הביולוגיה כוללת היום תחומים רבים ושונים: פיזיולוגיה, ביוכימיה, גנטיקה, זואולוגיה, בוטניקה, אקולוגיה ועוד. זו גם הסיבה שגבולותיה לא ברורים לגמרי - ולכן תוכלו למצוא ברשימה רופא (הארווי) וכימאי (פסטר) שמחקריהם נכללים במה שאנו מגדירים כיום כביולוגיה.
אבני דרך: לפרויקט המלא »
הרשימה שלפניכם אינה מציגה דירוג סופי או מוחלט, אלא בחירה סובייקטיבית בכמה מההישגים הגדולים של הביולוגיה. תחומים מסויימים זוכים לייצוג יתר - בעיקר הגנטיקה, שהיא תחום חדש יחסית, אך במהלך 150 השנים האחרונות היו בה כמה פריצות דרך מרשימות.
השתדלתי לבחור את התגליות שלא זו בלבד שקידמו את המדע, אלא שפכו אור חדש על התהליכים הנמצאים בבסיסם של החיים, פתחו תחום חדש של מחקר או שינו את התפיסה המקובלת בתקופתם.
1. מחזור הדם
וויליאם הארווי (Harvey) פירסם ב-1628 ספר המפרט את מחזור הדם ואת תפקידו של הלב בגוף, כפי שלמד מנתיחות ומתצפיות שביצע. הפרסום לא התקבל בהתלהבות, כפי שאולי הייתם מצפים, ולא מפני שהרופאים בסביבתו חשבו שהארווי לא תיאר נכונה את מחזור הדם - הם פשוט לא חשבו שמחזור כזה היה בנמצא כלל.
באותה תקופה התאוריה השלטת היתה זו שפותחה על ידי רופא יווני בשם גאלן, אשר הבדילה בין דם וורידי - שנוצר לטענתו בכבד והוביל את המזון לאיברים השונים, שם הוא נספג, לדם עורקי - שנוצר בלב ומזוהה עם הרוח, או עם הנפש. הרופאים הסתמכו יותר על ספריו של גאלן מאשר על תצפיות וניסויים משלהם.
הארווי, לעומת זאת, ביצע נתיחות וניסויים רבים בבעלי-חיים שונים, וחשוב מכך - הוא שאל שאלות וניסה לענות עליהן בעצמו, במקום להסתמך על תשובות מוכנות מהספרים. והתשובות שהארווי הגיע אליהן סתרו בעקביות את טענותיו של גאלן.
בין השאר, הוא מדד את נפח הדם היוצא מהלב, והגיע למסקנה שהדם אינו יכול להיווצר מחדש בכל פעימה - הנפח פשוט גדול מדי. הוא עצר וחידש את זרימת הדם בגפיים בעזרת רצועות, וכך עלה בידו להראות כי הדם עובר מהעורקים לוורידים. מסקנתו היתה ברורה - הדם נע במחזוריות אל האיברים ובחזרה אל הלב, שמשמש כמשאבה הדוחפת את הדם במסלולו.
חשיבות מחקרו של הארווי לא היתה רק בהבנת אחד המנגנונים הפיזיולוגיים החשובים ביותר בגוף, אלא גם, ואולי בעיקר, בכך שפתח עידן חדש ברפואה, עידן המחקר המודרני - עידן שבו השאלות נענות על ידי ניסויים ותצפיות, ולא בעזרת עיון בספרים. רופאי ימי הביניים למדו אנטומיה מלוחות שצוירו מאות שנים קודם לכן. הארווי הסתכל בגוף עצמו, והיה אמיץ דיו להאמין למראה עיניו ולהסיק מכך מסקנות.
2. תאוריית התא
כיום, כל ספר ביולוגיה כמעט נפתח בווריאציה על אותו משפט: התא הוא היחידה הבסיסית של החיים, כל היצורים החיים מורכבים מתאים. אך דבר זה לא היה מובן תמיד.
התיעוד הראשון של תאים שייך לרוברט הוק (Hooke), שראה וצייר תאים בחתיכת שעם כבר ב-1663, בעזרת מיקרוסקופ פרימיטיבי. זמן קצר לאחר מכן דיווח אנטון ואן לוונהוק (van Leeuwenhoek), שנחשב לממציא המיקרוסקופ, על חיידקים ועל חד-תאיים שראה בתצפיותיו.
עם זאת, רק במאה ה-19 הובן כי התא הוא מבנה אוניברסלי. לכך היו אחראים שניים - תיאודור שוואן (Schwann) ומתייאס שליידן (Schleiden), מגרמניה. שוואן חקר בעלי חיים, שליידן היה בוטנאי. שליידן החל לחקור את הגרעין - אזור דחוס וכהה יותר, שהיום ידוע כי הוא מכיל את החומר הגנטי - והגיע למסקנה שרקמות הצמח מחולקות לתאים, ושבכל אחד מהם גרעין אחד. לעתים היה יכול לראות את הדפנות המפרידות בין תאים שכנים. שליידן ושוואן היו ידידים טובים, ונהגו להראות זה לזה את ממצאיהם. במהרה גילו את הדמיון בין הדוגמאות השונות - דבר שהביא את שוואן למסקנה כי גם רקמות בעלי-החיים מורכבות מתאים.
ב-1639 פירסם שוואן את מסקנותיו: צמחים ובעלי חיים בנויים בצורה דומה, והתא הוא המבנה הבסיסי של כל הרקמות. התאוריה נתקבלה במהירות ונתמכה על ידי מחקרים שונים.
כיום, כמובן, נוספו לה מרכיבים רבים: ידוע כי התא מכיל חומר גנטי, וכי תאים נוצרים מהתחלקות של תאי-אם. ידוע המבנה של התא עצמו - הוא מכיל מים ומומסים רבים, ומופרד מתאים אחרים על ידי קרומית (ממברנה) ליפידית, ובצמחים, בפטריות ובחיידקים גם על ידי דופן תא קשיח.
שוואן ושליידן גילו את אחד הסודות הגדולים של הטבע - המבנה הבסיסי ביותר של החיים, וכך פתחו עידן חדש במחקר הביולוגי.
הניסוי של הארווי
3. התאוריה החיידקית והפרכת היצירה הספונטנית
ואן לוונהוק, ממציא המיקרוסקופ, היה הראשון שתיעד חיידקים וחד-תאיים אחרים, כבר במאה ה-17. עם התפשטות השימוש בהמצאתו התגלו צורות החיים החדשות בכל מקום, אך רק במאה ה-19 הוחל במחקר שיטתי שלהם.
המדען הצרפתי הדגול לואי פסטר (Pasteur), שנודע מאוחר יותר כ"אבי המיקרוביולוגיה", היה החלוץ בתחום זה. באמצע המאה ה-19 הראה שחיידקים ושמרים הם הגורמים לתסיסה בחלב וביין, ועל שמו נקרא תהליך הפיסטור - חיטוי מוצרי מזון על מנת שלא ירקיבו. פסטר היה גם בין הראשונים - יחד עם רוברט קוך הגרמני - שטענו כי החיידקים הם הגורמים למחלות, דבר שהיה נתון אז במחלוקת קשה.
באותן שנים התעורר ויכוח באשר למוצאם של המיקרואורגניזמים, ויכוח שהעלה באוב תאוריה ישנה - היצירה הספונטנית. תאוריה זו היתה נפוצה בימי הביניים, וגרסה כי יצורים חיים מסוגלים להיווצר מחומרים דוממים - צפרדעים מבוץ, למשל. התאוריה נדחתה כבר במאה ה-17, אבל רק לגבי בעלי חיים - מוצא החיידקים עדיין היה שנוי במחלוקת. היה זה פסטר שהציג את הראיה המכריעה ביותר בוויכוח, נגד היצירה הספונטנית.
פסטר לקח בקבוק זכוכית מלא בציר בשר, חימם את צווארו ועיקם אותו לצורת S. לאחר מכן הרתיח את הנוזל והרג את כל מה שהיה בתוכו. מיקרואורגניזמים שהיו באוויר מסביב לא יכלו להיכנס לבקבוק בגלל צורת צווארו, שגרמה להם להצטבר בנקודה הנמוכה ביותר ולא להגיע לנוזל. האוויר עצמו יכול היה להיכנס, וכך הוכיח פסטר שהסיבה לאי-היווצרות חיידקים אינה מחסור בחמצן. אילו יכלו מיקרואורגניזמים להיווצר מציר הבשר עצמו, שום דבר לא היה מונע זאת. אך הם לא נוצרו - וכך הוכחה טענתו של פסטר, שהפכה לאחת הדוגמות של הביולוגיה המודרנית: יצורים חיים נוצרים אך ורק מיצורים חיים.
4. אבולוציה על ידי ברירה טבעית - דרווין ו-וואלאס
ב-1858 עלתה לראשונה לבמה המדעית התאוריה שנודעה כאבולוציה באמצעות ברירה טבעית. מפרסמיה היו צ'רלס דרווין (Darwin) ואלפרד ראסל וואלס (Wallace). דרווין פיתח את התאוריה במשך כעשרים שנה, בהסתמך על גידול זנים של בעלי חיים מבויתים ועל הסתכלות על מינים שונים - חיים ומאובנים - ברחבי העולם. וואלאס היה מדען צעיר שהגיע כמעט בדיוק לאותם עקרונות כמו דרווין. ב-1859 פירסם דרווין את אחד הפרסומים החשובים ביותר בתולדות הביולוגיה - "מוצא המינים".
הישגם העיקרי של דרווין ו-וואלס לא היה ההבנה שהאבולוציה קיימת, אלא ההבנה שהמנגנון העיקרי המניע אותה הוא הברירה הטבעית. בספרו של דרווין פורטו חמש הטענות שעליהן מבוססת התאוריה:
- כל האורגניזמים מייצרים צאצאים בכמות גדולה מזו שבה מסוגלת הסביבה לתמוך.
- במסגרת כל מין ביולוגי (species) קיימת שוֹנוּת בתכונות רבות - גודל, צבע וכו'.
- ישנה תחרות בין פרטים של אותו מין ביולוגי על המשאבים המוגבלים, שבה לפרטים בעלי תכונות מסוימות יש יתרון על פני אחרים, ופרטים אלו מעמידים בממוצע יותר צאצאים.
- התכונות מועברות בתורשה לצאצאים, עם שינויים קלים.
- כתוצאה מארבעת הסעיפים הקודמים, תכונות מסוימות יתפשטו באוכלוסיה על חשבון תכונות אחרות. כאשר התנאים משתנים, התכונות של האוכלוסייה ישתנו, ובטווח הארוך יתפתח מין ביולוגי חדש.
חשוב לציין שהתאוריה אינה כוללת התפתחות לקראת מטרה סופית כלשהי, אלא רק התאמה טובה יותר לסביבה מסוימת.
דרווין לא ידע כיצד תכונות עוברות בתורשה, וכיצד מתרחשים השינויים בתהליך זה - לכן התאוריה שלו הושלמה רק לאחר גילוי עקרונות הגנטיקה. השילוב יצר את "הסינתזה המודרנית", שטוענת כי כל שינוי אבולוציוני - כמו יצירת מינים חדשים - ניתן להסבר במסגרת המנגנון הגנטי.
האבולוציה היא התאוריה הגדולה והמקיפה ביותר של הביולוגיה. ההנחה שמינים ביולוגיים התפתחו ממקור משותף - תוך התאמה לצרכים מסויימים - עומדת בבסיסו של כל מחקר ביולוגי כמעט - ממחקרים התנהגותיים, דרך חקר חלבונים, ועד לפיתוח תרופות.
הניסוי של פסטר
5. עקרונות הגנטיקה - מנדל
במהלך המאה ה-19 נערכו ויכוחים רבים באשר לדרך ההורשה של תכונות מהורים לצאצאים, כאשר הספקולציות הרווחות הציעו מעין מיזוג בין התכונות של האם ושל האב. עקרונות התורשה המוכרים לנו כיום שונים מאוד, והם התגלו על ידי נזיר בשם גרגורי מנדל (Mendel).
מנדל ערך ניסויי הכלאות באפונה, ובהסתמך עליהם טען טענה מהפכנית: ההורשה נעשית ביחידות בדידות, שאינן מתמזגות ביניהן - הגֶנים. לכל תכונה יש גן, וכל פרט מקבל שתי יחידות מכל גן - אחד מאביו ואחד מאמו. צורות שונות של אותו גן נקראות אָלֶלים. כך, לדוגמה, לגן הקובע את צבע הפרח יש כמה אללים, אחד מהם מכתיב יצירת פרח סגול, אחר לבן וכו'.
מנדל ניסח את חוק הדוֹמינַנטיות: אללים יכולים להיות דומיננטיים או רֶצֶסיביים, ובמקרה שבו פרט קיבל מהוריו אלל אחד רציסיבי ואחד דומיננטי, התכונה תיקבע באופן בלעדי על ידי האלל הדומיננטי. פרט כזה יהיה זהה בתכונתו לפרט שלו יש שני אללים דומיננטיים, וניתן להבדיל ביניהם רק בעזרת הכלאות: האלל הרצסיבי יכול לעבור לצאצאים, ולהתבטא בהם. מנדל קבע את ההתפלגות הצפויה של האללים בכל דור, וגם זיהה מצבים של דומיננטיות חלקית.
מאמרו של מנדל פורסם ב-1866 ולא זכה להתייחסות כלשהי. רק בתחילת המאה ה-20, לאחר מותו, התגלתה עבודתו מחדש וזכתה להכרה. מאז התקדמה הגנטיקה במהירות - היום ידוע שהגנים עשויים מ-DNA, וידוע לנו גם שהסיפור מסובך בהרבה ממה ששיער מנדל: הגנים אינם יוצרים ישירות תכונה כמו צבע פרח, אלא מכילים את המידע ליצירת חלבון - והוא שמייצר את הצבע.
תכונות רבות מושפעות מכמה גנים, או מהשפעות חיצוניות כמו תזונה. כמו כן, בשנים האחרונות מצטברות עדויות לכך שמידע מועבר מהורה לצאצא גם ללא העברה ישירה של גנים (תורשה אפיגנטית). אך אף לא אחת מתגליות אלו היתה אפשרית ללא גילוי עקרונות היסוד של הגנטיקה, שעליהם עמד מנדל.
עץ האבולוציה
6. מבנה ה-DNA
לאחר הגילוי-מחדש של עבודתו של מנדל התקדם המחקר הגנטי בקצב מהיר. בשנות הארבעים של המאה ה-20 התרבו העדויות לכך שה-DNA הוא החומר התורשתי, ודבר זה הביא להתעניינות גוברת במבנה המולקולה הזו, מתוך תקווה לשפוך אור על שתי השאלות המסקרנות ביותר: כיצד המידע הגנטי עובר מדור לדור, וכיצד הוא מתורגם לתכונות.
היו אלו פרנסיס קריק (Crick) וג'יימס ווטסון (Watson) שפרסמו ב-1953 מודל שלם של מבנה מולקולת DNA, על סמך עדויות מניסויים כימיים ומניסויי קריסטלוגרפיה: טכניקה מיוחדת הכוללת העברת קרני X דרך גביש של המולקולות הנבדקות ובדיקת הפיזור של קרניים אלו. הטכניקה הזו יושמה על ידי מדענית בשם רוזלינד פרנקלין (Franklin), שסיפקה כמה מהעדויות המכריעות ביותר לגבי המבנה. פרנקלין נחשבת בעיני רבים כגיבורה האמיתית של פיענוח מבנה ה-DNA, שלא זכתה להכרה נאותה.
עוד לפני 1953 היה ידוע שה-DNA בנוי מארבע אבני יסוד -נוקליאוטידים - הנקראים אדנין, תימין, ציטוזין וגואנין. במודל שפרסמו ווטסון וקריק מסודרים הנוקליאוטידים בשתי שרשרות, שיוצרות קשרים ספציפיים זו עם זו - הסליל הכפול המפורסם. מול אדנין בשרשרת אחת תמיד יהיה תימין בשרשרת השנייה, ומול ציטוזין - גואנין. כך, אם סדר הנוקלאוטידים בשרשרת אחת קבוע, הסדר בשרשרת המקבילה נקבע מאליו: זהו הבסיס להכפלה של ה-DNA ובאמצעותה להעברת המידע הגנטי מדור לדור.
הנוקליאוטידים של ה-DNA הם האותיות שבהן נכתב המידע הגנטי - הסדר שלהם לאורך המולקולה הינו קוד ליצירת חלבון מסוים. תהליך זה היה עדיין בגדר תעלומה ב-1953, אך בחמישים השנה האחרונות חשף המחקר הגנטי את פרטיו, והמשיך הלאה לכיוון מניפולציות גנטיות ועוד. כל זה לא היה אפשרי ללא ידיעת מבנה המולקולה - ואמנם, מאמרם של ווטסון וקריק נחשב למאמר המכונן של הגנטיקה המולקולרית.
7. פענוח הקוד הגנטי
בשנים שלאחר תגליתם של ווטסון וקריק הובהר שה-DNA אכן הינו החומר הגנטי, ולכן הקוד הגנטי מורכב מארבע אותיות - ארבעת הנוקליאוטידים של ה-DNA (T,A,G,C). הגנים מורכבים משרשרות של אותיות אלו, בסדר משתנה. התא מסוגל להפוך את המידע המקוּדד ב-DNA לחלבונים, הבנויים משרשרות של חומצות אמינו. הסדר של חומצות האמינו קובע את מבנה החלבון ואת תפקודו, והמידע השמור בגנים קובע את הסדר הזה - כל גן מקודד יצירת שרשרת חומצות אמינו.
בשנים האחרונות פורסמו דיווחים רבים בדבר ריצוף הגנום האנושי. ריצוף פירושו קביעת רצף "אותיות" ה-DNA, לא בגן אחד אלא בכל הגנים של אורגניזם מסוים. אלא שללא הקוד הגנטי - המפתח לצופן ההופך גן לחלבון - היתה זו רק רשימת אותיות, ללא כל מובן.
היו אלו מרשל נירנברג (Nierenberg) והנריך מתהיי (Matthaei) שפענחו את הקוד, אות אחר אות, במהלך שנות השישים. היות שיש עשרים חומצות אמינו ורק ארבעה נוקלאוטידים ב DNA, ברור שהקוד צריך להיות מורכב מ"מילים" של כמה "אותיות". ואמנם, הקוד הגנטי נקרא כ"מילים", המכונות קוֹדוֹנים, שבכל אחד מהם שלוש אותיות.
ישנן 64 דרכים לסדר ארבע אותיות בקודונים בני שלוש אותיות, ולכן יש 64 קודונים. הם מקודדים הצבתן של חומצות האמינו (עשרים במספר) בחלבונים הנבנים, ו"סימן פיסוק" אחד - סיומו של החלבון. מכאן, שלפעמים לאותה חומצת אמינו יש יותר מקודון אחד.
נירנברג ומתהיי ערכו סדרת ניסויים: בהתחלה בדקו איזה חלבון מתקבל כאשר הגן הוא בעל אות אחת בלבד - למשל, TTTTT. כך גילו את הצופן לקודון TTT. בהמשך, תוך שימוש בכמויות מדודות של נוקלאוטידים שונים, הם הצליחו לפענח את הקוד כולו - איזה קודון מקודד הצבת איזו חומצת אמינו. מחקרם איפשר לנו לקרוא את הגנים - ובכך הוא משמש מעין אבן רוזטה של הביולוגיה.
8. טרנסגניות
טרנסגניוּת מוגדרת כהכנסת גן של אורגניזם אחד לתוך גנום של אורגניזם אחר. היות שהקוד הגנטי הוא אוניברסלי, האורגניזם המקבל מסוגל לקרוא את הגן ולתרגם אותו לחלבון, כאילו היה גן שלו.
האורגניזמים הטרנסגניים הראשונים נוצרו על ידי סטנלי כהן (Cohen) והרברט בוייר (Boyer). ב-1973 הם הציגו חיידק שהכיל גן זר, ואף ביטא את החלבון המקוּדד בו - כלומר יצר חלבון זה. כיום חיידקים טרנסגניים נמצאים בכל מעבדה כמעט, ומשמשים לא רק במחקר אלא גם ברפואה: בוייר עצמו הקים חברה להנדסה גנטית וב-1978 יצר חיידקים המכילים את הגן לאינסולין של האדם - כך ניתן היה להפיק כמויות גדולות של החלבון ולטפל בעזרתו בחולי סוכרת. כיום מייצרים חלבונים רבים באותה שיטה, לרפואה ולמחקר.
פריצת הדרך הבאה אירעה ב-1974, כאשר רודולף ג'ניש (Jaenisch) הצליח להחדיר גן זר לתוך עובר של עכבר על ידי שימוש בנגיף, וכך לייצר את בעל החיים הטרנסגני הראשון. ג'ניש היה גם החלוץ בפיתוח שיטה הנקראת "העברה גרעינית", שבה הגרעין של ביצית מוחלף בגרעין של תא זר. זהו הבסיס לשיבוט: בעל החיים שיתפתח מביצית כזו יהיה זהה לזה שממנו נלקח הגרעין. תחילה ניתן היה לעשות זאת רק עם גרעין של תא גזע עוברי (שעדיין לא רכש תכונות ספציפיות של תא בוגר) אך בעשור האחרון הצליחו מדענים לשבט בעלי חיים מגרעין של תורם בוגר - הראשונה והמפורסמת שבהם היא הכבשה דולי.
בשנות השמונים שיפרו מאוד ג'ון גורדון (Gordon) ומדענים נוספים את הטכניקות ליצירת עכברים טרנסגניים, וזאת על ידי הזרקת DNA ישירות לתוך התאים העובריים. כיום עכברים טרנסגניים הם כלי מחקר חשוב ונפוץ - רבים מהם הם עכברי Knock-out, שאחד הגנים שבהם שותק, האחרים מבטאים גנים זרים. הם מאפשרים הבנה טובה יותר של תפקודי הגנים השונים, ומשמשים כמודלים למחלות בבני אדם.
סכמה של ניסויו של מנדל
9. פוטוסינתזה
בתהליך הפוטוסינתזה אנרגיית אור מנוצלת לבניית סוכרים ממים ומ- CO2. בצמחים, התהליך כולו מתרחש באיברים מיוחדים - העלים, ובאברונים מיוחדים בתוך כל תא בעלה - הכלורופלסטים. לבד מצמחים, התהליך מתרחש גם בחיידקים מסוימים ובאצות. אלו הם אורגניזמים אוטוטרופיים: מייצרים את מזונם בעצמם, ולכן הם מהווים - יחד עם חיידקים אוטוטרופיים שאינם פוטוסינתטיים - את הבסיס לשרשרת המזון.
מאז הופיעה לראשונה - לפני כשני מיליארד שנה - שינתה הפוטוסינתזה את העולם שמסביבנו באופן מהותי: החמצן שמשתחרר בתהליך הצטבר באטמוספרה, והוא שאיפשר את התפתחותם של רוב היצורים החיים המוכרים לנו.
יכולתם של צמחים להשפיע על האוויר התגלתה כבר ב-1771, כאשר ג'וזף פריסטלי (Priestley) גילה כי נר בוער במיכל סגור "מקלקל" את האוויר כך שהוא לא יכול לבעור בו יותר, ואילו נוכחות של צמח ירוק יכולה "לתקן" אותו בחזרה. זמן קצר לאחר מכן התברר שתהליך ה"תיקון" דורש אור.
תוך כשלושים שנה התגלה כי הצמחים משתמשים במים ובמולקולה גזית קטנה - CO2 - על מנת לבנות מולקולות גדולות יותר (סוכרים). הובהר גם כי החומר ש"תיקן" את האוויר היה חמצן.
אנרגיית האור מנוצלת לבניית הסוכרים בעזרת מערכת מתוחכמת של פיגמנטים. קורנליס ואן-ניל (van-Niel) גילה כי המערכת מתרגמת את אנרגיית האור לראקציות של חמצון-חיזור, והן מספקות את האנרגיה הדרושה לבניית הסוכרים. הראקציה הראשונה כוללת פירוק של מולקולת מים למרכיביה - חמצן ומימן. זהו מקור החמצן שמשתחרר בתהליך. רוברט היל (Hill) ניסח ב-1939 את המשוואה הכימית של הפוטוסינתזה: הפיכת CO2 ומים לסוכרים וחמצן. 15 שנים אחריו גילה מלוין קלווין (Calvin) את התהליכים של הטמעת הפחמן לתוך הסוכרים, רצף ראקציות הנקרא על שמו: מעגל קלווין.
תגליות אלו ואחרות חשפו את אחת המערכות המורכבות ביותר בטבע.
10. מעבר אנרגיה ביצורים חיים
כל אורגניזם חי מוציא אנרגיה כל הזמן - אנו נושמים, מעכלים, ותהליכים שונים הצורכים אנרגיה מתרחשים בגופנו ללא הפסק.
באורגניזמים חיים, האנרגיה מאוכסנת כאנרגיה כימית במולקולות שונות - בעיקר סוכרים (פחמימות) כגון עמילן בצמחים וגליקוגן בבעלי חיים. כאשר לגוף נדרשת אנרגיה זמינה, הוא מפרק את המולקולות האלו והאנרגיה האצורה בהן משתחררת.
פסטר הראה כבר במאה ה-19 שאף שהפקת אנרגיה יכולה להתבצע ללא חמצן, היא יעילה עשרות מונים בנוכחותו. למעשה, זוהי הסיבה שאנו נושמים. עם זאת, פרטי התהליך שבו אנו מפיקים אנרגיה היו בחזקת נעלם: מהן הראקציות שבהן הפחמימות מפורקות? ומהם תוצרי הפירוק?
השאלה האחרונה נענתה ראשונה: הרמן קלקר (Kalckar) הציע ב-1937 כי האנרגיה המופקת נאגרת במולקולות קטנות הנקראות אדנוזין-טרי-פוספט - ATP. מולקולה זו התגלתה ב-1929 בידי קרל לאומן (Lohmann), שזיהה אותה כמקור האנרגיה של השרירים. זוהי מולקולה עתירת אנרגיה - כלומר פירוקה משחרר אנרגיה רבה. מאוחר יותר התברר כי כמעט כל התהליכים בתא משתמשים בה כמקור אנרגיה זמין, והיא מכונה "מטבע האנרגיה של התא".
המחקר ששפך אור על ראקציות הפירוק עצמן ועל הקשרים ביניהן פורסם ב-1957 על ידי הנס קְרֶבּס (Krebs). הוא גילה כי לאחר שהסוכר עובר פירוק חלקי (תהליך שהיה מוכר זה מכבר ואינו דורש חמצן) הוא נכנס לסדרת ראקציות הנקראת כיום, בין השאר, "מעגל קרבס", שבמהלכה הוא מפורק עד למרכיביו - CO2 ומים. מעגל קרבס הוא מעין תמונת ראי של מעגל קלווין - באחרון נשמרת אנרגיה המגיעה מהאור במולקולות סוכר, ובראשון מולקולות כאלו מפורקות והתא משתמש באנרגיה המשתחררת לחידוש מלאי מולקולות ה- ATP.
הפקת האנרגיה היעילה של מעגל קרבס איפשרה את התפתחותם של האורגניזמים המורכבים יותר, כולל בני האדם. תגליות אלו ואחרות הביאו להבנת אחד התהליכים המרכזיים שמאפשר לנו לחיות.
יונת אשחר היא בעלת תואר ראשון במדעי החיים מאוניברסיטת בן גוריון. החלה את לימודי התואר השני במחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן
מתוך: מגזין גליליאו
לעשיית מנוי, לקבלת גיליון מתנה