‫הידען‬

‫כמה זמן יקח להגיע לכוכב הקרוב ביותר?‬

‫אבי בליזובסקי‬ — Wed, 23 Jul 2008 21:55:41 +0000

אתר יוניברס טודיי נשאל מדי פעם את השאלה הזו. כמה זמן יקח לטוס לכוכבים? האם אדם יוכל לעשות זאת בימי חייב? ישנן תשובות רבות לאפשרות הזו, כמה מהן פשוטות, אחרות נמצאות בתחום המדע הבדיוני.

פרויקט אוריון משנות החמישים - חלליות מונעות באמצעות פיצוצים גרעיניים

כדי להקל על התשובה, נענה כמה יקח להגיע לכוכב הקרוב ביותר למערכת השמש, פרוקסימה קנטאורי. לרוע המזל, כל דרך שניקח אל הכוכבים תהיה איטית, גם אם נשתמש במנועים הגרעיניים החזקים ביותר הקיימים כיום.

במאמר קודם בחנו כמה זמן יקח להגיע לירח..לקחנו כדוגמה את החללית ניו הוריזונס שהמריאה בדרכה לצדק, וחלפה על פני הירח בתוך 8 שעות ו-35 דקות. הראנו כדוגמה הפוכה את החללית סמארט-1 שהונעה במנוע יונים ועברה בדיוק את אותו מרחק ב-13 חודשים. לפיכך אנו רואים כי יש לנו כמה אפשרויות לטיסה למרחקים קצרים. אנחנו יכולים כמובן גם להשתמש בטיסות בתוך מערכת השמש בצדק או בשבתאי שיתנו לנו דחיפה קלה. ואולם האם ניתן לבנות חללית יעודית שתבצע משהו יותר אקסטרים?

הכוכב הקרוב ביותר לכדור הארץ הוא השמש שלנו. היא נחשבת לכוכב ממוצע. השמש שלנו יציבה באופן מפתיעה ומספקת לכדור הארץ את אור השמש הנדרש לחיים להתפתח ולשגשג. אנו יודעים כי יש כוכבי לכת המקיפים כוכבים אחרים בקרבת מערכת השמש, אך האם הם יוכלו לתמוך בחיים באופן יעיל כמו השמש? בעתיד במידה והאנושות תרצה לעזוב את מערכת השמש, האם יהיה לנו מבחר של כוכבים שנוכל לנסוע אליהם, וכמה מהם יספקו את התנאים הנכונים לחיים לשגשג? אבל להיכן לנסוע וכמה זמן תארך הנסיעה לשם?

הבחירה הראשונה תהיה פרוקסימה קנטאורי, הכוכב הקרוב ביותר למערכת השמש ומהווה חלק ממערכת כוכבים משולשת בשם אלפא קנטאורי. פרוקסימה נמצא במרחק 4.22 שנות אור מכדור הארץ. אלפא קנטאוריהוא הבהיר מבין שלושת הכוכבים במערכת ולפיכך היא נקראת על שמו. אלפא קנטאורי עצמו והכוכב המלווה אותו קרוב נמצאים במרחק 4.37 שנות אור מכדור הארץ, אך פרקוסימה קנטאורי, העמום מכל השלושה, הוא ענק אדום מבודד במרחק 0.15 שנות אור מהזוג. ננסים אדומים מייצרים הרבה פחות אנרגיה מהשמש שלנו לפיכך אנו חייבים לחפש כוכבי לכת במסלול קרוב יותר לענק האדום כדי שיוכל לקיים חיים כפי שאנו מכירים אותם.

מסע בין כוכבי מעלה באוב כמה תיאוריות מוזרות באשר לטכנולוגיות שישמשו אותנו להגיע לשם. עיקום המרחב בנוסך מסע בין כוכבים ייצטרך להשאר בתחום המדע הבדיוני לעת עתה. סביר להניח כי מסע בין כוכבים ידרוש כיום דורות, לא ימים. לפיכך נתחיל עם אחת מהדרכים האיטיות למסע בחלל ונראה כמה יקח להגיע לפרוקסימה קנטאורי? זכרו, כרגע הכל ניחוש אין כרגע כל נקודת התייחסות אמיתית למסע כזה , בניגוד למסע לירח.

המסע האיטי – הנע יונים, 81 אלף שנים

הרעיון של הינע יוני הועלה במדע הבדיוני לפני עשרות שנים. בשנים האחרונות הטכנולוגיה עברה מהתאוריה למעשה בגדול. החללית סמארט-1 של סוכנות החלל האירופית לדוגמה השלימה בהצלחה משימה מסביב לירח לאחר שעשתה מסלול ספיראלי בן 13 חודשים מכדור הארץ. סמארט-1 התשמשה במנועי יונים המופעלים באנרגית השמש, כאשר האנרגיה החשמלית הדרושה להפעלת המנוע נקצרה מקולטי השמש. רק 82 קילוגרם של זנון נדרשו כדי להניע את סמארט-1 לירח, קילוגרם אחד של זנון סייע בהעלאת המהירות ל-45 מטרים לשניה. סוג יעיל מאוד של הינע, אך המחיר כמובן – באיטיותו.

אחת המשימות הראשונות שבהן נעשה שימוש בטכנולוגית הינע יוני היתה דיפ-ספייס 1 לשביט בורלי ב-1998. DS1 השתמשה גם במנוע יונים מונע זנון, שצרך 81.5 ק"ג של דלק. מעל 20 חודשים של הפעלת המנוע איפשרה לחללית להגיע למהירות של 56 אלף קמ"ש.
מנועי יונים הם איפוא יעילים ממנועים קונבציונליים ואולם לוקח להם הרבה יותר זמן להאיץ למהירות סבירה. מכיוון שהמהירות המרבית של חללית מבוססת מנוע יונים תלויה בכמות הדלק (זנון) שגם אם היא קטנה בהרבה מהכמות המקבילה הנדרשת של דלק קונבציונלי אך מספיק גבוהה כדי שתספיק לתקופות ארוכות וביכולת ייצור האנרגיה (למשל כור כוח גרעיני). אמנם אין עדיין חלליות בינכוכביות מונעות במנוע יוני, אך ניקח כנקודת התייחסות את החללית דיפ-ספייס-1 על אף שלא תוכננה לצאת ממערכת השמש.

בהמנחה ש-81.5 ק"ג של זנון איפשרו להגיע למהירות מרבית של 56 אלף קמ"ש, בהנחה שאין גורמים אחרים המשפיעים על המהירות כגון התקרבות לכוכבי לכת ושהמהירות תישאר קבועה לאורך כל המסע, יידרשו לדיפ-ספייס-1 לא פחות מ-81 אלף שנים לגמוע את המרחק של 4.3 שנות אור (1.3 פרסק) מכדור הארץ לפרוקסימה קנטאורי. כדי להכניס את התקופה הארוכה הזו לפרספקטיבה, מדובר ב-2,700 דורות אנושיים. לכן ניתן באורח קטגורי לומר שמשימה בין כוכבית מבוססת מנוע יוני תהיה איטית מכדי לשמש תשתית למשימה בין כוכבית. ואולם במידה ומנועי היונים יהיו גדולים וחזקים יותר, ניתן יהיה לקצץ בתקופה הארוכה הזו.

המהיר ביותר – סיוע כבידתי, 19 אלף שנה

משימת הליוס 2 בשנת 1976 שוגרה במטרה לחקור את התווך שבין 0.3 יחידות אסטרונומיות למסלול כדור הארץ. באותה התקופה הליוס 1 (שוגר ב-1974) והליוס 2 שברו את השיא של ההתקרבות הגדולה ביותר לשמש. ואולם עד היום הליוס 2 שומרת על השיא כחללית המהירה ביותר שטסה בחלל. הליוס 2 שוגרה באמצעות טיל טיטאן קונבציונאלי של נאס"א (החללית עצמהנבנתה בגרמניה), והוצבה במסלול אליפטי קיצוני סביב השמש. בשל האקסצנטריות (e=0.54) היא הקיפה את השמש ב-190 ימים, ובפרהיליון (הנקודה הקרובה ביותר) הגיעה מהירותה ל-240 אלף קמ"ש. המהירות המסלולית הושגה בזכות הדחיפה הכבידתית של השמש לבדה.

סיוע כבידתי הוא טכניקה שימושית מאוד להינע חלליות, בפרט אם משתמשים בכבידת כדור הארץ או כוכבי לכת מאסיביים כדי להאיץ את החללית למהירות גבוהה יותר. החללית וויאג'ר לדוגמה השתמשה בכוח המשיכה של צדק ושבתאי למהירותה הנוכחית 60 אלף קמ"ש. מהבחינה הטכנית מהירותה של הליוס 2 בפרהיליון איננה דחיפה כבידתית, זוהי המהירות המסלולית המרבית, אך היא עדיין מחזיקה בשיא של העצם המהיר ביותר מעשה ידי אדם.

לפיכך אם וויאג'ר 1 היתה נוסעת בכיוון של הננס האדום פרוקסימה קנטאורי יידרשו לה לא פחות מ-76 אלף שנים (או מעט יותר מ-2,500 דורות) לחצות את המרחק. ואם נצליח להגיע למהירות המרבית של הליוס 2, כזכור 240 אלף קמש- יקח לה להגיע 19 אלף שנים (מעל 600 דורות) לגמוע 4.3 שנות אור. ושוב, מהירויות אלה הן עדיין איטיות .

המהיר ביותר – הינע גרעיני, 85 שנים

אם נתעלם משיטות הינע שנמצאות תחת הכותרת מדע בדיוני (חורי תולעת, קפיצות חלל וטלפורטציה), נשארנו עם הינע גרעיני. באופן תיאורטי מנוע גרעיני יכול לשמש לשיטת ההינע המהירה ביותר (כיום משתמשים בטכנולוגיות גרעיניות לצרכי אספקת חשמל בחלליות בלבד). הרעיון להשתמש באנרגיה גרעינית להינע הועלה לראשונה ב-1947 וב-1958 הוסד פרויקט אוריון שנועד לחקור את המסע הבין כוכבי. בגדול, הפרויקט ביקש לנצל את הכוח של הפיצוצים הגרעיניים למסע בחלל כדי לספק לחללית דחיפה אדירה בדחף עצום וממוקד. זוהי ההתקדמות הגדולה ביותר להפיק אנרגיה מרבית מהדלק של החללית ולמזער את העלות ואת הטווח המרבי, ולפיכך דחף גבוה וממוקד יכול לאפשר חלליות מהירות יותר ובעלות טווח ארוך יותר בהשקעה המינימאלית.

ההסכם שאסר על ניסויים גרעיניים ב-1963 הוא הגורם לביטול פרויקט אוריון (בשל העובדה שכמות עצומה של פסולת גרעינית תידרש להישאב החוצה לחלל, אך אילו מהירויות יכולה לספק חללית בעלת הינע גרעיני? ההערכות מדברות על 5% ממהירות האור (5,400 מיליארד קמ"ש). בהנחה שהיא תוכל לנסוע כל הזמן במהירויות כאלה יקח לחללית כזו כ-85 שנה להגיע מכדור הארץ לפרוקסימה קנטאורי.
לסיכום, אם אתם מקווים לטוס לכוכב הקרוב בתקופת חייכם, התחזית איננה כל כך טובה. ואולם אם האנושות תבקש להקים תיבת נוח בין כוכבית המכילה קהילה המפרנסת את עצמה, היא יכולה להגיע לשם בפחות ממאה שנה, אם נפתח עבורה טכנולוגית פולסים גרעיניים. באופן כזה, צאצהיהם יוכלו לנחות על כוכב לכת המקיף את פרוקסימה קנטאורי (במרחק קרוב בהרבה מכדור הארץ). אך עד שלא נגיע לפריצות דרך במסע הבין כוכבי ואם המדע הבדיוני לא יהפוך למדע אמיתי, ניתקע עם התעבורה האיטית הזו לעתיד הנראה לעין, וכנראה גם לעתיד הרחוק.

לכתבה באתר יוניברס טודיי

באותו נושא:

‫תמונה עגומה של חורבן שצפוי לאנושות בשל החיבור בין איסלאם קיצוני לנשק גרעיני‬

‫אמנון כרמל‬ — Wed, 23 Jul 2008 21:06:39 +0000

ביקורת סם האריס - מהומת אלוהים - דת, טרור ועתיד התבונה, מאנגלית: יעל סלע-שפירו (הוצאת עברית בשיתוף כתר), 2007

עטיפת הספר מהומת אלוהים

האריס, פילוסוף שעובד על דוקטורט במדעי המוח, מביא כאן ספר חריף בצורה קיצונית, נוקב, מרתק וחשוב המציג את תפיסת העולם החילונית במלואה תוך שהוא משליך ללא היסוס את כל ה"פוליטיקלי קורקטנס" ומצליף את האמת המרה בפניו של הקורא. איש לא יוצא נקי ממנו - היהודים הדתיים ובמיוחד המתנחלים, הנוצרים האדוקים מימי האינקוויזיציה ועד ממשל בוש השמרני ובמיוחד המוסלמים להם מקדיש האריס את החלק הגדול ביותר בספרו תוך שהוא תוקף באופן חריף את יסודות האיסלאם שקוראים לכיבוש והשמדה של כל שאר הדתות. הוא וציטוטים רבים מתוך הקוראן המעידים כי האיסלאם איננה דת של שלום וכי אותם "קיצונים מוסלמים" אינם קיצונים למעשה אלא רק מי שבאמת ובתמים מאמין באיסלאם.

ברצוני לציין שאינני מסכים בהכרח עם כל הנאמר בספר, ולהזכיר כי הציטוטים שמובאים כאן הם ציטוטים מתוך הספר ועל דעת הסופר בלבד.

מהספר עולה תמונה עגומה של חורבן שצפוי לאנושות בעתיד הקרוב על ידי כלי נשק להשמדה המונית שיגיעו לידיהם של קיצונים דתיים איסלאמים. "תנו לאנשים תפיסות שונות, סותרות ובלתי ניתנות לבדיקה בקשר לעולם הבא, ואחר כך הכריחו אותם לחיות בצוותא על משאבים מוגבלים. התוצאה היא התופעה שאנו עדים לה: מעגל אינסופי של רצח והפסקות אש. ההיסטוריה מלמדת אמת אחת בלתי מעורערת, והיא שזלזול וחוסר עניין בראיות תמיד מוציאים מאתנו את הרע ביותר. הוסיפו לקלחת הזאת גם כלי נשק להשמדה המונית, והרי לכם מתכון לקריסתה של ציוויליזציה" (עמוד 23).

"אם לא נגיע לעידן שבו נסכים להודות לפחות בכך שאנחנו לא בטוחים שאלוהים חיבר את ספרי הקודש שלנו, אזי כל שיוותר לנו לעשות הוא לספור את הימים עד מלחמת גוג ומגוג - מפני שאלוהים נתן לנו הרבה יותר סיבות להרוג זה את זה מאשר להפנות את הלחי השנייה… כיצד אדם כלשהו מתיימר לדעת מהי הדרך שבה פועל היקום? מפני שכך נאמר בכתבי הקודש. איך אנחנו יודעים שלא נפלה אף שגיאה בכתבי הקודש שלנו? הספרים ע צ מ ם טוענים זאת. עננים כאלה של חוסר היגיון מחשיכים במהירות את עולמנו" (עמוד 33).

"עלינו להתחיל לדבר בגלוי על כך שמרבית אמונותינו הדתיות הן מגוחכות. עם זאת אני חושש ששעת הכושר לכך עוד לא הגיעה. משום כך, כל מה שאכתוב מעתה ואילך הוא בעצם מעין תפילה. אני מתפלל שיום אחד נוכל לחשוב בצלילות מספקת על העניינים האלה כדי שילדינו לא יהרגו זה את זה למען הספרים שלהם. ואם זה לא יקרה בחיי ילדינו, אני חושש שכולנו נאחר את המועד. מפני שלפגוש את הבורא לא היה קשה מעולם, אולם בתוך חמישים שנה, יהיה קל מידי לגרור לפגישה איתו את כל שאר העולם." (עמוד 47-48).

לגבי הדתיים (מכל הדתות) כותב האריס: "[ה]אמונה מסרבת לכוף את ראשה בפני ההיגיון כאשר א י ן לה סיבות טובות להאמין. לעומת זאת ברגע שמופיע בדל ראיה התומכת באמונתם, אוזניהם של המאמינים כרויות לנתונים לא פחות מן הארורים… שום שינוי שיחול בעולם או בהתנסויות שלהם, לא יוכל להוכיח להם שרבים מעיקרי אמונתם מופרכים. זוהי הוכחה לכך שהאמונות הללו אינן תולדה של בחינה של העולם או של עולם ההתנסויות שלהם. (הן "אינן בנות הפרכה" - infalseable - במושגיו של קרל פופר). נראה שאפילו השואה לא הצליחה לעורר ביהודים רבים ספקות בקיומו של אל טוב, מיטיב וכל יכול." (עמוד 66-67)

"האנשים שביצעו את מעשי הזוועה ב-11 בספטמבר…היו אנשים מאמינים - מאמינים באמונה שלמה, כך התברר - ואנחנו חייבים להודות סוף סוף שאדם כזה הוא אדם נורא". (עמוד 68).

"לאנשים המחזיקים באמונות רבות שאין להן בסיס רציונאלי אנחנו נוהגים לקרוא בכינויים מסוימים. כאשר האמונות שלהם רווחות מאוד, אנחנו קוראים להם "דתיים"; כל בעלי האמונות האחרות נקראים בדרך כלל "משוגעים", "פסיכופטיים" או "הוזים". מרבית המאמינים הם שפויים לגמרי, כמובן, אפילו אלה מהם שמבצעים זוועות בשם אמונותיהם. אבל מהו ההבדל בין אדם המאמין כי אלוהים יגמול לו בשבעים ושתיים בתולות אם יהרוג תריסר בני נוער יהודים, לבין אדם המאמין כי יצורים מאלפא סנטאורי שולחים לו הודעות על שלום עולמי דרך מייבש השיער שלו? יש הבדל כמובן, אבל הוא אינו מחמיא לאמונה הדתית…אנשים דתיים אינם משוגעים בדרך כלל, אך אמונות היסוד שלהם משוגעות לגמרי. זה לא מפליא, שכן מרבית האמונות רק קידשו כמה תוצרים של בערות וטירוף עתיקים, והנחילו לנו אותם כמו היו אמיתות קמאיות. כתוצאה מכך, מליארדים מאיתנו מאמינים בדברים ששום אדם שפוי לא היה מאמין בהם לבדו. למעשה, מערך האמונות שמרבית המסורות הדתיות שלנו מושתתות עליו הוא תסמין מובהק למחלות נפש." (עמוד 73).

"היהדות היא פלגנית מטבעה, מגוחכת בפרשנות המילולית שהיא מעניקה לכתבי הקודש שלה, ומנוגדת לתובנות התרבות המודרנית לא פחות מכל דת אחרת." יש לציין שבהמשך מביא דוגמאות שליליות רבות הרבה יותר לנצרות ובעיקר לאיסלאם ומציין כי היהדות היא דווקא כר הרבה פחות פורה לקיצוניות מיליטנטית ומזכיר כי אפשר להיות יהודי פעיל בלי להאמין באלוהים, בניגוד לאיסלאם ולנצרות.

בין השאר מזכיר האריס כי בנצרות יש פגמים רבים כמו למשל האמונה כי מריה (אמו של ישו) הייתה בתולה נובעת פשוט בעקבות טעות בתרגום של המילה "עלמה" מעברית ליוונית וכי הכנסייה זרעה שקרים זדוניים, יצרה את האינקוויזיציה, ציד המכשפות ושאר מוסדות רצחניים ואף סייעה לנאצים על ידי כך שנתנה להם את הרשימות הגניאולוגיות שלה שאיפשרו לנאצים להתחקות אחר השורשים המשפחתיים של כל אדם. לסיכום כותב האריס: "ההיסטוריה של הנצרות היא בעיקרה היסטוריה של הסבל והבערות של המין האנושי, ולא של אהבה האהבה ההדדית בינו לבין האל" (עמוד 112).

את הפרק הרביעי בספר מקדיש האריס לאיסלאם, וקובע חד משמעית כי "מלחמה ניטשת ביננו לבין האיסלאם. המלחמה איננה ניטשת ביננו לבין דת שוחרת שלום מטבעה ש"נחטפה" על ידי קיצונים, היא ניטשת ביננו לבין חזון החיים שהקוראן מכתיב לכל המוסלמים… כדי שנגיע לעתיד שבו המערב והאסלאם אינם ניצבים על סף השמדה הדדית, מרבית המוסלמים צריכים ללמוד להתעלם מחוקות דתם, כפי שלמדו מרבית הנוצרים, אולם לאור עיקרי האסלאם, שינו שכזה איננו מובטח." (ע"מ 115).

"לא ניתן להתעלם מכך שהאסלאם היא דת של כיבוש. העתיד היחיד שמוסלמים אדוקים יכולים לתאר לעצמם - כ מ ו ס ל מ י ם - הוא עתיד שבו כל הכופרים יתאסלמו, ישועבדו או ייהרגו… הג`יהאד הוא ציווי חד משמעי לכבוש את העולם. כפי שכותב ההיסטוריון ברנרד לואיס, "ההנחה היא שחובת הג`יהאד תימשך, וכי רק שביתות נשק יקטעו אותה, עד שהעולם כולו יאמץ את האמונה המוסלמית או ייכנע לשלטון האסלאם" (ע,מ 116-117).

ואז מגיע האריס לאחת הנקודות האקטואליות ביותר בספר:
"אמונותיהם של המוסלמים מהוות בעיה מיוחדת בתחום ההרתעה הגרעינית. אם נגיע לעימות של ממש עם משטר איסלאמיסטי שיהיה בעל נשק גרעיני ארוך טווח, קלושים הסיכויים שננהל נגדו מלחמה קרה. מלחמה קרה יכולה להתנהל רק כאשר סכנת המוות מרתיעה את שני הצדדים. תפיסות של שאהידיות וג`יהאד רומסות את הלוגיקה שאפשרה לארצות הברית ולברית המועצות להתנודד ביציבות יחסית על סף יום הדין במשך חצי מאה. מה נעשה אם משטר אסלאמיסטי, שעיניו מעלות לחלוחית למשמע אזכור של גן העדן, ישיג נשק גרעיני ארוך טווח? ההיסטוריה מלמדת שלא נוכל להרוס את ראשי הנפץ המאיימים באמצעות כלי נשק קונווציאונלים,.. הדבר היחיד שיוכל להבטיח את הישרדותנו הוא הנחתת המכה הגרעינית הראשונה. למותר לציין שזה יהיה פשע נורא… אך לנוכח אמונותיהם של האסלאמיסטים, יתכן שלא תהיה ברירה אחרת… אנו נושלך היישר למלחמה עם כל אומה מוסלמית המסוגלת להוות איום גרעיני. זה נשמע מטורף, אבל זהו תרחיש סביר המתאר כיצד חלק ניכר מאוכלוסיית העולם יושמד בגלל רעיונות, שמקומם הראוי הוא המדף שעליו עומדים כיום באטמן, אבן החכמים וחד הקרן. מוות של אנשים רבים כל כך למען מיתוס הוא אבסורד נורא… הגיעה העת להכיר בכך שלכל האנשים ההגיוניים יש אוייב משותף… אויבנו איננו אלא האמונה הדתית בכבודה ובעצמה" (ע"מ 136 - 138).

הספר ממשיך ותוקף בצורה חריפה את האדיקות הנוצרית של הממשל האמריקאי, את הרדיפות הדתיות המודרניות אחרי הומוסקסואלים ומריחואנה, את ההתנגדות הדתית לחקר של תאי גזע, הפלות ואמצעי מניעה, רצח על רקע "כבוד המשפחה" ונושאים רבים אחרים תוך שהוא ממשיך ומעקר את עקרונות האמונה והיסודות המופרכים שמאחוריה (לדבריו).

לסיום נותן האריס מענה לצרכים המוסריים והאנושיים שעומדים מאחורי האמונה, ומדגיש כיצד ניתן להישאר מוסריים ו"טובים" גם ללא אמונה באל כלשהו, בין היתר תוך התבססות על עקרונות בודהיסטים ותורות המזרח.

לדעתי האישית זהו ספר מעניין מאוד, קריא, חריף וחשוב, ולמרות שאין לי ספק שרבים מהרעיונות המועלים בספר יהיו שנויים במחלוקת, לדעתי הוא ספר חובה לכל מי שמעוניין להבין לעומק חלופות לתפיסות העולם המוכרות לנו ולקבל הבנה מעמיקה יותר מאחורי תפיסות דתיות המשפיעות על חיינו כמעט בכל מובן.

באותו נושא:

‫ננוטכנולוגיה, ביו-תרכובות וקרינה פועלים יחדיו במטרה "לבשל" תאי סרטן‬

‫דר. משה נחמני‬ — Wed, 23 Jul 2008 21:00:47 +0000

חוקרים בוחנים דרך חדשה להשמיד תאי סרטן באופן בררני באמצעות חיבור של נוגדנים מאתרי-סרטן לשפופרות פחמן זעירות המתחממות בחשיפה לקרן תת-אדומה-קרובה.

ננו שפופרות פחמן. מתוך ויקיפדיה

מדענים ביו-רפואיים מ- UT Southwestern Medical Center של אוניברסיטת טקסס ומומחי ננוטכנולוגיה מ- UT Dallas מתארים את ניסוייהם במחקר הזמין בכתב-העת Proceedings of the National Academy of Sciences. מדענים מסוגלים להשתמש בתרכובות ביולוגיות המכונות נוגדנים חד-שבטיים הנקשרים לתאי סרטן. נוגדנים אלו יכולים לפעול לבדם או להיקשר לתרופות נוגדות-סרטן חזקות, לאטומים רדיואקטיביים או רעלנים (toxins) לשם העברת חומרים הקטלניים לתאי הסרטן.

במחקר זה, החוקרים השתמשו בנוגדנים חד-שבטיים המוכוונים באופן בררני לאתרים מסוימים בתאי לימפומה (סרטן בבלוטות הלימפה) לשם כיסויים במבנים זעירים המכונים ננו-צינורות פחמן. ננו-צינורות פחמן הינם שפופרות קטנות ביותר של גרפיט המתחממות בחשיפה לקרן תת-אדומה-קרובה. סוג זה של קרינה, בלתי-נראית לעין אנושית, משמשת בשלט-רחוק של טלביזיה לעבור בין ערוצים שונים וניתנת לגילוי ע"י מכשירים לראיית-לילה. קרן מסוג זה יכולה לחדור דרך רקמה אנושית כארבעה סנטימטרים. בתרביות של תאי סרטן הלימפומה, הננו-צינורות המצופים בנוגדנים נקשרים לפני-השטח של התאים. כאשר תאי-המטרה נחשפו לאחר מכן לקרינה תת-אדומה קרובה הננו-צינורות התחממו ויצרו מספיק חום כדי "לבשל" את התאים הסרטניים ולהשמידם. ננו-צינורות שצופו בנוגדנים אחרים לא נקשרו לתאי-הסרטן ועל-כן גם לא הצליחו להשמידם.

"שימוש בקרינה תת-אדומה קרובה לשם קבלת יֶתֶר-חום קטלני ((hyperthermia יעיל במיוחד מכיוון שרקמות אנושיות לא סופגות חזק קרינה בטווח כזה," אומר ד"ר Ellen Vitetta, מנהל המרכז לאימונולוגיה ביולוגית של הסרטן באוניברסיטת UT Southwestern וכותב בכיר של המאמר. "ברגע שהננו-צינורות נקשרים לתאי-הסרטן ניתן להשתמש במקור חיצוני של קרינה תת-אדומה קרובה לשם חדירה בטוחה דרך רקמות בריאות וחיסול של התאים הסרטניים.

"הדגמה של חיסול בררני כזה הייתה מטרת המחקר הנוכחי. כבר עבדנו בעבר במשך שנים רבות עם שיטות ריפוי מוכוונות ואפילו אם ניתן להדגים רמת בררנות גבוהה כזו בצלחת מעבדתית, עדיין יש מהמורות רבות בהעברת השיטות החדשות הללו למחקרים קליניים. רק עכשיו התחלנו לבחון זאת עם עכברים, ולמרות שאין ביטחון כי זה יעבוד אנו אופטימיים מאוד."

השימוש בננו-צינורות פחמן לחיסול תאי-סרטן ע"י חום מקומי נבחן ע"י מספר קבוצות מחקר, אך המחקר החדש הינו הראשון להראות כי הן הנוגדנים והן הננו-צינורות שומרים על תכונותיהם הפיסיקליות ויכולותיהם – קישור וחיסול בררני של תאי המטרה בלבד. השיטה פעלה כראוי גם כאשר ההרכב נוגדן-ננו-צינורות מוקם במערך שנועד לחקות את התנאים בתוך הגוף האנושי. יישומים ביו-רפואיים של ננו-חלקיקים מושכים באופן הולך וגדל את תשומת-ליבם של מדענים קליניים וגם מדענים של מחקר בסיסי. אולם יש אתגרים לא מעטים בפיתוח מוצלח של חומרים ננו-רפואיים. אחד מהם הינו האפשרות שהננו-חומר החדש יוכל להזיק לתאים ואיברים בריאים. הדבר מצריך בחינה מעמיקה ומדוקדקת של השפעות הננו-חומרים על הגוף האנושי במטרה לאמוד את רעילותם. "ישנן גישות שכלתניות לשם זיהוי ומזעור רעילות בלתי-בררנית של הננו-חומרים המפותחים במחקרנו," אומר ד"ר Rockford Draper, ראש צוות המחקר מאוניברסיטת UT Dallas ופרופסור לביולוגיה מולקולארית.

להודעה של החוקרים

באותו נושא:

‫יישוב נוגה בערים צפות‬

‫Universe Today‬ — Tue, 22 Jul 2008 21:36:53 +0000

מדען בנאס"א ערך תרגיל מחשבתי ומצא שבנוגה לחץ האוויר וכוח המשיכה דומים לזה של כדור הארץ, אלא שצריך לטפס לגובה 50 קילומטר. כמובן שנדרשת סביבה סגורה המלאה באוויר כמו בכדור הארץ אלא שכדורים המלאים באוויר כזה יצופו

עיר צפה מעל נוגה. (איור: יוניברס טודיי)

לאנשים בקהילת החלל יש נטיה לפרוץ את גבולות הדמיון באשר ליכולות המצפות לנו ביקום. גרגורי לנדיס, מדען במרכז החלל גלן של נאס"א כותב מדע בדיוני בזמנו הפנוי. לאחרונה חלק לאנדיס את חזונו לשימוש במטוסים המונעים באנרגית השמש כדי לחקור את נוגה, והפעם הוא הולך צעד אחד קדימה (למעשה כמה צעדים קדימה) ומציע לישב לא פחות ולא יותר מאשר את כוכב לכת נוגה. כן, נוגה, שכננו החם, שסבל מאפקט החממה וללחץ שאי אפשר לעמוד בו על פני השטח, לא רק בני אדם גם כמה חללליות שנחתו על כוכב הלכת לא שרדו יותר מכמה דקות. לאנדיס אכן יודע שנוגה אינו מתאים למגורים, אבל בגובה של 50 קילומטרים מעל פני השטח, האטמוספירה של נוגה מזכירה את זו של כדור הארץ. לנדיס מציע לבנות ערים צפות על נוגה שבהם יוכלו אנשים לחיות ולעבוד כמו גם לחקור את כוכב הלכת שמתחתם.

"היו כבר אנשים שהציעו להקים מושבות בחלל, כמו למשל מושבות הנעות בחלל החופשי ומנותקות מכוכב לכת", אומר לנדיס. "אם נחשוב על העתיד הרחוק למה לא נחשוב על אפשרות פורצת דרך, או אולי יותר נכון לומר פורצת אטמוספירה.

כוכב הלכת נוגה. (צילום: נאס"א)

בגובה 50 קילומטרים, לנוגה לחץ אוויר של בערך אטמוספירה אחת וטווח טמפרטורות הנע בין אפס לחמישים מעלות צלזיוס, סביבה די נוחה לבני אדם. לא נידרש ללבוש חליפות לחץ, אך לא נוכל ללבוש בגדים רגילים עדיין נצטרך לנשום חמצן ולהגן על עצמנו מפני החומצה הגופרתית באטמוספירה.

באשר לנוגה, הדבר שהדהים את לנדיס היה שגוף המלא באטמוספירה ארצית של חנקן וחמצן יצוף באטמוספירה המורכבת ברובה מפחמן דו חמצני. "מכיוון שהאטמוספירה של נוגה מורכבת מפחמן דו חמצני, הגזים הדרושים לנו לחיים כמו חנקן וחמצן יהיו גזים קלים." בכדור הארץ אנחנו יודעים שכדי שמשהו יצוף הוא צריך להיות קל יותר מהאוויר. על נוגה אתה צריך משהו קל יותר – האוויר שלנו קל יותר מהאטמוספירה של נוגה.

לכן הדבר הטוב ביותר הוא לבנות בועה, למלא אותה באוויר של כדור הארץ ולהציף אותה על נוגה. הבעיה הגדולה ביותר תהיה למצוא חומרים המתנגדים לחומצה הגופרתית לצורך בניית השכבה החיצונית של הבועה, קרמיקה או סופלטים מתכתיים יכולים לעשות את העבודה, אך כמובן, לא נוכל להסתכל החוצה, "תחשבו איזה נוף יפה יש שם" אמר לנדיס.

בתשובה לשאלת יוניברס טודיי אם הוא ימליץ על הארצה של נוגה אמר לנדיס: "כמובן, זו אחת הסיבות לכך שהתחלתי לחשוב על ערים צפות. הארצה של כוכב לכת מסוגו של נוגה תהיה פרויקט קשה ולכן חיפשתי חלופות".

בשנת 1962 דיבר לראשונה קארל סייגן על התפיסה של הארצת נוגה, אך עדיין לא היה ידוע כמה הדבר יהיה קשה. "הם לא ידעו אז כמה קשה נוגה, לא היה להם מושג על הרכב האטמוספירה של נוגה וכמה חם שם. הם לא ידעו מה צפיפותה של האטמוספירה." אמר לנדיס. "הם ידעו כי מתקיים בנוגה אפקט החממה, אך הם לא ידוע עד כמה הוא גרוע אך ככל שנעבוד יותר על הבעיה, כך אנו בטוחים יותר כי זו בעיה קשה. ואולם לנדיס סבור כי בנוגה יש סביבה טובה לבני אדם. "בנוגה יש בעיה אם מגדירים את גובה פני הים כמקום באטמוספירה שנמצא בגובה פני הים. בנוגה, גובה פני הים פשוט נמצא גבוה מעל הקרקע.

בעוד תוכניותיו של לנדיס להטסת מטוס המונע ברוח השמש שייפרד מהחללית שתביא אותו ויסייר באטמוספירת נוגה נבחנות כאפשרות רצינית. ההצעה שלו לישוב כוכב לכת זה היא הרבה יותר ספקולטיבית. "מדובר בתרגיל מחשבתי", אמר לנדיס. "תרגיל בדמיון יותר מאשר משהו שנראה בעתיד הקרוב. אני אינני מצפה שבני אדם יבנו ערים על נוגה, לפחות לא במאה הנוכחית."

באותו נושא:

‫בדיקה חדשה מאפשרת גילוי קל יותר של הפרות שימוש בסמים בספורט‬

‫דר. משה נחמני‬ — Tue, 22 Jul 2008 21:17:40 +0000

בדיקת ספקטרוסקופיית-מסות חדשה תוכל לעזור לפקחים על שימוש בסמים לגלות אם ספורטאי השתמש בסמים המגבירים את רמות הסטרואידים הטבעיים בגופו, כנראה שעדיין לא ייעשה בו שימוש באולימיפיאדת בייג'ינג

ספורט חופשי מסמים

בדיקת ספקטרוסקופיית-מסות חדשה תוכל לעזור לפקחים על שימוש בסמים לגלות אם ספורטאי השתמש בסמים המגבירים את רמות הסטרואידים הטבעיים בגופו. הבדיקה יותר רגישה יחסית לשיטות חלופיות קודמות, ומסוגלת לגלות טוב יותר כימיקלים חשודים מסוימים בגוף, במהירות ובאופן המתאים לציוד מעבדתי רגיל לבדיקת-סמים.

אחד מתפקידיו של ההורמון הזכרי טסטוסטרון הינו להגדיל את גודלו וחוזקו של השריר. נטילת תוספת טסטוסטרון, או כימיקל אחר שהגוף יכול לנצלו להפקת טסטוסטרון, תוכל על-כן להגביר את ביצועיו של הספורטאי. בשל כך כל נטילת תוספות של החומר נאסרה ע"י הסוכנות העולמית נגד סמים בספורט (World Anti-Doping Agency, WADA).

רמת הטסטוסטרון המדויקת משתנה באופן ניכר בין אנשים שונים, כך שבדיקה פשוטה של רמת הטסטוסטרון הכללית בשתן של ספורטאי לא יכולה לקבוע אם ניתנה תוספת חיצונית של טסטוסטרון. אולם, קיים בגוף כימיקל שני בשם אפיטסטוסטרון (epitestosterone) המצוי באופן טבעי בכמות השווה לכמות הטסטוסטרון. השוואת יחסי הכמויות בין שני חומרים אלו תוכל להצביע אם אכן הוכנס לגוף טסטוסטרון או קודמן (precursor) שלו. המגבלה הינה בעובדה כי לא קל למדוד את שני החומרים הללו, בעיקר מכיוון שהם מצויים בשתן בריכוזים מאוד נמוכים.

צוות של מדענים מהמכון לחקר רפואת הספורט אשר באוניברסיטת יוטה פיתחו בדיקה המשתמשת בכרומטוגרפיה נוזלית מצומדת לספקטרוסקופיית-מסות. לשיטה זו רגישות גבוהה ביותר (עד כדי 1 ננוגרם/מילימטר) המחזקת את הכלים העומדים לרשותם של הפקחים במדידת שני החומרים בדגימת ספורטאים. "בעקבות פיתוח השיטה שלנו נוכל לקבוע את היחס המדויק בין טסטוסטרון לאפיטסטוסטרון בדגימת שתן ברמת אמינות גבוהה יותר ומכאן – נהיה בעמדה טובה יותר להצביע על הפרות בשימוש בסמים מבלי להאשים לשווא ספורטאים חפים מפשע," מסביר החוקר הראשי ד"ר Jonathan Danaceau. בנוסף לרגישותה הגבוהה יותר, הבדיקה גם הרבה יותר מהירה ואמינה, מוסיפים החוקרים.

ככל הנראה, מדובר במכשיר נסיוני ולא ברור אם ייעשה בו שימוש כבר באולימפיאדת בייג'ינג, הצפויה להפתח בעוד שבועות אחדים, ב-8 באוגוסט 2008.

להודעה של החוקרים

באותו נושא:

‫זה מסתובב‬

‫מגזין מכון ויצמן‬ — Tue, 22 Jul 2008 21:11:36 +0000

חיידקים, כמו בני-אדם, באים למקום שטוב להם בו, ובורחים ממקום שבו הם עלולים להיפגע. איך הם עושים זאת?

כאשר מוציאים מהחיידקים את הגן המאפשר את ייצור האנזים פומראט רדוקטאז, נפגעת יכולתם לייצר שוטונים (במרכז). לעומת זאת, החיידק הטבעי מייצר, בממוצע, ששה שוטונים (משמאל). החזרת הגן, בשיטות של הנדסה גנטית, החזירה - לפחות באופן חלקי - את היכולת לייצר שוטונים (מימין)

הגודל אכן קובע. בעולם המדע והטכנולוגיה, קטן יותר הוא יעיל יותר, ולכן נחשק יותר. המושג "ננו-טכנולוגיה" שגור כיום בפיהם של רבים, אבל אחת הננו-מכונות המעניינות והנחקרות ביותר פותחה דווקא על-ידי חיידק. מדובר במנוע אשר מניע את השוטון - איבר התנועה של החיידק. באמצעות שינוי כיוון הסיבוב של המנוע משנה החיידק את כיוון השחייה שלו בהתאם לגירויים המתקבלים מהסביבה, וכך, למשל, הוא נע לעבר מקורות מזון, או מתרחק מחומר רעיל.

אחת משאלות המפתח היא, כיצד נעשה שינוי כיוון הסיבוב של השוטון. תיבת ההילוכים שעושה זאת היא מתג בבסיסו של המנוע, אולם מנגנון פעולתו עדיין אינו ידוע. מחקר של פרופ' מיכאל אייזנבך וחברי קבוצת המחקר שלו, מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, מגלה שחקן חדש ומפתיע אשר משתתף בפעולת המתג. מתברר כי אנזים מסוים, אשר מוכר בשל תפקידו בתהליכי הנשימה התאיים בתנאי חוסר חמצן, הוא גורם חיוני בהיווצרות השוטון וביכולת התנועה של החיידק. ממצאי המחקר פורסמו באחרונה בכתב-העת של הארגון האירופי לביולוגיה מולקולרית (EMBO Journal).

בחיידקים מסוג E.Coli, ובחיידקים דומים לו, המתג עשוי להמצא באחד משני מצבים, המאפשרים סיבוב עם כיוון השעון או נגדו. באופן רגיל מסתובבים כל השוטונים (כששה בכל חיידק) באלומה אחת נגד כיוון השעון, כך שהחיידק שוחה קדימה. הסטה של ידית ההילוכים גורמת להיפוך כיוון הסיבוב של השוטונים, וכתוצאה מכך החיידק מבצע פנייה. הסטה כזו נעשית בתגובה לגירויים חיצוניים. אולם כיצד בדיוק היא נעשית?

מימין: ד"ר גלית כהן בן-לולו, פרופ' מיכאל אייזנבך ופרופ' רוז ג'ונסטון. כיוון התנועה

מחקרים קודמים במעבדתו של פרופ' אייזנבך זיהו מולקולה מסוימת, הקרויה פומראט, כגורם המאפשר את הסטת המתג. בעבודה הנוכחית ניסו החוקרים לזהות את הרכיב במתג אליו נקשר פומראט. לאחר שלא מצאו כל עדות לקישור כזה בחלבוני המתג המוכרים, גילו החוקרים כי קיים מרכיב נוסף שנקשר למתג, וכי רכיב זה - האנזים פומראט רדוקטאז - הוא הקושר את מולקולת הפומראט ומאפשר את הסטת המתג. מדובר בגילוי מפתיע - עד כה היה ידוע שהאנזים הזה ממלא תפקיד בתהליכי הנשימה התאיים, בתנאים של חוסר חמצן. ממצאים אלה חושפים תפקיד חדש ובלתי מוכר של אותו אנזים, דווקא בנוכחות חמצן, כאשר נוכחות האנזים בתא היא נמוכה.
ההפתעה גדלה כאשר החוקרים מצאו, כי כאשר הם מוציאים מהחיידקים את הגן המאפשר את ייצור האנזים, נפגעת לא רק יכולתם של החיידקים להסיט את המתג, אלא גם יכולתם ליצור שוטונים.

פרופ' אייזנבך סבור כי ממצאים אלה הם רק קצה הקרחון, וכי חלבונים נוספים עשויים להיות קשורים ודרושים לפעילות המתג. הגילויים לא רק שופכים אור על אחת מהתעלומות הוותיקות בתחום, אלא גם פותחים מספר שאלות - האם ייתכן כי קיים קשר בין שני תפקידיו של האנזים? כיצד בדיוק גורם הקישור בין מולקולת הפומראט לבין האנזים להסטת המתג? וגם - עד כמה נפוץ המנגנון שהתגלה בחיידקי E.Coli, בחיידקים נוספים? לשאלות אלה מקווה פרופ' אייזנבך למצוא מענה במחקריו העתידיים.

המחקר בוצע על-ידי תלמידת המחקר גלית כהן בן-לולו. תרמו לו גם ד"ר יעקב דוידוב ותלמידי המחקר קרישנה פרשד ויעל שגיא מקבוצתו של פרופ' אייזנבך; ד"ר אייל שמעוני מהיחידה למיקרוסקופיית אלקטרונים וד"ר דרור נוי מהמחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע; כן השתתפו במחקר פרופ' רוז ג'ונסטון, מדענית אורחת מאוניברסיטת מק'גיל במונטריאול, ותרמו לו גם ד"ר נורין פרנסיס מאוניברסיטת ברנדייס, ופרופ' גארי צ'קיני מאוניברסיטת קליפורניה בסן-פרנסיסקו.

באותו נושא:

‫האם היקום שלנו נשלט ע"י תבונה מלאכותית?‬

‫Universe Today‬ — Mon, 21 Jul 2008 21:22:12 +0000

מדען בנאס"א מציע לחפש רובוטים חייזרים ולא את החייזרים עצמם שכבר מזמן עברו את השלב הביולוגי

פרייזר קיין, עורך יוניברס טודיי

רובוט חייזר

המדע הבדיוני מלא בחייזרים מסוגים שונים אך פרט לרובוט מקרי כזה או אחר, החיים הביולוגיים שולטים בכיפה. ואולם מדען בנאס"א, ד"ר סטיבן דיק, רואה יקום עתידי שהתפתחותו עברה את שלב הביולוגיה. כאשר כל התבונה היא תבונה מלאכותית.

האם תבונה מלאכותית מתקיימת מחוץ לכדור הארץ? זו אחת השאלות המאתגרות ביותר שבני האדם שאלו אי פעם. ההשלכות של גילוי תבונה מלאכותית שאינה מתוצרת כדור הארץ, יתפשטו לכל תחומי החיים והחברה אנושית, ומפגש עם תרבות שונה יהיה אפילו מאתגר יותר. ואולם האם התבונה המלאכותית נפוצה ביקום, או שמא החיים הביולוגיים על כדור הארץ הם רק שלב אחד בהתקדמות הטכנולוגית?

במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת אקטה אסטרונאוטיקה, תחת הכותרת "היקום הפוסט-ביולוגי" מעיר דיק כי כל חיפוש אחר חיים תבוניים יוצא מתוך הנחה שהחיים יהיו ביולוגיים ועדיין, כאן על כדור הארץ אנו יכולים לראות כי החיים התבוניים מפתחים כלים יותר ויותר מתקדמים במשך הזמן וכלים אלה יובילו בסופו של דבר לתבונה מלאכותית שתעלה על יוצרה.

אם החייזרים נמצאים שם, הם קרוב לודאי יחיו בתרבות עתיקה בהרבה מזו שלנו ויעברו מהביולוגיה לטכנולוגיה. מרבית העולמות שם הם כבר פוסט-ביולוגיים. מדענים רבים טוענים כי ישנן תרבויות עתיקות מזו שלנו. הכוכבים הראשונים העשירים במתכות, שמקיפים אותם כוכבי לכת ארציים נוצרו מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול, כלומר לפני 12.5 מיליארד שנים. אם נדרשו לחיים התבוניים על כדור הארץ כ-5 מיליארד שנים להתפתח, והמצב יהיה זהה בכוכבי לכת אחרים, עדיין ישנו טווח רחב של 7.5 מיליארד שנים שבהם היה לחייזרים זמן להתפתח לפנינו. הרבה זמן בשביל ליצור תבונה, ולעבור לשלב התבונה המלאכותית.

ההתפתחות התרבותית היא תוצאה בלתי נמנעת של האבולוציה, לא רק בני אדם אלא גם בעלי חיים רבים כגון השימפנזים הרו כי הם מסוגלים לפתח טכנולוגיה, לשפר אותה ולהעביר אותה מדור לדור.

להלן כמה ציטוטים מהמאמר: "האנס מואראבק, מחלוצי התבונה המלאכותית ומומחה לרובוטיקה בקרנגי מלון, צפה כי 'מה שמצפה לנו הוא עתיד שמנקודת המבט של ההווה יכול להיות מתואר בדרך הטובה ביותר כ-פוסט ביולוגי, או אפילו על טבעי. זו מילה שבה בני האדם נסחפו בזרם השינויים התרבותיים, וצאצאיהם הסתגלו טוב יותר'. המכונות, חוזה מוראבק, יחליפו בסופו של דבר אותנו וישתחררו מהקצב האיטי של האבולוציה הביולוגית."

כיצד יכול הדבר לשנות את דרך החיפוש של חייזרים? ובכן, כאשר מחפשים רובוטים אפשר לחפש בכל מקום, ולפיכך מציע דיק כי קהילת SETI תשקול לחפש אותות גם במקומות שאינם נוחים לחיים אך יש בהם מצאי משאבים מתאים לרובוטים, ולאו דווקא על כוכבי לכת אחרים. רובוטים יחפשו מקומות שיספקו להם חומרי גלם ואנרגיה, חישבו על קוואזרים ולאו דווקא על כוכבי לכת מיושבים.

יצורים פוסט-ביולוגיים לא יתעניינו בשיחה איתנו, היצורים הביולוגיים אך יהיה לנו קל ליירט את התקשורות שלהם אם נדע היכן לחפש. דיק גם סבור כי היצורים הפוסט-ביולוגיים עשויים גם להתעניין בקליטת התקשורות שלנו שילמדו אותם עלינו. אנו צריכים לשקול מהם התכנים שכדאי לכלול במסרים המיוחדים שנרצה לשדר לתרבות תבונה מלאכותית. כמובן ההבדלים בין המוח שלנו לבין המוחות שלהם עשויים להיות כה גדולים עד שתקשורת תהיה בלתי אפשרית. אך לא מזיק לנסות.

למאמר בכתב העת אקטה אסטרונאוטיקה

באותו נושא:

‫מהמוח לגוף – מדוע אנו חולים במצבי לחץ?‬

‫רועי צזנה‬ — Mon, 21 Jul 2008 21:11:46 +0000

חוקרים הצליחו לחשוף את הקשר בין מצבי לחץ ועקה לירידה בפעילות מערכת החיסון וחשיפה מוגברת למחלות. האשם : הורמון הקורטיזול

הכרומוזומים (בכחול) מסתיימים בקצוות המגוננים עליהם, הנקראים טלומרים (בצהוב). הטלומרים קצרים יותר באנשים הנמצאים במצב לחץ כרוני. מחקר חדש מציע שקורטיזול הוא האחראי להתקצרותם בטרם-עת של הטלומרים

ב- 1955 איחד הנרי ביצ'ר את תוצאותיהם של 15 מבדקי תרופות קליניים, והגיע למסקנה שזעזעה את עולם הרפואה. מתוך 1,082 מטופלים, למעלה משליש החלימו ממחלותיהם לאחר שקיבלו – לא יותר ולא פחות - גלולת סוכר. ביצ'ר טבע את מונח הפלסבו, המשמש עד היום כדי להסביר כיצד אנשים יכולים להבריא מטיפולים שמעולם לא הוכחו כיעילים מדעית, כהומאופתיה והילינג. רבים טוענים כי אפקט הפלסבו מייצג את הקשר ההדוק שבין המוח לגוף, וכי עצם האמונה בכוחה של התרופה גורם לגוף להתחיל בתהליך הריפוי העצמי.

למרות שטרם התגלה המנגנון המדוייק בו משפיע הפלסבו על הגוף, ידוע כיום כי לחץ וחרדה יכולים לפגוע בתפקודה של מערכת החיסון. תאי הדם הלבנים של הגוף מהווים חלק חשוב במלחמה בזיהומים מבחוץ ובסרטן מבפנים, אך הדנ"א של כל תא מכיל 'שעוני עצר' פנימיים הנקראים טלומרים. הטלומרים מתקצרים בכל חלוקה, וכאשר הם נהיים קצרים מדי, התא אינו מסוגל להמשיך להתחלק ופעילות מערכת החיסון יורדת.

תאי הדם הלבנים מכילים אנזים בשם טלומראז, המסוגל 'לאפס' את שעון העצר ולהאריך את הטלומרים. במצבי לחץ ועקה פעילותו של האנזים יורדת בתאי הדם הלבנים, וכתוצאה נפגעת גם יכולתם להתחלק ולהילחם בסכנות הטמונות לגוף. במידה ומצב זה נמשך לאורך זמן, התאים עשויים להזדקן ולמות.

במחקר שהתפרסם במאי 2008, הצליחו חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה לוס-אנג'לס לעמוד על המנגנון המדוייק באמצעותו משפיע מצב הרוח על הטלומראז ועל מערכת החיסון. החוקרים הצליחו להראות כי קיים קשר ישיר בין רמת הפעילות של הטלומראז לבין רמת הקורטיזול מסביב לתאים. הקורטיזול הוא הורמון המשוגר לדם בתנאי עקה, ומסתבר כי הוא מסוגל גם לדכא את מערכת החיסון.

"כאשר הגוף נמצא בתנאי לחץ, הוא מגביר את יצור הקורטיזול כדי לתמוך בתגובת 'ברח או נשך'," הסבירה ריטה ב. אפרוס, פרופסור לרפואה פתולוגית ומעבדתית בבית הספר לרפואה על שם דויד גפן באוניברסיטת קליפורניה לוס-אנג'לס. "אבל אם ההורמון נשאר ברמה גבוהה בזרם הדם למשך תקופה ארוכה, הוא יכלה את מערכת החיסון."

המחקר מסביר מדוע אנשים השרויים בלחץ נפשי חשופים יותר למחלות. הוא יכול גם להסביר מדוע אנשים שהולכים לטיפולים רפואיים לא-קונבנציונליים, כגון הילינג, הומאופתיה ודומיהם, מוצאים מזור למחלותיהם. גם אם הטיפול עצמו אינו אפקטיבי, הוא מספק למטופל תחושת בטחון שהרפואה הקונבנציונלית אינה תמיד מספקת, ובכך גורם ליציאה ממעגל הלחץ שמביא להפרשת הקורטיזול.

תוצאות המחקר עשויות להוות את הבסיס לסוג חדש של תרופות. "אנחנו בודקים דרכים תראפוטיות להגברת רמות הטלומראז, על מנת לסייע למערכת החיסון להתגונן מהשפעת הקורטיזול." אמרה אפרוס. "אם נצליח, יתכן שיום אחד תהיה גלולה שתחזק את יכולתה של מערכת החיסון לעמוד במצבי לחץ רגשי כרוניים."

המחקר התפרסם במאי האחרון בכתב העת המדעי 'מח, התנהגות ומערכת החיסון' (Brain, Behavior and Immunity). הכותבת הראשית היא ג'ני צ'וי, ואיתה השתתפו גם סטיבן ר. פאוס וריטה ב. אפרוס.

לידיעה באתר UCLA

באותו נושא:

‫הפתעות בגראפן: מדידות מדויקות חושפות מאפיינים בלתי-רגילים‬

‫דר. משה נחמני‬ — Mon, 21 Jul 2008 21:00:49 +0000

הגארפן הינו צורה גבישית דו-מימדית של פחמן: שכבה יחידה של אטומי פחמן המאורגנים במבנה של משושים, בדומה לתיל בעל רישות משושה. כעצמים בלתי-תלויים, אף אחד לא האמין שהם ניתנים לייצור – אפילו לא לקיום – עד הרגע שבו פיסיקאים מאוניברסיטת מנצ'סטר הצליחו לייצרם הלכה למעשה בשנת 2004. עכשיו מיעדים לחומר זה תפקיד חשוב בהאצת המיחשוב

גראפן הוא גביש דו ממדי של חלקיקי פחמן. צילום: מעבדות לורנס ברקלי

חוקרים במחלקה למקורות אנרגיה מתקדמות (ALS), מהמעבדה הלאומית שבאוניברסיטת קליפורניה בסן-דייגו (UCSD), הצליחו למדוד עתה תכונות בלתי-רגילות של הגראפן ברמת דיוק שלא הושגה מעולם. התוצאות מאששות רבים מהמאפיינים המוזרים של החומר הבלתי-רגיל הזה, אך חושפות גם סטיות משמעותיות מהתחזיות התיאורטיות לגביו. הן גם מורות על המסלול ליישומים מעשיים שלו, כגון מאפננים (modulators) אופטיים ברי-כוונון לתחומי התקשורת והננואלקטרוניקה.

תכונות אלקטרוניות מבטיחות של גראפן

צורת הפחמן המוכרת מעפרונות, הגרפיט, בנויה משכבות המכילות טבעות בעלות שישה פחמנים (משושה) בצורה בה כל פחמן מחובר לשלושה פחמנים אחרים בקשרים חזקים (קוולנטים). השכבות מרוחקות אחת מהשנייה ומחוברות ביניהן באמצעות קשרים רופפים (ואן דר ואלס), מה שגורם לגרפיט להיות רך. בין השכבות מצויים אלקטרונים ניידים (האלקטרון הרביעי הלא קושר בקליפה של כל אטום פחמן) ומאפשרים מוליכות חשמלית. מאחר והשכבות מסוגלות לנוע בקלות אחת מעל השנייה, הגרפיט הוא חומר-סיכה מעולה.

באותו נושא: שיטת גיבוש חדשה

למעשה, שכבות גרפיט אלו הינן הגראפן, למרות שלפני 2004 הן לא נצפו באופן מבודד. מרגע שקיומו אושש, החוקרים החלו במרוץ מחקרי נרחב, תוך שהם מעודדים מתכונותיו האלקטרוניות הבלתי-צפויות של החומר החדש. המחקרים החלו והם נמשכים מאז ללא הפוגה. "תכונותיו האלקטרוניות המיוחדות של הגראפן נובעות מהעובדה כי לאטום הפחמן ישנם ארבעה אלקטרונים, שלושה מיהם קשורים האחד לשני," אומר החוקר. "אך האלקטרון הבלתי-קשור הרביעי מצוי באורביטלים המשתרעים בניצב למישור, מעליו ומתחתיו, וההיברידיזציה שלהם מתפרסת על פני כל משטח הגראפן." בהיותו גביש, גראפן דו-מימדי שונה מאוד מחומרים תלת-מימדים כגון צורן.

במוליכים-למחצה וחומרים נוספים, נשאי-מטען חשמלי (אלקטרונים ו"חורים" המנוגדים להם) מגיבים עם השדה המחזורי של הסריג האטומי לקבלת "דמויי-חלקיקים" (quasiparticles, התרחבות המתנהגת כחלקיקים ממשיים). אך מצב זה בגראפן לא דומה כלל למקבילו במוליכים-למחצה טיפוסיים. האנרגיות של דמויי-חלקיקים אלו במוצק תלויות בתנע (momentum) שלהם, יחס המתואר באמצעות פסי-אנרגיה. במוליך-למחצה תלת-מימדי טיפוסי, פסי-האנרגיה הינם "פאראבוליים" (parabolic) – עקומה שבה קיים פס-ערכיות מלא בתחתיתה (בצורה הדומה לסטאלאגמיט מישורי, פחות או יותר, בשיא), בעוד שבראשה קיים פס-הולכה ריק מנוגד (בצורה הדומה לסטאלאקטיט מישורי, פחות או יותר בתחתית); וביניהם פס-מרווח ריק, המייצג את כמות האנרגיה הנדרשת להעביר אלקטרון מפס-הערכיות לפס-ההולכה.

גראפן

אולם, שלא בדומה למוליכים-למחצה טיפוסיים, עקומות של פסי-הערכיות ופסי-ההולכה בגראפן דומות לחרוטים חלקים-בצידם המצטלבים בנקודה אחת, המכונה "נקודת דיראק" (Dirac point). אלו מתארות את יחס תנע-האנרגיה של דמויי-החלקיקים כאילו התנהגו כאלקטרונים חסרי-מסה, חלקיקים המכונים "פרמיונים של דיראק" (Dirac fermions), הנעים במהירות קבועה, קטנה ממהירות האור. תוצאה מעניינת אחת של מבנה פסי האנרגיה המיוחד הזה בגראפן הינה בעובדה שהאלקטרונים בו דיי חופשיים, אומר החוקר הראשי. שלא בדומה לאלקטרונים בחומרים אחרים, האלקטרונים בגראפן "נעים" באופן בליסטי – ללא כל התנגשויות – דרך מרחקים גדולים, אפילו בטמפרטורת החדר. כתוצאה מכך, היכולת של האלקטרונים בגראפן להוליך זרם חשמלי גבוהה יותר פי עשר עד מאה מאשר במוליכים-למחצה טיפוסיים אחרים, כגון סיליקון. עובדה זו הופכת את הגראפן למועמד מבטיח מאוד ליישומים אלקטרוניים עתידיים. "באמצעות הפעלת זרם דרך גראפן שהוכנס להתקן חשמלי ניתן לשלוט באופן רציף על צפיפות נשאי-המטען ע"י שינוי הזרם המופעל, ומכאן לשלוט במוליכות", אומר החוקר הראשי לי. זו התכונה הייחודית המאפשרת יישומים מבטיחים בשימוש בגראפן.

ניסוי יוצא-דופן

מאחר וקשה מאוד לייצר גראפן ויותר מכך לטפל בו, רוב הניסויים התבצעו לא על המשטחים החופשיים עצמם אלא על שני סוגים של דגימות גראפן: "קליפת גראפן" (exfoliated graphene), ה"מודבקת" לתחמוצת צורן/מצע צורן, וגראפן אפיטאקסיאלי (epitaxial), שכבה של אטומי פחמן הקשורים כימית למצע מתאים של צורן קרבידי (silicon carbide). "שני סוגים אלו של משטחי גראפן שונים במהותם," אומר החוקר לי. ברוב המחקר הניסויי במאיץ חלקיקים על גראפן אפיטאקסיאלי השתמשו בטכניקה הידועה בשם ARPES, angle-resolved photoemission spectroscopy. "במחקר שלנו, הניסויים בוצעו על גראפן מודבק באמצעות מיקרוסקופיה ספקטראלית באורך-גל תת-אדום."

גרפית

החוקר מסביר שמדידות באורכי-גל תת-אדום יכולות לבדוק את תכונות הדינאמיקה של קוואזי-חלקיקים לאורך טווח אנרגיות רחב, ומכאן – יכולות לספק חלק מהמידע המסקרן ביותר בנוגע לאופיים האלקטרוני של חומרים, כדוגמת אורך חייהם של האלקטרונים ויחסי-הגומלין ביניהם. "מדידות כאלו לא בוצעו בעבר על גראפן מודבק, מכיוון שקשה מאוד למדוד את הבליעה של אור בשכבה יחידה של גראפן." לשם מדידה מדויקת של התנהגות הגראפן בתגובה לקרינה תת-אדומה וביחס לשינויים בזרם המופעל עליו, החוקרים נזקקו לדגימות גראפן מודבק שחוברו לאלקטרודות. הם השתמשו בפתיתים של חד-שכבות אטומיות של גראפן בגודל של 50 מיקרומטרים ריבועיים. הדגימות הונחו מעל (ללא קישור כימי) שכבה מבודדת של תחמוצת צורן ושכבה נוספת של צורן טהור. מצע שקוף זה משמש כאלקטרודת שער (gate electrode). כל המערכת קוררה ל- 45 מעלות קלווין.

"לשם מדידת הבליעה של הקרן התת-אדומה באמצעות גראפן טבעי וגראפן שהונח באופן אלקטרוסטאטי, כלומר לא קשור כימית, כמו זה הקיים באלקטרודה, נדרשנו לעוצמה ומיקוד של קרינה שמקורה במאיץ חלקיקים באורכי-גל תת-אדום," אומר מיכאל מרטין, אחד מהחוקרים. "האלומה, שקוטרה לא יותר מעשרה מיקרומטרים, כוונה לנקודות שונות לאורך ורוחב הדגימה, ובכך אפשרה לנו למדוד באופן ישיר את המוליכות האופטית של החומר." המילה "אופטי" במושג "מוליכות אופטית" מתייחסת לתדירות הגבוהה של האור, בניגוד לתדירות הנמוכה מאוד של זרם החילופין הביתי (AC). החוקרים יצרו השראה חשמלית חילופית בתדירות האופטית של דגימות הגראפן באמצעות האלומה בתת-אדום ושינו את המתח דרך האלקטרודות. שינויים אלו במתח הביאו לשינויים במוליכות ובצפיפות נשאי-המטען החשמלי בדגימות, והשפיעו ישירות על ההחזרה והבליעה של האור.

בכך הראו החוקרים שניתן לכוונן באופן מבוקר את תכונותיו האלקטרוניות של הגראפן. "במערכת אלקטרונית טיפוסית כמוליכים-למחצה, "אנרגיית פרמי" – האנרגיה של נשאי המטען במצב הקוונטי המאוכלס הגבוה ביותר באפס המוחלט – מתכונתית לצפיפות הנשאים," אומר לי. "אולם במערכות של פרמיונים של דיראק דו-מימדיים, אנרגיית פרמי מתכונתית לשורש הריבועי של צפיפות הנשאים." החוקרים אכן צפו בתלות השורש הריבועי של הצפיפות הייחודית הזו באנרגיית הפרמי, ומכאן הוכיחו כי האלקטרונים בגראפן אכן מתנהגים כפרמיונים של דיראק. החוקרים חזו בתלות שורש ריבועי זו של אנרגיית הפרמי בצפיפות הנשאים, ומכאן אוששו את ההנחה כי האלקטרונים בגראפן אכן מתנהגים כפרמיונים של דיראק. על-כן, רבים ממאפייניו החזויים של הגראפן ע"י התיאוריה אוששו בניסויים אלו, ונמדדו ברמת דיוק שלא הושגה בעבר.

הפתעות בגראפן

תוצאות אחרות, לעומת זאת, חשפו התנהגות מורכבת יותר של "יחסי-גומלין בין עצמים רבים" (many-body interactions), מאשר זו שהוצעה ע"י התמונה של גראפן כעצם-יחיד, אשר מתייחס לנשאי-המטענים כאוסף של חלקיקים בלתי-תלויים. התיאוריה חזתה כי אם לאלקטרונים בגראפן אין כל יחסי-גומלין אחד עם השני או עם אטום הפחמן, אזי באנרגיה (או תדירות) נמוכה – אנרגיה הפחותה מכפליים אנרגיית פרמי – הם בקושי יבלעו כל אור. במקום זאת, החוקרים חזו בבליעה ניכרת של קרינה תת-אדומה באזור מופחת-אנרגיה זה. "בליעה בלתי-צפויה זו מקורה, ייתכן, מיחסי-הגומלין בין האלקטרונים לרטט הכללי של אטומי הפחמן של הסריג הגבישי, או מיחסי-הגומלין שבין האלקטרונים עצמם," אומר החוקר הראשי.

תוצאה מפתיעה נוספת הינה מהירות האלקטרונים. בהיותם חלקיקים חופשיים, האלקטרונים בגראפן אמורים לנוע במהירות קבועה ללא קשר לאנרגיה שלהם. אולם, החוקרים מצאו כי באנרגיות גבוהות האלקטרונים אכן נעים במהירות קבועה, אך מהירותם מתגברת באופן שיטתי ככל שהאנרגיה שלהם מופחתת. התנהגות מסתורית זו טמונה, אולי, ביחסי-הגומלין שבין האלקטרונים עצמם כפי שנחזה באופן תיאורטי כבר בשנת 1994. "יחסי גומלין של חלקיקים רבים יכולים להצטייר כיחסי-גומלין קולומביים פשוטים בין אלקטרונים, או שהם יכולים להיות מורכבים יותר," אומר מרטין. "המידע שנאסף נותן תבנית ברורה, אך עדיין איננו מבינים אותה לחלוטין." "חלק מהתופעות הללו יכולות להיות קשורות למגבלות של דגימות הגראפן שהשתמשנו בהן," אומר לי. "היינו מאוד מעוניינים לבצע את המדידות הללו על דגימות טהורות של גראפן בכדי למנוע כל השפעת-לוואי של המצע. ועדיין, למרות סטיות אפשריות אלו, נראה כי המדידות שלנו מציבות אתגר בהבנה העכשווית של חומר מרתק זה."

ההודעה לעיתונות של החוקרים מאוניברסיטת סן דייגו