המוציא לחם מן הגֵנים

החוקר הצעיר אהרן אהרונסון, שהיה בן 30 בלבד אך כבר קנה לו שם במושבות העבריות של תחילת המאה ה-20, הסתובב בשדות ליד ראש פינה במטרה לערוך סיור גיאולוגי. לפתע פתאום ראה מולו שיבולת שנראתה לו מוכרת מאוד. הוא הוציא מתיקו את הציור שקיבל מעמיתיו בברלין, השווה אותו לצמח וראה כי אכן מדובר בשיבולת המכונה "אם החיטה", שאותה ניסה למצוא כבר כמה שנים קודם לכן על מדרונות החרמון.

כבר באמצע המאה ה-19 אסף תיאודור קוטשי (Kotschy) כמה שיבולים כאלה, וכעבור שנים רבות הן התגלו מחדש באוספי המוזיאון של וינה והוכרז שמדובר כנראה במין שממנו התפתחה החיטה המודרנית, או לפחות אחד מקרוביו. מאז חיפשו חוקרים אחר הצמח עצמו בסביבתו הטבעית.

הייתה לכך סיבה טובה: החיטה, אחד הצמחים הראשונים שביית האדם לפני כעשרת אלפים שנה, הייתה כוח מניע רב חשיבות בהתפשטות והגדילה המהירה של האוכלוסייה האנושית מעשרה מיליון בלבד בראשית ימי החקלאות ליותר משבעה מיליארד כיום. אבל אוכלוסיית העולם ממשיכה לגדול, וכדי להאכיל אותה אנו זקוקים לחיטה טובה יותר, בכמות גדולה יותר. חיטת הבר שהתגלתה בראש פינה עשויה להכיל את הסודות שיאפשרו לנו לעשות זאת.

הלך לחפש אבנים, ומצא את אם החיטה. אהרן אהרונסון | מקור: ויקיפדיה

ערש החקלאות

החיטה היא אחת משלושת הדגנים העיקריים שעליהם מבוססת תזונת העולם, יחד עם האורז והתירס. החיטה לבדה מספקת כחמישית מהקלוריות שאוכלוסיית העולם כולה צורכת. 95 אחוז מתפוקת החיטה בימינו שייכת למין אחד, חיטת הלחם (Triticum aestivum), וכמעט כל חמשת האחוזים הנותרים שייכים למין שני, חיטת דורום (Triticum durum), שמשמשת בעיקר לייצור פסטה. התזונה של כ-40 אחוז מאוכלוסיית כדור הארץ נשענת במידה רבה מאוד על שני המינים האלה – והכל התחיל ממש כאן, בארץ ישראל הקדומה ובסביבתה הקרובה.

במזרח התיכון החלו החקלאים הראשונים לגדל חיטה ולביית אותה. בתהליך ארוך שנמשך אלפי שנים הם בררו תכונות מועדפות – גרעינים גדולים יותר, צמחים שנובטים יחד ולא בזמנים שונים ועוד.

אחת התכונות החשובות נגעה להיצמדות הגרעינים לגבעול: גרעיני חיטת הבר נפרדו מהגבעול בקלות והתפזרו ברוח, אך החקלאים הראשונים העדיפו את הצמחים שהגרעינים שלהם נטו להישאר על הגבעול, וכך יכלו לאסוף אותם בקלות. בשביל צמח בר תכונה כזאת משולה לגזר דין מוות – ללא פיזור של הגרעינים על האדמה מסביב הם ימותו על הצמח ולא ינבטו. וכך, במהלך הביות החיטה המתורבתת "התחייבה" לשותפות עם האדם – בהיעדר חקלאים שיאספו את גרעיניה ויזרעו אותם היא לא מסוגלת להתרבות.

המהפכה הירוקה

הביות לא היה מכוון בדיוק – החקלאים פשוט העדיפו לזרוע את החיטה שהתאימה ביותר לצרכיהם, וכך יצרו את התנאים להתפתחות החיטה המודרנית. במאה ה-20, לאחר שהמהפכה התעשייתית הביאה לגידול המהיר ביותר באוכלוסייה האנושית מאז ומעולם, התעורר הצורך להגדיל משמעותית את יבולי החיטה כדי להאכיל את העולם. האדם שהוביל את המאמצים לייצר חיטה טובה יותר היה נורמן בורלוג (Borlaug). בשנת 1944 הוא מונה לראש "התוכנית המשותפת למחקר וייצור חיטה" של ממשלת מקסיקו, ששמה לה למטרה להגדיל את כמות החיטה המיוצרת שם. בורלוג ועמיתיו הכליאו זנים שונים לקבלת זן חיטה עמיד למחלות שהניב יבול רב יותר.

ב-1963, פחות מעשרים שנה מאז שבורלוג הגיע מארצות הברית למקסיקו, 95 אחוז מהחיטה שיוצרה שם כבר הייתה מהזן שהוא יצר, והיבול גדל פי שישה. מאוחר יותר הגדיל בורלוג בצורה דומה את יבולי החיטה בפקיסטן ובהודו, ומנע כך רעב המוני. החידושים שהכניס – לא רק בזני החיטה אלא גם בשיטות של עיבוד ודישון הקרקע – מכונים "המהפכה הירוקה", ועליהם הוא זכה ב-1970 בפרס נובל לשלום.

הסוד הגנטי

למרות ההצלחה של המהפכה הירוקה, יש גבול למה שאפשר לעשות בלי להבין את הגנטיקה העומדת בבסיס התכונות שאנו רוצים בחיטה שלנו. וכשבחנו לראשונה את הגנים של החיטה, ציפתה לחוקרים הפתעה. התברר שהגנום של חיטת הלחם מפלצתי ממש: 21 זוגות הכרומוזומים מורכבים מ-16 מיליארד בסיסים – פי שישה מהגנום של תירס ופי חמישה מהצופן הגנטי שלנו.

הסיבה לגודל יוצא הדופן התבררה במהרה. הגנום של החיטה המבויתת מורכב למעשה משלושה גנומים שונים, שבכל אחד מהם שבעה כרומוזומים. התופעה הזאת נקראת "פוליפלואידיות", והיא נדירה מאוד בבעלי חיים אך נפוצה למדי בצמחים, ובמיוחד באלו מהם שנוצרו מהכלאות בין מינים שונים.

חיטת הבר (T. dicoccum) שבייתו החקלאים הראשונים היא דוגמה לכך: היא נוצרה מהכלאה בין שני מינים קדומים שאירעה באופן טבעי לפני 500-300 אלף שנה. לאחר ההכלאה, הגנום של בן הכלאיים הכפיל את עצמו – במקום שתאי המין ישאו חצי ממספר הכרומוזומים הנמצאים בתאי הגוף, הם נשאו את מספר הכרומוזומים השלם, וכך לצאצאיהם היה מספר כרומוזומים כפול. הגנום של החיטה הזו, לפיכך, הורכב מ-14 זוגות כרומוזומים.

במהלך הביות נוצרה הכלאה נוספת בין חיטת הבר לבין מין נוסף של שיבולת בעלת שבעה זוגות כרומוזומים, המכונה באופן מבלבל במקצת "בן חיטה" (Aegilops tauschii). כך נוצרה החיטה, שהפכה לאחר שינויים אחרים וקטנים יותר לחיטת הלחם שאנו מכירים כיום, בעלת 21 זוגות הכרומוזומים. חיטת הדורום, לעומתה, מורכבת משני גנומים "בלבד", ויש בה רק 14 זוגות כרומוזומים.

הכפלה של הגנום כולו היא פעולה דרמטית ביותר – פתאום יש ארבעה עותקים של הגנים במקום שבו היו קודם רק שניים. אבי לוי ומשה פלדמן ממכון ויצמן למדע חקרו איך הצמח מגיב ומתאים את עצמו להכפלת הגנום, ומצאו שנעשו בתוך כך שינויים רבים ומהירים מאוד בגנום עצמו ובדרך שבה הוא מתבטא. "עודף" הגנים הזה הוא ככל הנראה הבסיס לגמישות הגנטית של החיטה, שאיפשרה לה להסתגל במהירות לאזורים הרבים והמגוונים מאוד שבהם היא גדלה, מנורבגיה ועד סין.

כמעט כל יבול החיטה בעולם מבוסס על מין אחד, וזה המין השני הכי נפוץ. שיבולת של חיטת דורום | מקור: Shutterstock

הנדסה מחדש של תכונות אבודות

רק לאחרונה, ב-2012, הצליחו מדענים לקבוע את הרצף המלא של גנום חיטת הלחם. עוד לפני כן, מחקרים שהתמקדו בגנים מסוימים הצליחו לזהות את אלו מהם שמקנים למינים שונים של חיטת בר תכונות שאבדו עם השנים, כגון עמידות למחלות מסוימות. באמצעות הנדסה גנטית אפשר "להחזיר" גנים כאלה לחיטה המודרנית.

באופן הולם למדי בהתחשב בתולדות החיטה, לא מעט מהמחקרים האלו נעשים בארץ, בין השאר בידי אסף דיסטלפלד מאוניברסיטת תל אביב וציון פחימה מאוניברסיטת חיפה. דיסטלפלד היה מעורב גם בפרויקט שמטרתו לקבוע את הרצף הגנטי של חיטת הדורום והסתיים ממש בעת האחרונה. מובילי המיזם היו מדעני המועצה למחקר חקלאי וכלכלה באיטליה – בכל זאת מדובר בחיטה שממנה עושים פסטה. כמו בחיטת הלחם, פענוח הגנום של חיטת דורום יעזור למדענים להשביח אותה.

במאמר מערכת שפורסם לפני כשנתיים בכתב העת Nature הזהירו הכותבים שיבול החיטה הנוכחי יתקשה להזין את האוכלוסייה הגדלה של כדור הארץ, במיוחד בהתחשב בשינוי האקלים. "בורלוג ניצח בקרב חשוב נגד הרעב", הם כותבים, "אבל המלחמה עדיין נמשכת".

הבנת הגנטיקה של החיטה, ושל מיני הבר הקרובים אליה, היא כלי חשוב במיוחד במלחמה הזו. באמצעותה נוכל לייצר זני חיטה עמידים, שיניבו יבולים גדולים יותר ובאופן מדויק ומבוקר הרבה יותר מזה שעמד לרשותנו בזמן "המהפכה הירוקה" המקורית. כך השיבולת הצנועה שמצא אהרונסון ליד בית הקברות של ראש פינה עשויה לעזור לממשיכי דרכו להאכיל את העולם, יותר ממאה שנה לאחר מכן.

הלחם בסרטון משעורת בר