צמח - מה הוא יודע

כיצד יודע פרח הדיוניאה לוכד הזבובים מתי לסגור את המלכודת שלו? האומנם הוא מצליח להרגיש את מדרך רגליו הזעירות והדקיקות של חרק? וכיצד יודעים עצי הדובדבן מתי עליהם לפרוח? האומנם הם זוכרים את מזג האוויר של החודשים הקודמים?

במשך מאות שנים עמדה האנושות נפעמת לנוכח רבגוניות הצמחים וצורותיהם. עכשיו, בספר זה: צמח - מה הוא יודע?, מציג הביולוג הנודע דניאל חיימוביץ' מאוניברסיטת תל אביב תמונה מסקרנת ומפורטת של הדרכים שבהן חשים הצמחים את העולם - החל בצבעים שהם רואים וכלה בלוחות הזמנים שלפיהם הם חיים.

בהסתמך על המחקרים החדישים ביותר בגנטיקה ובתחומים אחרים, הוא מוליך אותנו בנתיבי חייהם הפנימיים של הצמחים ויוצר הקבלות לחושי האדם, כדי להבהיר שהמשותף לנו ולחמניות, או לאלונים, רב מכפי שחשבנו. חיימוביץ מסביר כיצד מבחינים הצמחים בין מעלה ומטה וכיצד הם יודעים כי צמח שָׁכן נפל קורבן למתקפה של חיפושיות רעבתניות.

כן שואל המחבר האם הם מעריכים את שירי "לד זפלין" שהשמעתם להם, או שמא הם מעדיפים את המלודיות הענוגות של באך. חיימוביץ עוסק בחושי המישוש, השמיעה, הריח והראייה ואפילו בזיכרון, וקורא לכולנו לשאול האם הצמחים מודעים באמת ובתמים לסובב אותם.

צמח - מה הוא יודע? מציג דיווח נדיר מבפנים על טיבם של החיים מנקודת מבטם של הדשא שאנו דורכים עליו, הפרח שאנו מרחרחים והעץ שאנו מטפסים עליו ומעניק לנו תפיסה רחבה יותר של המדע ושל מקומנו בטבע. ספר מרתק ופורץ דרך, לכל חובבי הידע וחידושי המדע.

פרופ' דניאל חיימוביץ - Daniel Chamovitz

פרופ' דניאל חיימוביץ הוא מנהל מרכז מן למדעי הצמח באוניברסיטת תל אביב. הוא שהה כמדען אורח באוניברסיטת ייל ובמרכז לחקר הסרטן ע"ש פרד הצ'ינסון בסיאטל שבמדינת וושינגטון, והרצה באוניברסיטאות ברחבי העולם. מחקריו התפרסמו בכתבי־עת מדעיים מובילים.

חיימוביץ מתגורר עם אשתו ושלושת ילדיהם בהוד השרון. תוכלו לבקר באתר האינטרנט שלו.

מבוא
התעניינותי בהקבלות בין חושי הצמח ואדם החלה בעת שהייתי עמית בתר־דוקטורט צעיר באוניברסיטת ייל בשנות התשעים. הנושא שעורר את התעניינותי התמקד בתהליך ביולוגי מיוחד לצמחים, שאין לו שום קשר לביולוגיה האנושית (אולי במענה לששת הדוקטורים האחרים במשפחתי, רופאים כולם כאחד).

כיוון שכך, ריתקה אותי השאלה כיצד משתמשים צמחים באור לוויסות התפתחותם. במחקרי גיליתי קבוצה מיוחדת במינה של גֶנים, הנחוצים לצמח כדי לקבוע אם הוא שרוי באור או בחושך. למרבה הפתעתי, ובניגוד לכל תוכניותי, התברר לי לאחר זמן שאותה הקבוצה עצמה היא גם חלק מגנום האדם.

מכאן צצה מאליה השאלה, מה מעשיהם של גנים "סגוליים לצמחים" בגופם של בני־אדם. כעבור שנים רבות, ואחרי מחקרים רבים, ידוע לנו עכשיו כי לא זו בלבד שהגנים האלה משתמרים בין צמחים ובעלי־חיים, אלא גם מווסתים (בין שאר תהליכים התפתחותיים) את התגובות על אור גם באלה וגם באלה!

כך הגעתי לכלל הבנה שההבדל הגנטי בין צמחים לבין בעלי־ חיים אינו תהומי כפי שחשבתי פעם. התחלתי לשאול שאלות על ההקבלות בין הביולוגיה הצמחית והאנושית, בעוד המחקר שלי עובר מתגובותיהם של צמחים לאור ללויקמיה בזבוב הפירות. מה שגיליתי הוא שאמנם שום צמח אינו יודע לומר, "תאכיל אותי, סימור!" אבל יש המון צמחים ש"יודעים" הרבה מאוד.

ואמנם, לרוב איננו שמים לב במיוחד למנגנון החושי המתוחכם להפליא של הפרחים והעצים שאנחנו יכולים למצוא אפילו בגינת ביתנו. לעומת רוב בעלי־החיים, היכולים לבחור את סביבותיהם, לבקש מקלט בשעת סערה, לחפש מזון ובני־זוג או לנדוד עם חילופי העונות, הנה הצמחים זקוקים ליכולת לעמוד במזג האוויר המשתנה חליפות ולהסתגל אליו, ולהתמודד עם פלישות שכניהם ועם מזיקים, בלי יכולת לעקור לסביבה טובה יותר.

משום כך פיתחו הצמחים במהלך האבולוציה שלהם מערכות חישה וּויסות מורכבות, המאפשרות להם להתאים את צמיחתם כתגובה על התנאים המשתנים תמיד. עץ אוּלמוּס צריך לדעת אם שכנו מצל עליו מקרני השמש, על־מנת שיוכל למצוא דרך משלו לגדול לעבר האור הזמין.

ראש חסה צריך לדעת אם יש בסביבה כנימות רעבתניות העלולות לאכול אותו, על־מנת שיוכל להגן על עצמו בייצור כימיקלים רעילים שיקטלו את המזיקים. אשוח דאגלס צריך לדעת אם הרוחות המצליפות בו מזעזעות את ענפיו, על־מנת שיוכל לגדל גזע חזק יותר. עץ הדובדבן צריך לדעת מתי לפרוח.

ברמה הגנטית, הצמחים מורכבים יותר מבעלי־חיים רבים, ואחדות מהתגליות החשובות ביותר בתולדות הביולוגיה באו ממחקרים שנעשו בצמחים. רוברט הוּק גילה לראשונה את התא ב־ 1665 כשהתבונן בשעם במיקרוסקופּ שבנה בעצמו, בימיה הראשונים של המיקרוסקופיה. במאה התשע־עשרה הסיק גרגור מֶנדֶל את עקרונות הגנטיקה המודרנית ממחקריו בצמחי אפונה, ובאמצע המאה העשרים השתמשה ברברה מֶק'קלִינטוֹק בתירס אינדיאני כדי להראות שגנים עשויים לבצע טרַנספּוֹזיציה - קפיצה.

היום ידוע לנו ש"גנים קופצים" אופייניים לכל הדנ"א, ויש להם קשר הדוק לסרטן בבני־אדם. וגם אם אנחנו מכירים בדרווין כאב המייסד של תורת האבולוציה המודרנית, אחדים מממצאיו החשובים ביותר היו דווקא בתחום הביולוגיה של הצומח, ואנחנו עתידים לראות לא־מעטים מהם בדפי הספר הזה.

כמובן, השימוש שעשיתי במילה "יודע" בכותרת הספר אינו שגרתי. אין לצמחים מערכת עצבים מרכזית: לצמח אין מוח שמתאם את המידע עבור כל גופו. ובכל זאת, חלקים שונים של הצמח מקושרים במהודק אלה לאלה, ומידע על אור, כימיקלים באוויר וטמפרטורה עובר בהתמדה בין שורשים ועלים, פרחים וגבעולים, ויוצר צמח שמתאים לסביבתו במידה מיטבית. איננו יכולים להשוות את ההתנהגות האנושית עם דרכי תפקודם של הצמחים בעולמותיהם, אבל אני מבקש מכם לגלות סובלנות כלפי השימוש שאני עושה לכל אורך הספר הזה במינוח השמור בדרך־כלל להתנסות האנושית.

כשאני בודק מה צמח רואה, או מה הוא מריח, אינני בא לטעון שיש לצמחים עיניים או אפים או מוח שמעניק צביון רגשי לכל הקלט החושי הזה. אבל אני סבור שהמינוח הזה ימריץ אותנו לחשוב בדרכים חדשות על ראייה, הרחה, מהות הצמח, ובסופו של דבר - על מהותנו שלנו. ספרי אינו החיים המסתוריים של הצמחים; אם אתם מחפשים נימוקים בזכות הטענה שהצמחים הם בדיוק כמונו, לא תמצאו אותם כאן.

כפי שציין הפיסיולוג של הצומח המהולל ארתור גוֹלסטוֹן ב־ 4,1974 בעת שההתעניינות בספר ההוא - הפופולרי להפליא, אך הדל מבחינה מדעית - הייתה בשיאה, עלינו להישמר מפני "טענות משונות המוצגות בלי ראיות נאותות שתומכות בהן". לא זו בלבד שהחיים המסתוריים של הצמחים הוליך שולל קוראים תמימים, אלא אף השלכותיו על הקהילה המדעית גרמו להחנקת מחקרים חשובים בהתנהגות צמחים, משום שמדענים נרתעו מעריכת מחקרים שיש בהם משום רמיזה על הקבלות בין חושי בעלי־החיים לחושי הצמחים.

חלפו יותר משלושים שנה מאז הכה החיים המסתוריים של הצמחים גלים כה גדולים באמצעי התקשורת, ובמהלכן העמיקה פלאים הבנתו של המדע את הביולוגיה של הצומח. בספרי זה, צמח - מה הוא יודע?, אסקור את המחקר העדכני ביותר בביולוגיה של הצומח ואטען שאכן, לצמחים יש חושים. הספר בפירוש אינו סקירה מלאה וממצה של כל מה שיש למדע המודרני לומר על חושיהם של צמחים; לשם כך יש צורך בספר לימוד, שרק הקוראים המסורים ביותר יוכלו להתעמק בו.

במקום זאת אני עומד להציג בכל פרק אחד מחושי האדם, ולהשוות את משמעותו של חוש זה לבני־אדם לעומת משמעותו לצמחים. אתאר כיצד נקלט המידע החושי, כיצד הוא מעובד ומה הן ההשלכות האקולוגיות של חוש זה מבחינת הצמח; ובכל פרק אציג גם סקירה היסטורית וגם השקפה עדכנית על הנושא. בחרתי לעסוק בראייה, במישוש, בפּרוֹפּרִיוֹסֶפּציָה ובזיכרון, וגם אם ייחדתי פרק לחוש הריח, אין בדעתי לעסוק כאן בחוש הטעם - שני החושים הללו כרוכים במהודק זה בזה.

חיינו לא היו חיים בלי הצמחים. רהיטינו עשויים עץ מהגוני מאפריקה, אנחנו מוזגים לעצמנו ספל קפה שנטחן מפולים שמקורם בקולומביה, לובשים חולצות־טי מכותנה מצרית, מדפיסים מאמרים על נייר ומסיעים את ילדינו לבית הספר במכוניות שצמיגיהן עשויים גומי מאפריקה, והן מבעירות דלק שמקורו בעצי צִיקָס שמתו לפני מיליוני שנים.

כימיקלים שהופקו מצמחים מורידים את חומנו (אספירין למשל) ומטפלים בסרטן (טַקסוֹל). החיטה בישרה על סופו של עידן אחד בתולדותינו ועל ראשיתו של עידן אחר, ותפוח האדמה הצנוע חולל הגירות המוניות. הצמחים אינם חדלים להפיח בנו השראה ולהדהים אותנו: עצי הסֶקווֹיָה הענקיים, שהם האורגניזמים העצמאיים הגדולים ביותר עלי אדמות, האצות המיקרוסקופיות שהן בין הקטנים ביותר, ואין צורך לומר, הוורד שמעלה חיוך על פני כולנו.

בהתחשב בכל מה שהצמחים עושים למעננו, בוודאי כדאי להתפנות לשעה קלה כדי לברר מה יודעים עליהם המדענים. כפתיחה לסיורנו בנבכי המדע שמאחורי חייהם הפנימיים של הצמחים, נברר ראשית חוכמה מה באמת רואים הצמחים הגדלים בחצר ביתנו.

פרק ראשון | מה רואים הצמחים

תמיד פונה היא אל השמש, אף כי שורשיה
ירתקוה למקומה, ומשהשתנתה, תאהב בלא שינוי.
           - אובידיוס, מטאמורפוזות

מה דעתכם על זה? הצמחים רואים אתכם. למעשה, הצמחים עוקבים בהתמדה אחר סביבתם הנראית. הצמחים רואים אם אתם מתקרבים אליהם; יודעים מתי אתם עומדים מעליהם. הם אפילו יודעים אם אתם לובשים חולצה כחולה או אדומה. הם יודעים אם סיידתם את ביתכם, או אם העברתם את עציציהם מצד אחד של החדר לצד אחר.

כמובן, צמחים אינם "רואים" בתמונות, כמוכם וכמוני. צמחים אינם יכולים להבדיל בין גבר בגיל העמידה, מקריח במקצת וממושקף, לבין ילדה קטנה וחייכנית עם תלתלים חומים. אבל הם רואים אור בדרכים רבות, ובצבעים שאנחנו יכולים רק לדמיין לעצמנו. צמחים רואים את האור העל־סגול הגורם לנו כוויות שמש, ואת האור התת־אדום המחמם אותנו. צמחים יודעים מתי האור מועט מאוד, אור נר למשל, ומתי צהרי היום, או מתי השמש עומדת לשקוע מתחת לאופק.

צמחים יודעים אם האור בא משמאל, מימין או מלמעלה. הם יודעים אם צמח אחר מתנשא מעליהם וחוסם את האור. והם יודעים כמה זמן כבר דולק האור.

ובכן, האם אפשר לקרוא לזה "ראיית צמחים"? נבדוק תחילה מהי ראייה בשבילנו. תארו לעצמכם עיוור מלידה, אדם השרוי בחושך מוחלט. והנה, נניח שאותו אדם זוכה איכשהו ביכולת להבדיל בין אור לצל. האיש הזה יכול מעתה להבחין בין יום לבין לילה, בתוך הבית ומחוצה לו. בלי ספק היינו מחשיבים את החוש החדש הזה כראייה גולמית מאוד, אבל היא תאפשר לו להגיע לרמות חדשות של תפקוד.

עכשיו נתאר לעצמנו שאותו אדם רוכש יכולת להבחין בצבע. הוא מסוגל עתה לראות כחול ממעל וירוק מתחת. כמובן, זה ייחשב שיפור מבורך לעומת החושך הגמור, או היכולת להבחין רק בלבן ובאפור. אני חושב שכולנו נסכים כי השינוי היסודי הזה - מעיוורון מוחלט לראיית צבע - הוא בפירוש "ראייה", מבחינתו של אותו אדם.

מילון מריאם־ובסטר מגדיר "ראייה" כ"חוש גופני המתבטא בקליטת גירויי אור בעין, המפוענחים במוח ומשמשים לבניית ייצוג של המיקום, הצורה, הבהירות ולרוב גם הצבע של עצם במרחב".

אנחנו רואים אור בתחום שאנחנו מכנים בשם "הספֶּקטרוּם הנראה". "אור" הוא השם הנרדף השכיח והמובן מאליו לגלים אלקטרומגנטיים בתחום הספקטרום הנראה. מכאן שיש לאור תכונות משותפות עם כל שאר הסוגים של אותות אלקטרומגנטיים, כמו גלי מיקרו או גלי רדיו. גלי הרדיו באפנון משרעת (AM) הם ארוכים מאוד, כמעט קילומטר מפסגה לפסגה (ומשום כך האנטנות המשמשות לקליטתם גבוהות מאוד).

גליהן של קרני רנטגן, לעומת זאת, קצרצרות מאוד, קצרות פי טריליון מגלי הרדיו, ולכן הן עוברות בקלות דרך גופנו. גלי האור נמצאים אי־שם בתווך: אורכם הוא בין 0.0000004 ל־ 0.0000007 מטר. האור הכחול הוא הקצר ביותר, האדום הוא הארוך ביותר, ואילו הירוק, הצהוב והכתום נמצאים בין זה לזה. (מסיבה זו, מתכונת הצבעים בקשת בענן קבועה תמיד - מהצבעים שגליהם קצרים יותר, כמו כחול, אל הצבעים שגליהם ארוכים יותר, כמו אדום.)

אלה הם הגלים האלקטרומגנטיים שאנחנו "רואים", מפני שיש בעינינו חלבונים מיוחדים הקרויים קולטני אור, שיודעים איך לקבל את האנרגיה הזאת ולקלוט אותה, בדיוק כפי שאנטנה קולטת גלי רדיו. הרשתית, השכבה שבירכתי גלגל העין שלנו, מכוסה בשורות על שורות של קולטנים כאלה, בערך כמו השורות על שורות של תאי LED בטלוויזיה שטוחת־מסך, או החיישנים של מצלמות דיגיטליות. בכל נקודה ברשתית יש קולטני אור שנקראים קָנים, הרגישים לכל סוגי האור, וקולטני אור בשם מדוֹכים, הרגישים לצבעים שונים של אור. כל קנה ומדוך מגיב על האור הממוקד בו.

ברשתית עין האדם יש בערך 125 מיליון קנים ו־ 6 מיליון מדוכים, כולם בשטח שגודלו כתמונת דרכון. הדבר מקביל למצלמה דיגיטלית בעלת כושר הפרדה של 130 מגא־פיקסל. המספר העצום הזה של קולטנים בשטח כה קטן הוא המעניק לנו את כושר ההבחנה החזותית הגבוה שלנו.

לשם השוואה, בצג ה־ LED בעל ההפרדה הגבוהה ביותר מבין אלה שמשמשים להקרנה באירועים ציבוריים יש רק 10,000 תאי LED בערך במטר רבוע, וכושר ההפרדה של מצלמה דיגיטלית רגילה הוא רק 8 מגא־פיקסל בקירוב.

הקנים רגישים יותר לאור, ומאפשרים לנו לראות בלילה ובתנאים של תאורה עמומה, אבל לא בצבע. המדוכים מאפשרים לנו לראות צבעים שונים באור בהיר, משום שהמדוכים נחלקים לשלושה סוגים שונים - אדום, ירוק וכחול. ההבדל העיקרי בין שלושת קולטני האור האלה הוא החומר הכימי המסוים שיש בכל אחד מהם. כימיקלים אלה, הקרויים רוֹדוֹפּסִין בקנים ופוֹטוֹפּסִין במדוכים, הם בעלי מבנה מסוים מאוד, המאפשר להם לבלוע אור בעל אורכי־גל שונים.

את האור הכחול בולעים הרודופסין והפוטופסין הכחול; את האור האדום - הרודופסין והפוטופסין האדום. את האור הארגמני־כחלחל בולעים הרודופסין, הפוטופסין הכחול והפוטופסין האדום, אבל לא הפוטופסין הירוק, וכן הלאה. אחרי שקנה או מדוך בולע אור, הוא שולח אות למוח, המעבד את כל האותות ממיליוני קולטני האור לתמונה ברורה אחת.

עיוורון הוא תוצאה של ליקוי באחד השלבים המרובים הללו, או ביותר מאחד: אי־קליטת אור ברשתית בגלל בעיה פיסית במבנה שלה; אי־יכולת לחוש באור בגלל בעיות ברודופסין ובפוטופסינים, לדוגמה; או אי־יכולת להעביר את המידע למוח.

עיוורי־הצבעים שאינם רואים אדום, לדוגמה, אין להם שום מדוכים אדומים. משום כך, האותות האדומים אינם נקלטים ואינם מועברים למוח. בראייה האנושית משתתפים התאים שבולעים את האור והמוח המעבד את המידע הזה, כך שאנחנו יכולים להגיב עליו. ובכן, מה קורה אצל הצמחים?

דרווין הבוטנאי
לא רבים יודעים שבמשך עשרים שנה, אחרי פרסום ספרו ההיסטורי מוצא המינים, ערך צ'רלס דרווין סדרה של ניסויים הממשיכה להשפיע על חקר הצומח גם בימינו אלה.

דרווין התעניין מאוד בהשפעת האור על גדילת צמחים, ובנו פרנסיס היה שותף להתעניינותו. בספרו האחרון, יכולת התנועה של צמחים, כתב דרווין: "מועטים עד־מאוד הם ]הצמחים[ שאין בהם חלק כלשהו... הנוטה לעבר אור מן הצד." או בשפה פחות מסורבלת: כמעט כל הצמחים נוטים לעבר אור. אנחנו רואים איך קורה הדבר בצמחי הבית הנוטים ומתכופפים לעבר אור השמש הבוקע מבעד לחלון. התנהגות זו נקראת פוֹטוֹטרוֹפּיָה.

ב־ 1864 גילה בן דורו של דרווין, יוליוס פון זָאקס, שהאור הכחול הוא הצבע העיקרי הגורם לפוטוטרופיה בצמחים, שהם עיוורים בדרך־כלל לצבעים אחרים; אלה האחרונים כמעט אינם משפיעים על הנטייה לעבר האור. אבל איש לא ידע באותם ימים איזה חלק של הצמח רואה את האור המגיע מכיוון מסוים, או כיצד.

בניסוי פשוט מאוד הראו דרווין ובנו כי הנטייה הזאת אינה נגרמת על־ידי פוֹטוֹסִינתֶזָה - התהליך ההופך אור לאנרגיה - אלא על־ידי רגישות עצמוּתית (חלק ממהות הצמח) לתנועה לעבר אור.

בניסוי שערכו גידלו דרווין האב ובנו עשב בשם חֲפוּרִית קָנָרִית* בעציץ בחדר חשוך לחלוטין במשך כמה ימים. לאחר מכן הדליקו פנס גז קטן מאוד במרחק של ארבעה מטרים מהעציץ, והקפידו שאורו יהיה כה עמום, "עד שלא היה אפשר לראות את הנבטים עצמם, או אפילו קו עיפרון על נייר".

אבל אחרי שלוש שעות בלבד, היה גלוי שהצמחים התכופפו לעבר האור הקלוש. ההתכופפות הופיעה תמיד בחלק זהה של הצמח הצעיר - כשניים או שלושה סנטימטרים מתחת לקודקודו.

לפיכך שאלו השניים איזה חלק של הצמח ראה את האור. הדרווינים עשו אז ניסוי שנחשב קלסי בתולדות הבוטניקה. הם שיערו שה"עיניים" של הצמח נמצאות בקודקוד הנבט, ולא בחלק הנבט המתכופף בפועל. הם בדקו פוטוטרופיה בחמישה נבטים שונים, כפי שממחיש הציור הבא:

הדרווינים ביצעו את הניסוי בנבטים הללו בתנאים זהים לאלה של הניסוי המקורי, וכצפוי, הנבט שלא טופל התכופף לעבר האור. בדומה לכך, הנבט שחלקו האמצעי היה מכוסה בשפופרת אטומה )ה' בציור( התכופף אל האור. אבל כאשר קטמו את קודקוד הנבט, או כיסו אותו בכיסוי אטום לאור, הצמח התעוור ולא היה ביכולתו להתכופף אל האור.

הם עמדו גם על התנהגותו של הצמח בתרחיש ד': נבט זה המשיך להתכופף לעבר האור אף־על־פי שקודקודו היה מכוסה; ההבדל הוא שהכיסוי הזה היה שקוף. הדרווינים הבינו שהזכוכית עדיין מאפשרת לאור להגיע אל קודקוד הנבט. בניסוי פשוט אחד, שפורסם ב־ 1880 , הוכיחו דרווין האב ובנו שהפוטוטרופיה היא תוצאה של פגיעת אור בקודקודו של נבט הצמח, הרואה את האור ומעביר את המידע הזה לחלקו האמצעי של הנבט, כהוראה להתכופף לכיוון זה. מה שהצליחו הדרווינים להוכיח הוא שצמחים מחוננים בראייה גולמית.

מרילנד ממות: הטבק שלא הפסיק לגדול
כמה עשרות שנים אחר־כך הופיע זן חדש של טבק בעמקי מרילנד הדרומית בארצות הברית, ועורר עניין מחודש באופן ראייתם של צמחים את העולם. בעמקים האלה נמצאו אחדים משדות הטבק הגדולים בעולם, עוד מימי המתיישבים הראשונים שהגיעו מבריטניה בסוף המאה השבע־עשרה.

מגדלי הטבק למדו את שיטותיהם משבטי הילידים, כמו סַסקוֶוהָנוֹק, שגידלו טבק זה מאות בשנים; הם שתלו את הצמחים באביב וקצרו אותם בקיץ כדי לאסוף את עליהם. אחדים מהצמחים לא נקצרו אלא הורשו לפרוח, כדי לספק זרעים לעונה הבאה. ב־ 1906 הבחינו המגדלים בזן חדש של טבק, שכמדומה לא הפסיק לגדול.

הוא היה מסוגל להגיע לגובה של חמישה מטרים ולהצמיח כמעט מאה עלים, והפסיק לגדול רק כשהגיע הכפור. לכאורה, צמח חסון כזה, שאינו מפסיק לגדול, היה ברכה למגדלי הטבק. אבל כפי שקורה לעתים כה תכופות, הזן החדש הזה, שזכה לשם הקולע מרילנד מָמוֹת (ממותה), התגלה כאליה וקוץ בה. מחד גיסא, הוא לא הפסיק לגדול; מאידך גיסא, הוא לא פרח כמעט אף פעם, ולכן לא יכלו מגַדליו לאסוף ממנו זרעים לעונה הבאה.

ב־ 1918 קיבלו על עצמם שני מדענים ממשרד החקלאות האמריקני, וַייטמן ו' גַרנֶר והארי א' אָלָארד, לברר מדוע המרילנד ממות אינו יודע מתי להפסיק להצמיח עלים ולהתחיל ליצור פרחים וזרעים במקום זאת. הם שתלו נבטי מרילנד ממות בעציצים והשאירו קבוצה אחת בחוץ, בשדה. הקבוצה השנייה הושארה בשדה בשעות היום, אבל הועברה לסככה חשוכה בשעות אחר הצהריים מדי יום.

הגבלה פשוטה זו של כמות האור שראו הצמחים הספיקה לבלימת גדילתו של המרילנד ממות, שהתחיל עתה לפרוח. במילים אחרות, אם המרילנד ממות נחשף לאורם של ימי הקיץ הארוכים, הוא ממשיך להצמיח עלים. אבל אם קוצר משך היום שלו באורח מלאכותי, הוא מתחיל לפרוח. תופעה זו נקראת פוֹטוֹפֶּריוֹדִיוּת, והיא סיפקה את הראיה המוצקה הראשונה לכך שצמחים מודדים את משך ההארה.

ניסויים אחרים שנעשו במרוצת השנים גילו שצמחים רבים, בדומה למרילנד ממות, פורחים רק אם היום קצר; אלה מכונים "צמחי יום קצר". משמעותה של תגלית זו היא שחקלאים יכולים עתה לעשות מניפולציות בפריחה כדי להתאימה ללוח הזמנים הרצוי להם, על־ידי בקרת משך זמן האור שהצמח רואה. אין פלא שמגדלי טבק בפלורידה (שם אין כפור, בניגוד למרילנד) מצאו שיש ביכולתם לגדל טבק מרילנד ממות במשך חודשים ארוכים, והצמחים יפרחו בסופו של דבר בשדותיהם באמצע החורף, בעת שהימים קצרים ביותר.

היום קצר והמלאכה מרובה
הופעתו של רעיון הפוטופריודיות חוללה גל של פעילות בקרב המדענים, שביקשו תשובות לשאלות הנובעות ממנו: האם הצמחים מודדים את אורך היום או הלילה? ומה צבע האור שהצמחים רואים? בתקופת מלחמת העולם השנייה, בערך, גילו מדענים שאפשר לעשות מניפולציות במועדי הפריחה של צמחים בדרך הפשוטה של הדלקת תאורה באמצע הלילה וכיבויה מיד.

עלה בידם לקחת צמח יום קצר, כמו פול הסויה למשל, ולמנוע את פריחתו בימים קצרים, על־ידי הדלקת התאורה לדקות ספורות באמצע הלילה. מנגד יכלו המדענים לקחת צמח יום ארוך, למשל האירוס, ולהניע אותו לפרוח אפילו באמצע החורף )בעת ששעות היום מעטות, והוא אינו פורח בדרך־כלל( באותה דרך עצמה, הדלקת התאורה לכמה דקות באמצע הלילה. ניסויים אלה העידו שהצמח מודד לא את אורך היום, אלא את אורכה של תקופת החושך הרצופה.

בשיטה זו יכולים מגדלי הפרחים למנוע את פריחת החרציות עד שמתקרב יום האם, שהוא המועד המתאים ביותר להוצאתן לשוק באמריקה. הייתה למגדלי החרציות בעיה, משום שיום האם חל באביב, ואילו הפריחה מתחילה על־פי־רוב בסתיו, בעת שהימים מתקצרים. לשמחתם, אפשר למנוע את פריחת החרציות הגדלות בחממות על־ידי הדלקת התאורה לכמה דקות בלילה בסתיו ובחורף. והנה, שבועיים לפני יום האם, מפסיקים המגדלים את הדלקת התאורה הלילית, כל הצמחים מתחילים לפרוח בבת־אחת, ובבוא העת, הם מוכנים לאסיף ולמשלוח.

המדענים ביקשו גם לדעת מהו צבע האור שהצמחים רואים. מה שגילו היה מפתיע: הצמחים, ואין זה משנה אילו צמחים היו אלה, הגיבו רק על הבזק של אור אדום במשך הלילה. 6 הבזקים כחולים או ירוקים בלילה לא השפיעו על מועד הפריחה, אבל די היה בשניות ספורות של אור אדום. הצמחים מבדילים בין צבעים: הם מסתייעים באור כחול כדי לדעת לאיזה כיוון להתכופף, ובאור אדום כדי למדוד את אורך הלילה.

לאחר מכן, בתחילת שנות החמישים, גילו הארי בּוֹרתוִויק ועמיתיו, במעבדת משרד החקלאות שבה נחקר לראשונה המרילנד ממות, תגלית מדהימה: אור אדום־רחוק - אור שאורכי־הגל שלו ארוכים במקצת מאלה של אדום בוהק, ושאפשר לראותו בדרך־כלל (בקושי) לעת שקיעה - יכול לבטל את השפעת האור האדום הבוהק על צמחים.

הרשו לי להבהיר את הדברים: אם ניקח צמחי אירוס, שבדרך־כלל אינם פורחים כשהלילות ארוכים, וניתן להם מינון קצר של אור אדום באמצע הלילה, הם יוציאו פרחים מבהיקים ויפים לא פחות מפרחי כל אירוס בשמורות הטבע. אבל אם יוקרן עליהם אור אדום־רחוק מיד אחרי הבזק האור האדום, יהיה זה כאילו לא ראו כלל את האור האדום שקדם לו. הם לא יפרחו.

אם תקרינו עליהם אור אדום אחרי אור אדום־רחוק, הם יפרחו. תנו להם שוב אור אדום־רחוק, והם לא יפרחו. וכן הלאה. וגם איננו מדברים על הרבה מאוד אור; כמה שניות מצבע זה או ממשנהו יספיקו. הדבר דומה למפסק תאורה: אור אדום מדליק את הפריחה, אור אדום־רחוק מכבה אותה. אם תסיטו את המפסק הלוך ושוב במהירות מספקת, לא יקרה דבר. בנימה פילוסופית במקצת, אפשר לומר שהצמח זוכר את הצבע האחרון שראה.

בשנות השישים המוקדמות הוכיחו וורן ל' בַּטלֶר ועמיתיו שקולטן אור יחיד בצמחים אחראי גם להשפעת האור האדום וגם להשפעת האור האדום־רחוק. הם קראו לקולטן הזה בשם פִיטוֹכרוֹם, כלומר "צבע צמח". במודל הפשוט ביותר שלו, הפיטוכרום הוא מפסק התאורה. אור אדום מפעיל את הפיטוכרום, ומעביר אותו לצורה המתאימה לקליטת אור אדום־רחוק. האור האדום־רחוק משבית את הפיטוכרום, ומעביר אותו לצורה המתאימה לקליטת אור אדום. יש בזה הרבה מאוד היגיון אקולוגי.

בטבע, האור האחרון שכל צמח רואה בסוף היום הוא אדום־רחוק, והדבר מודיע לצמח שעליו "לִכבות". בבוקר, הוא רואה אור אדום ומתעורר. בדרך זו מודד הצמח כמה זמן עבר מאז ראה לאחרונה אור אדום, ומתאים לכך את גדילתו. אבל איזה חלק בדיוק של הצמח רואה את האור האדום ואת האור האדום־רחוק, ומווסת את הפריחה?

ידוע לנו ממחקרי הפוטוטרופיה של דרווין ש"עֵינו" של הצמח נמצאת בקודקודו, ואילו התגובה על האור מתרחשת בגבעולו. לכן היינו יכולים להסיק שה"עין" המעורבת בפוטופריודיות נמצאת גם היא בקודקוד הצמח. אבל להפתעתנו, אין זה נכון.

אם תקרינו באמצע הלילה אלומת אור צרה על חלקים שונים של הצמח, תמצאו כי די בכך שהאור יפגע בעלה יחיד כלשהו, על־מנת לווסת את הפריחה בצמח כולו. לעומת זאת, אם תגזמו את כל העלים ותשאירו רק את הגבעול והקודקוד, הצמח יהיה עיוור לכל הבזקי האור, גם אם תשטוף התאורה את הצמח כולו.

אם הפיטוכרום בעלה יחיד רואה אור אדום באמצע הלילה, הרי זה כאילו הואר הצמח במלואו. הפיטוכרום בעלים קולט את איתותי האור ומחולל אות נייד, המתפשט לכל חלקי הצמח וגורם לפריחה.

[..]