צמח מה הוא יודע – מהדורה חדשה

פרק ראשון מה רואה הצמח

תמיד פונה היא אל השמש, אף כי שורשיה

ירתקוה למקומה, ומשהשתנתה, תאהב בלא שינוי.

— אובידיוס, "מטאמורפוזות"

מה דעתכם על זה? הצמחים רואים אתכם.

למעשה, הצמחים עוקבים בהתמדה אחר סביבתם הנראית. הצמחים רואים אם אתם מתקרבים אליהם; יודעים מתי אתם עומדים מעליהם. הם אפילו יודעים אם אתם לובשים חולצה כחולה או אדומה. הם יודעים אם סיידתם את ביתכם, או אם העברתם את עציציהם מצד אחד של החדר לצד אחר.

כמובן, צמחים אינם "רואים" בתמונות, כמוכם וכמוני. צמחים אינם יכולים להבדיל בין גבר בגיל העמידה, מקריח במקצת וממושקף, ובין ילדה קטנה וחייכנית עם תלתלים חומים. אבל הם רואים אור בדרכים רבות, ובצבעים שאנחנו יכולים רק לדמיין לעצמנו. צמחים רואים את האור העל־סגול הגורם לנו כוויות שמש, ואת האור התת־אדום המחמם אותנו. צמחים יודעים מתי האור מועט מאוד, אור נר למשל, ומתי צהרי היום, או מתי השמש עומדת לשקוע מתחת לאופק. צמחים יודעים אם האור בא משמאל, מימין או מלמעלה. הם יודעים אם צמח אחר מתנשא מעליהם וחוסם את האור. והם יודעים כמה זמן כבר דולק האור.

ובכן, האם אפשר לקרוא לזה "ראיית צמחים"? נבדוק תחילה מהי ראייה בשבילנו. תארו לעצמכם עיוור מלידה, אדם השרוי בחושך מוחלט. והנה, נניח שאותו אדם זוכה איכשהו ביכולת להבדיל בין אור לצל. האיש הזה יכול מעתה להבחין בין יום ללילה, בין פנים הבית ובין החוץ. בלי ספק היינו מחשיבים את החוש החדש הזה לראייה גולמית מאוד, אבל היא תאפשר לו להגיע לרמות חדשות של תפקוד. עכשיו נתאר לעצמנו שאותו אדם רוכש יכולת להבחין בצבע. הוא מסוגל עתה לראות כחול ממעל וירוק מתחת. כמובן, זה ייחשב שיפור מבורך לעומת החושך הגמור, או היכולת להבחין רק בלבן ובאפור. אני חושב שכולנו נסכים כי השינוי היסודי הזה — מעיוורון מוחלט לראיית צבע — הוא בפירוש "ראייה", מבחינתו של אותו אדם.

מילון "מריאם־ובסטר" מגדיר "ראייה" כ"חוש גופני המתבטא בקליטת גירויי אור בעין, המפוענחים במוח ומשמשים לבניית ייצוג של המיקום, הצורה, הבהירות ולרוב גם הצבע של עצם במרחב".1 אנחנו רואים אור בתחום שאנחנו מכנים בשם "הספֶּקטרוּם הנראה". "אור" הוא השם הנרדף השכיח והמובן מאליו לגלים אלקטרומגנטיים בתחום הספקטרום הנראה. מכאן שיש לאור תכונות משותפות עם כל שאר הסוגים של אותות אלקטרומגנטיים, כמו גלי מיקרו או גלי רדיו. גלי הרדיו (AM) הם ארוכים מאוד, כמעט קילומטר מפסגה לפסגה (ומשום כך האנטנות המשמשות לקליטתם גבוהות מאוד). גליהן של קרני רנטגן, לעומת זאת, קצרצרים מאוד, קצרים פי ביליון מגלי הרדיו, ולכן הן עוברות בקלות דרך גופנו.

גלי האור נמצאים אי־שם בתווך: אורכם הוא בין 0.0000004 ל־0.0000007 מטר. האור הכחול הוא הקצר ביותר, האדום הוא הארוך ביותר, ואילו הירוק, הצהוב והכתום נמצאים בין זה לזה. (מסיבה זו, מתכונת הצבעים בקשת בענן קבועה תמיד — מהצבעים שגליהם קצרים יותר, כמו כחול, אל הצבעים שגליהם ארוכים יותר, כמו אדום.) אלה הם הגלים האלקטרומגנטיים שאנחנו "רואים", מפני שיש בעינינו חלבונים מיוחדים הקרויים קולטני אור, שיודעים איך לקבל את האנרגיה הזאת ולקלוט אותה, בדיוק כפי שאנטנה קולטת גלי רדיו.

הרשתית, השכבה שבירכתי גלגל העין שלנו, מכוסה בשורות על שורות של קולטנים כאלה, בערך כמו השורות על שורות של תאי LED בטלוויזיה שטוחת מסך, או החיישנים של מצלמות דיגיטליות. בכל נקודה ברשתית יש קולטני אור שנקראים קָנים, הרגישים לכל סוגי האור, וקולטני אור בשם מדוֹכים, הרגישים לצבעים שונים של אור. כל קנה ומדוך מגיב על האור הממוקד בו. ברשתית עין האדם יש בערך 125 מיליון קנים ו־6 מיליון מדוכים, כולם בשטח שגודלו כתמונת דרכון. הדבר מקביל למצלמה דיגיטלית בעלת כושר הפרדה של 130 מגה־פיקסל. המספר העצום הזה של קולטנים בשטח כה קטן הוא המעניק לנו את כושר ההבחנה החזותית הגבוה שלנו. לשם השוואה, בצג ה־LED בעל ההפרדה הגבוהה ביותר מבין אלה שמשמשים להקרנה באירועים ציבוריים יש רק 10,000 תאי LED בערך במטר רבוע, וכושר ההפרדה של מצלמה דיגיטלית רגילה הוא רק 8 מגה־פיקסל בקירוב.

הקנים רגישים יותר לאור, ומאפשרים לנו לראות בלילה ובתנאים של תאורה עמומה, אבל לא בצבע. המדוכים מאפשרים לנו לראות צבעים שונים באור בהיר, משום שהמדוכים נחלקים לשלושה סוגים שונים — אדום, ירוק וכחול. ההבדל העיקרי בין שלושת קולטני האור האלה הוא החומר הכימי המסוים שיש בכל אחד מהם. כימיקלים אלה, הקרויים רוֹדוֹפּסִין בקנים ופוֹטוֹפּסִין במדוכים, הם בעלי מבנה מסוים מאוד, המאפשר להם לקלוט אור בעל אורכי גל שונים. את האור הכחול בולעים הרודופסין והפוטופסין הכחול; את האור האדום — הרודופסין והפוטופסין האדום. את האור הארגמני־כחלחל בולעים הרודופסין, הפוטופסין הכחול והפוטופסין האדום, אבל לא הפוטופסין הירוק, וכן הלאה. אחרי שקנה או מדוך בולע אור, הוא שולח אות למוח, המעבד את כל האותות ממיליוני קולטני האור לתמונה ברורה אחת.

עיוורון הוא תוצאה של ליקוי באחד השלבים המרובים הללו, או ביותר מאחד: אי־קליטת אור ברשתית בגלל בעיה פיזית במבנה שלה; אי־יכולת לחוש באור בגלל בעיות ברודופסין ובפוטופסינים, לדוגמה; או אי־יכולת להעביר את המידע למוח. עיוורי הצבעים שאינם רואים אדום, לדוגמה, אין להם שום מדוכים אדומים. משום כך, האותות האדומים אינם נקלטים ואינם מועברים למוח. בראייה האנושית משתתפים התאים שבולעים את האור והמוח המעבד את המידע הזה, כך שאנחנו יכולים להגיב עליו. ובכן, מה קורה אצל הצמחים?

דרווין הבוטנאי

לא רבים יודעים שבמשך עשרים שנה אחרי פרסום ספרו ההיסטורי "מוצא המינים", ערך צ'רלס דרווין סדרה של ניסויים שממשיכה להשפיע על חקר הצומח גם בימינו אלה.

דרווין התעניין מאוד בהשפעת האור על גדילת צמחים, ובנו פרנסיס היה שותף להתעניינותו. בספרו האחרון, The Power of Movement in Plants (יכולת התנועה של צמחים), כתב דרווין: "מועטים עד מאוד הם [הצמחים] שאין בהם חלק כלשהו... הנוטה לעבר אור מן הצד."2 או בשפה פחות מסורבלת: כמעט כל הצמחים נוטים לעבר אור. אנחנו רואים איך קורה הדבר בצמחי הבית הנוטים ומתכופפים לעבר אור השמש הבוקע מבעד לחלון. התנהגות זו נקראת פוֹטוֹטרוֹפּיָה. ב־1864 גילה בן דורו של דרווין, יוליוס פון זָאקס, שהאור הכחול הוא הצבע העיקרי הגורם לפוטוטרופיה בצמחים, שהם עיוורים בדרך כלל לצבעים אחרים; אלה האחרונים כמעט אינם משפיעים על הנטייה לעבר האור. אבל איש לא ידע באותם ימים איזה חלק של הצמח רואה את האור המגיע מכיוון מסוים, או כיצד.

בניסוי פשוט מאוד הראו דרווין ובנו כי הנטייה הזאת אינה נגרמת על ידי פוֹטוֹסִינתֶזָה — התהליך ההופך אור לאנרגיה — אלא על ידי רגישות עצמוּתית (חלק ממהות הצמח) לתנועה לעבר אור. דרווין האב ובנו ערכו ניסוי שבו גידלו עשב בשם חֲפוּרִית קָנָרִית1 בעציץ בחדר חשוך לחלוטין במשך כמה ימים. לאחר מכן הדליקו פנס גז קטן מאוד במרחק ארבעה מטרים מהעציץ, והקפידו שאורו יהיה כה עמום, "עד שלא היה אפשר לראות את הנבטים עצמם, או אפילו קו עיפרון על נייר."3 אבל אחרי שלוש שעות בלבד, הצמחים נטו בבירור לעבר האור הקלוש. הנטייה הופיעה תמיד בחלק זהה של הצמח הצעיר — כשניים או שלושה סנטימטרים מתחת לקודקודו.

חפורית קנרית

(Phalaris canariensis)

לפיכך שאלו השניים איזה חלק של הצמח ראה את האור. הדרווינים עשו אז ניסוי שנחשב קלסי בתולדות הבוטניקה. הם שיערו שה"עיניים" של הצמח נמצאות בקודקוד הנבט, ולא בחלק הנוטה של הנבט. הם בדקו פוטוטרופיה בחמישה נבטים שונים, כפי שממחיש הציור הבא:

סיכום של ניסויי דרווין בפוטוטרופיה

א) הנבט הראשון לא טופל, והראה שתנאי הניסוי הוליכו לפוטוטרופיה.

ב) קודקודו של הנבט השני נקטם.

ג) קודקודו של השלישי כוסה בכיסוי אטום לאור.

ד) קודקודו של הרביעי כוסה בכיסוי זכוכית שקוף.

ה) בנבט החמישי, החלק האמצעי הוקף בשפופרת אטומה לאור.

הדרווינים ביצעו את הניסוי בנבטים הללו בתנאים זהים לאלה של הניסוי המקורי, וכצפוי, הנבט שלא טופל נטה לעבר האור. בדומה לכך, הנבט שחלקו האמצעי היה מכוסה בשפופרת אטומה (ה' בציור) נטה אל האור. אבל כאשר קטמו את קודקוד הנבט, או כיסו אותו בכיסוי אטום לאור, הצמח התעוור ולא היה ביכולתו לנטות אל האור. הם עמדו גם על התנהגותו של הצמח בתרחיש ד': נבט זה המשיך לנטות לעבר האור אף על פי שקודקודו היה מכוסה; ההבדל הוא שהכיסוי הזה היה שקוף. הדרווינים הבינו שהזכוכית עדיין מאפשרת לאור להגיע אל קודקוד הנבט. בניסוי פשוט אחד, שפורסם ב־1880, הוכיחו דרווין האב ובנו שהפוטוטרופיה היא תוצאה של פגיעת אור בקודקודו של נבט הצמח, הרואה את האור ומעביר את המידע הזה לחלקו האמצעי של הנבט, כהוראה לנטות לכיוון זה. מה שהצליחו הדרווינים להוכיח הוא שצמחים מחוננים בראייה גולמית.

מרילנד מָמוֹת: הטבק שלא הפסיק לגדול

כמה עשרות שנים אחר כך הופיע זן חדש של טבק בעמקי מרילנד הדרומית בארצות הברית ועורר מחדש את ההתעניינות באופן שבו צמחים רואים את העולם. בעמקים האלה נמצאו אחדים משדות הטבק הגדולים בעולם, עוד מימי המתיישבים הראשונים שהגיעו מבריטניה בסוף המאה השבע־עשרה. מגדלי הטבק למדו את שיטותיהם משבטי הילידים, כמו סַסקוֶוהָנוֹק, שגידלו טבק זה מאות בשנים; הם שתלו את הצמחים באביב וקצרו אותם בקיץ כדי לאסוף את עליהם. אחדים מהצמחים לא נקצרו אלא הורשו לפרוח, כדי לספק זרעים לעונה הבאה. ב־1906 הבחינו המגדלים בזן חדש של טבק, שכמדומה לא הפסיק לגדול. הוא היה מסוגל להגיע לגובה של חמישה מטרים ולהצמיח כמעט מאה עלים, והפסיק לגדול רק כשהגיע הכפור. לכאורה, צמח חסון כזה, שאינו מפסיק לגדול, היה ברכה למגדלי הטבק. אבל כפי שקורה לעתים כה תכופות, הזן החדש הזה, שזכה לשם הקולע מרילנד מָמוֹת (ממותה), התגלה כאליה וקוץ בה. מחד גיסא, הוא לא הפסיק לגדול; מאידך גיסא, הוא לא פרח כמעט אף פעם, ולכן לא יכלו מגַדליו לאסוף ממנו זרעים לעונה הבאה.

טבק

(Nicotiana tabacum)

ב־1918 קיבלו על עצמם שני מדענים ממשרד החקלאות האמריקאי, וַייטמן ו' גַרנֶר והארי א' אָלָארד, לברר מדוע המרילנד ממות אינו יודע מתי להפסיק להצמיח עלים ולהתחיל ליצור פרחים וזרעים במקום זאת.4 הם שתלו נבטי מרילנד ממות בעציצים והשאירו קבוצה אחת בחוץ, בשדה. הקבוצה השנייה הושארה בשדה בשעות היום, אבל הועברה לסככה חשוכה בשעות אחר הצהריים מדי יום. הגבלה פשוטה זו של כמות האור שראו הצמחים הספיקה לבלימת גדילתו של המרילנד ממות, שהתחיל עתה לפרוח. במילים אחרות, אם המרילנד ממות נחשף לאורם של ימי הקיץ הארוכים, הוא ממשיך להצמיח עלים. אבל אם קוצר משך היום שלו באורח מלאכותי, הוא מתחיל לפרוח.

תופעה זו נקראת פוֹטוֹפֶּריוֹדִיוּת,5 והיא סיפקה את הראיה המוצקה הראשונה לכך שצמחים מודדים את משך ההארה. ניסויים אחרים שנעשו במרוצת השנים גילו שצמחים רבים, בדומה למרילנד ממות, פורחים רק אם היום קצר; אלה מכונים "צמחי יום קצר". צמחי יום קצר שכאלה כוללים את החרצית ואת הסויה. צמחים אחרים זקוקים ליום ארוך כדי לפרוח; האירוס והשעורה נחשבים "צמחי יום ארוך". משמעותה של תגלית זו היא שחקלאים יכולים עתה לעשות מניפולציות בפריחה כדי להתאימה ללוח הזמנים הרצוי להם, על ידי בקרת משך זמן האור שהצמח רואה. אין פלא שמגדלי טבק בפלורידה (שם אין כפור, בניגוד למרילנד) מצאו שיש ביכולתם לגדל טבק מרילנד ממות במשך חודשים ארוכים, והצמחים יפרחו בסופו של דבר בשדותיהם באמצע החורף, בעת שהימים קצרים ביותר.

היום קצר והמלאכה מרובה

הופעתו של רעיון הפוטופריודיות חוללה גל של פעילות בקרב המדענים, שביקשו תשובות לשאלות הנובעות ממנו: האם הצמחים מודדים את אורך היום או הלילה? ומה צבע האור שהצמחים רואים?

בתקופת מלחמת העולם השנייה, בערך, גילו מדענים שאפשר לעשות מניפולציות במועדי הפריחה של צמחים בדרך הפשוטה של הדלקת תאורה באמצע הלילה וכיבויה מיד. עלה בידם לקחת צמח יום קצר, כמו פול הסויה למשל, ולמנוע את פריחתו בימים קצרים, על ידי הדלקת התאורה לדקות ספורות באמצע הלילה. מנגד יכלו המדענים לקחת צמח יום ארוך, למשל האירוס, ולהניע אותו לפרוח אפילו באמצע החורף (בעת ששעות היום מעטות, והוא אינו פורח בדרך כלל) באותה דרך עצמה, הדלקת התאורה לכמה דקות באמצע הלילה. ניסויים אלה העידו שהצמח מודד לא את אורך היום, אלא את אורכה של תקופת החושך הרצופה.

בשיטה זו יכולים מגדלי הפרחים למנוע את פריחת החרציות עד שמתקרב יום האם, שהוא המועד המתאים ביותר להוצאתו לשוק באמריקה. למגדלי החרציות היתה בעיה, משום שיום האם חל באביב, ואילו הפריחה מתחילה על פי רוב בסתיו, בעת שהימים מתקצרים. לשמחתם, אפשר למנוע את פריחת החרציות הגדלות בחממות על ידי הדלקת התאורה לכמה דקות בלילה בסתיו ובחורף. ואז, שבועיים לפני יום האם, מפסיקים המגדלים את הדלקת התאורה הלילית, כל הצמחים מתחילים לפרוח בבת אחת, ובבוא העת, הם מוכנים לאסיף ולמשלוח.

המדענים ביקשו גם לדעת מהו צבע האור שהצמחים רואים. מה שגילו היה מפתיע: הצמחים, ואין זה משנה אילו צמחים, הגיבו רק על הבזק של אור אדום במשך הלילה.6 הבזקים כחולים או ירוקים בלילה לא השפיעו על מועד הפריחה, אבל די היה בשניות ספורות של אור אדום. הצמחים מבדילים בין צבעים: הם מסתייעים באור כחול כדי לדעת לאיזה כיוון לנטות, ובאור אדום כדי למדוד את אורך הלילה.

לאחר מכן, בתחילת שנות החמישים, גילו הארי בּוֹרתוִויק ועמיתיו, במעבדת משרד החקלאות שבה נחקר לראשונה המרילנד ממות, תגלית מדהימה: אור אדום־רחוק — אור שאורכי הגל שלו ארוכים במקצת מאלה של אדום בוהק, ושאפשר לראותו בדרך כלל (בקושי) לעת שקיעה — יכול לבטל את השפעת האור האדום הבוהק על צמחים.7 הרשו לי להבהיר את הדברים: אם ניקח צמחי אירוס, שבדרך כלל אינם פורחים כשהלילות ארוכים, וניתן להם מינון קצר של אור אדום באמצע הלילה, הם יוציאו פרחים מבהיקים ויפים לא פחות מכל פרחי האירוס בשמורות הטבע. אבל אם יוקרן עליהם אור אדום־רחוק מיד אחרי הבזק האור האדום, זה יהיה כאילו לא ראו כלל את האור האדום שקדם לו. הם לא יפרחו. אם תקרינו עליהם אור אדום אחרי האדום־רחוק, הם יפרחו. תנו להם שוב אור אדום־רחוק, והם לא יפרחו. וכן הלאה. וגם איננו מדברים על הרבה מאוד אור; כמה שניות מצבע זה או ממשנהו יספיקו. הדבר דומה למפסק תאורה: אור אדום מדליק את הפריחה, אור אדום־רחוק מכבה אותה. אם תסיטו את המפסק הלוך ושוב במהירות מספקת, לא יקרה דבר. בנימה פילוסופית במקצת, אפשר לומר שהצמח זוכר את הצבע האחרון שראה.

בשנות השישים המוקדמות הוכיחו וורן ל' בַּטלֶר ועמיתיו שקולטן אור יחיד בצמחים אחראי גם להשפעת האור האדום וגם להשפעת האור האדום־רחוק.8 הם קראו לקולטן הזה בשם פִיטוֹכרוֹם, כלומר "צבע צמח". במודל הפשוט ביותר שלו, הפיטוכרום הוא מפסק התאורה. אור אדום מפעיל את הפיטוכרום ומעביר אותו לצורה המתאימה לקליטת אור אדום־רחוק. האור האדום־רחוק משבית את הפיטוכרום ומעביר אותו לצורה המתאימה לקליטת אור אדום. יש בזה הרבה מאוד היגיון אקולוגי. בטבע, האור האחרון שכל צמח רואה בסוף היום הוא אדום־רחוק, והדבר מודיע לצמח שעליו "לִכבות". בבוקר, הוא רואה אור אדום ומתעורר. בדרך זו מודד הצמח כמה זמן עבר מאז ראה לאחרונה אור אדום, ומתאים לכך את גדילתו. אבל איזה חלק בדיוק של הצמח רואה את האור האדום ואת האדום־רחוק, ומווסת את הפריחה?

ידוע לנו ממחקרי הפוטוטרופיה של דרווין ש"עֵינו" של הצמח נמצאת בקודקודו, ואילו התגובה על האור מתרחשת בגבעולו. לכן היינו יכולים להסיק שה"עין" המעורבת בפוטופריודיות נמצאת גם היא בקודקוד הצמח. אבל להפתעתנו, אין זה נכון. אם תקרינו באמצע הלילה אלומת אור צרה על חלקים שונים של הצמח, תמצאו כי די בכך שהאור יפגע בעלה יחיד כלשהו, כדי לווסת את הפריחה בצמח כולו. לעומת זאת, אם תגזמו את כל העלים ותשאירו רק את הגבעול והקודקוד, הצמח יהיה עיוור לכל הבזקי האור, גם אם תשטוף התאורה את הצמח כולו. אם הפיטוכרום בעלה יחיד רואה אור אדום באמצע הלילה, הרי זה כאילו הואר הצמח במלואו. הפיטוכרום בעלים קולט את איתותי האור ומחולל אות נייד המתפשט לכל חלקי הצמח ומביא לפריחה.

צמחים עיוורים בעידן הגנטיקה

בעין האדם יש ארבעה סוגים שונים של קולטני אור: רודופסין לאור וצל ושלושה פוטופסינים לאדום, לכחול ולירוק. יש לנו גם קולטן אור חמישי, קרִיפּטוֹכרוֹם שמו, המווסת את השעונים הפנימיים שלנו. עד כה ראינו שגם לצמחים יש כמה קולטני אור: הם רואים אור כחול כיווּני, ומכאן שחייב להיות להם לפחות קולטן אחד לאור כחול (כיום יש לו שם, פוֹטוֹטרוֹפִּין), והם רואים אור אדום ואדום־רחוק לפריחה, מה שמלמד על קולטן אור אחד לפחות לפיטוכרום. אבל המדענים שביקשו לדעת כמה קולטני אור בדיוק יש לצמחים, נאלצו לחכות לעידן הגנטיקה המולקולרית שהחל כמה עשרות שנים אחרי גילוי הפיטוכרום.

חלוץ הגישה הזאת, בתחילת שנות השמונים, היה מארטן קוֹרנֶף מאוניברסיטת וָאכֶנִינגֶן בהולנד, והיא שוחזרה ושוכללה בהרבה מעבדות המסתייעות בגנטיקה כדי להבין את ראיית הצמחים.9 קורנף הציג שאלה פשוטה: כיצד ייראה צמח "עיוור"? צמחים שגודלו בחושך, או באור עמום, גבוהים מאלה שגדלו באור חזק. כל מי שהתעסק עם נבטי שעועית בניסויי מדע בכיתה ו' יודע כי הצמחים שגדלו במסדרון היו גבוהים, כחושים וצהובים, ואילו אלה שגדלו בחצר היו קצרים, חסונים וירוקים. זה סביר, מפני שצמחים נוטים להתארך בחושך, בעת שהם מנסים לצאת מהאדמה אל האור, או כשהם נמצאים בצל וצריכים לפלס את דרכם אל תאורה מלאה. אם יצליח קורנף למצוא צמח עיוור מוּטנטי, אולי הוא יהיה גבוה גם בתאורה חזקה. ואם יעלה בידו לזהות ולגדל צמחים מוטנטיים עיוורים, הוא יוכל לנצל את הגנטיקה שלהם כדי לגלות מה פגום בהם.

קורנף עשה את מחקריו בצמח תּוּדרָנִית הלבנה (Arabidopsis thaliana), צמח מעבדה קטן, דומה לחרדל הבר. הוא טיפל באצווה של זרעי תודרנית בכימיקלים שידועים כגורמי מוטציות בדנ"א (וגם גורמים לסרטן בחולדות מעבדה), וגידל את הזרעים תחת אור בצבעים שונים, בחיפוש אחר נבטים מוטנטיים, גבוהים יותר מהשאר. הוא מצא רבים כאלה. אחדים מהצמחים המוטנטיים צמחו גבוהים יותר באור כחול, אבל הגיעו רק לגובה רגיל באור אדום. אחרים היו גבוהים יותר באור אדום, אבל רגילים באור כחול. עוד אחרים היו גבוהים יותר באור על־סגול, אבל רגילים בכל סוגי האור האחרים, ועוד אחרים נעשו גבוהים יותר גם באור אדום וגם באור כחול. אחדים הגביהו רק בתאורה עמומה, ואילו אחרים היו גבוהים רק בתאורה עזה.

ברבים מאותם מוטנטים שהיו עיוורים לצבעי אור מסוימים נמצאו פגמים בקולטן האור המסוים הבולע את האור הזה. צמח חסר פיטוכרום גדל באור אדום כאילו היה שרוי בחושך. למרבה ההפתעה, אחדים מקולטני האור באים בזוגות, האחד מתאים לאור עמום והשני מתאים לאור עז. אקצר את הסיפור הארוך והמסובך הזה: כיום ידוע לנו שיש לתוּדרנית לפחות אחד־עשר קולטני אור שונים: חלקם מורים לצמח מתי לנבוט, חלקם אומרים לו מתי לנטות לעבר האור, חלקם מצווים עליו לפרוח עכשיו וחלקם מודיעים לו מתי ירד הלילה.10 יש קולטנים שמודיעים לצמח כשפוגעת בו כמות גדולה של אור, אחרים מודיעים לו מתי התאורה עמומה, ויש העוזרים לו לעקוב אחר מהלך הזמן.2

תודרנית לבנה

(Arabidopsis thaliana)

ובכן, ראיית הצמחים מורכבת יותר מראיית האדם, במה שנוגע לקליטה. ואמנם, מבחינת הצמח, האור הוא הרבה יותר מאשר אות; האור הוא מזון. צמחים מנצלים אור כדי להפוך מים ופחמן דו־חמצני לסוכרים, ואלה מספקים בהמשך הדרך מזון לכל בעלי החיים. אבל הצמחים הם גם אורגניזמים נייחים, חסרי תנועה. הם מושרשים במקום אחד, פשוטו כמשמעו, ואינם יכולים לנדוד בחיפוש אחר מזון. כפיצוי על חייהם הנייחים, זקוקים הצמחים ליכולת לבקש אור ולקלוט אותו. לכן הם צריכים לדעת איפה יש אור, ומכיוון שאינם יכולים לנוע לעבר מזונם, כפי שנוהגים בעלי חיים, הצמחים גדלים לעבר מקור האנרגיה שלהם.

צמח צריך לדעת אם צמח אחר גדל מעליו וחוסם את האור הדרוש לו לפוטוסינתזה. אם צמח חש שהוא שרוי בצל, הוא יתחיל לגדול במהירות כדי להיחלץ ממנו. והצמחים צריכים להמשיך את המין, לכן עליהם לדעת מתי "לבקוע" מתוך זרעיהם ומתי להתרבות. רבים ממיני הצמחים מתחילים לגדול באביב, בדיוק בעונת ההמלטה של יונקים רבים. כיצד יודעים הצמחים מתי התחיל האביב? הפיטוכרום מודיע להם שהימים הולכים ומתארכים. צמחים גם פורחים ומבשילים את זרעיהם בסתיו, לפני בוא השלגים. מנין ידוע להם שזה סתיו? הפיטוכרום מודיע להם שהלילות הולכים ומתארכים.

מה רואים צמחים ובני אדם

כדי להתקיים זקוקים הצמחים לחזותה של הסביבה המשתנה שמקיפה אותם. לשם כך עליהם לדעת מאיזה כיוון בא האור, באיזו כמות, מה משכו ומה צבעו. אין ספק בכך שהצמחים קולטים גלים אלקטרומגנטיים נראים (וגם בלתי נראים לנו). אם אנחנו קולטים בגלים אלקטרומגנטיים בספקטרום צר יחסית, הצמחים קולטים מלבד זאת גם בגלים ארוכים יותר וקצרים יותר מאלה שאנחנו קולטים. הגם שהצמחים רואים ספקטרום רחב הרבה יותר מאיתנו, אין הם רואים בתמונות. אין לצמחים מערכת עצבים המתרגמת אותות אור לתמונות. במקום זאת הם מתרגמים אותות אור לאיתותי גדילה שונים. לצמחים אין עיניים,3 כשם שלנו אין עלים.11

אבל גם אנחנו וגם הם מסוגלים לקלוט אור.

ראייה היא יכולת לא רק לקלוט גלים אלקטרומגנטיים, אלא גם להגיב על הגלים האלה. הקנים והמדוכים ברשתיות עינינו קולטים את אות האור ומעבירים את המידע הזה למוח, ואז אנחנו מגיבים על המידע הזה. גם הצמחים מסוגלים לתרגם את אות האור להוראה בעלת משמעות פיזיולוגית. לא היה די בכך שנבטיו של דרווין ראו את האור בקודקודיהם; היה עליהם גם לקלוט את האור הזה ולתרגם אותו איכשהו להוראה המצווה על הצמח לנטות. עליהם להגיב על האור. האיתותים המורכבים, המגיעים מקולטני אור מרובים, מאפשרים לצמח לווסת בדרך המיטבית את גדילתו בסביבות משתנות, כשם שארבעת קולטני האור שלנו מאפשרים למוחנו ליצור תמונות שבאמצעותן אנחנו יכולים לפרש את סביבותינו המשתנות ולהגיב עליהן.

בראייה רחבה יותר: הפיטוכרום הצמחי והפוטופסין האדום האנושי אינם אותו קולטן אור; אמנם שניהם בולעים אור אדום, אבל אלה הם חלבונים שונים זה מזה בכימיה שלהם. מה שאנחנו רואים עובר דרך קולטני אור שנמצאים רק בבעלי חיים אחרים. מה שהנרקיס רואה עובר דרך קולטני אור שנמצאים רק בצמחים. אבל קולטני האור של הצמח ושל האדם דומים בכך שכולם עשויים מחלבון המתקשר לחומר צבע כימי הבולע את האור; אלה הן המגבלות המבניות הנחוצות לפעולתו של קולטן האור.

אבל אין כלל שאין לו יוצא מן הכלל, ולמרות מיליארדי שנים של אבולוציה נפרדת, יש ויש מכנה משותף למערכות הראייה של צמחים ושל בעלי חיים. גם בבעלי החיים וגם בצמחים, קולטני האור הכחול נקראים קרִיפּטוֹכרוֹמִים.12 אין לקריפטוכרום4 שום השפעה על הפוטוטרופיה של צמחים, אבל הוא ממלא כמה תפקידים אחרים בוויסות גדילתו של הצמח, ואחד מהם הוא פיקוח על השעון הפנימי שלו. לצמחים, כמו לבעלי החיים, יש שעון פנימי — "השעון הצִירקָדִי" — התואם את מחזורי היום והלילה הטבעיים. כשמדובר בנו, השעון הפנימי מווסת את כל היבטי חיינו: מתי אנחנו רעבים, מתי אנחנו נכנסים לשירותים, מתי אנחנו עייפים, מתי אנחנו נמרצים. השינויים היומיים האלה בהתנהגות גופנו נקראים מחזורים צירקדיים (בקירוב, "סביב היממה"), משום שהם נמשכים עשרים וארבע שעות בקירוב, גם אם אנחנו נשארים בחדר סגור ואיננו רואים כלל את אור השמש. טיסה לצדו השני של העולם מוציאה את השעון הצירקדי שלנו מסִנכרוּן עם אותות היום והלילה, וזו התופעה הקרויה יעפת (ג'ט לג). האור יכול לאפּס את השעון הצירקדי, אבל זה נמשך ימים אחדים. משום כך, השהייה בחוץ, באור השמש, עוזרת לנו להתגבר על יעפת מהר יותר מכפי שהיה קורה אילו נשארנו בחדר מלון חשוך.

הקריפטוכרום הוא קולטן האור הכחול האחראי יותר מכול לאיפוס השעונים הצירקדיים שלנו באמצעות אור. הקריפטוכרום בולע אור כחול ומאותת לתא שעכשיו זוהי שעת יום. גם לצמחים יש שעונים צירקדיים פנימיים המווסתים רבים מתהליכי הצמח, וביניהם תנועות העלים והפוטוסינתזה. אם נשנה באופן מלאכותי את מחזור היום והלילה של הצמח, יסבול גם הוא מיעפת (אם כי לא ייעשה נרגן), ויידרשו לו כמה ימים כדי להסתגל מחדש. לדוגמה, אם עליו של צמח נסגרים בדרך כלל לפנות ערב ונפתחים שוב בבוקר, היפוך מחזור האור והחושך שלו יגרום בתחילה לפתיחת עליו בחושך (בשעה שהיתה בשבילו יום, קודם לכן) ולסגירתם באור (בשעה שהיתה בשבילו לילה, קודם לכן). פתיחת העלים וסגירתם יסתגלו שוב למתכונת האור והחושך החדשה בתוך ימים אחדים.

הקריפטוכרום הצמחי, בדומה לקריפטוכרום המצוי בזבובי הפירות ובעכברים, ממלא תפקיד חשוב בתיאום איתותי האור החיצוניים עם השעון הפנימי.13 ברמה הבסיסית הזאת, של שליטת האור הכחול במחזורים הצירקדיים, הצמח והאדם "רואים" בדרך זהה בעיקרה. מנקודת ראות אבולוציונית, האופן המדהים הזה של שימור תפקידו של הקריפטוכרום אינו מפתיע מאוד. השעונים הצירקדיים התפתחו בראשית האבולוציה באורגניזמים חד־תאיים, עוד לפני הפיצול בין ממלכות החי והצומח. יש לשער שהשעונים הקדמוניים האלה נועדו להגן על התאים מפני הנזקים שגורמת קרינה בתחום העל־סגול הגבוה. בשעון העתיק הזה, הקריפטוכרום המקורי עקב אחר התאורה הסביבתית והביא לכך שחלוקת התא תתרחש בלילה. שעונים פשוטים יחסית נמצאים גם כיום ברוב האורגניזמים החד־תאיים, וביניהם חיידקים ופטריות מיקרוסקופיות. האבולוציה של תפיסת האור נמשכה הלאה מהקולטן האחד הזה, המשותף לכל האורגניזמים, והתפצלה לשתי מערכות ראייה נבדלות, המייחדות את ממלכות הצומח והחי. אבל מה שאולי מפתיע יותר בצמחים הוא שיש להם גם חוש ריח...

1 השמות המדעיים של הצמחים הנזכרים בספר, כלולים במפתח שבסוף ספר זה, הן בעברית והן בלועזית. כמו כן כלולים במפתח שמות האישים והמונחים המדעיים המופיעים בספר. [המתרגם]

2 ביתר פירוט, לתודרנית יש לפחות אחד־עשר קולטני אור, שמשתייכים לחמש מחלקות נפרדות (פוטוטרופינים, פיטוכרומים, קריפטוכרומים ושתי מחלקות נוספות). גם בצמחים אחרים נוכחות חמש המחלקות האלה, אבל מספר הקולטנים בכל אחת יכול להיות גדול או קטן יותר.

3 לאצות הירוקיות, הצמחים הפרימיטיביים ביותר, יש אברון בשם עינית, המאפשר לתאי האצה לזהות שינויים בכיוון האור ובעוצמתו. עיניות אלה נחשבות לצורה הפשוטה ביותר של עיניים בטבע.

4 השם "קריפטוכרום" (צבע חבוי) נולד כבדיחה של יונתן גרסל ממכון ויצמן. גרסל חקר את התגובות על אור כחול בקבוצת האורגניזמים הכוללת את החזזיות, הטחבים, השרכים והאצות, הקרויים במשותף צמחים קריפטוגָמיים (לשם זה יש חשיבות, כפי שנראה מיד). אבל בדומה לכל שאר החוקרים שבדקו את השפעות האור הכחול על יצורים שונים, הוא לא ידע מהו הקולטן לאור כחול. למרות ניסיונות מרובים במשך עשרות שנים, איש לא הצליח לבודד את הקולטן הזה: הוא חבוי מטבע ברייתו. גרסל, ההוגה חיבה משונה למשחקי מילים, הציע לקרוא לקולטן הלא מזוהה הזה "קריפטוכרום". למגינת לבם של רבים מעמיתיו, הלצתו נקלטה במינוח המדעי, אף על פי שהקריפטוכרום אינו חבוי עוד, לאחר שבודד סוף־סוף ב־1993.