מה הרקע למחקר שלך בדוקטורט?
ברמן פרנק: "כיתתי רגלי באוטובוסים בסוף חודש תשיעי למכון מחקר מיגל בגליל העליון, שעוסק במחקרים מעניינים הקשורים לחקלאות ולביוטכנולוגיה. נפגשתי עם חוקרת חדשה לחקר ימים ואגמים בכנרת ששבה מדרום אפריקה - הד"ר תמר זהרי. פגשתי אותה והתלהבתי מאוד ממה שהיא עושה. הייתי צריכה אוניברסיטה תומכת, ומצאתי גם מנחה נוסף מאוניברסיטת בר-אילן.
"נרשמתי לדוקטורט בבר-אילן בתחום מחקר של השפעה של דו תחמוצת הפחמן על פריחה וקריסה של אצה שהייתה אצה דומיננטית בכנרת (אצות הן הבסיס של מארג המזון והן אלו שמייצרות את החמצן שאנו נושמים). עשיתי את הדוקטורט עם הד"ר זהרי והפרופסור צבי דובינסקי מבר-אילן יחד עם הפרופסור יונתן ארז מהאוניברסיטה העברית. כשהתחלתי את הדוקטורט, הייתי כבר אם לבת והיום אני אם לארבע בנות: שקד (29), ירדן (26), ענבל (21) ועדי (14)".
ברמן פרנק יצאה לפוסט דוקטורט למשך ארבע שנים (2002-1998) באוניברסיטת ראטגרס בניו ג'רזי אצל אחד החוקרים המובילים בעולם באוקיינוגרפיה ביולוגית, תחום בו היא עוסקת עד היום. היא חזרה ארצה לבר-אילן כמרצה בכירה והקימה שם מעבדה באוקיינוגרפיה ביולוגית ואקולוגיה מיקרוביאלית בפקולטה למדעי החיים. העבודה בבר-אילן הייתה מאתגרת מאוד מבחינה גאוגרפית, לדבריה, כך שלא הגיעה לאוניברסיטה מדי יום, אבל מספיק כדי לפתח מעבדת מחקר פעילה עם קבוצה נהדרת. ברמן פרנק הצליחה להתקדם במסלול האקדמי עם מחקריה השונים, לגייס תקציבי מחקר ולשתף פעולה עם חוקרים מכל העולם.
מחקר מקבעי חנקן
במה מתמקד המחקר שלך?
ברמן פרנק: "היצורים שאני חוקרת, מקבעי חנקן, הם בין היצורים העתיקים בעולם שחיים נושמים ותורמים למערכת הביולוגית העולמית. אנו מכירים אותם מהיבשה, מקטניות – שבשורשי המערכת שבה הן גדלות יש חיידקים שעוזרים להן לקלוט חנקן, שהוא אחד מהיסודות הנדרשים לחומצות אמינו ולחלבונים, מאבני הבניין ההכרחיים של הגוף עבור כולנו בטבע, מצמחים ומבעלי חיים. רובנו צריכים לקלוט את החנקן בצורה מסוימת. בצמח קולטים את החנקן בצורה אנאורגנית, ובעל חיים קולט את החנקן על-ידי אכילת צמחים או יצורים אחרים.
"חנקן N2 הוא היסוד השכיח ביותר באטמוספירה (כ-70%), אולם לרובנו חנקן זה אינו בר-השגה. ישנם יצורים שעשו קיצורי דרך ומצליחים לקחת חנקן מהאטמוספירה. אחת הבעיות הגדולות בים ובקרקע היא חוסר בחנקן, וכדי לפתור זאת, אנחנו מדשנים את הקרקע בחנקן מלאכותי. מקור החנקן המלאכותי הוא בתהליך שבו בני
האדם פענחו את הריאקציה שבעלי החיים העתיקים עושים כבר מיליוני שנים כשהם קולטים חנקן אטמוספירי והופכים אותו לאמוניה. על היצורים הללו אני עובדת במחקר שלי ובעיקר על מקבעי החנקן הימיים".
מהן הדרכים לקיבוע חנקן?
ברמן פרנק: "היום יש לנו תהליך תעשייתי שמחקה את הטבע ומייצר לנו כמויות גדולות של דשן חנקתי לטובת דישון השדות ואספקת מזון חקלאי לאוכלוסיות הגדלות. חלק מהיצורים בים יודעים להשיג לעצמם חנקן על-ידי קיבוע חנקן, אבל בשל העובדה שזהו תהליך מורכב, לא כל מולקולה שהם מקבעים נכנסת לבניית הגוף שלהם. חלק מתבזבז והופך במים לחנקן שהוא זמין ליצורים אחרים. כלומר, למעשה אותם יצורים ימיים מוסיפים לנו חנקן חדש לאטמוספירה. בין אותם יצורים נמצאות הכחוליות (ציאנובקטריה), שהן חיידקים פוטו-סינטטיים, אבות אבותיהם של הצמחים העילאיים, כמו גם קבוצות שונות של אצות שהן המקור להתפתחות של כל צמחי המים. קבוצת חיידקים אלו יצרה את החמצן שאנו מסוגלים לנשום ובעצם אפשרה לנו לחיות על הכדור, שכן לפני מיליארדי שנה לא היה חמצן באטמוספירת כדור-הארץ וגם האוקיאנוס היה כמעט ללא חמצן".
מדוע קיבוע חנקן הוא כה חיוני?
ברמן פרנק: "קיבוע חנקן אטמוספירי על-ידי חיידקים הוא תהליך אנזימטי המשתמש במולקולת חנקן (N2) והופך אותה לאמוניה, שהיא צורה זמינה יותר של חנקן לרוב הצמחים או הצמחים הימיים (אצות). לא כל מולקולת אמוניה מנוצלת על-ידי אותו החיידק לגידול וחלק ממה שמקובע, מופרש לסביבה ואז יצורים אחרים יכולים לקלוט את החנקן ולהשתמש בו.
"בתהליך הפוטוסינתזה חיידקים פוטו-סינטטיים כחוליות וצמחים מקבעים דו תחמוצת הפחמן ופולטים לאוויר חמצן, תהליך שנמשך לאורך מיליוני שנה בכדור-הארץ. כמות החמצן שהם פולטים בים, ששטחו מעל 70% מכדור-הארץ, היא זו שאפשרה למעשה את המשך החיים. רוב האורגניזמים האחרים שאינם צמחים, רק צורכים חמצן, כך שתהליך זה היה חיוני לאורך ההיסטוריה וגם חיוני עכשיו כיוון שהצמחים הימיים כמו גם הציאנובקטריה, הן בסיס מארג המזון הימי. הם מווסתים את האקלים על-ידי ספיחה של דו-תחמוצת הפחמן, שאותו אנו פולטים בכמויות עצומות כיום לאטמוספירה, כתוצאה מהשימוש היומיומי שלנו באנרגיה מבוססת דלקים ופולטים לים ולאטמוספירה חמצן".