צמחים שצוברים מתכות כבדות יכולים לשמש לכרייה נקייה ולטיהור קרקעות מזוהמות

בשנת 1976 תיארו חוקרים מניו-זילנד ומהאי ניו-קלדוניה באוקיינוס השקט ממצא חדש, במאמר שפרסמו בכתב העת Science: ברקמות של עצים מהמין Sebertia acuminata (כיום הוא נקרא Pycnandra acuminata), הגדלים בצפון ניו-קלדוניה, הצטברה כמות גבוהה של ניקל. גם לפני כן התגלו כמה עצים צוברי ניקל, כמעט כולם בניו-קלדוניה, אבל העץ הזה היה מיוחד – השרף שלו היה כחול, דבר שמעיד על תכולת ניקל גבוהה. למעשה, קרוב לאחוז ממשקלו היבש הכולל של העץ, כלומר משקלו אחרי ייבוש, היה ניקל – פי עשרה מכל צמח אחרי שהיה מוכר עד אז. והשרף של העץ הכיל ניקל בכמות בלתי נתפסת: רבע ממשקלו היבש.

צמחים כאלה נקראים צוברי-על, שכן ביכולתם לצבור כמויות גבוהות של מתכות, חלקן רעילות. כיום ידועים מאות מינים של צמחים צוברי-על, מהם כ-530 מינים צוברי ניקל, 50-40 מינים שמתמחים בכל אחת מהמתכות נחושת, קובלט, מנגן וסלניום, ועוד כמה מינים שצוברים ארסן, קדמיום, עופרת או אבץ. יש אפילו מינים שצוברים מתכות נדירות כמו לנתן וצֶרְיום.

חוקר בוחן שורשי צמח מהסוג Thlaspi, צובר-על של מתכות כבדות בהן אבץ וקדמיום | צילום: KEITH WELLER / US DEPARTMENT OF AGRICULTURE / SCIENCE PHOTO LIBRARY
חוקר בוחן שורשי צמח מהסוג Thlaspi, צובר-על של מתכות כבדות בהן אבץ וקדמיום | צילום: KEITH WELLER / US DEPARTMENT OF AGRICULTURE / SCIENCE PHOTO LIBRARY

כרייה חקלאית

צבירת-העל התפתחה במהלך האבולוציה אצל צמחים שגדלו על קרקעות עשירות במתכות כבדות. למתכות הללו יש שימושים תעשייתיים רבים, אך כרייתם היא היא עסק יקר, מזהם וצורך אנרגיה רבה. צמחים צוברי-על יכולים במקרים מסוימים לספק חלופה יעילה לכרייה ישירה מהקרקע.

במחקר משנת 2019, לדוגמה, קבוצת מחקר בראשות אנטוני ון דר אנט (Ent) בחנה, את האפשרות להשתמש בצמח פילנתוס רופוסצ'אני (Phyllanthus rufuschaneyi) לכריית ניקל בקרקע עשירה בברזל, מגנזיום ומתכות כבדות (קרקע אולטרה-מפית) במלזיה. מדובר בצמח נדיר שנמצא בסכנת הכחדה בעקבות שריפות וכריתת יערות נרחבת. הצמח נבחר בזכות התאמתו לאקלים המקומי והעובדה שהוא מצמיח כמה גזעים דקים, שצומחים מחדש במהירות אחרי שקודמיהם נכרתו. בנוסף, רמות הניקל הגבוהות שבו מגינות עליו מפני מזיקים.

החוקרים גידלו את הצמח בעציצים מלאים באדמה שאספו משטח המיועד לכרייה ומצאו שרמות הניקל הגיעו כמעט לשלושה אחוזים בעלים זקנים וכאחוז אחד בעלים צעירים ובגזעים. תוצאות דומות נמצאו גם בצמחים שגדלו בשדה. החוקרים בדקו גם את תכונות הקרקע – כגון כמות הניקל, רמת החומציות ועוד, ואת השפעותיהן על יעילות הצבירה של הניקל בצמחים. לטענתם, ממצאיהם מצביעים על היתכנות כלכלית ממשית לכריית ניקל חקלאית (agromining) באזור שנבדק.

 בד ספוג בחומר דימתילגליאוקסיד משנה צבע לכחול בנוכחות ניקל, ומאפשר לזהות בקלות את המתכת ברקמות הצמח | צילום מתוך מאמר המחקר של Gei et al
קל לאבחון. בד ספוג בחומר דימתילגליאוקסיד משנה צבע לכחול בנוכחות ניקל, ומאפשר לזהות בקלות את המתכת ברקמות הצמח | צילום מתוך מאמר המחקר של Gei et al

טיהור ביולוגי

נוסף על השימוש האפשרי לכרייה, צוברי-העל יכולים לשמש גם לטיהור סביבה מזוהמת. אדמות רבות סביב אזורי תעשייה או בקרבת כבישים סואנים, וכן אדמות חקלאיות ומי תהום, מזוהמות במתכות כבדות. לדוגמה, זיהומי קדמיום בשדות אורז עלולים לפגוע בתפוקת האורז בשדה, ואף לסכן את בריאותם של הצרכנים.

במרוצת השנים פותחו שיטות רבות, המבוססות על עקרונות פיזיקליים וכימיים, לטיהור מי תהום וקרקעות ממתכות רעילות. אולם השיטות האלה יקרות, צורכות אנרגיה רבה ומזהמות את הסביבה בדרכים אחרות. רבות מהן גם אינן מתאימות לאדמה חקלאית, שכן הטיפול משנה את תכונות הקרקע – ובכלל זה משפיע על ריכוזיהם של יסודות הדרושים לצמחים, כגון זרחן, אשלגן, מגנזיום וכדומה.

צמחים צוברי-על יכולים לכאורה להחליף את השיטות המזהמות והיקרות הללו. מחקר שפורסם בתחילת שנת 2020 מצא, למשל, שהצמח Odontarrhena chalcidica מסוגל לצמוח על פסולת תעשייתית של מפעלים שמשתמשים בניקל, ולצבור את הניקל בתוכו. החוקרים רואים בזה שיטה זולה ונקייה לסילוק הפסולת התעשייתית מהקרקע ולמיחזור של הניקל.

רעיונות יש בשפע. נערכו למשל מחקרים שביקשו לבחון את יכולתם של כמה מיני במבוק לצבור בתוכם מתכות כבדות כגון עופרת, קדמיום, נחושת ואבץ. מאמר סקירה שפורסם בשנה שעברה בנוגע לניסיונות לנקות עופרת מקרקעות העלה שלא ידוע כיום על צמחים שמסוגלים למצות ביעילות עופרת מהאדמה. עם זאת, יש צמחים שמסוגלים להתקיים בקרקע שנספגה בה הרבה עופרת, ולמנוע בעזרת שורשיהם מהעופרת להתפז לשטחים נוספים בצורת אבק, או לחדור למי תהום.

התמונה הגדולה מורכבת יותר. יש מגוון רב של מתכות מזהמות, ורמות שונות של זיהום. האתגר הוא למצוא את הצמח המתאים לסוג הזיהום המדויק ולסוג הקרקע. הצמחים צריכים להיות מסוגלים לגדול בסביבה המזוהמת ולמצות בהצלחה את המתכות הרעילות מהקרקע או ממי התהום. חקר הדרכים לריפוי הקרקע באמצעות צמחים הולך וצובר תאוצה, אך דרוש עוד מחקר רב לפני שאפשר יהיה ליישם אותו בהצלחה בשטח.

גם השיטות לחקר התחום הזה צריכות להתפתח. אחת הסיבות לכך שרוב צוברי-העל שנמצאו עד כה סופחים דווקא ניקל, היא פשוט שקל יחסית לזהות אותו בצמחים. יש מבחן מדעי קל ושימושי שאפשר לעשות אפילו בתנאי שדה כדי לאבחן צמחים כאלה – כל מה שצריך זה פיסת בד הספוגה בחומר בשם דימתילגליאוקסיד, שמשנה את צבעו במגע עם הניקל שבעלים. לעומת זאת, גילוי צוברי-על של מתכות אחרות דורש איסוף דגימות מהצמח למעבדה וביצוע בדיקות מסובכות.

עם זאת, בשנים האחרונות פותח מכשיר ידני המשתמש בקרינת רנטגן וקליטת אור שנפלט בתהליכים פלואורסצנטיים ומאפשר סריקה מהירה יחסית של דגימות בשטח. השיטה הזאת עשויה להקל על מציאת מועמדים מתאימים מבין הצמחים הנסרקים ביערות ובשדות ברחבי העולם.

בנוסף, קיימת להלכה אפשרות לייצר בהנדסה גנטית צמחים צוברי-על מתורבתים, שיהיה קל יחסית לגדל ולהשתמש בהם לצבירת מתכות כבדות מהקרקע. אולם לשם כך עלינו להבין את המנגנונים המולקולריים שמאפשרים צבירת-על של מתכות ולגלות אילו גֵנים מעורבים בתהליך. רבים מהצמחים צוברי-העל נמצאים בסכנת הכחדה בגלל הרס הטבע בידי האדם. אם נפעל נכון, יכול להיות שהם יוכלו לעזור לאדם להציל את הטבע.