מדע ישראלי בתשס”ד

זו היתה שנה מצוינת של התפתחויות מדעיות מעניינות, תיאורטיות וניסיוניות של מדענים ישראלים. להלן מבחר מייצג מתוכן. המחקרים מופיעים לפי סדר פרסומם במהלך השנה

1. למה גורי דולפינים נצמדים לאימא

פרופ' דני וייס מהטכניון מצא כיצד גורי הדולפינים נשארים צמודים לאמם – מסיבות פיזיקליות. בדומה לאמהות על פני הקרקע הנושאות את ולדן בזרועותיהן או על גבן בשנותיו הראשונות, גם הדולפינה מקילה על התקדמותו של הגור לצידה, אך האופן שבו היא עושה זאת שונה.

וייס מצא כי הדולפינה מסייעת לגור להתקדם באמצעות אפקט בֶּרנולי, אשר גורם לכך שגוף הנמצא במים יימשך לאזור בו המים זורמים; התופעה נגרמת בשל ירידת הלחץ באזור שבו הנוזל זורם (מדובר על הלחץ שבכיוונים הניצבים לכיוון הזרימה), ואז הלחץ הגבוה-יחסית מהסביבה בה הנוזל אינו זורם דוחף את הדולפין הצעיר אל אזור הלחץ הנמוך. לכן נמשך גופו של הגור לקרבת גוף אמו הנמצא בתנועה.

בנוסף לכך, כאשר הדולפינה מתקדמת במים, חלק מגוש המים המקיף אותה נדחף לפנים וחלק לאחור; הדולפין הצעיר מוצא את האזור בו המים נעים לפנים וכך מסייעים לו להתקדם. בדרך זו מקבל הגור 50 עד 65 אחוז מהכוח הדרוש לו כדי להישאר צמוד לדולפינה. הגור שוחה בסמיכות לאימו במשך שלוש שנותיו הראשונות.

וייס חקר את הקשר בין האמהות והגורים עבור המינהל הלאומי לאוקינוסים ואטמוספירה, מסן דייגו שבקליפורניה, במטרה למנוע לכידת גורי דולפינים על ידי רשתות המיועדות לציד טונה. כיום נוהגים להפעיל סירות בקרבת הרשת על מנת להפחיד את הדולפינים ולעודד אותם לקפוץ מעל הרשתות, אך הגורים נשארים מאחור בעוד האמהות קופצות.

2. עצירת הזדקנות מוקדמת של תאים

ד''ר מאיר להב מהמרכז הרפואי רבין (בילינסון) ופרופ' ארנון נגלר מהמרכז הרפואי שיבא מצאו דרך לעצור הזדקנות מוקדמת של תאים. בתאים קיים מעין “טיימר” הנקרא טלומר, ומהווה מדד למספר החלוקות שעבר התא. הוא נמצא בקצה של כל כרומוזום בתא, והולך ומתקצר עם כל התחלקות.

טיפולים רפואיים מסויימים גורמים להתחלקות מואצת של התאים, ולכן להתקצרות הטלומר ולהזדקנות מוקדמת של הרקמה: לאחר השתלה, מתרחשת הזדקנות מואצת ברקמה המושתלת. גם בהשתלת מח עצם ניכרת עלייה בקצב ההתחלקות של התאים במח העצם המושתל.

תופעה דומה מתרחשת לאחר כימותרפיה: כל כימותרפיה פוגעת במח העצם, ואז מתרחשת כפיצוי התחלקות מואצת של תאי הגזע שבמח העצם, דבר הגורם להזדקנות מוקדמת ואף עלול לגרום ליצירת גידולים ממאירים נוספים. החוקרים מצאו מהו האנזים הגורם להתקצרות הטלומרים.

בכך הצליחו להאט את התקצרותם באמצעות הזרקה של גורמי צמיחה ביולוגיים. חומרים אלה, אשר בלמו את התקצרות הטלומרים, מנעו את ההזדקנות המואצת של הרקמות המטופלות. ד”ר להב הציג את תוצאות המחקר בכנס של החברה האמריקנית להמטולוגיה.

3. ארגון-עצמי של חלקיקים בסקאלה ננומטרית

מודל מתמטי המתאר ארגון-עצמי של חלקיקים בסקאלה ננומטרית פותח על ידי ערן רבני מאונ' ת”א, בשיתוף עם חוקרים מארה”ב. ארגון-עצמי (self assembly) הוא תופעה המאפיינת מערכות רבות בטבע – כימיות, ביולוגיות ופיזיקליות – המורכבות מאובייקטים זעירים אשר מסתדרים באופן עצמאי במבנים מאקרוסקופיים כגון בועות, פסים וכו'.

הבנת התופעה – מדוע מתהווה סדר מרחבי מסוים ולא אחר, והאם ניתן לשלוט בו חשובה לא רק מבחינה מחקרית טהורה, אלא היא בעלת פוטנציאל ישומי בתחומי הננוטכנולוגיה. המודל של ערן רבני ועמיתיו למחקר עסק באוסף של נָנו-גבישים אשר נמצאים בתוך נוזל כלשהו, ואז יוצקים אותם על מצע והם מתארגנים ספונטנית למבנה מאקרוסקופי כלשהו בעוד הנוזל שסביבם מתאדה (וראו: ערן רבני – “ארגון עצמי של מבנים ננומטריים”, גליליאו 64, עמ' 18).

המודל מנבא היווצרות סדר מסוים בהתבסס על פרמטרים כגון קצב התנדפות הנוזל, הכוחות הפועלים בין הגבישונים ומהירות התנועה המתאפשרת להם בתוך הנוזל.

4. תרגום אותות עצביים מהמוח לתנועה

צוות בראשותו של אילון ועדיה מהמרכז הבינתחומי לחישוביות עצבית באוניברסיטה העברית הצליחו לתרגם אותות עצביים מהמוח לתנועה, ולהציגה על גבי מסך מחשב. לפיתוח זה יש פוטנציאל להפוך ליישום שימושי לאנשים משותקים, אשר יאפשר להם להניע איברים רובוטיים או לתקשר דרך מחשב.

החוקרים החדירו לקליפת המוח המוטורית במוחותיהם של קופים אלקטרודות עדינות שאינן פוגעות ברקמת המוח, אשר קלטו את האותות העצביים ששוגרו בקליפת המוח של החיה בעת שביצעה תנועות בידה. החוקרים הצליחו לזהות את האותות החשמליים המאפיינים תנועות מסוימות. במחקר זה זוהו רק תנועות גסות; על מנת לאפשר מוטוריקה עדינה תידרש עבודת מחקר נוספת.

5. התחקות אחר החלמה של מערכת העצבים ההיקפית

ועוד מחקר ראשוני שתוצאותיו עשויות, בעתיד, לסייע בריפוי נזקים עצביים: מיכאל פיינזילבר ועמיתים ממכון וייצמן למדע התחקו אחרי תהליך ההחלמה של מערכת העצבים ההֶקפית (פריפרית). סיבוני עצב (אקסונים) של מערכת העצבים המרכזית (מוחות הגולגולת והשדרה) אינם מתחדשים לאחר פגיעה.

סיבוני עצבים פריפרים, לעומת זאת, מסוגלים להחלים, אך לעיתים התאוששותם חלקית ואיטית. החוקרים ניסו לאתר את התהליך הקשור להחלמתם של סיבוני עצב פגועים, וזיהו באופן חלקי את החלבונים המעורבים בתהליך והיכן הם מופרשים בתגובה לפגיעה. הזיהוי המלא של החלבונים, כמו-גם של הגנים הפעילים בתהליך ההחלמה, הוא הצעד הבא. המטרה היא לשפר את ההתחדשות של עצבים פריפריאליים, ואולי ליישם את תהליך ההחלמה שלהם גם על סיבוני עצבים במערכת העצבים המרכזית.

6. איך פועל החיידק הטורף

אלון מוזס מהמרכז הרפואי הדסה, ועמנואל הנסקי וקרלוס הידלגו-גראס מהאוניברסיטה העברית פיענחו את מנגנון הפעולה של “החיידק הטורף” סטרפטוקוקוס A. מדובר בחיידק אשר גורם במקרים הקלים ל”שושנה” (מחלת עור), ולדלקת גרון. כאשר הוא חודר לריאות, לזרם הדם, לרקמת שריר או שומן – הוא עלול להיות קטלני.

“תסמונת ההלם הרעלי”, המתבטאת בירידת לחץ הדם ובפגיעה רב-מערכתית, ו”תסמונת החיידק הטורף” המתבטאת בהרס מהיר של רקמות, נגרמות שתיהן על ידי סטרפטוקוקוס A. החוקרים ביקשו למצוא מה הופך את החיידק לאלים כל-כך. הם מצאו כי תאי מערכת החיסון, שריכוז גבוה שלהם נמצא לרוב בקרבת גוף זר, אינם נמצאים בסביבת החיידק; מערכת החיסון נמנעת מלתקוף את החיידק הטורף באותו אופן שבו היא תוקפת פולשים אחרים.

הסיבה לכך, כך מצאו החוקרים, היא מוטציה שזוהתה בחיידק, אשר גורמת לו לייצר חלבון המפרק את אחד החומרים שמפרישה הרקמה הנגועה ושמטרתו לגייס את תאי מערכת החיסון. לכן התאים שמטרתם להשמיד את החיידק לא מגיעים לרקמה. במחקר זה לא נמצא מה גורם למוטציה ומדוע רק חלק מחיידקי סטרפטוקוקוס A הופכים לטורפים.

7. מנגנון צמיחת הפרחים

אלון סמך מהפקולטה לחלקאות של האוניברסיטה העברית, בשיתוף עם קבוצה מגרמניה, זיהו את המנגנון אשר גורם לצמחים לפרוח כתלות במספר שעות האור ביממה ובעוצמתו של אור השמש. המדענים השתמשו בצמח תודרנית (ארבידופסיס), המשמש במחקרים רבים והוא הצמח הראשון שהגנום שלו פוענח במלואו.

החוקרים התמקדו בהשפעה של משך האור, אורכי הגל שלו ועוצמתו – הנקלטים באמצעות קולטני אור בצמח – על יציבותו של החלבון האחראי לפריחה. החלבון קונסטנס, המעורר את הפריחה, מיוצר על ידי גן אשר פעילותו שונה בשעות היום והלילה. פעילותו רבה במיוחד כ-12 שעות לאחר עלות השחר. מכך נובע שבימים קצרים הוא פעיל רק בחושך, בעוד שבימים ארוכים יותר הוא פעיל גם לפני רדת החשיכה.

בחושך מופעל מנגנון אשר מפרק את החלבון, ולפיכך הצטברותו – אשר מעוררת את הפריחה – אפשרית רק בימים ארוכים מספיק בהם הגן פעיל גם לפני רדת הלילה. כמו-כן, החוקרים מצאו כי אורך הגל של האור משפיע על פירוקו של החלבון קונסטנס; אור אדום, למשל, מונע התפרקות של החלבון ולכן מעודד פריחה. תגלית זו מאפשרת להשפיע על מועדי הפריחה של צמחים באמצעות שליטה על כמות האור ואורכי הגל.

8. אפיין את המהמר

מחקר שמטרתו לאפיין מהמרי קזינו כפייתיים בישראל נערך באוניברסיטת בן גוריון בנגב. החוקרים התמקדו בַּפרט ובחווייתו הסובייקטיבית, מתוך כוונה להבין את התהליך הגורם לו להפוך למהמר כפייתי. החוקרים מצאו כי המהמרים הכפייתיים מתחילים מתחושת אפסות שמקורה בחוויות קשות שחוו בילדותם או בבגרותם.

ההימורים מעניקים להם את “חוויית המלך” – תחושת הכוח והגדלות המתלווה להימורים, המובילה אותם להתמכרות. המכורים ממשיכים להמר למרות המחיר הכלכלי והמשפחתי הכבד, עד להתנפצות “אשליית המלך”. הבנה טובה יותר של הגורמים והסיבות הפסיכולוגיים המובילים להתמכרות להימורים חשובה לנוכח התפשטות היקף פעילותם של בתי קזינו בישראל, והצורך לבנות תוכנית גמילה למכורים.

9. הינע באמצעות הריק

הפיזיקאי אלכסנדר פייגל ממכון וייצמן למדע הציע דרך להניע עצמים קטנים באמצעות אנרגיית הריק. מקובל כיום כי גם החלל הריק מכיל אנרגיה, המכונה “אנרגיית ריק”, והיא מתאפשרת על ידי מכניקת הקוונטים. הרעיון מתבסס על התנע של פוטונים וירטואליים – נושאי הכוח האלקטרומגנטי. ניתן לראות שדה אלקטרומגנטי כ”ים” של פוטונים וירטואליים.

פייגל טען כי עצם הטובל ב”ים” הזה יקבל תנע מהפוטונים הווירטואליים, וכיוון התנע יהיה תלוי בכיוון השדה. הטענה שקולה למעשה לאמירה כי לריק יכול להיות תנע, אשר יועבר לגופים הנמצאים בו. ראוי לציין כי אין בכך משום סתירה לחוקי שימור התנע והאנרגיה. זהו רעיון העשוי להועיל ביישומים המערבים כמויות קטנות מאוד של חומר.

אם הניסוי יצא לפועל, לא תהיה זו הפעם הראשונה שבה הומרה אנרגיית הריק לכוח שניתן למדוד אותו. הדבר כבר נעשה בהתבסס על תופעה המכונה אפקט קזימיר. אפקט קזימיר מתבסס על העובדה שהחלל הריק רוחש אנרגיה: מציבים שני לוחות מקבילים וסמוכים זה לזה, דבר הגורם להתאבכות הורסת של חלק מאורכי הגל של הספקטרום האלקטרומגנטי ברווח בין הלוחות. לכן “לחץ הקרינה של הריק” מחוץ ללוחות, שם מתקיימים כל אורכי הגל, קטן מהלחץ ביניהם, וכוח משיכה ניתן למדידה פועל בין הלוחות.

10. מחלות מוח ניווניות

ניסויים ראשוניים – עד כה רק בעכברים – נערכו בחומר חדש המונע נזקי רדיקלים חופשיים לתאים. דפנה אטלס מהאונ' העברית, דניאל אופן מאונ' ת”א ואלדד מלמד מהמרכז הרפואי רבין פיתחו חומר המכונה 4AD לצורך טיפול במחלות מוח ניווניות. בתחילת המחקר פותחו מספר חומרים, שנועדו להיות קרובים מבחינה כימית לחומרים הטבעיים המגינים על התאים מפני נזקי החימצון.

מבין קבוצת החומרים הללו, AD4 עבר מבדקי רעילות ונמצא לא-רעיל לחלוטין. החומר חודר למוח דרך המחיצה המפרידה בינו לבין שאר הגוף, ואז אל תוך התאים, ומנטרל שם רדיקלים חופשיים, שלהם כנראה חלק בגרימת מחלות מוח ניווניות כמו אלצהיימר, טרשת נפוצה ופרקינסון. בניסויים שנערכו בעכברים, אשר מגלים סימפטומים דומים לאלה של בני אדם, נמצא כי החומר החדש גורם למיתון תסמיני המחלה ולירידה בכמות האנזימים אשר הורסים את דפנות התאים הפגועים.

11. שיפור למיקרוסקופ אלקטרונים

החברה הישראלית קוואנטומיקס (QuantomiX), שהוקמה על-ידי אנשי מכון וייצמן למדע, הציגה בכנס ביו-טק שהתקיים במאי 2004 שיפור למיקרוסקופ אלקטרונים: כעת ניתן לצפות בעזרת מיקרוסקופ אלקטרונים גם בדוגמה רטובה, דבר המהווה שיפור מהותי לחוקרים במדעי החיים.

מיקרוסקופ אלקטרונים “צופה” באמצעות קרן אלקטרונים ולא קרן אור, וכך מושג כושר הפרדה (רזולוציה) גבוה יותר. על מנת שלא להפריע למעבר האלקטרונים, צריכה הדגימה להמצא בוואקום, ולכן מתאים המיקרוסקופ רק לדגימות מוצקות. עד כה נאלצו חוקרים לייבש את הדגימות שלהם ולצפות אותן על מנת שישמרו על צורתן בתהליך הצפייה, וכך שינו את תכונותיהן.
החברה הציגה קופסית (קפסולה) העשויה מממברנה דקה וחזקה, שקופה לקרן האלקטרונים של המיקרוסקופ. הדוגמה הרטובה מאוכסנת במצבה הטבעי בקופסית, אשר הינה חזקה מספיק כדי לעמוד בהפרש הלחצים שבין תוכנה לבין סביבת הוואקום של המיקרוסקופ.

החומר ממנו עשויה הקופסית פותח דווקא במסגרת מחקרים בתחום המוליכים-למחצה. ליישום זה שימושים רבים, ואחד מהם, שהביא לשיתוף פעולה עם המכון לחקר השמנת-יתר בבוסטון, קשור למדידת גודלם של חלקיק שומן בכלי הדם.

12. צילום תת ימי משופר

יואב שכנר וניר קרפל מהטכניון פיתחו שיטה לצילום תת מימי, המאפשרת חדות רבה יותר מבעבר ואומדן מרחקים מתחת למים. השיטה מתגברת על ההפרעה האופטית שיוצרים המים על ידי שילוב של אמצעי פיזיקלי – מסנן מיוחד המחובר למצלמה – ותיקון באמצעות אלגוריתם מתמטי. לשיטה זו פוטנציאל לסייע לעוסקים במחקר תת-ימי, במיפוי ובתחזוקת מבנים תת-מימיים.

12. מה עושים עם ירידת קרינת השמש

חוקרים ממכון וולקני בבית דגן, בראשות ג'רי סטנהיל היו בין הראשונים שזיהו מגמה גלובלית: עוצמת קרינת השמש המגיעה לפני כדור-הארץ (בטווח רחב של אורכי גל) ירדה בשנים האחרונות. בישראל היתה ירידה של כ-20% בעוצמת הקרינה במהלך חמישים השנים האחרונות.

החוקרים הישראלים הציגו את תוצאות מחקרם בכנס שערכו החברות לגיאופיזיקה של ארצות הברית וקנדה בחודש מאי 2004, במונטריאול שבקנדה. הממצאים מרחבי העולם מצביעים על כך שמדובר במגמה כלל-עולמית, אם כי לא ברור מהם ממדי התופעה.

מאחר שהמדידות מתבצעות על פני פרקי זמן של שנים, ייתכן שהבדלים באיכות ביצוע המדידה מעוותים את הנתונים. גם אם ישנם פגמים כלשהם במדידה, ניכר כי מדובר בתופעה עולמית: ברוסיה נצפתה גם כן ירידה של כ-20% בעוצמת הקרינה; בהונג-קונג היתה ירידה בשיעור של 37% , בעוד באזורים אחרים בעולם מגיעה הירידה רק ל-10 אחוזים.

הסיבות לירידה בעוצמת הקרינה אינן מובנת במלואן, אך משערים שהסיבה היא זיהום האוויר, אשר מפריע למעבר קרני השמש דרך האטמוספירה ומשנה את תכונות העננים. קיים חשד כי התחממות כדור הארץ, היוצרת אידוי מוגבר ולכן עננים סמיכים יותר, גם היא בין גורמי התופעה. הסיבה אינה קשורה לשמש עצמה, אשר עוצמתה, הנמדדת על-ידי לוויינים, לא עברה כל שינוי.

13. לייזר לגילוי פצצות וסמים

החברה הישראלית ITL המתמחה בייצור מערכות אופטיות בעבור גופים בטחוניים ברחבי העולם, פיתחה אב טיפוס של מכשיר המשתמש בקרן לייזר לצורך זיהוי של חומרי נפץ וסמים ממרחק. המכשיר מתבסס על ספקטרומטריה, המשמשת גם לזיהוי החומרים הנמצאים בכוכבים מרוחקים. קרן הלייזר, אשר אינה מזיקה לאדם, פוגעת באובייקט או באדם הנבדק, אשר יכול להמצא במרחק של כמה מטרים או עשרות מטרים מהמערכת.

פגיעת הקרינה בחומרים הכימיים גורמת להם לפלוט בחזרה קרינה בתדירויות ייחודיות הנקלטות על ידי המערכת ומאפשרות זיהוי של חומרים מסוכנים אשר דבקו בגוף הנבדק. טכנולוגיה זו תוכל להוות תחליף אוטומטי ומהיר לבדיקה הביטחונית הידנית המקובלת כיום. בנוסף לשימושים הביטחוניים, ניתן יהיה להשתמש במתקן לבדיקת הרכבם של חומרים לשימושים אזרחיים שונים, כגון תרופות.

14. אריזות דוחות חרקים

שיתוף פעולה בין חוקרים ממכון וולקני, חממת משגב וחברת “ביו-פּאק” הביא לפיתוח שימושי בתעשיית המזון: אריזות דוחות חרקים. החומר הדוחה מופק מתמצית צמחית שאינה מזיקה לבני-אדם, אך דוחה את החרקים העלולים לחדור לתוכן האריזה במהלך האחסון.

ראשיתו של הרעיון במנהגם של חקלאים כפריים לפזר עלים ופירות של אזדרכת בקרבת התבואה, על מנת לשמור עליה ממזיקים. פאדל מנסור ושלמה נבארו ממכון וולקני מצאו כי תמציות של צמחים רבים אחרים, מלבד אזדרכת, יכולים לשמש לדחיית חרקים שונים.

הצמחים המשמשים לייצור תעשייתי של האריזות מופקים מצמחים אכילים ואינם רעילים לאדם. תמציות הצמחים מוחדרות לחומר הפלסטי ממנו עשויות האריזות, מבלי לפגום בתכונות הרצויות של התמצית. גודל השוק הפוטנציאלי נאמד על ידי החברה בעשרות מיליארדי (!) דולרים.

15. הקשר בין הרעש לחומר

עדי שמיר וערן טרומר ממכון וייצמן למדע מצאו קשר בין הרעשים שמשמיע המחשב בשעת עבודתו לתוכן החומר המעובד: מעבדיהם של מחשבים המבצעים הצפנה משמיעים צלילים שבאמצעותם ניתן לקבל מידע על אודות החומר המוצפן. תיאורטית, יכול הדבר להקל משמעותית על מי שינסה לפרוץ למחשב לצורך השגת מידע רגיש.

מדובר בצלילים גבוהים שמשמיע המעבד, שניתן להפרידם בקלות מרעשים אחרים, כגון רעש המאוורר שבגוף המחשב. מפתחות הצפנה שונים מתאפיינים בתדירויות צליל שונות, ומחרוזות תווים באורכים שונים משתקפות בצלילים בעלי משכים שונים, בשל הזמן השונה הדרוש להצפנה.

זו אינה הדרך הבלתי-שגרתית היחידה לדליית מידע רגיש ממחשבים: ידוע כבר כי ניתן לשחזר, לפחות חלקית, את המוצג על גבי מסך המחשב באמצעות החזרת האור מהקיר שמאחורי המסך, או מעקב אחר הקרינה האלקטרומגנטית שפולט המסך.

16. זיכרון גורלי

שיתוף פעולה בין חוקרים מאוניברסיטאות ת”א, בר אילן וקולומביה הוביל לזיהוי מנגנון הקשור להיווצרות זיכרון לטווח ארוך. מקובל כיום כי למידה כרוכה ביצירת צמתים עצביים (סינפסות) חדשים בין תאי עצב. מלכה כהן-ערמון גילתה לפני מספר שנים כי גירוי חשמלי לקרומיות תאי עצב בקליפת המוח מעורר מיידית ריאקציה (polyADP-ribosylation) בגרעין התא, כמנגנון אזעקה במקרה של פגיעה בתא, המאפשר לחשוף את הדנ”א לחלבונים המבצעים תיקון לנזקים שנגרמו לו.

בעבודה מאוחרת יותר עם ג'יימס שוורץ מאונ' קולומביה גילתה כהן-ערמון כי תהליך זה קשור גם לבניית זיכרון לטווח ארוך – שם ככל הנראה נחשף הדנ”א והופך לנגיש לצורך שעתוק, הדרוש לבניית הצמתים העצביים החדשים. המחקר נמשך בארץ עם חוקרים מאונ' תל אביב ובר אילן שביצעו ניסויים ב”ארנב הים”, חילזון ימי המשמש במחקרים בנושאי למידה וזיכרון.