מגזם לדלק

מחקר במעבדתו של ד"ר יורם גרשמן

השימוש בבנזין ודיזל לתחבורה יוצר בעיות סביבתיות קשות, כגון זיהום אוויר ופליטת גזי חממה שמגבירים את הקצב של שינוי האקלים העולמי. במקביל, שריפה של פסולת צמחית חקלאית (גזם ושאריות צמחים) יוצרת בעיות דומות. האם ניתן להתמודד עם שתי הבעיות יחד?

ייתכן שכן. במעבדתו של ד"ר יורם גרשמן בודקים את האפשרות להשתמש בפסולת הגזם מצמחים לייצור אתנול (אלכוהול), שמשמש כדלק ביולוגי המזיק פחות לסביבה. מטרת המחקר היא לקחת פסולת צמחית, שקיימת בכל מקרה, ולהפוך אותה לדלק במקום לנסות להיפטר ממנה. קיימים כיום כלי רכב שמתודלקים באתנול בלבד, אבל גם מנוע בנזין רגיל יכול לפעול היטב עם דלק שמכיל עד 10 אחוז אתנול. מעריכים שכמות הפסולת החקלאית הצמחית שנוצרת בישראל מדי שנה מאפשרת להפיק אתנול בכמות שתספיק להמרת כל שוק התחבורה הישראלי ל-10 אחוז אתנול.

אתנול בתחנת תדלוק בברזיל.
צילום: Harry Wood

אחד האתגרים ביישום הרעיון הוא בהפיכת הגזם לאתנול. חומר צמחי עשוי משלושה מרכיבים: צלולוז (תאית), המיצלולוז וליגנין. הצלולוז, שמהווה כ-50-38 אחוז מהפסולת החקלאית, הוא המקור לייצור אתנול. לשם כך, יש לפרק את הצלולוז לסוכרים, להתסיס אותם בעזרת שמרים, ולזקק את האתנול מהתערובת שנוצרת. הקושי העיקרי בהפקת האתנול טמון בליגנין, המרכיב שמדביק את מרכיבי הצמח זה לזה ומעניק לו קשיחות. הליגנין מהווה מחסום פיזי עבור החלבונים המזרזים שמפרקים את הצלולוז לסוכרים. הוא גם נקשר לחלבונים אלה וכך מעכב עוד את פעולתם.

על מנת לייצר אתנול מחומר צמחי חייבים להסיר את הליגנין באמצעות טיפול מקדים. השיטה הקיימת להסרת הליגנין מורכבת ויקרה, ולכן אינה נמצאת בשימוש בישראל. במחקר, המבוצע בשיתוף עם פרופ' הדס ממן מאוניברסיטת תל-אביב ובהשתתפות הסטודנטים רועי פרץ ויאן רוזן, נבדקת שיטה חליפית לטיפול בליגנין. שיטה זו מבוססת על שימוש בגז האוזון, שמורכב משלושה אטומי חמצן. ניתן לייצר את האוזון מהחמצן שבאוויר, בתהליך פשוט באמצעות מכשיר קטן יחסית ונייד. בטיפול המקדים שבחנו החוקרים, שנקרא אוזונציה, מוסף האוזון לפסולת החקלאית בתוך מים. האוזון תוקף ומפרק את הליגנין וגם חומרים נוספים הדומים לו. החוקרים מצאו שאוזונציה קצרה מסירה בצורה יפה את הליגנין מגזם עירוני גרוס, ומשפרת משמעותית את היכולת לייצר אתנול מחומר צמחי.

כתבה מפורטת יותר על המחקר הופיעה באתר "זווית".

תזמון נדידת האביב בציפורים

תזמון נדידת האביב בציפורים: החנקן הנובי כמקרה מבחן

מעבדת שי מרקמן, החוג לביולוגיה וסביבה

עובדה ידועה היא, כי בנדידת האביב  של ציפורים רבות, זכרים בוגרים מקדימים להגיע לאזורי הרבייה. מנתונים שנאספו במרכז הצפרות שבאילת במשך 35 שנה עולה כי מועד הגעת האביב של החנקן הנובי משטחי החריפה שלו באפריקה תלוי במין ובגיל. ראשונים מגיעים הזכרים הבוגרים, שישה ימים בממוצע לאחר מכן מגיעים הזכרים הצעירים והנקבות הבוגרות, ואילו הנקבות הצעירות מגיעות אחרונות. ההבדלים במועד ההגעה נובעים, על פי תאוריות אבולוציוניות, מאסטרטגיות נדידה שונות.

חנקן נובי, צילום: Jem Babbington

אירית אלוני, דוקטורנטית בהנחייתם של ד"ר שי מרקמן ושל פרופ' ירון זיו (אוניברסיטת בן-גוריון) העלתה את ההשערה שהאקלים באזור החריפה משפיע בצורה שונה על החלטות הנדידה של חנקנים צעירים ובוגרים, זכרים ונקבות.  הקשרים בין מועדי ההגעה לאילת של הקבוצות השונות לבין תנאי האקלים באפריקה בתקופת החריפה תומכות בהשערה זו. זכרים בוגרים מגיבים לתנאי האקלים בפברואר ומרץ, טרם נדידה, בעוד שזכרים צעירים מגיבים בעיקר לתנאי אקלים בנובמבר, עם ההגעה לאזור החריפה. נקבות בוגרות מושפעות מהאקלים גם בסתיו וגם באביב המוקדם, ואילו תזמון הנדידה של הנקבות הצעירות מושפע ממספר קטן בלבד של משתני אקלים, בעיקר בסתיו. דגם זה של משתני אקלים שונים, המשפיעים על מועד ההגעה של כל אחת מארבע הקבוצות, מרחיב תאוריות אבולוציוניות קיימות בנושא אסטרטגיות נדידה תלויות גיל ומין. תוצאות אלו מדגישות את החשיבות של בחינת השפעות סביבתיות לא רק ברמת המין, אלא גם ברמת תת הקבוצות המרכיבות את המין. עובדה זו חשובה במיוחד לאור שינוי האקלים העולמי והשפעותיו הדרמטיות על מינים נודדים.

שי מרקמן ירצה על המחקר במסגרת הכנס "מחקר, עיון ויצירה" שיתקיים באורנים  מחר,  21.1.

האם עופות מים עשויים להפיץ את החיידק הגורם למחלת הכולרה?

מעבדת מלכה הלפרן, החוג לביולוגיה וסביבה

חיידק הוויבריו כולרה Vibrio cholerae, הגורם למחלת הכולרה הקטלנית, חי במים. כיצד מופץ החיידק בין בריכות ואגמים מבודדים? אחת ההשערות היא, שעופות מים נודדים מסוגלים להפיץ את החיידק בין מקווי מים שונים. כדי לבדוק את ההשערה צריך להכיר את הרכב חברת החיידקים (המיקרוביוטיה) במערכת העיכול של עופות מים ולבדוק האם ויבריו כולרה הוא חלק מחברה זו. ד"ר סיון לביאד-שטרית בדקה את הרכב החיידקים במעי של קורמורן גדול, לבנית קטנה, אנפת לילה ושחף אגמים. ויבריו כולרה בודד ממערכת העיכול של שלושה מתוך המינים (קורמורן גדול, לבנית קטנה ואנפת לילה). ממצא זה תומך באפשרות שנדידת עופות יכולה להיות הדרך להפצה העולמית של החיידק. 

בנוסף, נמצא כי כל אחד ממיני העופות שנבדקו מאכסן חברת חיידקים ייחודית לו. חברת החיידקים של שחף האגמים נבדלה באופן מובהק מחברות החיידקים במעי של מיני העופות האחרים, כנראה בגלל נוכחות חיידקים מהסוגCatellicoccus  (Firmicutes) אשר שכיחותו בשחפים היתה גבוהה במיוחד (כ- 60% מכלל המיקרוביוטה במעי). עוד נמצא כי מיני עופות הקרובים זה לזה מבחינה אבולוציונית מכילים חברות חיידקים דומות. הסבר אפשרי לכך הוא כי העופות וחברת החיידקים המאכלסת את המעי שלהם עברו קו-אבולוציה והתאמות הדדיות לחיים ביחד.

שחף אגמים. צילום: אורן פלס, מתוך אתר פיקיויקי

קורמורן גדול. צילום: דר' אבישי טייכר, מתוך אתר פיקיויקי

אנפת לילה. צילום: אריה טננבאום, מתוך אתר פיקיויקי

לבנית קטנה. צילום: ד"ר אבישי טייכר, מתוך אתר פיקיויקי

במחקר השתתפו ד"ר סיון לביאד-שטרית, פרופ' עדו יצחקי, ד"ר מאיה ללזר ופרופ' מלכה הלפרן. סיון תרצה על המחקר במסגרת הכנס "מחקר, עיון ויצירה" שיתקיים באורנים ב 21.1. ניתן להירשם לכנס כאן.

טובים השניים מן האחד - הרצאה לקהל הרחב

טובים השניים מן האחד - הרצאתו של ד"ר אלעד חיל

"טובים השניים מן האחד" – פתגם זה, שנכתב לפני שנים רבות (מגילת קהלת), מכוון ליחסים שבין אדם לחברו. עבור יצורים חיים רבים אין מדובר בהמלצה חברתית גרידא, אלא בצורך קיומי של ממש. בהרצאה אציג דוגמאות מרתקות של סימביוזה בין בעלי חיים, צמחים וחיידקים אשר נעזרים זה בזה ולעיתים אף תלויים לחלוטין אחד בשני על מנת לשרוד ולהתרבות.

האויב שבפנים - על חיידקים, כיבי קיבה ואוראז

מעבדתו של יורם גרשמן

בימים אלו כשהארץ רועשת סביב נושא חיסוני החצבת רצינו לדבר על ״האויב שבפנים״ החיידק הליקובקטר פילורי (Helicobacter pylori), חיידק שגדל ברירית הקיבה וגורם לכיבי קיבה, שמתבטאים בכאבים עזים ומהווים גורם סיכון משמעותי לסרטן הקיבה.

הליקובקטר פילורי הוא חיידק שנתגלה לראשונה מדגימת דופן קיבה בשנת 1875. החיידק נצפה מספר פעמים לאחר מכן אולם הבידוד והאפיון שלו התעכבו עד שנת 1982 כשבארי מרשל ורובין ווד מאוסטרליה הצליחו סוף סוף למצוא תנאים מתאימים לגידולו.

תמונת מיקרוסקופ אלקטרוני סורק של חיידקי הליקובקטר. 

(מתוך https://scopeblog.stanford.edu/2014/09/25/treating-an-infection-to-prevent-a-cancer-h-pylori-and-stomach-cancer/).

הקישור בין נוכחות החיידק לבין כיבי קיבה נתקל בחוסר אמון בקהילה הרפואית, כיוון שהאמונה המקובלת היתה שכיבי קיבה נגרמים ע״י לחץ נפשי ואוכל חריף. לבסוף, כדי להוכיח את הקשר שתה ברי מרשל מנה גדושה של תרבית הליקובקטר ולקה בכיבי קיבה. ההוכחה הסופית הגיעה כאשר נטילת אנטיביוטיקה הרגה את החיידקים וריפאה את הכיבים. 

כיום ברור לחלוטין שהדבקה בהליקובקטר היא הגורם ראשי לכיבי קיבה, כיוון שכחלק ממחזור חייו הוא מתחפר ברקמת דופן הקיבה ומפריש חומרים שמעודדים את יצירת הכיב (בעצם ׳פצע׳ בדופן הקיבה). יתרה מזאת, החיידק גם מפריש מגוון חומרים שגורמים לשינוי בביוכימיה של תאי דופן הקיבה כדי ליצור לעצמו סביבה נוחה יותר. נכון להיום מעריכים שהליקובקטר פילורי הוא החיידק מחולל המחלה הנפוץ ביותר בעולם. במדינות מפותחות שיעור ההדבקה הוא כ-20% בעוד במדינות מתפתחות עד 80%, אם כי לא ברור מהיכן מגיע החיידק מלכתחילה. למרבה המזל רוב הנדבקים אינם מפתחים סימפטומים, אולם אלו שמפתחים כיבי קיבה סובלים מכאבים עזים, בחילות והקאות ונמצאים בסיכון גבוה להתפתחות סרטן קיבה. כיום הטיפול המקובל בהליקובקטר הוא טיפול המשלב שתי אנטיביוטיקות ומעכב משאבת פרוטונים. הטיפול לרוב יעיל אולם בשנים האחרונות יש עדויות רבות ומדאיגות להתפתחות זני הליקובקטר פילורי עמידים לאנטיביוטיקה.

התיישבות חיידק הליקובקטר פילורי בדופן המעי

במחקר שפורסם בעיתון Journal of Microbiology Methods תיארו ד״ר יורם גרשמן, יחד עם תלמידת המחקר נטלי עמר וד״ר אבי פרץ מהמרכז הרפואי פדה-פוריה, גישה חדשה לטיפול בחיידק. בדרכו לדופן הקיבה חייב החיידק לעבור דרך  נוזלי הקיבה, סביבה מאוד חומצית. הוא עושה זאת ע״י שימוש באנזים האוראז, שמפרק שתנן (אוריאה) לפחמן דו חמצני ולאמוניה. האמוניה מפחיתה את החומציות ומאפשרת לחיידק לשרוד. החוקרים שיערו שפגיעה באנזים האוראז, החיוני לשרידת החיידק, תעזור להתמודד עם המחלה. רעיון זה כבר עלה בעבר, אולם עד היום לא הייתה דרך לבדוק ישירות את האנזים החיידקי, מפני שמסוכן ומסובך לגדל כמויות גדולות של החיידק לצורך הפקת האנזים.

במסגרת המחקר נמצאה דרך לבטא את האנזים בחיידק אחר, הרבה יותר קל לגידול ולא מסוכן לבני אדם. פותחה גם דרך פשוטה לעקוב אחרי פעילות האנזים כשינוי צבע מאדום לצהוב. תוך שימוש בשיטה זאת מצאו החוקרים שמיצוי עלי אלה אטלנטית מעכב את האנזים ומעכב את גידולם של חיידקי הליקובקטר פילורי, כולל זנים שעמידים לאנטיביוטיקות מקובלות. יתרה מזאת, מיצוי זה היה ספציפי להליקובקטר ולא פגע בחיידקים בחיידקים המועילים של מערכת העיכול, בשונה מהתרופות האנטיביוטיות. בימים אלו נבדקות אפשרויות למסחור השיטה.

מבצע קניות

מעבדת רחל בן-שלמה, החוג לביולוגיה וסביבה

נהוג לתאר מין ביולוגי כקבוצה של אוכלוסיות היכולות להתרבות בטבע זו עם זו ואינן יכולות להתרבות עם אוכלוסיות דומות אחרות. הכלאה בין שני מינים שונים לכאורה (היברידיזציה) מהווה אתגר בהגדרת המין הביולוגי. בציפורים, שבהן הכלאות בין מינים נפוצות יחסית, לא פשוט לפעמים להבחין בין מינים קרובים. ההבחנה הזו חשובה מפני שהיא מאפשרת לעקוב אחרי כל מין בנפרד, להבין את צרכיו ואת תפקידיו במערכת האקולוגית ולהגן עליו אם יש צורך בכך.

קנית קטנה וקנית ביצות אשר צולמו בישראל בשנת 2013 ו 2016 בהתאמה.

בציפור השיר הקטנות מהסוג קנית קיימת דוגמה מעניינת לקושי בהבחנה בין מינים. בסוג זה נוצרו בעשרה מיליון השנים האחרונות 37 מינים שונים. חלקם, כמו המינים קנית קטנה וקנית ביצות, דומים מאוד במראה החיצוני ובהתנהגות. יתר על כן, הם גם מקננים באזורים קרובים. האם ייתכן שמתקיימות לפעמים הכלאות בין קניות קטנות וקניות ביצות, כך שההפרדה בין המינים אינה שלמה?

תחומי התפוצה של קנית קטנה  (a) ושל קנית ביצות  (b). כתום: אזורי קינון, קרם: אזורי מעבר, צהוב: אזורי חריפה

אלה פישמן, סטודנטית בחוג לביולוגיה וסביבה, בדקה את השאלה הזו בשיטות גנטיות. שתי הקניות מקננות בקיץ באירופה, מבלות את החורף באפריקה ועוברות בישראל בזמן הנדידה, בסתיו ובאביב. חוקרים באגמון החולה שמתעדים את הנדידה לוכדים, מסמנים ומשחררים חלק מהציפורים שחולפות שם לצורך המשך מעקב. כדי לבדוק את יחסי הקרבה בין שני מיני הקניות, אספו החוקרים גם דגימות דם של הציפורים שנלכדו ובודדו ממנו דנ"א. אחד הסמנים שנבדקו בדנ"א הופיע בצורה מעט שונה בקניות קטנות ובקניות ביצות, ובכך אפשר הבחנה בין המינים. בחמש ציפורים (10% מכלל קניות הביצות שנבדקו)  נמצאו שני מופעי הדנ"א. אלה  קניות בנות כלאיים. הציפורים בנות הכלאיים נלכדו גם בנדידת הסתיו וגם בנדידת האביב. ניתן להסיק מכך שהן הצליחו להשלים את מסלול הנדידה לפחות פעם אחת, כלומר שאלה ציפורים בריאות וחזקות.

המחקר נערך בהנחייתם של פרופ' רחל בן-שלמה (אורנים) וד"ר יוני וורטמן (מכללת תל-חי), ובהשתתפותם של שי אגמון (תחנת הטיבוע אגמון החולה) וירון צ'רקה (כנפי קק"ל).

מפסולת בית הבד לדלק לתחבורה (ולעוד כמה שימושים)

מעבדת יורם גרשמן

גידול זיתים ויצור שמן זית הם נוהג חקלאי חשוב ברבות ממדינות אגן הים התיכון, מדינת ישראל ביניהן. כבר באתרים מהתקופה הנאוליתית נמצאים גלעיני זיתים ובאתרים מהתקופה הכלכותית מוצאים סימנים לביות הזית. הפקת שמן הזית התחילה כנראה בתקופת הברונזה ונמשכת במרץ עד היום.

 ייצור שמן זית ברחבי העולם

למרות התכונות הבריאותיות הרבות של שמן הזית, הפקתו כרוכה ביצירת פסולת רבה. מכל טון זיתים יסחטו 200 ק"ג שמן זית ושאר החומר, בתלות בשיטת ההפקה, יהווה פסולת. כך, בהפקה תלת-פאזית, המקובלת בבתי בד קטנים כמו אלו הנפוצים באזור הגליל, יתקבלו טון זיתים, כ-500 קילו פסולת מוצקה-רטובה (גפת) וכ-1500 ליטר מי תהליך (אקאר). שני סוגי הפסולות מוגדרים כבעייתיים כיוון שהם חומציים ועשירים מאוד בחומרים שפוגעים בצומח (פיטוטקסיים). בישראל לבדה מיוצרים מידי שנה כ-2,000 טונות גפת ובאגן הים התיכון כ-2,000,000 טון. נכון להיום אין פתרון טוב לשימוש בגפת למרות שיש שימוש בכמויות קטנות לייצור גלילים לתנורי הסקה. לכן יש צורך למצוא שימוש ידידותי לסביבה לפסולת המוצקה.

ערמת גפת ליד בית בד בגליל. צילום: חסן עזאייזה

ערימת גפת בתקריב. צילום: חסן עזאייזה

במחקר שבוצע ע"י ד"ר יורם גרשמן מהחוג לביולוגיה וסביבה באוניברסיטת חיפה-אורנים, בשיתוף עם פרופ' חסן עזאייזה מאגודת הגליל וממכללת תל חי, ובוצע ע"י תלמידת הדוקטורט היבא אבו-תאיה, נבדקה האפשרות להפוך את הפסולת המוצקה לדלק – אתנול. החלק המוצק של פסולת הזיתים, הגפת, עשיר בין היתר בתאית (צלולוז, ~20% משקלי). תאית היא פולימר של סוכר פשוט, גלוקוז, שאותו ניתן להאכיל לשמרים, לקבלת אתנול בתהליך תסיסה בדומה לזה שקורה בעת הכנת בירה או יין. עם זאת הגפת עשירה מאוד גם בחומרים אחרים כליגנין, פולי-פנול מורכב שמקשה מאוד על פירוק התאית.

במחקר נבדק השימוש במיקרוגל בנוכחות חומצות אורגניות חלשות כצעד מקדים לפירוק התאית. נמצא שטיפול בן דקות אחדות במיקרוגל מספיק לצורך ריכוך הגפת כך שיהיה אפשר לפרק אותה בעזרת אנזימים מיוחדים לדבר. את תוצר הפירוק ניתן היה להתסיס לקבלת אתנול ביעילות גבוהה. את שאריות הביו-מאסה ניתן לנצל לספיחת מתכות כבדות ממים וכך להעלות את היעילות הכלכלית והסביבתית של התהליך. בימים אלו מנסים החוקרים לגייס מימון להגדלת קנה המידה של התהליך, בדרך להפיכתו למסחרי.

לפרטים נוספים על המחקר ראו http://www.zavit.org.il/%D7%9E%D7%A1%D7%99%D7%A7-%D7%91%D7%94%D7%99%D7%9C%D7%95%D7%9A-%D7%92%D7%91%D7%95%D7%94/