שעון אטומי ישראלי ישוגר לכוכב-הלכת צדק

"זו הפעם הראשונה שמכשיר שנבנה בישראל ייצא אל מעבר למסלולי הלוויינים סביב כדור-הארץ", אומר ד"ר יוחאי כספי מהמחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת במכון ויצמן למדע. ד"ר כספי מוביל את הפרויקט, הקרוי 3GM, בשיתוף עם קבוצת מחקר איטלקית מאוניברסיטת רומא. התרומה הישראלית לפרויקט היא שעון אטומי, שיהיה מסוגל למדוד תנודות מזעריות בקרן רדיו – אותה תשדר החללית. לצורך כך פנה ד"ר כספי לחברה AccuBeat, המייצרת שעונים עבור כלי טיס מתקדמים. קבוצת המחקר של ד"ר כספי – שכללה את ד"ר אלי גלנטי ואת ד"ר מרציה פריסי – בשיתוף עם מהנדסי AccuBeat, השקיעו עד כה שתי שנות עבודה במחקר ובפיתוח של המכשיר, שיהיה מדויק עד כדי סטייה של שניה אחת בכל 100,000 שנים, ושיוכל לשרוד את שמונה שנות המסע, ולתפקד בתנאים הקשים אליהם ייחשף בחלל.

חברי קבוצת המחקר יחקרו את האטמוספרה של צדק באמצעות יירוט גלי הרדיו הנעים בגז של כוכב-הלכת, תיזמונם ומדידת הזווית שבה הגלים מתנגשים וחוזרים. מדידות אלה יאפשרו לקבוצה לפענח את מאפייני האטמוספרה של כוכב-הלכת הגזי.

במסלולה המתוכנן, תעבור החללית בסמוך לשלושה מירחיו של צדק – אירופה, גנימד וקליסטו – שם יחפשו המדענים תנודות בשדה הכבידה של הירחים הנובעות מכוחות גאות ושפל שמפעיל כוכב-הלכת. בעבר כבר נרשמו תנודות כאלה, המרמזות על כך שהמאסה הגדולה של צדק גורמת לגאות באוקיינוסים המצויים מתחת למעטפת הקפואה שעל פני השטח של הירחים. באמצעות מדידת השינויים בכבידה, מקווים המדענים ללמוד מה גודלם של אוקיינוסים אלה, ממה הם עשויים, והאם ייתכן שהתנאים בהם מתאימים לקיום חיים על ירחיו של צדק.

צוות המחקר שבונה את החללית JUICE מתכונן לשיגור, שיתבצע בעוד שש שנים. בינתיים יהיה על חברי קבוצת 3GM לסיים את העבודה על מערכות המחקר, להתקין אותן בחללית ולבצע בקרת איכות מחמירה. בשמונה השנים שלאחר מכן – הזמן שיחלוף בין שיגור החללית לבין הגעתה לצדק – מתכננים ד"ר כספי וחברי קבוצתו לפתח מודלים פיסיקליים בעזרתם יפענחו המדענים את הנתונים שיאספו במכשירים שעל סיפון החללית.

 

סערה כימית בננו-צלוחית

צלוחיות זעירות הנוצרות כמעין "חורים" בסריג אורגני שמתארגן בעצמו, עשויות לשמש כלים מועילים במחקר ובתעשייה. צלוחיות אלה – שגודלן מספר ננומטרים בלבד, עשויות, בין היתר, לסייע בהבנת הגורמים המשפיעים על המהירות שבה מתרחשות תגובות כימיות בחללים סגורים. ייתכן שבעתיד אפשר יהיה להשתמש בננו-צלוחיות אלה להפקה מהירה של חומרים תעשייתיים שונים, ואולי אפילו לשינוע תרופות בגוף האדם.

בראשית המחקר לא הייתה לד"ר רפאל קליין, ולחברי קבוצתו מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן למדע, כל כוונה לפתח ננו-צלוחיות. הם חקרו את השפעת ההרכבה העצמית של ננו-חלקיקים תחת השפעת האור. הם השתמשו באותה השיטה שפיתח ד"ר קליין במחקריו הקודמים: ציפוי ננו-חלקיקים אי-אורגניים בשכבה דקה מאוד של מולקולות אורגניות, המשנות את מבנן כתוצאה מחשיפה לאור. שינוי זה גורם לחלקיקים להתארגן במעין צברים, שמתארגנים בעצמם כמעין סריג, שבו, בין הצברים, נוצרים חללים ריקים. המדענים הבחינו כי מולקולות של מים נלכדו בחללים אלו – דבר שהוביל אותם להבנה כי החללים הריקים יכולים ללכוד גם מולקולות "זרות" של חומרים נוספים, ולתפקד כמעין צלוחיות מעבדה זעירות שבהן עשויות להתחולל תגובות כימיות. בסריג כזה נוצרות מיליוני ננו-צלוחיות העשויות לשמש כלים להפקת חומרים שונים.

כפי שדווח באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology, כאשר המדענים לכדו בננו-צלוחיות מולקולות הנוטות להגיב ביניהן, הם נוכחו לדעת שהתגובות שהתחוללו בננו-צלוחיות היו מהירות פי 100 בהשוואה למהירות שבה הן מתחוללות בתמיסה. הסיבה לכך עדיין לא ברורה כל צורכה, אבל ייתכן שבשל גודלן הזעיר של הננו-צלוחיות, ריכוז המולקולות בהן היה גבוה, ולכן התגברה נטייתן של המולקולות להגיב אלה עם אלה. במידה מסוימת, מדובר בתופעה שמזכירה את הדרך שבה פועלים אנזימים מסוימים, היוצרים בתוכם מעין איזור סגור, שבתוכו הם כולאים מולקולות שמגיבות זו עם זו.

בעבר כבר נוצרו צברים של ננו-חלקיקים אשר הכילו חללים ריקים, אך מעולם לא השתמשו בצברים אלה כבכלים לביצוע תגובות כימיות (בין היתר מכיוון שלא היה אפשר להחדיר מולקולות לתוך הצברים, לאחר שנוצרו). לשיטה שפיתחו מדעני המכון יש בתחום הזה יתרון חשוב: הצברים דינמיים ומסוגלים להיבנות ולהתפרק לפי תכנון מראש, כך שאפשר להכניס ולהוציא מהם מולקולות לפי הצורך. הצברים מרכיבים את עצמם כאשר הננו-חלקיקים נחשפים לאור אולטרה-סגול, בעוד שחשיפה לאור רגיל גורמת להם להתפרק, כך שאפשר להשתמש באותם ננו-חלקיקים במספר רב של מחזורי פעילות. יתר על כן, המדענים מצאו שאפשר לסנן את המולקולות אשר ייכנסו לננו-צלוחיות. לדוגמה, אם משתמשים במולקולות כיראליות בעלות כיוון פיתול מסוים, אפשר לקבוע אם לננו-צלוחיות ייכנסו רק מולקולות ימניות, או רק שמאליות. ליכולת זו נודעת חשיבות רבה במחקר ובתעשייה. בין היתר, היא תוכל לשמש להפקה יעילה של חומרים פלסטיים. בחזון ארוך טווח יותר, ייתכן שאפשר יהיה להשתמש בננו-צלוחיות כבכלי רכב שיוביל תרופות לאיזורים פגועים בגוף, וישחרר אותם – כתוצאה מחשיפה לאור באורך גל מסוים - באתר שנקבע מראש.

קבוצת המחקר כללה את ד"ר הוי זאו, וד"ר טומו אודאיאבסקררו, מיכאו סווצ'יק, כריסטינה קוקנדה, ד"ר דבסיס מנה, ד"ר פינטו קומר קונדו וד"ר ג'יוונג לי. הם עבדו בשיתוף עם ד"ר פטר קראל וקבוצתו באוניברסיטת אילינוי שבשיקגו.

 

מרגישים חולים? האבולוציה מאותתת לכם: כדאי להישאר בבית

כשחום הגוף עולה, האף נעשה גדוש, וכאב-ראש מתחיל להתפתח – מוטב, מסיבות אבולוציוניות, להישאר בבית. כך טוענים פרופ' גיא שחר מהמחלקה לאימונולוגיה במכון ויצמן למדע ושותפתו למחקר, ד"ר קרן שחר מהמחלקה לפסיכולוגיה במכללה למנהל, במאמר שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי PLoS Biology.

מדוע אנחנו מרגישים ומתנהגים כחולים כאשר אנחנו נדבקים בנגיף או בחיידק מסוים? רובנו לוקחים כמובן מאליו את הידיעה שמחלה מדבקת מלווה בתחושת מחלה, אבל התפיסה שמיקרובים משפיעים ישירות על התנהגות החולה אינה אלא טעות. למעשה, המערכת החיסונית מזהה את הזיהום, ובתיווך עצבים והורמונים משנה בכוונה את הפעילות המוחית האחראית ל"התנהגות מחלה".

כל מי שאי פעם גידל חיית בית יודע ש"התנהגות מחלה" אופיינית אינה ייחודית לבני-אדם. מחקרים מראים שהתנהגויות דומות מאפיינות מגוון רחב של בעלי-חיים, לרבות חרקים חברתיים – דבר הרומז על כך שהתופעה נובעת ממנגנון שמור היטב באבולוציה. כלומר, הוא ככל הנראה חיוני, ולכן הוא שרד ומתקיים בבעלי-חיים ברמות התפתחות שונות. אבל על פניו, שורת התסמינים הנפוצים הכרוכים במחלה פוגעים בסיכויי השרידה של הפרט החולה במקום לשפר אותם. אם כן, מה תפקידו של מנגנון זה?

המדענים מציעים שהמנגנון המייצר את תסמיני המחלה, לא התפתח כי הייתה לו תועלת ברמת הפרט, אלא כי הוא פעל ברמת "הגן האנוכיי". הם אומרים שהתנהגות המחלה נועדה לבודד את הפרט החולה מסביבתו החברתית, להקטין את שיעור ההדבקה של קרוביו במחלה, ובכך להציל אותם מסכנת מוות, אפילו במחיר חייו שלו. "התנהגות זאת נראית אלטרואיסטית ברמת הפרט", אומרת ד"ר שחר, "אבל היא מגוננת על עותקיו של 'הגן האנוכיי', ובכך מאפשרת לו להעלות את שיעורו באוכלוסייה".

חרקים חברתיים הם דוגמה קיצונית לדרך התנהגות זו. לדבורים פועלות, למשל, אין יכולת להתרבות בעצמן – כל פוטנציאל ההתפשטות של הגנים שלהן מושקע באימן, מלכת הכוורת – והן למעשה מהוות מבוי סתום מבחינה אבולוציונית. לכן, כאשר דבורה חולה, הדרך הבטוחה ביותר עבורה להבטיח את התפשטות הגנים שלה היא לעזוב את הכוורת –ולהתאבד. זהו בדיוק המצב במחלת הדבורים המסתורית שתקפה בשנים האחרונות את דבורי הדבש. הכוורנים לא מוצאים ערימות של דבורים מתות בכוורת, כי אם מגלים, לחרדתם, כוורות נטושות.

בחינה של כל אחד מתסמיני המחלה הנפוצים התיישבה עם השערת המדענים: הפחתה ברעב ובצמא מצמצמת את הסיכויים שהחולה יחלוק ארוחות עם הקבוצה, ומקטינה את הפרשת הצואה וההקאה – מסלולים רגילים להפצת חיידקים; העייפות והריבוי בשינה מפחיתים את ניידות החולה, ובכך מקטינים את רדיוס ההדבקה שלו, וכך גם בנוגע לדיכאון ולחוסר עניין במצבים חברתיים ומיניים; מעבר לכך, הירידה בטיפוח העצמי ושינויים בשפת הגוף נועדו לאותת לסביבה שיש פה חולה, ושעדיף להתרחק ממנו. כל המנגנונים האלה מקטינים במידה משמעותית את הסיכויים שהמחלה תופץ – בין אם מדובר בהדבקה באמצעות הפה, מגע או באוויר.

"אנחנו יודעים שבידוד הוא הדרך היעילה ביותר לעצור מחלות מדבקות", אומר פרופ' שחר, "ועדיין, כשמדובר במחלות כמו שפעת, שנתפסות – בטעות – כלא-מסוכנות, אנשים נוטים לקחת כדור להורדת חום וכאבים, וללכת לעבודה. אבל חשוב להבין שלהתנהגות בזמן מחלה יש תפקיד. שפעת הורגת מיליוני אנשים מדי שנה ובחלק מהמקרים האלה, הסיבה היא שאנחנו לא מפסיקים להפיץ אותה".

המדענים מקווים לחולל שינוי בתפיסה הבריאותית של הציבור, שתוביל בתורה – אולי – לכך שאנשים יפסיקו ללכת לעבודה כאשר הם לא חשים בטוב, וילמדו מתי עדיף להישאר בבית. אבולוציה של מיליוני שנים – אינה טועה.

 

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:

משרד הדובר – מכון ויצמן למדע

08-9343856 [email protected]