צמחיםמייצריםכימיקליםכדילגדולולתקשרעםסביבתם

מבחינהבוטנית,צמחיםנחשביםכיושבים——מחובריםישירותלגבעול,כלומראיןביכולתםלנוע,והםמוגבליםבאופןתמידילנקודהשבההםנובטים。כשצמחיםגדלים,הםצריכיםלהתמודדעםסביבהשמשתנהכלהזמן——לעיתיםהיאיבשהמדי,פעמיםאחרותרטובהמדי。חשבועלהשינוייםבעונות,אובתנאימזגהאווירהשוניםבמהלךהיוםוהלילה。כאילושאיןדיבכך,צמחיםצריכיםגםלפתחאסטרטגיותכדילתקשרעםשכניהם,כדילמשוךחיותשמסייעותלהםלהפיץאתהזרעיםאוהאבקניםשלהםממקוםאחדלאחר,ולהגןעלעצמםמפניחיותשרוצותלאכולאותם。אחתהאסטרטגיותשבהןצמחיםמשתמשיםכדילעשותכלזאתהיאלייצרמספרגדולמאודשלכימיקלים,שידועיםבתורמֶטָבּוֹלִיטִים。מטבוליטיםשלצמחיםהםתרכובותכימיותקטנותשמסייעותלצמחיםלגדולולתקשרעםאורגניזמיםאחרים。

מעריכיםשבסךהכול,כלהצמחיםמייצריםביןמאהאלףלמיליוןמטבוליטים[1]。כדילחקורמטבוליטים,מדעניםסיווגואותםלשתיקבוצות:מטבוליטיםראשונייםומטבוליטיםמתמחים。מטבוליטיםראשונייםנמצאיםבכלהצמחיםומסייעיםלצמחיםלגדול,להתפתחולהתרבוֹת。אחתמהקבוצותהכיידועותשלמטבוליטיםראשונייםהיאפחמימות,אשרמספקותלצמחיםאנרגיהלגדילה。מטבוליטיםמתמחיםהםייחודייםלצמחיםשונים,ומסייעיםלצמחיםלתקשרעםאורגניזמיםאחרים。回车/回车/回车/回车/回车/回车/回车/回车/回车/

האםאיפעםתהיתםכיצדצמחיכוללהגןעלעצמו吗?צמחיםוחרקיםאוכליעשבחיויחדבמשךמיליונישנים,ובמהלךהזמןהארוךהזהצמחיםפיתחותרכובותהגנהרעילות。לדוגמה,כאשרחרקמתחיללאכולאתעליושלכרו,בהצמחמגדילאתכמויותיהםשלמטבוליטיםמתמחיםשנקראיםגְּלוּקוֹסִינוֹלָטִים， [2]。תרכובותאלהגורמותלטעמםשלעליהכרובלהיותבלתינעים,מהשמרתיעאתהחרקיםמלאכולאותם(איור1）.גלוקוסינולטיםמוכריםלנומאוד,מאחרשהםנותניםלברוקוליולצנוןאתמאפייניהטעםשלהם。בדבבדחרקיםיצרודרכיםלסבולאתהתרכובותהרעילותהאלה,מהשאִפשרלהםלהמשיךלאכולאתהצמחיםה”רעילים”。המאבקהממושךביןצמחיםלביןחרקיםהוביללאבולוציהשלמִינֵימטבוליטיםמתמחיםחדשים。

במקריםאחרים,צמחיםצריכיםלמשוךחיותכדישיאביקואתהפרחיםשלהם,כךשהצמחיוכללייצרזרעיםולהבטיחאתהתרבוּתו(איור1）.מאביקיםלארקחיונייםלרבייהשלהצמח,אלאגםחשוביםלבניאדם,מאחרש-75%מיבוליהמזוןהעולמיתלוייםבמאביקיםלשםייצורמוצלח[3.]。אחתהאסטרטגיותשצמחיםמשתמשיםבהכדילמשוךמאביקיםהיאלייצרנוזלסוכרישנקראנֶקְטָר。דבוריםוחרקיםאחריםמבקריםצמחיםבמטרהלשתותאתהנקטר,ובזמןשהםעושיםזאתאבקניםנדבקיםלגופם。כשאותוהחרקאוהדבורהמבקריםפרחיםאחרים,האבקניםמהצמחיםהקודמיםמשוחרריםאלהפרחהחדש,מהשמבטיחייצורזרעיםעתידי。כך,צמחיםמשתמשיםבחרקיםשמבקריםאותםלטובתםהאישית。עובדהמעניינת:מדעניםמצאושנקטרמכיללארקסוכר,אלאגםכמויותקטנותשלקפאין[4]。בכמויותגדולות,קפאיןהואמר,והואמתפקדכתרכובתהגנהשלהצמח,אולםבכמויותקטנותהואמשמשכמשפרזיכרוןומגרהחרקיםלזכורלחזורחזרהלעודנקטרבעתיד,מהשמבטיחאתתהליךההאבקהשלהצמח。

בניאדםוחיותמשתמשיםבכימיקליםשמיוצריםעלידיצמחים

בניאדםוחלקמהחיותלמדולהשתמשבכימיקליםשמיוצריםעלידיצמחיםלטובתםהאישית。מאזהעתהעתיקה,אנשיםהשתמשובמטבוליטיםשלצמחיםבתורתרופות,צבעיםטבעייםומרכיביםבמזוןובקוסמטיקה,ביןשימושיםרביםאחרים(איור1 b）.

אחתמתמציותהצמחיםהעתיקותביותרהיאאוֹפְּיוּם,תערובתשלתרכובותכימיותשממוצותמצמחהפָּרָג(果实),אשרמשמשתבתורנוגדןכנגדנשיכותנחשיםועכבישים,ועקיצותעקרבים。כיום,מוֹרפיוּם,אחדמביןהכימיקליםהרביםשנמצאיםבאופיום,ניתןכתרופהלהקלהעלכאבים。סָפּוֹנִינִיםהםדוגמהמוכרתנוספתשלתרכובותצמחיםשמשמשותבניאדם。ספוניניםנמצאיםבמגווןצמחיםועציםשונים,שםהםמתפקדיםכתרכובותזדוניותשמרחיקותחרקיםמאכילתעליהצמח(איור1) [5]。נוסףעלכךילידיםמרחביהעולםהשתמשובאופןשכיחבתמציותצמחיםעשירותבספוניניםבתורסבוןטבעי。

מטבוליטיםשלצמחיםיכוליםגםלהשפיעעלהתנהגותןשלחיות。נפיל(荆芥catariaרנֶפֶּטָלָקְטוֹן。כאשרחתוליםמריחיםאתהצמחהזה,הםנעשיםשמחיםורגועיםמאוד(איור1 c）.נפטלקט;。מחקריםעתידייםעלהאופןשבוצמחיםמייצריםנפטלקטוניםיכוליםלסייעלמדעניםלפתחתרופותחדשותבעלותתכונותהרדמהוהרגעה,אוקוטליחרקיםביולוגייםחדשיםלחקלאות。

אנועדייןרחוקיםמזיהויכלהמטבוליטיםשלצמחים,ורחוקיםעודיותרמהבנתהאופןשבוצמחיםמייצריםאותם,אךבעשוריםהאחרונים,פיתוחיםטכנולוגייםאפשרולמדעניםלגלותמטבוליטיםנוספיםבצמחים。בחלקהבא,נראהכיצדמדעניםמבודדיםומזהיםאתהחומריםהאלה。

כיצדמדעניםמזהיםכימיקליםשלצמחיםוחוקריםאותם吗?

מאחרשמטבוליטיםמתמחיםחשוביםכלכךלצמחיםושימושייםעבורנו,מדעניםפיתחוכמהדרכיםלמדידתם。בניאדםמיצומטבוליטיםמתמחיםמצמחיםבמשךזמןרבמאוד。קלייקפמיצוי。הרעיוןהואפשוט:חומרצמחי,לדוגמהפוליקפהטחון,מעורבבעםנוזלשנקראמֵֵמֵס(מיםחמים,במקרהשלקפה)במטרהלאפשראתמיצויָםשלמטבוליטים。אחריזמןמה,הממסמקבלאתהטעםוהצבעשלהמטבוליטיםשנמצאיםבפוליהקפה。לאחרמכן,התערובתמסוננתוחומריהצמחהקשיחיםמְנֻפִּים,בעודשהנוזלהממסמכילאתמיצויהמטבוליטיםשלהצמח。

מדעניםיישמואתאותוהעיקרוןעבורמיצויומחקרשלמטבוליטיםצמחייםרבים。במטרהלזהותמטבוליטיםמסוימים,מדעניםצריכיםלהביאבחשבוןאתהתכונותהכימיותוהפיזיקליותשלהם,כמולמשלאםהמטבוליטיםיכוליםלהימסבמים,אואםנדרשממסאחר。קבלתהתמציתהמסוננתהיאהצעדהאחרוןבתהליךהמיצוי(איור2 a）.הצעדיםהבאיםהםהפרדהשלהתרכובותהכימיותשנמצאותבתמצית,וזיהויין。

כְרוֹמָטוֹגְרַפְיָה(איור2 b）.התערובתהנוזליתשלמטבוליטיםשמיועדיםלהפרדהנקראת”פאזהניידת”(נמצאתבמבחנהבאיור2 a）.לאחרמכן,הפאזההניידתמוזרמתדרךחומרשנישנקרא”פאזהנייחת”,(צבועהבכחולבאיור2 b）.המטבוליטיםבפאזההניידת(תמציתצמח)יתקשרועםהפאזההנייחתבדרכיםשונות。חלקמהמטבוליטיםינועולאטדרךהפאזההנייחת,ואחריםינועומהריותר,מהשיגרוםלמטבוליטיםהשוניםלהיפרד。זמניהתנועההשוניםשלכלמטבוליטהםאחתמהחתימותשמדעניםמשתמשיםבהןכדילזהותם。

חלקמהמטבוליטיםשלצמחיםניתןלזהותבקלותבאמצעותכרומטוגרפיהבלבד。אךמטבוליטיםשלצמחיםיכוליםלהיותמורכביםביותר。מורכבוּתזומקשהעלזיהויָם,ולעיתיםנדרשותשיטותאחרותלזיהוי。סְפֶּקְטְרוֹמֵטְרִיַיתמָסָההיאשיטהשמפרקתמטבוליטיםעודיותר,ואזמפרידהאתהחלקיםהשונים(שנקראיםיונים)במטרהלאתרכמהמהםנמצאיםבתרכובתכימית(איור2 c）.ספקטר。בתאהראשון,המטבוליטמפורקלחלקיוהבסיסיים,שנקראיםיונים。יוניםנוהריםדרךהתאהשני,שנקרא”מנתחמסה”,כדילהגיעלתאהשלישי,שנקרא”גלאי”。המסהשלכליון,והזמןשלוקחלולעבורדרךמנתחהמסה,נרשמיםעלידיהגלאי,מהשמספקמידעמדויקביותרלגביזהותושלהיון。כרומטוגרפיהוספקטרומטרייתמסהיכולותלהיותמשולבותבמכשירחזקאחדכדילאתרכמויותקטנותמאודשלמטבוליטיםמתמחים。

„„„„„„„„„„

הצגנובפניכםכמהדוגמאותבלבדשלהמגווןהעצוםוהשימושיםהרביםשלמטבוליטיםשלצמחים,והסברנוכיצדמדעניםמבודדיםומזהיםאותם。מטבוליטיםרביםשלצמחיםכברהתגלו,ונוסףעלכךשהםחשוביםלצמחיםשמייצריםאותם,חלקמהתרכובותשימושיותגםלבניאדם¹。עדייןישנםמטבוליטיםצמחייםרביםשישלגלותולחקור,ובכלשנהמדעניםמגליםמטבוליטיםחדשים。הבנתכימיקליםשלצמחיםהיאלארקמרגשת,אלאגםמסייעתלנולפתחתרופותחדשותומשאביםחקלאייםנוספים。אףעלפישתפקודיהםשלמטבוליטיםצמחייםרביםעדייןאינםמובנים,תרכובותאלהמייצגותמאגרגדולשליישומיםפוטנציאליים。מגווןרחבזהשלתרכובותכימיותהואשהופךצמחיםלהיותהכימאיםהמומחיםשלכדורהארץשלנו。

מילוןמונחים

מטבוליט(代谢物)：↑תרכובתכימיתשמסייעתלצמחיםלגדולולתקשרעםאורגניזמיםאחרים。

גלוקוסינולטים(硫配糖体)：↑מטבוליטיםמתמחיםבעליטעםחריף,שנמצאיםבצמחיםכמוברוקולי,צנוןוחרדל。

ספונינים(皂苷)：↑מטבוליטיםמתמחיםשבאופןמסורתישימשוכחומרניקוי(דטרגנט)טבעי。מקורהשםבמילההלטינית“sapoשמשמעותהסבון。תערובתספוניןחשובהמאוד,שנקראתQS-21,מגיעהמהעץהצ”יליאניQuillaja Saponaria，。

נפטלקטון(Nepetalactone)：↑ט。מטבוליטזהמשנהאתההתנהגותשלחתולים,וגורםלהםלהיותרגועיםושמחים。

מיצוי(提取)：↑התהליךשבומטבוליטיםשלצמחמופרדיםומבודדיםמכלהתרכובותהאחרותשנמצאותבחומרהצמחי。

ממס(溶剂)：↑בכרומטוגרפיה,הממסהואנוזלשבוממוקמיםהמטבוליטיםשלהצמח。תמיסהזושלממסומטבוליטיםמוזרמתדרךכרומטוגרפיהלצורךהפרדה。

כרומטוגרפיה(色谱法)：↑יטנפצלפרד

ספקטר：↑年代שיטלמדידתהמסהוהמטעןשליוניםממולקולותשנמצאותבתמיסה。

ינטרסים

Nc-q。

המחברהנותרמצהירכיהמחקרנערךבהיעדרכלקשרמסחריאוכלכלישיכוללהתפרשׁכניגודאינטרסיםפוטנציאלי。

תודות

עבודתושלPCנתמכהעלידיתוכניתהמחקרוהחדשנותשלהאיחודהאירופית地平线2020חתמענק玛丽·斯卡洛多斯卡·居里מספר752437。אנומודיםלmatias Aravena-Calvoעלסיועועםהאיורים,וּלְ-Javiera Aravena-Calvoו阿里亚斯码头עלהערותיהןוהצעותיהן。

הערתשוליים

1.↑אםמטבוליטיםשלצמחיםמענייניםאתכם,קראועלהתרופותטַקְסולֹואַרְטֶמִיסִיניִןועלהפיגמנטbetalains。

---

מקורות

[1]↑霍克尔，B. A.和Gershenzon, J. 2006。硫代葡萄糖苷的生物学和生物化学。为基础。植物生物学。57:303-33。doi: 10.1146 / annurev.arplant.57.032905.105228

[2]↑粮农组织。2018.为什么蜜蜂很重要:蜜蜂和其他传粉媒介对粮食和农业的重要性。网上订购地址:http://www.fao.org/publications/card/en/c/I9527EN/

[3]↑Wright, g.a.， Baker, d.d.， Palmer, m.j.， Stabler, D.， Mustard, j.a.， Power, e.f.，等。2013。花蜜中的咖啡因增强了传粉者对奖赏的记忆。科学。339:1202-4。doi: 10.1126 / science.1228806

[4]↑Cárdenas, P. D.，阿尔梅达，A.和巴克，S. 2019。三萜类化合物结构多样性的演化。前面。植物科学。10:1523。doi: 10.3389 / fpls.2019.01523

[5]↑Fang, C.， Fernie, A. R.， Luo, J. 2019。探索植物代谢的多样性。植物科学24:83 - 98。doi: 10.1016 / j.tplants.2018.09.006