ניצחונה של הכימיה

מבט על מקומו של האדם במעבר-המאות הזה

השינויים המפליגים שחלו באורח חייו של האדם באלף הנגמר היום נובעים, ברובם המכריע, מהתקדמות המדע. ואולם מקריאת עיתונים מתקבל הרושם שיש רוב מוחץ לדעה שהמחקר המדעי רע לאדם. מוצריו של המדע המודרני, מכורי גרעין ועד עגבניות טרנסגניות, מכרטיסי זהות גנטיים ועד מחשבי-על אינטליגנטיים, נראים לרבים כאיום של ממש. הבנה מעמיקה יותר של התהליך שהתרחש באלף שחלף חיונית לשחרור מן החששות הללו.

האדם תהה מאז ומעולם על מהות היקום החומרי שסביבו. לשאלות בדבר ראשית היקום ומבנה החומר ברמה התת-אטומית אין לנו עדיין מענה סופי, ויש לשער שהפיסיקאים של האלף השלישי יקדישו להן מאמצים ניכרים. אך ההישג העיקרי של האלף השני הוא הבנה כימית מלאה של העולם החומרי הסובב אותנו, לרבות תופעת החיים. הישגי המדע מאפשרים לתאר כיצד אטומים מסוגים שונים מגיבים זה לזה ומתארגנים במרחב ליצירת עצמים, מכוכבי לכת וסלעי גיר ועד עצי אורן וזבובי פירות. זהו בראש וראשונה ניצחונה של הכימיה על כל ענפיה, מכימיה פיסיקלית ומינרלוגיה ועד כימיה ביולוגית והנדסה גנטית. בשנת 2000 הגענו לסופה של הדרך שהתווה דמוקריטוס, אבי התורה האטומית, כמתואר בפואמה הנפלאה “על טבע היקום” של המשורר הרומי לוקרציוס בן המאה הראשונה לפני הספירה. באלף של הכימיה הצלחנו להסביר את השלם בעזרת חלקיו האטומיים. הטבלה המחזורית של מנדלייב מכילה כמאה יסודות כימיים, שלכל אחד מהם אטום מסוג שונה. האטומים, כאבני לגו, מתחברים כימית זה לזה ליצירת פרודות (מולקולות). פרודה פשוטה, כגון זו של הכוהל המצוי ביין, מכילה תשעה אטומים של שלושה יסודות – פחמן, מימן וחמצן. פרודה גדולה יותר, של הסוכר הנמכר במרכול, מכילה 45 אטומים מאותם שלושה סוגים. לשאלות בסיסיות כגון מדוע הכוהל נוזלי ושקוף והסוכר מוצק ולבן, מה מעניק לשני חומרים אלה את טעמם השונה, או כיצד נוצר כוהל מסוכר בתהליך התסיסה ביקב, מצא המדע של האלף השני מענה כמעט מושלם. אך מהפכת הכימיה, שחלה ברובה ברבע האחרון של האלף הזה, מאפשרת גם להסביר תופעות סבוכות בהרבה מן ההבדלים בין כוהל וסוכר. יש בידינו כיום מידע המתאר בפרוטרוט את גופם של יצורים חיים, לרבות האדם, כמכונה כימית מופלאה וסבוכה מעבר לכל דמיון. בפרוס האלף השלישי קיים רוב מכריע לגישה המצהירה שאפשר להסביר את כל תופעות החיים כ”ריקוד” מורכב לאין שיעור של פרודות כימיות. יתר על כן, אין בידינו שום הוכחות לקיומן של תופעות “על-כימיות” מעין אלה המזינות את המאמינים בתורת הנסתר, מהומאופתיה ועד גלגול נשמות. אם במאות ה-17 וה-18 פוענחו ההרכבים האטומיים של חומרים פשוטים כגון גז החמצן ומלח הבישול, ובמאה ה-19 אלה של חומרים אורגניים כגון הסוכר והכוהל, שהם סבוכים מעט יותר, המאה העשרים חזתה במהפכה כימית ברמה עילאית באמת. במאה זו הובן עד תום מבנם הכימי של המרכיבים החיוניים של יצור חי – החלבונים. פרודתו של חלבון אופייני, כגון ההמוגלובין המעביר חמצן בדם, מכילה כ-8,000 אטומים מחמישה סוגים: פחמן, מימן, חמצן, חנקן וגפרית. חלבון הוא מעשה מרכבה מפואר, וסיבוכו מקנה לו תכונות חדשות, כגון היכולת לקשור חמצן בעדינות ולשחררו בהתאם לתנאי הסביבה, או לווסת בדייקנות את כמותו ופעולתו של הורמון. הבנתם של עשרות אלפי החלבונים המרכיבים תא חי היא הבשורה החשובה של סוף האלף השני.

יש מידה רבה של סמליות בכך שהאקורדים האחרונים בסימפוניית הכימיה ינוגנו בשנת 2000. זו השנה שתושלם בה קריאת הרצף המלא של האותיות הכימיות המרכיבות את גנום האדם והצופנות את כל תכונותיו. בקריאת רצף הדנ”א נרד לחקר הפרודה שהיא ככל הנראה הגדולה והסבוכה ביותר ביקום: כרומוזום אנושי, כרך של “האנציקלופדיה” הגנטית שלנו, הוא פרודת דנ”א אחת המכילה כ-10 מיליארד אטומים. לפיצוח המבנה הכימי שלה נדרשים כלים כימיים משוכללים מאוד, מהסוג שנבנה במחקר מדעי של מאות שנים.

קביעה כגון “לא נותר עוד דבר לגלותו” מסוכנת תמיד. כשהשמיע אותה הפיסיקאי הסקוטי הלורד קלווין בתחילת המאה, היה זה אך שנים מעטות לפני התגליות הגדולות ביותר בפיסיקה, תורת היחסות ותורת הקוונטים. אך כל עוד מדובר בהבנת המבנה הכימי של העצמים שבעולם סביבנו, נראה שהגענו למעין קו סיום במרוץ ארוך, וראוי לשאול מה מביאה בכנפיה הצלחה שכזאת. משק כנפי העתיד יהיה בניצול הידע לבניית “מתקנים כימיים” חדשים ולשיפורם של הקיימים. במסגרת הראשונה נכללים חומרים ומבנים פרודתיים חדשים, כגון על-מוליכים של טמפרטורות גבוהות, ממשקים בין שבבים אלקטרוניים לתאים חיים ומכונות זעירות שייבנו בשיטות מזעור ננוטכנולוגיות. לאור הידוע כיום על תאים חיים ועל היצורים הנבנים מהם, נראה שאין למעשה גבול למה שאפשר להשיג ביצירת קומבינציות חדשות של אטומים. סביר להניח שבאלף הבא גם נחזה במכונות הבונות את עצמן, בדומה לעובר ברחם הנבנה בכוחות כימיים בלבד. אם ישות כימית, המורכבת מפרודות ואטומים בלבד, אכן מסוגלת לפתח יכולת חשיבה, הכרה עצמית ורגשות, אין שום סיבה להניח שהדבר יהיה אפשרי אך ורק בקונפיגורציה האטומית המסוימת שהתפתחה על כדור הארץ בארבעה מיליארדי שנות אבולוציה. הדעת נותנת שתכונות דומות יתגלו בישויות רובוטיות אינטליגנטיות מעשה ידי אדם, המבוססות על הרכבים שונים לחלוטין של אטומים. אם ייבנו משבבי צורן ואם ממערכי פרודות אורגניות המבוססות על פחמן, צפוי שרובוטים מעין אלה ישתוו בתכונות הרוח לאדם ואף יעלו עליו. ואין זה בלתי אפשרי שלישויות מעין אלה גם תהיה יכולת שכפול עצמי, כך שיושלם המעגל ליצירת חיים מעשה ידי אדם.

בחזית שיפור הקיים מתרחש לנגד עינינו שידוד מערכות מקיף. אם באלף החולף ובאלה שלפניו התבססה הרפואה על ניסוי וטעייה ועל גילוי אקראי של תרופות מן הצומח או מן המעבדה, הרי באלף הבא יפותחו אלפי תרופות בשיטות חדשות לחלוטין. המדע הביא לגילוי הצופן הכימי שפרודות משתמשות בו כדי להעביר מידע זו לזו וכדי ליצור הרכבים בעלי תכונות חדשות. זו “שפת הקשרים הכימיים החלשים”, שמשמשים בה בערבוביה עקרונות של תואם מטען חשמלי (בדומה למשיכת קוטבי מגנט) עם התאמה צורנית כגון זו שבין חלקיו של פאזל. מחלוצי התחום הזה היה לינוס פאולינג, שזכה בפרסי נובל לכימיה וגם לשלום. עקרונות השפה הזאת נהירים, אך יידרשו אלגוריתמים מתוחכמים ושימוש במחשבי-על ענקיים כדי לתרגם את התובנה לשפת מעשה. האלף השלישי יהיה הזירה שבה יתאפשר תכנון תרופות ממוחשב, על בסיס העיקרון האוניוורסלי שכל תרופה היא מעין מפתח ל”מנעול” חלבוני. בד בבד תשמש הכימיה הביולוגית של הדנ”א ליצירת כלים חדשים לשינוי גנים ולריפוי גני.

יש הרואים בקביעה שהאדם הוא ישות כימית עלבון כבד. רבים אף רואים את הכימיה כולה כשלילית מעיקרה וקושרים לשמה את כל הקשור בזיהום וברעל. אחרים מתייחסים לכימיה של החיים כאל מסתורין שלעולם לא יפוענחו עד תום. אך אלה וגם אלה נזקקים יום יום לשירותיה של כימיית החיים: כל פריטי המזון, הקוסמטיקה והתרופות שאנו צורכים מתבססים על פיתוחים ושיקולים מתחום הכימיה. ראוי שבאלף הבא, במקום להיזקק לאמונות טפלות כגון אלה המנחות דיאטה לפי קבוצות דם או הצמחת שיער בעזרת משחות אליל, נשתדל לבנות יחסי הבנה אמיתיים עם הכימיה הבונה אותנו. כמעט כל הפיתוחים הכימיים שיבואו באלף הבא יהיו לטובת המין האנושי. דיאטות אישיות המתבססות על הבנה מעמיקה של ההרכב והשונות הגנטיים של בני אדם, מוצרי חקלאות חדשים שייווצרו בהתבסס על פענוח הגנים הצמחיים ומהפכה ביכולתנו ללחום במחלות, שתנבע מפענוח “המכונה הכימית” האנושית.