NEWS

המחקר הובל על ידי ד"ר אופיר לוי והדוקטורנט גאווין סטארק מבית הספר לזואולוגיה ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב, ובשיתוף עם חוקרים באקדמיה הסינית למדעים בבייג'ין ובאוניברסיטת פרינסטון בארה"ב. המאמר פורסם בכתב העת Global Change Biology.

מימין לשמאל: הדוקטורנט גאווין סטארק וד"ר אופיר לוי

בין שמש לצל

במחקר הנוכחי, החוקרים ביקשו לבחון איך שינויי האקלים והרס בתי הגידול מגבירים את הלחץ על בעלי החיים בסביבתם הטבעית, ומשפיעים על התנהגותם ועל סיכויי ההישרדות שלהם. לשם כך הם בחרו להתמקד בלטאה בשם מדברית עינונית שחיה במדבר יהודה - אזור שבו שוררים כבר היום תנאי חיים קיצוניים, הדוחקים את בעלי החיים אל קצה גבול היכולת. המינים שחיים באזור זה, ובכללם הלטאה עינונית, הצליחו להסתגל לתנאים הקשים, כמו טמפרטורת קרקע של 70-60 מעלות צלזיוס בקיץ, באמצעות העברת עיקר הפעילות למיקרו-בתי-גידול מוצלים.

ד"ר אופיר לוי מסביר: "לטאות הן בעלות דם קר, ולכן הן זקוקות לטמפרטורה הסביבתית כדי לווסת את חום גופן. במדבר הן נוהגות לצאת לשטח פתוח כדי לספוג את קרני השמש, ולחלופין מסתתרות בצלם של סלעים ושיחים כדי להתקרר ולאזן את טמפרטורת הגוף. התנהגות זו קרויה התנהגות תרמו-רגולטורית. אנחנו ביקשנו לבחון אם ובאיזה אופן תשתנה ההתנהגות הזאת בעשורים הבאים, כשהטמפרטורות יעלו בשל ההתחממות הגלובלית, והתנאים במדבר יהפכו לקיצוניים עוד יותר."

החוקרים אספו לטאות מהמדבר והביאו אותן למעבדה בבית הספר לזואולוגיה באוניברסיטת תל אביב. כאן הם חשפו אותן לתנאים מגוונים ותיעדו את העדפותיהן ואת ההתנהגות התרמו-רגולטורית שלהן בתנאים משתנים. במקביל הם הציבו במדבר תחנות מטאורולוגיות ניידות שמדדו את נתוני הסביבה, עם דגש על מיקרו-בתי-גידול תחת סלעים ושיחים, שם מוצאת הלטאה צל ומחסה מפני קרני השמש.

גאווין סטארק: "בניגוד למחקרים קודמים שהתייחסו רק להבחנה בסיסית בין שמש לצל, המחקר שלנו הוסיף מידע קריטי חדש: סוג המחסה – שיח או סלע, וגודלו –גדול, בינוני או קטן. זאת לאור ההבנה שיש משמעות, למשל, לגודלו של הסלע המספק צל ללטאה: במחקר מצאנו שבקיץ, בשעות החמות ביותר, הלטאות מעדיפות להסתתר דווקא תחת סלעים גדולים, וניתן להסביר זאת בטמפרטורה הנוחה יחסית שהן מוצאות שם, מכיוון שסלע גדול מתחמם (ומתקרר) לאט יותר. במקביל, לשיחים יש מגוון יתרונות חשובים משלהם עבור הלטאה: בנוסף לצל מהשמש הם מספקים לה מזון, מכיוון שהם מהווים בית גידול לחרקים, ושורשיהם יוצרים מחילות המשמשות לה מחסה מפני טורפים ובשעות הלילה."  

לשרוד בדם קר 

כל הנתונים שנאספו במעבדה ובשטח, לצד מודלים בינלאומיים המנבאים טמפרטורות עתידיות, הוזנו לתוך מודל חישובי ביו-פיזיקלי שפותח במיוחד עבור המחקר, המיישם משוואות פיזיקליות על נתונים ביולוגיים. ממודל זה התקבלו תחזיות מפורטות לגבי הבחירות וההתנהגויות של הלטאה בתנאים משתנים, מהיום עד שנת 2100.

גאווין סטארק מסביר: "על פי הממצאים שלנו, התנהגותה של הלטאה צפויה להשתנות באופן דרמטי בעקבות העלייה בטמפרטורה – עלייה של 6.5 מעלות צלזיוס בממוצע בקיץ ו-4.9 מעלות בממוצע בחורף עד סוף המאה ה-21. כיום הלטאות פעילות לאורך כל השנה, עם התאמות לעונות השונות, אך בעתיד הן צפויות לצמצם משמעותית את פעילותן בקיץ, כשהטמפרטורות יהיו גבוהות מדי גם תחת סלעים גדולים, והצמחייה עלולה להצטמצם משמעותית. בעונה זו הן ישהו בעיקר במחילות, ויגיחו משם רק לזמן קצר מוקדם בבוקר כדי למצוא מזון. במצב זה קיימת סכנה ממשית שהן לא יוכלו להשיג די מזון בשל פערים בשעות הפעילות בינן לבין טרפן (בעיקר נמלים וטרמיטים). עיקר הפעילות של הלטאות תועבר אם כן לעונת החורף שתהיה חמימה יותר, אך גם בעונה זו צפוי שינוי בהתנהגותן. המודל מצא שבחורף הן יעדיפו לשהות בשטח פתוח כדי להתחמם, ולהסתתר רק לזמן קצר תחת סלעים קטנים ושיחים שמספקים מיקרו-אקלים עם טמפרטורה גבוהה יחסית, בעוד שהסלעים הגדולים יהיו קרים מדי עבורן. שינויים אלה בהתנהגות התרמו-רגולטורית יצמצמו במידה רבה את ההזדמנויות של הלטאות למצוא מזון ולהתרבות, ועלולים אף להביא לקריסת האוכלוסייה."

"שינויים אלה בהתנהגות התרמו-רגולטורית יצמצמו במידה רבה את ההזדמנויות של הלטאות למצוא מזון ולהתרבות, ועלולים אף להביא לקריסת האוכלוסייה."

ד"ר לוי מסכם: "במחקר שלנו בנינו מודל חישובי ייחודי שבוחן תנאים במגוון מיקרו-בתי-גידול, משווה ביניהם, ומנבא שינויים בדפוסי ההתנהגות של הלטאה שבדקנו בעקבות התחממות האקלים ואובדן בתי גידול (בעיקר שיחים) עד סוף המאה הנוכחית. אנחנו מעריכים כי שינויים אלה בהתנהגות עלולים לסכן את התזונה והרבייה של הלטאה, ולגרום לפגיעה משמעותית באוכלוסייה המקומית והארצית. באמצעות המודל שלנו ניתן לבחון אילו מיקרו-בתי-גידול חשוב לשמר כדי למנוע פגיעה כזאת, וגם לזהות בתי גידול שאינם חשובים כיום אך עשויים להפוך לקריטיים בעתיד, בעיקר באזורים עם תנאים קיצוניים. חשוב לציין שהמודל יכול לשמש בסיס לפיתוח מודלים נוספים עבור אזורים אחרים בעולם, עם אקלים ממוזג או טרופי למשל, וכן עבור בעלי חיים מסוגים שונים, כמו יונקים, ציפורים, דו-חיים וחרקים."

מאחורי פריצת הדרך עומדים שורה של חוקרים מאוניברסיטת תל אביב ומהמרכז הרפואי רבין, בהובלת פרופ' דן פאר, מחלוצי פיתוח תרופות הרנ"א בעולם וראש המעבדה לננו-רפואה בבית הספר למחקר ביו רפואי ולחקר הסרטן ע"ש שמוניס, המכהן גם כסגן הנשיא למחקר ופיתוח באוניברסיטת תל אביב, והדוקטורנטית דנה טראב-רבסקי. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת החשוב Advanced Science.

מיאלומה נפוצה הוא סוג של סרטן דם, הנפוץ בעיקר בקרב אוכלוסיות מבוגרות. בניגוד למרבית סרטני הדם שמופיעים בזרם הדם או בבלוטות הלימפה ומשם מתפשטים לשאר הגוף, תאי המיאלומה הנפוצה מופיעים בתוך מח העצם ולכן קשה מאוד להגיע אליהם. במסגרת המחקר, החוקרים פיתחו ננו-חלקיקים מבוססי ליפידים, שדומים לחלקיקים שבהם השתמשו בחיסוני הקורונה, המכילים מולקולות רנ"א שמשתיקות גן בשם CKAP 5, אשר מקודד לחלבון קושר שלד התא (מספר 5). עיכוב הקישור גורם לחוסר יכולת של התא הסרטני להתחלק ולמעשה הורג אותו. החלקיקים צופו בנוגדן שהכווין אותם ספציפית אל תאי הסרטן בתוך מח העצם, וזאת מבלי לפגוע בתאים שאינם סרטניים.

"האתגר בטיפולים אלה הוא להגיע לתאים הנכונים. מערכת הובלת התרופות שפיתחנו היא הראשונה שמצליחה להגיע ביעילות לתאי סרטן בתוך מח העצם בפרט, והראשונה שהשתיקה את הגן CKAP 5 בסרטן דם בכלל"

ממצאי המחקר מעודדים מאוד: בתנאי מעבדה, דהיינו בתאים שגודלו בצלחות, הננו-חלקיקים שפיתחו החוקרים הביאו לתמותה של כ-90% מתאי הסרטן. בשלב השני, החוקרים בדקו את הטיפול החדש על דגימות סרטניות שנלקחו מחולי מיאלומה נפוצה במחלקה ההמטו-אונקולוגית במרכז הרפואי רבין. בדגימות אלו שיעור ההצלחה עמד על כ-60%. בנוסף, יעילות הננו-חלקיקים נבדקה גם בחיות מודל. החוקרים מצאו כי לאחר הזרקה אחת בלבד, 60% מכלל תאי הסרטן בתוך מח העצם קיבלו את הרנ"א, שני שליש מתאי הסרטן נעלמו וחיות המודל הראו שיפורים משמעותיים בכל המדדים הקליניים. 

"החולים במיאלומה נפוצה סובלים מכאבי עצמות קשים, מאנמיה, מבעיות בכליות ומהיחלשות מערכת החיסון", מספרת טראב-רבסקי. "קיימות אפשרויות טיפוליות רבות לסרטן זה, אך לאחר תקופה מסוימת של הטבה - רוב החולים מפתחים עמידות והמחלה חוזרת בצורה אגרסיבית יותר. לכן יש צורך בפיתוח מתמיד של טיפולים חדשים למיאלומה נפוצה. לטיפולים מבוססי רנ"א יש יתרון גדול במקרה זה, שכן אפשר לפתח אותם בזמן קצר. על ידי החלפה פשוטה של מולקולת הרנ״א ניתן להשתיק בכל פעם גן אחר, וכך להתאים את התרופה להתקדמות המחלה או באופן אישי למטופל. האתגר בטיפולים אלה הוא להגיע לתאים הנכונים. כיום מאושרים לשימוש קליני טיפולים מבוססי רנ"א לטיפול במחלה גנטית בכבד או לחיסון בהזרקה שרירית, כמו שראינו עם חיסוני הקורונה. מערכת הובלת התרופות שפיתחנו היא הראשונה שמצליחה להגיע ביעילות לתאי סרטן בתוך מח העצם בפרט, והראשונה שהשתיקה את הגן CKAP 5 בסרטן דם בכלל".

"החשיבות של הפיתוח שלנו הוא בכך שהוא פותח עולם חדש להובלה סלקטיבית של תרופות רנ״א וחיסונים לגידולים סרטנים ומחלות שמקורן במח העצם", מסכם פרופ' דן פאר.

^{פרופ' דן פאר}

המחקר נערך בהובלת ד"ר איתי כרמלי תחת מעבדתו של פרופ' שחר ריכטר מהמלחקה למדע ולהנדסת חומרים בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן והמרכז לננוטכנולוגיה באוניברסיטת תל אביב. המחקר נעשה בשיתוף עם פרופ' אוסוואלדו דיאגוז ופרופ' טוביה מילוא מאוניברסיטת תל אביב, פרופ' חגי כהן ממכון ויצמן וכן חוקרים נוספים מאוניברסיטת בן -גוריון ותל אביב, מאוסטרליה ומארה"ב.

החוקרים מסבירים כי במאה ה-17 התגלתה תופעה מרהיבה: אם לוקחים פיסות של קמפור, חומר המופק מעץ הודי, ושמים אותן על פני המים - חתיכות העץ מתחילות 'לרקוד' על פני המים. ההסבר הכימי-פיזיקלי מאחורי תופעה  זו הוא מנועי טבע. הקמפור הינו חומר מסיס חלקית וגם נדיף, מה שמאפשר למולקולות שלו להתפזר על פני המים ולגרום לתנועתו. האפקט שמסביר תופעה זו נקרא  'אפקט מרנגוני' והוא נוגע להשפעתו של מעבר חומר ממקום למקום על מתח הפנים.

במחקר הנוכחי, צוות המחקר מאוניברסיטת תל אביב גילה חומרים חדשים שמתנהגים בצורה דומה, וכאשר מניחים אותם על המים, הם מתחילים להסתובב. כיוון תנועתם (עם או נגד כוון השעון), נקבע על ידי המבנה המולקולה שמרכיבה אותם. חומרים אלו שוקלים מספר מיליגרמים בודדים, אך החוקרים גילו כי הם יכולים לסחוב מטען הכבד פי 40 ממשקלם וגם להאיץ את המהירות. החוקרים מעריכים כי זהו "השחיין המלאכותי" המהיר ביותר שעולם המדע מצא עד היום.

חומר חדש שמתנועע גם בחושך

"במחקר זה, עסקנו בחומרים עם כיראליות כימית. חומרים כיראליים הם מולקולות הבנויות מאותן חומרי יסוד ועם סימטריה הפוכה, כמו יד ימין ושמאל שלנו. לחומרים אלה ישנן תכונות מיוחדות שהופכות אותם למושא מחקר מעניין", מסביר פרופ' ריכטר ומרחיב "כיוונו את המחקר לסינתזה וגילוי של חומרים היברידיים המורכבים ממולקולות כיראליות וננו מתכות, אשר ינועו בעזרת אור. וכמו שקורה הרבה פעמים במחקר, להפתעתנו גילינו תופעה קצת שונה: אחד ממאות החומרים שיצרנו, התחיל להסתובב על פני המים באופן עצמאי גם בחושך".

בהמשך, ד"ר סלין בוניו שעבדה ביחד עם ד"ר כרמלי על הפרויקט, הבינה שהם יצרו אפקט מרגוני מיוחד: "המבנה של המולקולות הכיראליות, בשילוב העובדה שחלקן מסיס במים וחלקן נדיף, יצר גביש שאינו יציב, שהמולקולות שלו משתחררות וגורמות לסיבוב החלקיק שאותו עזבו, וכך נוצר המנוע. ברמה המולקולרית, האינטראקציות גורמות לשינוי מקומי של תכונות  המים וליתר דיוק - של מתח הפנים של המים, מה שמייצר גרדיאנט לא אחיד של ריכוזים על פני המים ובתוצאה מכך תנועה פורטית", אומר פרופ' ריכטר.

^{פרופ' שחר ריכטר}

הבסיס למנועים חדשים וירוקים?

"כל התהליך נעשה באמצעות ערבוב של גבישים כיראליים עם מתכות, כך שחלקם  נעים בכיוון השעון וחלקם נעים בכיוון ההפוך, תלוי בכיראליות של המולקולות שמהן הם מורכבים. גילינו שהכיראליות גורמת להפרשים באנרגיית ההמסה של הגביש, מה שגורם לסיבוב הגביש בכיוון מסוים. לאחר תגלית זו, התחלנו לחשוב במעבדה אילו עוד שימושים ופיתוחים  פיזיקליים  אפשר לייצר לאפקט זה. כאשר הוספנו למים עם החלקיקים ההיברידים חומר מחזר (מוסר אלקטרון- כמו מחזר שנותן פרח), הוא האיץ את סיבוב החלקיק בצורה דרמטית עד כדי כך שאפילו באמצעות מצלמה מהירה היה קשה לכמת את התנועה בשלמותה", אומר ד"ר כרמלי.

"לאחר מכן, החלטנו  גם לנסות ולהוסיף משקל למולקולות ולתת להן לגרור את הגביש. התנועה של המולקולות המשיכה גם עבור משא השוקל פי 40 מהן. אנחנו מצליחים לחזות היום בדיוק של כ-80% את תנועת הגבישים, ומאמינים שתגלית חדשה זו טומנת בחובה  את האפשרות ליצור בעתיד מנועים חדשים וירוקים".

המחקר הובל על ידי ד"ר מאיר פינקל מהחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום ע"ש יעקב מ. אלקוב, ופרופ' גונן שרון מהמכללה האקדמית תל-חי, בשיתוף עם פרופ' ארז בן יוסף  גם הוא מהחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום, ד"ר עודד בר וד"ר יואב בן דור מהמכון הגיאולוגי לישראל, ואופיר תירוש מהאוניברסיטה העברית. הוא פורסם לאחרונה בכתב העת Geoarchaeology.  

במחקר הנוכחי ניסו החוקרים לאתר את מקור חומר הגלם ששימש לייצורן של אלפי אבני יד מהתרבות האשלית, החל מלפני 750,000 שנה, שנמצאו באתרי גשר בנות יעקב ומעיין ברוך שבעמק החולה. "עמק החולה ידוע בכל העולם כמוקד של אתרים פרהיסטוריים, שהקדומים שבהם בני כ-750,000 שנה. הסיבה לכך היא ככל הנראה שהאזור ממוקם על ציר הנדידה מאפריקה צפונה, לאורך בקע ים המלח שהוא חלק מהבקע האפריקאי הגדול, והקדמונים מצאו בו שפע של מים, צמחייה ובעלי חיים לציד. התושבים הקדומים הותירו אחריהם, בין היתר, אלפי אבני יד - אבני צור שסותתו כך שיתאימו לאחיזה בכף היד אנושית. אבני יד הן בין הכלים הקדומים ביותר שייצר האדם, וייתכן שהיו מעין 'אולר שוויצרי' רב-תכליתי ששימש למגוון רחב של מלאכות, מחיתוך בשר של חיות שניצודו, ועד לחפירה בקרקע בחיפוש אחר מים ושורשים. מדובר בכלי אוניברסלי שהיה בשימוש במקומות רבים בעולם הישן, באפריקה, באסיה ובאירופה, לאורך כמיליון וחצי שנים", מסביר ד"ר פינקל.

"באתר מעיין ברוך לבדו נמצאו כ-3,500 אבני יד פזורות על פני השטח, ובגשר בנות יעקב נמצאו עוד כמה אלפים. אורכן הממוצע של אבני היד הוא למעלה מעשרה ס"מ ומשקלן כ-200 גרם, אך אנו יודעים שכדי לייצר כלי כזה יש להתחיל בסיתות אבן גדולה בערך פי 5, שמשקלה לפחות ק"ג אחד של חומר גלם", מסביר פרופ' שרון ומרחיב "חישוב פשוט מעלה שלצורך ייצורן של 3,500 אבני היד שנמצאו רק באתר מעיין ברוך דרושים לכל הפחות 3 וחצי טון צור, ונשאלת השאלה: מאין הביא האדם הקדום כמות כה גדולה של צור? כדי לפתור את החידה נעזר המחקר שלנו לראשונה באמצעים החדשניים העומדים היום לרשותנו: אנליזה כימית מתקדמת ואלגוריתם של בינה מלאכותית שהותאם במיוחד לצורך זה".

^{אזור גשר בנות יעקב}

מסעות בני 20 ק"מ בתנאי שטח שונים

החוקרים נטלו דגימות מ-20 אבני יד, 10 מגשר בנות יעקב ו-10 ממעיין ברוך, טחנו אותן לאבקה, והמיסו את האבקה באמצעות חומצות במעבדה נקיה. לאחר מכן הם מדדו בכל דגימה את ריכוזם של כארבעים יסודות כימיים שונים באמצעות מכשיר ספקטרומטר-מסות מבוסס פלזמה (Inductively coupled plasma mass spectrometer), שמאפשר מדידה יעילה ומדויקת של ריכוזי עשרות יסודות בטווח ריכוזים רחב, עד לרזולוציה של חלקיק למיליארד.

במקביל, ערכו החוקרים סקר רגלי שבו תרו אחר מקורות צור אפשריים, ברחבי עמק החולה ובסביבותיו - מחשופי צור בהרי צפת, ברכס רמים, ברמת הגולן וברמת דישון הסמוכה לברעם, וכן חלוקי נחל מנחלים שנשפכים לתוך עמק החולה - הירדן, נחל עיון, נחל דישון, נחל ראש פינה ונחל מחניים. סקירה שיטתית זו, בשילוב עם סקירת ספרות מקיפה שהוביל ד"ר בר מהמכון הגיאולוגי, אפשרה לחוקרים לאתר את מקורות הצור האפשריים שעמדו לרשות האנשים שחיו בעמק החולה בעבר.

דגימות הצור שנאספו מכל המקורות הפוטנציאליים נבדקו גם הן באמצעות ספקטרומטר המסות, כדי לאפשר השוואה ושיוך בינן לבין אבני היד. תהליך השיוך בוצע בעזרת גישה חישובית שהותאמה למטרה זו על ידי ד"ר בן דור מהמכון הגיאולוגי. "התהליך המורכב הניב כמות גדולה מאוד של נתונים לכל דגימה. כדי להגיע להתאמה מיטבית בין נתוני הפריטים מהאתרים הארכאולוגיים לבין דוגמאות הסלע, פיתחנו אלגוריתם ייעודי המבוסס על מספר שלבים חישוביים, לצד מודלים של למידת מכונה. בדרך זו הצלחנו לסווג את הפריטים הארכאולוגיים לאור בסיס הנתונים של הדגימות הגיאולוגיות".

"הם תכננו וערכו מסעות בני 20 ק"מ שכללו עלייה מגובה של 70 מ' ל-800 מ' מעל לפני הים. בנוסף, מתברר שהם העבירו את הידע החשוב הזה מדור לדור, לאורך עשרות ואף מאות אלפי שנים"

התוצאות הפתיעו את החוקרים. "התהליך החישובי שערכנו שייך את כל 20 הפריטים הארכאולוגיים לאבן צור מתקופת האאוקן שנמצאת ברמת דישון, במרחק של כ-20 ק"מ מערבה מאתרי מעיין ברוך וגשר בנות יעקב", אומר ד"ר פינקל. "ברמת דישון נמצאו גם אתרי סיתות קדומים, המעידים כי המקום שימש כמקור לחומר גלם לאורך מאות אלפי שנים. במקביל, שללנו את האפשרות שחלוקי הנחל שמקורם בנחלים הנשפכים לעמק החולה שימשו כמקור לחומר גלם, מכיוון שהם קטנים מדי".

"הממצאים שלנו מעידים בבירור על יכולות קוגניטיביות וחברתיות גבוהות של בני אדם שחיו בעמק החולה לפני מאות אלפי שנים, ככל הנראה הומינידים מהמין הומו ארקטוס. כדי להשיג חומר גלם מתאים לייצור אבני היד החיוניות, הם תכננו וערכו מסעות בני 20 ק"מ שכללו עלייה מגובה של 70 מ' ל-800 מ' מעל לפני הים. בנוסף מתברר שהם העבירו את הידע החשוב הזה מדור לדור, לאורך עשרות ואף מאות אלפי שנים. כל אלה מהווים עדות לתחכום רב, מעבר להערכות המקובלות היום בנוגע ליכולותיו של האדם הקדום בתקופה כה קדומה", מסכם פרופ' בן-יוסף.

^{מימין: פרופ' בן יוסף וד"ר פינקל}