס דרווין: ''אני לא חושב שיש משהו בחיי המדעיים שהעניק לי סיפוק רב כל כך כמו כשהבנתי את משמעות המבנה של הצמחים האלה'', כתב דרווין על פרחי בכור אביב (Primula) באוטוביוגרפיה שלו.

הפרח מורכב מאיברים רבים. השחלה (ovary) היא איבר הרבייה הנקבי והאבקן (stamen) הוא איבר הרבייה הזכרי | grayjay, Shutterstock

המשימה: משיכת מאביקים

רבייה היא תהליך חשוב לכל היצורים החיים, שמפנים חלק ניכר ממשאביהם לקידום יכולתם להעמיד צאצאים. הדבר נכון גם לצמחים. תהליך הרבייה של צמחים בעלי פרחים מבוסס על האבקה באמצעות בעלי חיים שעוברים מפרח לפרח ומפרים אותם. לכן משיכת מאביקים היא משימה חיונית לצמח שמבקש להתרבות, ועליו להשקיע הרבה משאבים בצבע הפרחים שלו, בצורתם ובריחם כדי להצליח במשימה.

תהליך הרבייה של צמחים מכוסי זרע מתרחש כשאבקן של צמח אחד – איבר הרבייה הזכרי – מגיע אל השחלה של צמח אחר – איבר הרבייה הנקבי. השחלות נמצאות בתוך הפרחים ושם מתרחשת ההפריה ונוצרים התוצרים הסופיים – הזרעים. פרחים בעלי איבר רבייה זכרי ונקבי יכולים לפעמים להפרות את עצמם וכך ליצור עותקים שזהים להם מבחינה גנטית. בפרחים האלה תהליך ההפריה קורה בתוך הצמח עצמו, כמעט ללא עזרה ממאביקים. במקומם הצמח מסתייע ברוח או משתמש במנגנוני העברה שהתפתחו בפרח עצמו.

בעלי חיים מאביקים מגיעים אל הפרחים על מנת למצוא צוף – תמיסה מימית של סוכרים שהצמח מייצר בתוך הפרחים שלו. בזמן שהם אוכלים, נדבקים אליהם גם אבקנים. כשהם עוברים לפרח הבא, אבקנים נופלים מהם ומפרים את ביציות הפרח שנמצאות בתוך השחלה. רוב המאביקים הם חרקים, כמו דבורים, יתושים, חיפושיות וזבובים, אבל גם ציפורים מסוימות מאביקות ואפילו יונקים, למשל חלק ממיני העטלפים. יש גם פרחים שמפיצים את אבקניהם בעצמם באמצעות הרוח או המים, אך מדובר בשיטת האבקה קדומה שאינה נפוצה במיוחד כיום.

בעלי חיים מגיעים לפרח כדי ללקט צוף, ותוך כדי כך מעבירים אבקה בין פרחים.זבוב מאביק פרח | Cornel Constantin, Shutterstock

האב הקדמון של הפרחים

במשך שנים רבות ניסו בוטנאים לפענח איך התפתח הפרח במהלך האבולוציה ומה היה הפרח הקדום הראשון. תחילה חקרו לשם כך פרחים מאובנים, אך המידע שאפשר היה להפיק מהם היה מוגבל. בשנת 2017 חלה התקדמות משמעותית, כשחוקרים עקבו אחרי תכונות משותפות שנשמרו בין פרחים לאורך האבולוציה ופענחו כך את המבנה והמראה המשוערים של הפרח הראשון, שהיה האב הקדמון של כל הפרחים הקיימים כיום.

על סמך הניתוח שעשו, הסיקו החוקרים שהפרח המקורי היה גם זכרי וגם נקבי. הם גם מעריכים שהפרח היה דומה לפרחי המגנוליה של ימינו. במשך מיליוני שנות אבולוציה מאז צברו הפרחים שינויים רבים. למשל נראה שהסידור של עלי הכותרת נהיה פשוט יותר במהלך האבולוציה לעומת המבנה המורכב יחסית של הפרח הקדום המקורי. ייתכן שהסידור הפשוט מקנה כיום לפרחים יתרון כלשהו.

חוקרים מעריכים כי האב הקדמון של כל הפרחים דמה לפרח זה, פרח המגנוליה Magnolia grandiflora | קרדיט: Dr. Nick Kurzenko, Science Photo Library

צבעי הטבע

לצבעי הפרחים יש תפקיד חשוב ביותר. הצבע מאפשר לפרח למשוך אליו מאביקים פוטנציאליים, ובמקרים מסוימים גם להרתיע מזיקים. כדי ליצור את מגוון הצבעים הרב שאנו מכירים בטבע, צמחים משתמשים בחומרים צבעוניים שנקראים פיגמנטים (צבענים). המוכר ביותר מביניהם הוא הכלורופיל, המעניק לעלי הצמחים את צבעם הירוק, אך דווקא בפרחים הוא לא נוכח כמעט. בעלי הכותרת של רוב הפרחים אין כמעט כלורופיל, והם מקבלים את צבעיהם מפיגמנטים אחרים.

שלוש קבוצות של פיגמנטים קובעות מה יהיה צבעם של רוב הפרחים. קבוצה אחת היא הבטלאינים (Betalains), שאחראים בין השאר לצבע האדום העז של פקעת הסלק, אך מופיעים גם בגוונים בהירים יותר; הקרוטנואידים (Carotenoids) האחראים בין השאר לגוונים הצהובים-כתומים של פרחי הנרקיס, ציפורן החתול, שושן צחור ועוד; ואילו האנתוציאנינים (Anthocyanins) יוצרים מנעד רחב של צבעים, מהסגול של החציל או פרחי הפטוניה ועד אדום בפרחים אחרים.

היות שכל סוג של פיגמנט יכול ליצור מנעד רחב של צבעים, יש פרחים שמנצלים את היכולת הזאת כדי להתאים את צבעם לשינויים בסביבה. למשל כשפרחי יפעה (Lisianthus) נחשפים לאור, הם מייצרים עוד מולקולות של אנתוציאנין. כתוצאה מכך הפרח משנה את צבעו מסגול ורדרד לסגול כהה ואפילו כמעט שחור. פרחים אחרים משנים את צבעם אחרי ההאבקה כדי לסמן למאביקים את מצבם. מנעד הצבעים הפרחוני גדול עד כדי כך שהוא חורג מגבולות הראייה האנושית. דבורים, למשל, מסוגלות לראות גם בטווח הקרינה העל-סגולה, כך שפרחים רבים מציגים למענן דוגמאות מורכבות מפיגמנטים על-סגולים שאנחנו איננו מסוגלים לראות.

מחקר רב מושקע כיום בחקר הפיגמנטים של הפרחים, בין השאר במטרה להרחיב ולהעשיר את מגוון הצבעים שיש לתעשיית הפרחים להציע, וליצור זנים בגוונים חדשים ומפתיעים. חוקרים אחרים מנסים להבין את התהליכים בתא שיוצרים את הפיגמנטים וממה הם מושפעים.

פיגמנט האנתוציאנין מקנה לפרחים מנעד רחב של גוונים מסגול ועד אדום. פרחי פטוניה סגולים | Yui Yuize, Shutterstock

מתנה בריח טוב

על אף שלא חסרים פרחים שנראים כמעט זהים, אין שני מיני פרחים בעלי אותו ריח. ריחם של רבים מהפרחים נעים לנו והוא אחד הדברים שעושים אותם מתנה כל כך מוצלחת – אבל תפקידו העיקרי הוא למשוך אל הפרח מאביקים רבים ככל האפשר שיפיצו את אבקניו.

מקור הריח הוא במולקולות נדיפות שהפרח מייצר ומשחרר לחלל האוויר. הפרח משתמש בו כאות שמושך אליו בעלי חיים מסוימים ועוזר להם לאתר את הפרח הקרוב אליהם. מחקרים מראים שריחם של פרחים שמאביקיהם הם דבורים או זבובים נוטה להיות מתוק יחסית. לעומת זאת, פרחים ש"מחזרים" אחרי חיפושיות לצורך ההאבקה מתאפיינים בניחוחות חזקים וחדים שפחות נעימים לחוטם האנושי.

גם לשעה ביממה יש משמעות רבה בהתאמת מולקולות הריח שהפרח מפריש למאביק הפוטנציאלי. פרחים שהמאביק העיקרי שלהם פעיל בשעות הלילה יפיצו יותר מולקולות ריח בשעות הלילה – ולהפך. אחרי שפרח הואבק בהצלחה ריחו ייחלש, כדי לא להתחרות על תשומת הלב של המאביקים עם פרחים אחרים שעדיין מחכים להפריה.

הפרחים ואנחנו

לעצי השזיף ביפן יש פריחה יפהפייה, בצבעים עדינים של לבן וורוד, שמפיצה באוויר ניחוח מתקתק ונעים. כדי לבדוק איך היא משפיעה על המצב הנפשי והגופני של בני אדם, הכינו חוקרים מיצוי של ריח פרחי השזיף ונתנו למשתתפים בניסוי להריח אותו. במקביל ניטרו את הפעילות המוחית שלהם, ובדקו מדדים פיזיולוגיים כמו פעילות הלב ולחץ הדם. נמצא כי הריח עורר בנבדקים תגובה פיזית ועצבית שמזוהה עם התרגשות, בהשוואה לנבדקים שהריחו אוויר נקי.

לעומת פרחי עץ השזיף, לניחוח הלוונדר נמצאה השפעה פיזיולוגית הפוכה. אצל נבדקים שהריחו לוונדר במשך עשר דקות חלו ירידה בלחץ הדם ובפעילות מערכת העצבים והשתררה תחושת רוגע.

בהולנד ענף הגידול והייצוא של פרחים הוא חלק חשוב מן הכלכלה. פרחי צבעונים בהולנד | Kartouchken, Shutterstock

הנדסת פרחים

תעשיית פרחי הנוי מגלגלת מיליארדי אירו בשנה, והשוק העיקרי שלה הוא באירופה, ובמיוחד הולנד – מדינה שהתפרסמה בגידול פרחי הצבעוני ועד לאחרונה שלטה ברוב שוק הפרחים העולמי.

הסחר העולמי בפרחים דורש מהירות ומשאבים רבים – למשל קירור, שבלעדיו הפרחים עלולים להיפתח מוקדם מדי. אחת המתחרות הגדולות של הולנד בייצוא ורדים היא קניה. חוות הוורדים העצומות שלמרגלות הר קניה מדגימום היטב את מורכבות תהליך הגידול שלהם. הצמחים נשמרים בתנאי טמפרטורה ולחות קבועים. בגיל שמונה שבועות קוטמים בפעם הראשונה את גבעוליהם ומחכים שיצמיחו גבעולים נוספים. אחרי עשרים שבועות מעבירים אותם למים מועשרים בחומרי מזון, המדמים אדמה פורייה, ושולחים אותם לדרכם. כאן מתחיל מרוץ אחרי הזמן, שכן כל יום עלול לפגוע באיכות הוורדים. במהלך ההפצה פרחים רבים נזרקים לפח כיוון שלא היו יפים מספיק.

מול האתגרים האלה יש תמריץ רב למדענים וממציאים לחפש שיטות וכלים שייעלו את גידול הפרחים וישפרו את איכותם. חלק ניכר מהמחקר העכשווי מבוסס על שיטות של הנדסה גנטית שמשמשות לפיתוח פרחים בעלי צבעים חזקים יותר, ריחות מתוקים ועמידות גבוהה לאורך זמן.

בתהליך ההנדסה הגנטית אפשר להוסיף לצמח גֵן חדש, לבטל גֵנים קיימים או לגרום לגֵן מסוים לפעול יותר או פחות, כדי לשנות תכונה של יצור ביולוגי – למשל ריח, צבע או צורה של פרח. בתעשיית הפרחים נעשה בשנים האחרונות מאמץ רב להנדסה גנטית של ורדים, שנהנים מביקוש גבוה במיוחד.

במחקר אחד החדירו חוקרים לחרצית גֵן שיגרום להצטברות של הפיגמנט הכחול דלפינידין (Delphinidin), ממשפחת האנתוציאנידינים. על ידי כך הצליחו ליצור חרציות כחולות שלא קיימות באופן טבעי. לוורדים שסובלים מרגישות לקור החדירו גֵן שנלקח מפרחי אספסת קטועה  (Medicago truncatula) עמידים לקור, והגדילו בעזרתו את יבול הוורדים שגדלו בטמפרטורות נמוכות. ובמחקר אחר נעזרו בהנדסה גנטית כדי להאריך את תקופת הפריחה של חרציות וכך גם את הזמן שבו חרקים יכולים להאביק אותן, ובעקבות זאת להגדיל את תנובת הפרחים שלהן.

תשעה מכל עשרה מיני צמחים שקיימים כיום בעולם הם צמחים בעלי פרחים. הפרחים סובבים אותנו מכל עבר ומוסיפים לעולם יופי וניחוח. מגוון מיני הפרחים בישראל הוא גדול יחסית לשטחה, בזכות מיקומנו על הגבול בין אזורי אקלים שונים. הפריחות הנפוצות בישראל הן של פרחי אירוס – במיוחד אירוס הארגמן ואירוס הלבנון, תורמוסים, כלניות, פרגים, רקפות, נרקיסים ועוד. כל אלה מצטרפים למאות מינים נוספים, שרבים מהם מוגנים ואסורים לקטיפה.

בין שקיבלתם או נתתם אותם כמתנה ליום האהבה, ובין שקניתם אותם כדי להוסיף צבע לבית או יצאתם לשדות ליהנות מיופיים, פרחים הם אחד מהתוצרים היפים ביותר של הטבע. המדע חוקר אותם כדי ללמוד איך לשמור עליהם, ובתוך כך משתמש בתובנות שלמדנו מהם לקידום טכנולוגיות חדשות ופתרונות רפואיים. אם התמזל מזלכם לקבל פרחים ליום האהבה, זכרו שקיבלתם את אחת התופעות המורכבות והמיוחדות שיש לטבע להציע.