בעזרת גלי רדיו מתקופת היווצרותן של הגלקסיות הצליח פרופ' רנן ברקנא לשפוך אור על אחת התעלומות הגדולות באסטרונומיה


מחקר
בעזרת גלי רדיו מתקופת היווצרותן של הגלקסיות הצליח פרופ' רנן ברקנא לשפוך אור על אחת התעלומות הגדולות באסטרונומיה

קהילת האסטרונומיה בעולם גועשת בימים אלה בעקבות גילוי כפול, מפתיע במיוחד: ראשית, קליטה ראשונה של גלי רדיו מתקופה עלומה בתולדות היקום הקדום, בה החלה היווצרות הכוכבים והגלקסיות; ואולי חשוב מכך: תכונותיהם המפתיעות של גלי הרדיו שנקלטו שופכות אור על תעלומה גדולה נוספת – קיומו של החומר האפל.
ההסבר כי ממצאיו המפתיעים של טלסקופ הרדיו מהווים עדות ממשית ראשונה לקיומו של חומר אפל ניתן על ידי פרופ' רנן ברקנא, ראש החוג לאסטרונומיה בבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב. המאמר התפרסם בכתב העת היוקרתי Nature בפברואר 2018.
"חומר אפל הוא חומר שאיננו יכולים לצפות בו באופן ישיר, כמו שאנו צופים בעולם הפיזי הסובב אותנו, הכולל חלקיקים ואטומים, וגם כוכבים וגלקסיות," מסביר פרופ' ברקנא. "עד היום, העדות היחידה לקיומו של חומר אפל הייתה כוח הכבידה שהוא מפעיל, שמסביר מגוון תופעות ביקום. לדוגמה: כוחות כבידה גורמים לגלקסיה שלנו, שביל החלב, להסתובב כספירלה במהירות עצומה. אך מאסת החומר הנצפה והנמדד בגלקסיה אינה מספיקה כדי להסביר מהירות כה גבוהה. ההנחה היא שהמאסה החסרה היא חומר אפל. למעשה, על פי חישובי האסטרונומים, החומר האפל מהווה יותר מ-80% מכלל החומר ביקום, וחוקרים בכל העולם מנסים לגלות הוכחות ממשיות לקיומו."
אות ראשון מעידן קדום
התגלית המתפרסמת כעת החלה בקליטת אות גלי רדיו בטלסקופ הרדיו EDGES שבאוסטרליה, במסגרת מחקר שערכו חוקרים מאוניברסיטת אריזונה סטייט בארה"ב. "טלסקופים כאלה נועדו לקלוט אותות רדיו מהיקום הקדום," אומר פרופ' ברקנא. "על פי אורך הגל, אנחנו יודעים מאיזו תקופה הוא הגיע בתולדות היקום. האות המסוים הזה הינו הראשון שהגיע אלינו מעידן מסקרן, שאנו יודעים עליו מעט מאוד: העידן שבו החלו להיווצר כוכבים וגלקסיות, לפני 13 וחצי מיליארדי שנה. עם זאת, האות שנקלט התאפיין בנתונים מפתיעים, שעוצמתם גדולה משמעותית מהצפוי, והחוקרים תהו מדוע. הם הפנו את השאלה הזאת אליי."
פרופ' ברקנא העריך כי המדידה המפתיעה של אות הרדיו קשורה לטמפרטורה של אטומי המימן שריחפו בחלל באותו עידן קדום. מדובר בטמפרטורה קרה מאוד, של כ-10 מעלות מעל האפס המוחלט, כלומר מינוס 263 מעלות צלסיוס - מכיוון שהשמשות (הכוכבים) וקרינתן המחממת עדיין לא נוצרו. אותם אטומי מימן בלעו אותות רדיו שמקורם בקרינה הקוסמית, וככל שהיו קרים יותר, כך עלתה רמת הבליעה. טלסקופ גלי הרדיו, שקולט היום את האותות הקדומים, מודד למעשה את אותה בליעה.

תבנית של גלי הרדיו בשמיים שנוצרת מהשילוב של קרינה מהכוכבים הראשונים והשפעת החומר האפל. האזורים הכחולים הם אלה שבהם החומר האפל קירר במיוחד את החומר הרגיל. קרדיט: פרופ' רנן ברקנא.
העברת אנרגיה לחומר קר יותר ממימן
"עוצמת בליעת אות הרדיו שנקלט העידה כי טמפרטורת המימן באותו עידן קדום הייתה נמוכה אף יותר מהמינימום שנחשב לאפשרי עד כה," אומר פרופ' ברקנא. "הדרך היחידה להתקררות נוספת היא העברת אנרגיה – לחומר שהוא קר עוד יותר. והמועמד היחיד לקליטת האנרגיה העודפת מאטומי המימן הוא החומר האפל – שהטמפרטורה שלו ביקום הקדום הייתה קרובה עוד יותר לאפס המוחלט." כך מוכיחה התגלית שהחומר האפל אכן קיים, ויותר מכך, שהוא מורכב מחלקיקים – שהתנגשו עם אטומי המימן וקלטו מהם אנרגיה. בניגוד להשערות קודמות, חלקיקים אלה הם ככל הנראה חלקיקים קלים, שאינם כבדים בהרבה מאטומי המימן.
"המחקר בנושא קליטת ופיענוח גלי רדיו מהיקום הוא תחום פעיל ומתפתח. נכון להיום נבנים בעולם טלסקופי רדיו משוכללים יותר, במיוחד ה-SKA, שיהיה מערך טלסקופי הרדיו הגדול בעולם. אנחנו מאמינים שבאמצעותם נוכל לקלוט גלי רדיו נוספים המעידים על קיומו של החומר האפל, ואני מנבא שתהיה להם תבנית מובהקת, שניתנת לזיהוי מיידי. אין ספק שצפויות לנו עוד הרבה תצפיות ותגליות מרתקות!" מסכם פרופ' ברקנא.

מחקר
בקרוב בדיקת דם תאפשר לחזות האם נשים הרות עתידות לחלות במחלה המסוכנת

פריצת דרך מחקרית מקרבת אותנו לאבחון מוקדם של רעלת הריון, מחלה קשה המסכנת את בריאותם, ולעיתים אף את חייהם, של האם והעובר. לא ידוע מה גורם לה, אך קיים עבורה טיפול מונע: מתן אספירין במינון נמוך. נכון להיום ניתן הטיפול המונע לנשים הרות שנחשבות למצויות בסיכון לפתח רעלת הריון, על פי הערכות רופאיהן. אך בהיעדר סמן ביולוגי מובהק וחד-משמעי לאבחון מוקדם, מתבסס החיזוי על קריטריונים כלליים, כמו הריונות קודמים, הרגשת המטופלת, לחץ דם או בדיקות אולטרסאונד משולבות בבדיקות ביוכימיה בדם בעלות רגישות אבחנה לא מספקת.
מחקר חדש בהובלת ד"ר נועם שומרון ופרופ' משה הוד מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר באוניברסיטת תל אביב, חשף לראשונה סמנים מולקולריים בדמן של נשים המצויות בתחילת הריונן, ועתידות ללקות בהמשך ברעלת הריון – תגלית שיכולה לאפשר אבחון מוקדם של רעלת הריון בעזרת בדיקת דם פשוטה. הסמנים הביולוגיים, שהתגלו באמצעות טכנולוגיה של ריצוף גנטי מהדור החדש ושיטות חישוביות מתקדמות, עשויים לאפשר אבחון מוקדם ברמה גבוהה של ודאות, ובעקבותיו מתן טיפול מונע, שימנע לחלוטין את הופעת המחלה.
המחקר בוצע באוניברסיטת תל אביב על ידי הדוקטורנטית לירון יפה, בשיתוף עם פרופ' משה הוד, מנהל מכון המחקר לרפואה סב לידתית בבית החולים בילינסון ונשיא האיגוד האירופאי לרפואת האם והעובר, ועם בתי חולים נוספים באנגליה, ברוסיה, באיטליה ובספרד. המאמר התפרסם בכתב העת Scientific Report מקבוצת .Nature
"בעבודה שלנו ביקשנו למצוא סמן מולקולרי שמופיע בדמה של האישה כבר בשליש הראשון להיריון - כשהיא עדיין אינה סובלת מתסמינים כלשהם, ומנבא הופעה של רעלת הריון בהמשך," אומר ד”ר שומרון. לשם כך עקבו החוקרים אחר אלפי נשים הרות, ונטלו מכולן דגימות דם בשבוע ה-12 להריונן. בהמשך (לאחר תום ההריונות) הם התמקדו ב-75 דגימות: 35 דגימות של נשים שלקו מאוחר יותר ברעלת הריון, וכ-40 דגימות של קבוצת בקרה – נשים שסיימו את הריונן בבריאות מלאה. מכולן הפיקו החוקרים מולקולות RNA - כ-20 מיליון מולקולות מכל דגימה.
"חוקרים רבים בכל העולם עוסקים בקריאת ה-DNA של העובר, אך מעטים מאוד מחפשים פתרונות המבוססים על ה-RNA – אותו חומר גנטי שמביא את ה-DNA לידי ביטוי," אומר ד"ר שומרון. "במעבדה שלי החלטנו להתמקד דווקא ב-RNA, במטרה לפתוח חלון חדש אל רעלת הריון, וגם אל מחלות אחרות הקשורות להריון." החוקרים חשפו את מולקולות ה-RNA לטכנולוגיית 'ריצוף גנטי מהדור החדש', ולירון יפה - ביולוגית חישובית בהכשרתה, יישמה אמצעים חישוביים מתקדמים של 'למידת מכונה', כדי לאתר את ההבדלים המדויקים בין ה-RNA של הנשים שחלו בהמשך ההיריון, לבין זה של הנשים הבריאות. בסה"כ נמצאו 25 מולקולות RNA ספציפיות (מתוך 20 מיליון, כאמור) שיכולות לשמש כסמנים קליניים: התצורה שלהן בדגימת הדם מעידה – ביעילות של 85% - אם אותה אישה תסבול מרעלת בשלב מתקדם יותר של הריונה.
"הממצאים שלנו מהווים בסיס לפיתוח בדיקת דם פשוטה לניבוי רעלת הריון," מסכם ד"ר שומרון. "אבל יש להם גם חשיבות נוספת: הם מוכיחים שניתן להשתמש במולקולות RNA כסמנים מולקולריים כבר בשלב מוקדם של ההיריון. בכך הם מצטרפים למגמה עולמית, שמבקשת להקדים את בדיקות ההיריון לשליש הראשון – בניגוד למצב כיום, כאשר מרבית הבדיקות מבוצעות בשליש השלישי. הקדמת הבדיקות תאפשר לרופאים למנוע נזקים לאם ולעובר, ובמידת הצורך להתחיל בטיפול מונע מוקדם ככל האפשר דבר שישפר בצורה משמעותית את בריאות האם והעובר. פרופ' משה הוד, שותף מרכזי במחקר שלנו, הוא ממובילי המגמה בישראל ובעולם, ואף הקים לאחרונה מרפאת שליש ראשון בבית החולים בילינסון. כיום במעבדה שלנו אנחנו מחפשים סמני RNA גם לסוכרת הריון – מחלה נפוצה פי כמה מרעלת הריון, שעלולה לגרום לתינוק נזק משמעותי לכל ימי חייו."
פרופ' משה הוד, מנהל מכון המחקר לרפואה סב לידתית בבילינסון ונשיא האיגוד האירופאי לרפואת האם והעובר, מוביל כיום את הוועדה לבריאות האם והעובר של האיגוד העולמי לגניקולוגיה ומיילדות (FIGO) ששמה לה כמטרה עיקרית לטפח את המגמה לניבוי סיבוכי היריון עתידיים כבר בשליש הראשון להיריון. לדבריו, "חשוב להבין שסיבוכי ההיריון גורמים לשיבוש בתהליכי ההתפתחות התקינה של העובר ומשפיעים על כל מחלות העתיד שלו החל מגיל הילדות, ההתבגרות ובגיל המבוגר". כלומר, יש חשיבות להעברת כובד המשקל של הבדיקות והאבחון לשליש הראשון להיריון במגמה למנוע בשלבי ההריון המתקדמים הופעה של סיבוכי היריון כמו סוכרת הריונית, רעלת היריון, צירים מוקדמים והפרעות בגדילת העובר". הוד מציין, שיש כיום התקדמות במציאת טכנולוגיות חדישות, מבוססות גנטיקה חדשנית (מיקרו RNA) כמו בעבודת מחקר זו, וכן מיקרוביום, מטאבולום (סמנים בדם האם – חלבונים ומטאבוליטים) ואחרים.
"הטכנולוגיות הללו תאפשרנה לנו בעתיד לבצע ניבוי מוקדם ביותר כבר משלבי ההיריון הראשונים ולנקוט בפעילות מניעתית כדי למנוע סיבוכים. זה עתיד הרפואה המיילדותית," מסכם פרופ' הוד.