מחקרים

הפקת דלק ביולוגי מתאית

צמחים מנצלים את אנרגיית השמש באופן טבעי באמצעות תהליך הפוטוסינתזה. הצמח קולט את אנרגיית האור של השמש ומשתמש בה כדי ליצור סוכרים ממים ומגז הפחמן הדו־חמצני. מרבית הסוכרים הללו נאגרים בדפנות של תאי הצמח בצורה של חומר (פולימר) שנקרא תאית (צלולוז), ומן התאית אפשר להפיק דלק ביולוגי הקרוי אתנול.

"בברזיל, למשל, כ-30% מתצרוכת הדלק מקורה באתנול המופק מקני סוכר. במקומות אחרים מייצרים אתנול מעמילן המופק מגרגרי תירס. הפקת דלק מצמחים אלה קלה יחסית, ובכל זאת, אי אפשר יהיה להסתמך עליהם לאורך זמן, מאחר שהם דורשים תנאי גידול מיוחדים (למשל, הרבה מים או אדמה עשירה) ואף מהווים מקורות מזון חשובים לאוכלוסיית העולם", מסביר פרופ' ילובסקי, "בעיה נוספת היא שהתהליכים הנהוגים היום להפקת תאית מרקמות צמחים אינם יעילים, כך שהאנרגיה המופקת אינה מצדיקה את כמות האנרגיה המושקעת בתהליך. במעבדה שלי גילינו קבוצת חלבונים שעשויה לייעל באופן משמעותי את הפקת התאית, ואנו מקווים להתאים את השיטה לצמחים נוחים לגידול, בעלי פוטנציאל עתידי גבוה להפקת דלק ביולוגי".

מחקרו של פרופ' ילובסקי חשוב במיוחד, מכיוון שלכל ייעול בהפקת התאית יש משמעות כלכלית אדירה. בעוד 25 שנה, כאשר לפי התחזיות יספקו הצמחים 30% מכל צורכי האנרגיה בעולם, גם ייעול של אחוז בודד בתהליך ההפקה יחסוך מיליארדי דולרים. לשם המחשה: כיום, העלות של 30% מהאנרגיה הנצרכת מדי שנה בארה"ב לבדה היא 600 מיליארד דולר. אחוז אחד, משמעו לא פחות מ־6 מיליארד דולר.

הנדסה גנטית חוסכת מיליארדים

צוות המחקר של פרופ' ילובסקי התמקד בגבעול, אשר במינים רבים של צמחים הוא המקור העיקרי של תאית. כדי להפיק תאית מהגבעול, יש להפרידו קודם כל ממרכיב אחר של תאי הגבעול - הליגנין (עצה); אך שיטות ההפרדה הכימיות הנהוגות כיום גורמות לאובדן של כ־50% מהתאית. לכן, כך הניחו המדענים, הפחתת כמות הליגנין בגבעול באמצעות הנדסה גנטית תייעל ותוזיל משמעותית את הפקת התאית מהצמח.

כיצד מגדלים צמחים מעוטי ליגנין? בשלב הראשון הצליחו החוקרים לאתר חלבונים שמבקרים את רמת הליגנין בדופן התאים. חלבונים אלה פועלים בדומה למתג, שבעזרתו אפשר להפעיל או לכבות את תהליך ייצור הליגנין. באמצעים של הנדסה גנטית הם שינו את פעילות החלבונים והפכו אותם למתגים שנמצאים תמיד במצב כבוי (off) או, לחילופין, נמצאים כל העת במצב פעיל (on). אחר־כך הם שתלו את החלבונים שעברו שינוי בצמח מעבדה הקרוי ארבידופסיס (תודרנית לבנה) ועקבו אחר התפתחותו. החוקרים גילו שכאשר פעילות החלבון מופחתת או מופסקת (במילים אחרות, כשהמתג נשאר כבוי) רמת הליגנין בצמח עולה. לעומת זאת, כאשר נשתל בצמח חלבון הפעיל ללא הפסקה (במילים אחרות, כאשר המתג דולק כל הזמן, ולא ניתן לכבותו) ירד ייצור הליגנין בתאים, והתפתחו הצמחים המבוקשים - בעלי כמות מופחתת של ליגנין.

צמחים ללא תחרות

בשלב הבא מתכוונים החוקרים לשתול את החלבונים שגילו בצמחים בעלי פוטנציאל גבוה לייצור דלק בעתיד. "בעולם מחפשים למטרה זו צמחים שהם, מצד אחד, נוחים וזולים לגידול, ומצד שני - אינם מתחרים בגידולים חקלאיים", אומר פרופ' ילובסקי. "מדובר בצמחים שאינם משמשים את האדם לצרכים אחרים כמו מזון או ביגוד ויכולים לגדול בקרקעות שוליות, עניות במזון ובמים, שאינן מתאימות לחקלאות. זאת, בשל ההבנה כי הפקת דלק מגידולים חקלאיים, כמו קנה סוכר או תירס, עלולה ליצור תחרות שהיא הרת אסון מבחינה כלכלית וחברתית".

הצמחים הראשונים שייבחנו במעבדה יהיו מינים עשבוניים ממשפחת הדגנים. החוקרים יבדקו אם הגנים שגילו מצליחים לצמצם את כמות הליגנין בצמחים אלה. מינים עשבוניים משופרים, בעלי מוטציה לייצור מופחת של ליגנין, עשויים לייעל באופן משמעותי את תהליך הפקת הדלק הביולוגי ולחסוך מיליארדי דולרים לכלכלת העולם.

עטלף הבומבוס הוא היונק הקטן ביותר על פני כדור הארץ. למרות שמשקלו אינו מגיע לשני גרם, הוא מסוגל לעוף לאורך עשרות קילומטרים בחושך מוחלט כשהוא מתבסס על חוש הסונאר כדי לנווט, לתמרן ולמצוא מזון. כמו עטלפים אחרים, גם העטלף הזעיר הזה משדר אותות על קוליים ומנתח את ההדים החוזרים באמצעות המוח שלו. עטלפים מסוגלים לבצע משימות מורכבות ביותר בעזרת הסונאר שלהם כמו: איתור חרקים מזעריים ומעקב אחריהם במעבה הצמחייה, נדידה עונתית לאורך מאות קילומטרים ותנועה בלהקים של מאות אלפי פרטים מבלי להפריע זה לזה. בנוסף, הם מציגים יכולות קוגניטיביות גבוהות כמו קבלת החלטות, זיכרון ולמידה.

"העטלפים הם אחת מקבוצות היונקים המצליחות ביותר, אך המידע עליהם מועט," אומר ד"ר יוסי יובל, ראש המעבדה, "הם היונקים המעופפים היחידים, ויחד עם דולפינים, הם היונקים היחידים שמפיקים אנרגיה כדי לחוש את הסביבה. היכולות שלהם קוראות תיגר על חוקי הפיסיקה ומעמידות את ההנדסה האנושית באור מביך, ולכן אני חוקר אותם".

מעבדת עטלפים ראשונה מסוגה בעולם

הרפואה הסינית המסורתית משתמשת בטכניקות של דיקור ובתערובות של צמחי מרפא להגברת הפוריות ולמניעת הפלות. שילוב של טיפולים אלה, כשהוא מצטרף להזרעה תוך-רחמית, מהווה פתרון מנצח עבור נשים המתקשות להרות או לשאת את הריונן עד תומו.
 

מחקר למיטיבי לכת

אחד מן התחומים בו תומכת מעבדתו של פרופ' אילי הוא ביומימטיקה - יצירת מערכות מלאכותיות המחקות את הטבע. בין היתר, חוקר צוות המעבדה את אופן ההליכה היעיל במיוחד של תיקנים. "כל מי שרדף אי-פעם אחר האורח הבלתי קרוא שעלה מן הביוב, הבחין בוודאי כי התיקן שולט ברגליו באופן מדהים," אומר המדען. "הוא רץ על כל סוג משטח, ומשנה מהירות וכיוונים בזריזות כמעט בלתי נתפסת - יכולת המעידה על גמישות מוחית מופלאה." כעת מבקשים החוקרים לגלות כיצד הוא עושה זאת, איזה מידע מהסביבה גורם לו לבצע את תמרוניו, כיצד מערכת העצבים שלו מעבירה את המידע לשרירים, ואיך השרירים מבצעים את התנועה. המחקר, שנערך בשיתוף עם מעבדה בפרינסטון המתמחה במודלים מתמטיים של הליכה, נועד לסייע למהנדסי רובוטיקה לתכנן רובוטים שיהלכו בזריזות על מגוון משטחים – אולי אפילו על פני המאדים.

החגב כמזל"ט

לא רק התיקן מעסיק את חוקרי המעבדה. כושר התעופה המרשים של הארבה העלה במחשבתם רעיון שנראה כביכול מוזר: האם ניתן למצוא דרך לשלוט במעוף החגב, ולהשתמש בו כמזל"ט? במחקר חדשני, בשיתוף עם פרופ' דני וייס מהמחלקה לאווירונאוטיקה בטכניון (כיום, המדען הראשי של משרד המדע), מבקשים החוקרים לפענח את הפעילות המוחית המנחה את תעופת הארבה. כך, לדוגמה, הם נעזרים בסימולטור טיסה כדי לנסות להבין מדוע וכיצד משנה החגב את כיוון מעופו: כיצד מתקבל מידע מהסביבה, איך הוא משפיע על מערכת העצבים, ואיך היא, בתורה, מפעילה את השרירים שיוצרים את הפנייה לימין או לשמאל. המטרה, בסופו של דבר, היא לבנות מערכת, שבאמצעותה יוכל האדם לשלוט במוח החגב ולכוון את מעופו בשלט-רחוק.