כימיה אורגנית יכולה להעשיר את חיי היומיום במגוון צבעים חדשים, ואם מסבירים בפשטות, כולם יכולים להבין

ספרו של מלקולם גלדוול, מה שהכלב ראה, נפתח בדמותו של מלקולם הצעיר, בטח סביב גיל 10, המטפס על כיסא בחדר העבודה של אביו המתמטיקאי ומשוטט בין רישומיו. הוא משתומם למראה הכתב הקטן והמסודר של אביו, שורות על גבי שורות של מספרים ואותיות שאינו מזהה, ומתפלא מהעובדה שמישהו בכלל משלם לאביו בשביל לכתוב את כל הדברים האלה. מה שטלטל אותו יותר מהכול, כך הוא מספר, הייתה ההבנה שדמות שהוא כל כך אוהב עושה כל יום משהו בתוך ראשה שהוא לא יכול אפילו להתחיל להבין. את מלקולם זה דחף לצאת ולהפוך כל אבן במטרה להעמיק בכל נושא שמהווה אורח חיים בעיניי מישהו אחר, ובעיניו – תעלומה. אנחנו הרווחנו מזה יופי של ספר.

ישנם לא מעט תחומים בחיינו שנתפסים כנשגבים מבינתנו, אבל משמעותיים לחיינו. כימיה אורגנית, למשל, היא חלק בלתי נפרד מכל מה שמוכר לנו, משולחן הכתיבה ועד למים שאנחנו שותים. כל חלק בגוף שלנו, הצמחים הסובבים אותנו ושלדת הרכב שלנו – הם כולם תוצר של כימיה אורגנית. אתם אולי מדמיינים שורות על גבי שורות של נוסחאות ושרטוטים, רחוקים שנות אור מההבנה שלכם, אבל הכול אפשרי. זה רק תלוי בדרך שבה מסבירים.

בהרצאה שהעניק על בימת TED, הכימאי ג'ייקוב מאגולן מבקש לנפץ את הסטריאוטיפ המאיים של הכימיה האורגנית. הוא מאמין כי הבנה של נושא כמו כימיה והיכרות עם המבנים הבסיסיים ביותר שמרכיבים כל חומר בעולמנו יכולה להעשיר את ההתבוננות היומיומית שלנו. היא יכולה לצבוע כל חוויה פשוטה ושגרתית בשלל תתי גוונים חדשים, ומה שמפתיע הוא – שכולנו יכולים להבין. מאגולן מבקש, במילים פשוטות, להנגיש לכל אדם את היסודות הבסיסיים של מדע החומר.

מתחילים מאבני הבניין

מאגולן פותח את הרצאתו במזרק אפינפרין שהוא מחזיק בידו. הוא מסביר כי אפינפרין הוא חומר שיכול לחדש את פעימות הלב או לעצור תגובה אלרגית מסכנת חיים. "לאנשים רבים, האפינפרין היווה הבדל בין חיים ומוות", הוא משתף ומוסיף בהתרגשות: "זה כמו להחזיק נס קטן בין האצבעות". הוא משתמש במסך שמאחוריו כדי להציג רישום של מולקולת האפינפרין. כרקע לדבריו כדאי לדעת שכל חומר שאנחנו מכירים מורכב ממולקולות. אלו הן אבני הבניין של החומר, ממש כמו שבית בנוי מלבנים. מולקולות הן תרכובות של אטומים, כלומר, החלקים המרכיבים את אבני הבניין נקראים אטומים, וכאשר הם מחוברים זה לזה הם יוצרים מולקולה. השילוב הייחודי בין סוגי אטומים שונים הוא שמעניק למולקולה את זהותה. מולקולה אחת לבדה לא מהווה חומר כפי שאנחנו מכירים אותו, אבל כאשר היא חוברת לעוד שכמותה נוצר מבנה החומר. להמחשת הכמות, מסביר מאגולן כי בתוך המזרק שהוא אוחז בידו, שבו מומס חצי מיליגרם של אפינפרין במים, יש קוונטיליון מולקולות. "זה מספר שקשה לדמיין. אנחנו שבעה מיליארד בני אדם על כוכב הלכת הזה? יש אולי 400 מיליארד כוכבים בגלקסיה שלנו? זה אפילו לא קרוב. אם תרצו להתקרב להערכה הנכונה, תצטרכו לדמיין כל גרגיר חול בכל חוף, בכל האוקיינוסים והאגמים, ואז לכווץ אותם כך שייכנסו לכאן". כל השפע הזה, בתוך חצי מיליגרם של חומר שיכול להיות מונח ככדור קטנטן על השיש במטבח מבלי שנשים לב שהוא שם.

בזכות מכונות מתוחכמות, מסביר מאגולן, אנחנו יכולים לראות את מולקולת האפינפרין הקטנטנה, ואחרות כמותה, וללמוד על מאפייניה ועל מרכיביה. כך אנו יודעים, למשל, שאפינפרין מורכבת מארבעה סוגי אטומים: מימן, פחמן, חמצן וחנקן – הנחשבים היום לארבעת שחקני המפתח בכל הנוגע להרכבת מולקולות. כמו ברוב הדברים המוצלחים, גם בכימיה אורגנית קיים סדר, מעין חוקיות שעל פיה החומר מתנהג, ופה מדובר בעיקר על אפשרויות החיבור בין האטומים. למשל, אטום המימן יכול ליצור רק קשר אחד עם אטום אחר, החמצן – שניים, החנקן – שלושה, והפחמן – ארבעה. אפשר לדמיין אותם כארבעה אימוג'ים עגולים של סמיילי, כל אחד בצבע אחר ובעל כמות שונה של ידיים, מוכנות לקשור קשר.

החן שבבעירת המנוע שלנו

הידיים של האטומים הן חלקיקים קטנים שנקראים אלקטרונים ומהווים חלק מהאטום. כאשר אלקטרון של אטום אחד מתקרב לאלקטרון של אטום אחר הם נמשכים זה לזה וכמו אוחזים ידיים. "כמו בלחיצת-יד, הקישור אינו קבוע. הם מסוגלים להרפות מאטום אחד ולתפוס אחר. זה מה שאנו מכנים 'תגובה כימית'", מסביר מאגולן, ובואו נגיד שכאשר האווירה מתחממת גם האטומים מחליפים בני זוג במהירות יוצאת דופן. ממש ספיד-דייט אורגני.

פחמן הוא חומר הבנייה המועדף על החיים משום שהוא יוצר כמות נאה של לחיצות יד ויש לו בדיוק את חוזק הלחיצה הנכון, מפרט מאגולן ומסביר שבשל כך, כמעט כל המחקר של הכימיה האורגנית מתעסק בפחמן. חומרים דליקים, למשל, המשמשים אותנו כל הזמן, עשויים מאטומי פחמן ומימן. כשאטומי חמצן בסביבה מתאפשרת בעירה. בדיוק אותה הבעירה שמתקבלת כשאנחנו מנפנפים מעל הגחלים שבמנגל, או בתוך מנוע הרכב בכל פעם שאנחנו מתניעים. מה שקורה, ממש מתחת לאף שלנו, הוא כמו נשף ריקודים אנגלי. אטומי חמצן מתקרבים לפחמימנים שלנו, מושיטים ידיים ואוחזים באטומי הפחמן והמימן של החומר הדליק. הם מצטוותים לזוגות ואף לשלשות חדשות, הכול בתנועה מתמדת לצלילי נגינת הנפנוף שלנו. מה שנקבל מהשאפל הזה בסוף הנשף הן מולקולות מים ופחמן דו חמצני. זה אותו הפחמן הדו חמצני הנפלט מהאגזוז – שהקשר בינו לבין נשף ריקודים הוא קלוש מרבית הזמן.

טבעי וסינתטי

גם בתוך התפאורה של נשף ריקודים, המידע הזה עשוי לבלבל. ומידע שמבלבל נוטה להציף חששות שבאים לידי ביטוי בסלידה מכל מה שכימי וסינתטי. את המוניטין הזה מבקש מאגולן לתקן, כי כימי וסינתטי מייצגים תהליכים שגרתיים שמתרחשים בטבע וחבל לתת לסמנטיקה להרוס את כל היופי שבכימיה האורגנית. דוגמה לקשר ההדוק בין טבעי לסינתטי היא מולקולת האפינפרין שעימה פתחנו. לאפינפרין אחות תאומה זהה – אדרנלין, המיוצרת באופן טבעי בגוף בבלוטת האדרנל. למען האמת, ברגעים אלו ממש היא שוחה בתוך גופנו. אפינפרין, לעומת זאת, היא מה שנקרא מולקולה סינתטית. אך אין ביניהן שום הבדל. הן זהות לחלוטין, הוא מסביר. "המילה הזאת, 'סינתטי', מעוררת אצל חלקנו אי נוחות, בשונה מהמילה 'טבעי', שמעוררת תחושת ביטחון. אבל אי אפשר להבדיל בין שתי המולקולות האלה". מזרק האפינפרין פשוט מחדיר לגופנו בבת אחת קוונטיליון מולקולות זהות לאדרנלין המיוצרות במפעל בעיקר מנפט, ואשר בבת אחת מעצימות את פעילות האדרנלין ומצילות חיים. "למולקולת האפינפרין אין זיכרון לגבי מקורה. היא מה שהיא, ומרגע שהיא קיימת, אין חשיבות למילים 'סינתטי' ו'טבעי'. הטבע מסנתז את המולקולה הזאת בדיוק כמונו, אלא שהטבע הרבה יותר טוב בזה מאיתנו", מסכם מאגולן.

הופעת החיים היא זו שאפשרה את הפלא הזה שנקרא תרכובות כימיות, הוא ממשיך, "החיים הביאו עימם מפעלי סינתזה ביולוגית שפועלים על אור-שמש, צמחים למשל, ובמפעלים האלה מולקולות קטנות מתנגשות אלו באלו והופכות למולקולות גדולות […] הטבע הוא הכימאי האורגני המקורי". מה שמאגולן מנסה לומר הוא שהטבע מייצר בעצמו כימיקלים ואנחנו למדנו כל מה שאנחנו יודעים ממנו. המילה "כימיקל" לטענתו צברה מטען שלילי והוא מבקש לתבוע אותה בחזרה. "הטבע עשוי כימיקלים […] משמעות המילה אינה 'רעל' או 'מזיק', וגם לא 'מעשה אדם' או 'לא טבעי', אלא פשוט… 'דברים'". מנקודת מבטו, המפעל הכימי הכי גדול בעולם הוא הטבע. מכאן אפשר לתהות לגבי שימוש נכון או לא של האדם, כוונות טובות או לא. רווח והפסד. אבל ברמת העשייה – אנחנו לא בהכרח עושים משהו שונה ממה שהטבע עושה.

מולקולות סינתטיות אחרות, שבמקרה הטוב אינן מוכרות לנו כמצילות חיים, הן גילינה וזולינזה. האחת מקלה על תסמיני הטרשת הנפוצה והשנייה מרפאת את סרטן הדם לימפומה של תאי טי. "מולקולה בגודל ובצורה הנכונים היא כמו מפתח בחור המנעול", מסביר מאגולן. היא מגיעה אל המקום שבו מתרחשת פעולה שברצוננו לשנות, מתברגת למנעול הרלוונטי ומפעילה את המנגנון הרצוי. כך מולקולות שנוצרות בגופנו מתנהלות באופן תמידי, בכל רגע נתון, וכך גם מתנהגות המולקולות הסינתטיות שמוחדרות לגוף. "ככה פועלות התרופות. טבעיות או מלאכותיות: אלה רק מולקולות שבמקרה מתאימות היטב למשהו חשוב", הוא טוען.

ונקומיצין, למשל, היא מולקולה מרשימה מאוד שהטבע בנה. היא גדולה מאוד ובנויה לתלפיות, עם שני אטומי כלור תלויים בשני צדדיה "כמו זוג עגילים", מאגולן מתאר בחיבה. את הוונקומיצין אנחנו, בני האדם, מצאנו בשלולית בוץ בג'ונגל בבורניאו. היא מופקת על ידי חיידקים והיא אחת התרופות האנטיביוטיות החזקות בשימוש האדם. "איננו יכולים לסנתז אותה במחיר סביר במעבדה. היא מורכבת מדי בשבילנו, אך אנו יכולים לקחת אותה מהטבע" הוא מסביר, בדיוק כפי שאנחנו קוצרים חיטה וניזונים מחלב.

כימיה אורגנית בשירות היומיום

מסתבר שהספרות מדווחת על מולקולות חדשות מדי יום ביומו. חלקן מתגלות בפינות הכי נידחות של כדור הארץ וחלקן מיוצרות במעבדות. הן המולקולות שמאפשרות לרופאים שלנו להציל חיים. כמו אבירים חמושים, נלחמים הרופאים במחלות השונות, כשבידם ציוד איכותי. וכפי שאומר מאגולן, "הבה לא נשכח את תפקידו של הנפח בתמונה הזאת, כי בלי הנפח, הכול היה נראה אחרת, נכון?" הוא מתייחס למערך הכימאים השוקדים יום ביומו בארגז הלגו ומבקשים לבנות – על פי אותם חוקים שהתחלנו להכיר זה עתה – מולקולות שיתאימו למנעולים הנכונים ויצילו חיים.

"אבל המדע הזה חורג מתחום הרפואה", פורץ מאגולן את הגבולות שלתוכם שקענו, "הוא מקיף את כל השמנים, הממיסים, הטעמים, הבדים, הפלסטיק, הריפוד שעליו אתם יושבים – כל אלה מיוצרים על ידי אדם, ובעיקר מפחמן, ולכן הכול שייך לכימיה האורגנית". כל אלו הם חומרים הנתפסים כמובנים מאליהם עבורנו ברמה היומיומית אך אוצרים בתוכם עולם שלם וקסום של חלקיקים, אינטראקציות מגוונות, התפתחויות וכישלונות. נסו לדמיין ענק בגודל עצום וכמעט בלתי נתפס – עבורו כדור הארץ שלנו הוא רק עוד אבן בשולי הדרך. עכשיו נסו לדמיין את הרגע שבו הוא מסתכל מקרוב ומבחין בכל החיים שיש כאן. באהבות ובהצלחות, ברגעים הקשים ובזיעה הניגרת בזמן מאמץ. כל הוויטליות הזו מתקיימת בצורה כזו או אחרת ממש מתחת לאף שלנו, או מתחת לישבן, בתוך ריפוד המושב. "כימיה אורגנית", מסכם מאגולן, "אינה משהו לפחד ממנו. היא, במהות שלה, חלון שדרכו היופי של עולם הטבע נראה עשיר יותר".

כתבות נוספות שעשויות לעניין אותך:

מקבלי ההחלטות הבלתי נראים – ההשפעה המפתיעה של חיידקים על ההתנהגות שלנו

מיתוס סגנונות הלמידה – מסורות עתיקות מלמדות שיעור שאבד בעידן הטכנולוגי

העולם המוזר של שכפול אנושי – האם תיתכן יצירת עותק זהה שלנו במעבדה, או ביקום מקביל?

עוד מרדיו מהות החיים:

השראה. עכשיו: שרון זליקובסקי סוגרת את השבוע בתכנית מיוחדת על תרבות