NEWS

המחקר הבינתחומי נערך על ידי צוות חוקרים משותף של אוניברסיטת תל אביב: פרופ' יוסי יובל וד"ר איה גולדשטיין מהמעבדה לחקר העטלפים, בית הספר לזואולוגיה, בית ספר סגול למדעי המוח ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט ופרופ' אלכסנדרה צ'ודונובסקי, פרופ' עודד פוטצ'טר ואדריכלית ד"ר לימור שעשוע-בר ז"ל מבית ספר פורטר לסביבה וכדור הארץ. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת Applied Geography.

"איי חום עירוניים הם תופעה עירונית מוכרת. אלה שטחים אורבניים צפופים החמים בכמה מעלות יותר מסביבתם,  אלא שמסיבות אובייקטיביות וסביבתיות, לעתים קשה למדוד אותם. כך למשל, כמעט בלתי אפשרי להציב תחנות מדידה נייחות בכל רחוב, וגם שליחת אנשים ניידים עם חיישנים דורשת השקעה כספית גדולה. בנוסף, תחנות מדידה מודדות רק סמוך לקרקע, ולא מודדות טמפרטורה בתלת ממד. פתרון אפשרי אחד הוא שימוש ברחפנים, אבל גם פתרון זה הוא בעייתי מבחינת אישורי תעופה להטיס רחפנים באזורים עירוניים ואחרי 20 דקות טיסה הם צריכים לנחות ולהיטען שוב", מסבירה פרופ' צ'ודונובסקי.

במחקר הנוכחי צוות החוקרים החליט לנצל את הערך המוסף של העטלפים שנחשבים לנווטים מעולים וגם מתמצאים מצוין בשטחים עירוניים. "עטלפים הם טייסים מוצלחים בהרבה מרחפנים", אומר פרופ' יובל. "הם יכולים לעוף 100 ק"מ בלילה אחד, והם פעילים בלילה כאשר תופעת איי החום נמצאת בשיא עוצמתה".

לצורך הניסוי, החוקרים הצמידו חיישני חום זעירים לעטלפי פירות מצריים ממושבת עטלפים עירונית, ושחררו אותם במרכז העיר תל אביב. העטלפים הנבונים לא התקשו למצוא את דרכם הביתה, ובדרך הם מיפו את האוויר מעל אזורים שונים כמו מרכז העיר, נתיבי איילון, פארק הירקון והרצליה.

"בזכות העטלפים הצלחנו לייצר מפה תלת ממדית ראשונה של איי חום עירוניים בגוש דן"

תמונה אקלימית רחבה בזמן קצר

הניסוי נערך בחורף, בין שמונה בערב לשתיים לפנות בוקר, ובין היתר, החוקרים גילו פערים של בין 2 ל-5 מעלות צלזיוס בין אזורים אורבניים צפופים לפארקים עירוניים. החוקרים השוו את הנתונים ששידרו העטלפים לארבע תחנות מטאורולוגיות בתל אביב, ובמקביל הפעילו ניסוי שטח רחב היקף של תחנות מטאורולוגיות ניידות לאימות הנתונים. בנוסף, הם ציידו אנשים עם מכשירים דומים ושלחו אותם לחלקים שונים של העיר כדי לבצע מדידות דומות.

^{איי חום תל אביביים כפי שמופו בעזרת העטלפים}

"מצד אחד, מדובר בחיישני טמפרטורה קלים מאוד במשקל של 0.2 גרם, כך שהם לא מדויקים כמו תחנה מטאורולוגית כבדה. אבל מצד שני, היתרון שלהם הוא בכך שהם אפשרו לנו לקבל תמונה אקלימית רחבה בזמן קצר. מניתוח המדידות עלה כי באזור איילון המדידות היו חמות מאוד, לעומת פארק הירקון, שם טמפרטורת האוויר צונחת וברגע שהעטלף חוצה את פארק הירקון להרצליה - הטמפרטורה שוב עולה. בזכות העטלפים הצלחנו לייצר מפה תלת ממדית ראשונה של איי חום עירוניים בגוש דן".

להמשיך ולהיעזר בטבע כדי לחקור

החוקרים מאוניברסיטת תל אביב מכנים את גישתם המקורית בשם "דגימה בסיוע ביולוגיה" (Biology-Assisted Sampling), ולדברי פרופ' צ'ודונובסקי – הם בהחלט לא מתכוונים לעצור בעטלפים: "עלינו להיעזר בכל פלטפורמה ניידת שיכולה לסייע לנו. כמו שהעטלפים עזרו לנו למפות איי חום עירוניים, כך יונים יכולות למפות זיהום אוויר עירוני בלי מאמץ רב, ולחסוך לנו המון כסף והמון שנות מחקר מפרך".

"יש המון דיבור על ערים חכמות ועל 'האינטרנט של הדברים'", מוסיף פרופ' יובל, "אבל יש בעלי חיים רבים שכבר מסתובבים בעיר ואפשר להתקין עליהם חיישנים זעירים שלא פוגעים בהתנהגותם. למשל, אם אנחנו רוצים לנטר זיהום במערכת הביוב? במקום להפעיל מכונות יקרות ומורכבות, אפשר להיעזר בחולדות שמסתובבות שם כל הזמן".

את המחקר הנחו החוקרים פרופ' עירית גת-ויקס ופרופ' ערן בכרך, בהובלת הדוקטורנטים אופיר כהן וגל ינקוביץ מבית הספר ע"ש שמוניס למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן, בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז. המחקר  פורסם בכתב העת היוקרתי “Cell Systems”.

"באוכלוסייה כללית, אנשים יגיבו באופן שונה לזיהומים ולכן קיים צורך בכלים רפואיים שיצביעו כיצד כל אדם צפוי להגיב למחלה זיהומית מסוימת", מסבירה פרופ' גת-ויקס ומרחיבה "עד כה, היו קיימים בעולמות המדע מדדים כלליים ביותר לאפיון מחלות אלו, דוגמת סמנים דלקתיים, חום, בדיקות שתן וכד'. תגובה, שבמדדים אלה תיראה אחידה, יכולה למעשה להתחלק לתגובות שונות בהתמודדות עם גורם המחלה. במקרי קצה, כפי שראינו למשל במגפת הקורונה, התגובה החיסונית של האדם לנגיף יכולה להגיע למצב קטלני, וזיהוי מקדים של תגובתו יכול לסייע לנו להציל חיים. ההתבוננות החדשה שלנו וחלוקת התגובה הדלקתית נתנה לנו את היכולת למצוא מדדים וסמנים חדשים שיש בגופנו, ממש בזרם הדם. משמע, מדגימת דם פשוטה נוכל ללמוד הרבה יותר על מצבו הבריאותי של האדם שחלה, ולתת לו טיפול מקיף יותר בהתאם להתפתחות הזיהום בגופו".

"הצלחנו להתבונן בתגובת מערכת החיסון ברזולוציה עמוקה, ולזהות שני סוגי תגובה עיקריים: האחד, בו מערכת החיסון נלחמת בפתוגן שחדר לגוף, והסוג השני, בו מתרחש תיקון הנזקים בגוף 'לאחר המלחמה' בפתוגן. במחקרנו, השתמשנו במודלי מחלה בחיות, בכלים חישוביים, ובמידע שנאסף מאנשים עם סמנים שונים בגופם המהווים אינדיקציה לסוג התגובה לפתוגן", מסביר פרופ' בכרך.

"למעשה, רפואה אישית קיימת היום במחלות 'סדורות' דוגמת סרטן, אך אין כמעט שימוש בכלים של רפואה אישית בתחום המחלות הזיהומיות. אנשים בעלי תגובות קיצוניות להדבקה במיקרואורגניזמים, כדוגמת נגיפים או חיידקים, מצויים כיום בחוסר מענה רפואי הולם. אנו מאמינים שבזכות מחקר זה, רופאים יוכלו לאבחן טוב יותר את מצבו של החולה וכתוצאה מכך להעניק טיפול יעיל שישפר את סיכויי ההחלמה של המטופל. אנו שואפים להמשיך את המחקר ולגלות עוד תת-קבוצות בעלות תגובות שונות בקרב האוכלוסייה, כך שנוכל לעזור לרופאים לדייק את אבחנתם ולתת מענה הולם לחולים", מסכמת פרופ' גת-ויקס.

^{פרופ' עירית גת-ויקס ופרופ' ערן בכרך}

מוץ הוא אמצעי להטעיית מכ"ם שתפקידו להסתיר מטרה אמיתית על ידי יצירת ענן שמפזר קרינה אלקטרומגנטית. כלי טיס או שיט מפזרים כמות גדולה של סיבי מתכת ומייצרים מטרת דמה. מכיוון שמטוס הוא מטרה גדולה, נדרשת כמות עצומה של סיבים שמגבילה את השימוש בשיטה. את הבעיה הזאת החוקרים ניסו לפתור במחקרם. המחקר בוצע במעבדתו של פרופ' פבל גינזבורג מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן ומומן ע"י זרועת חיל הים האמריקאי.

"לטכנולוגיה החדשה שפיתחו יש יישומים רבים", מסביר פרופ' גינזבורג. "המומחיות שלנו היא מבנים אלקטרומגנטיים חכמים לטובת תקשורת אלחוטית. מוץ חכם הוא אחד מהאתגרים העכשוויים בתחום הביטחון. הדבר נובע חלקית מהתקדמות במערכות מכ"ם ומסיבות שונות שהציבור הרחב לא יודע. במעבדתנו קיבלנו פניה ממשרד הביטחון אמריקאי לבצע מחקר בנושא מכיוון שאנו מחזיקים בשיא עולמי בסופר-פיזור. גישות שמשלבות בינה מלאכותית מאפשרות לנו לקבל ביצועי-על שכנראה לא ניתן לקבל אחרת".

לדבריו של פרופ' גינבורג, טכנולוגיות המכ"ם מתפתחות מאד מהר ואפשר לקחת אותן ליישומים שונים. "אני אישית נוטה לחשוב על בעיות שעלולות להופיע בעתיד הקרוב, כגון מעקב אחר רחפנים שבעוד מספר שנים יופיעו במקומות רבים, כגון בערים, למטרות משלוחים. במקרה הזה נצטרך לפתח מערכות מעקב יעילות ולמכ"ם פה יש יתרונות רבים הכוללים אמינות, יעילות ומחיר נמוך. לרחפן יש חתימת מכ"ם קטנה ולכן כדאי לפתח שיטות להגדיל אותה וכך לעזור למכ"ם בזיהוי. הפיתוח הנוכחי הוא קפיצת מדרגה נוספת כיוון שהמבנה הוא רחב סרט וכלל כיווני. הצעד הבא שלנו יהיה לגרום למכ"ם לחשוב שמטרה סטטית זזה ומתקרבת, למרות שהיא לא. האם זה סותר את תורת היחסות? התשובה הקצרה היא 'לא, הכל בסדר', אבל זה כנראה יהיה נושא לשיחה הבאה", הואמ סכם בחיוך.

^{דומה מאוד בצורתו לווירוס הקורונה. הכדור שיעזור להעלים גופי טיס גדולים ממכ"ם}

מחקר בינלאומי ורב-תחומי בהובלת פרופ' אילון שני והדוקטורנט ג'ניה ביננבאום מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון באוניברסיטת תל אביב, חשף את מנגנון פעולתו ותנועתו בצמח של ההורמון ג'יברלין – חומר בעל חשיבות עצומה לגדילת יבולים חקלאיים. המחקר המורכב כלל עשרות ניסויים במגוון רחב של תחומים: פיזיולוגיה, ביולוגיה מולקולרית, ביוכימיה, מודלים מתמטיים, מיקרוסקופיה פלואורסנטית, גנטיקה ועוד. הניסויים בוצעו במהלך 7 שנים על ידי מספר קבוצות מחקר ברחבי העולם – באוניברסיטת תל אביב, במכון ויצמן למדע ובמכון וולקני בישראל, וכן בדנמרק, צרפת, אנגליה, גרמניה וספרד. המחקר פורץ-הדרך פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Plants.

הורמון קטן עם חשיבות עצומה

"מעטים מחוץ לקהילה המדעית שמעו על ההורמון ג'יברלין, אך למעשה זהו אחד החומרים בעלי ההשפעה הגדולה ביותר על האנושות," אומר פרופ' שני. "מדובר בהורמון, מולקולת סיגנל קטנה, שמבקר את גדילתם של הצמחים, והוא קשור ישירות למהפכה הירוקה של שנות ה-60 וה-70, שייעלה את העבודה החקלאית והגדילה באופן משמעותי את יבולי הדגניים – חיטה, שעורה, תירס ואורז. למעשה, טכניקות של מניפולציה בג'יברלין בצמחים הן אחד הגורמים העיקריים לכך שיש לנו היום מספיק אוכל בעולם. אך על אף חשיבותו, מעט מאוד היה ידוע עד לאחרונה על מנגנון פעולתו ותנועתו של הג'יברלין במרחב הצמח. במחקר הנוכחי יצאנו למסע מקיף על מנת לתת מענה לכמה שאלות מהותיות: איך נע הג'יברלין בתוך הצמח? איפה הוא מצטבר? ואיך בדיוק הוא פועל בתאים ספציפיים בצמח?"

המחקר בוצע בצמח ארבידופסיס (תודרנית לבנה) המשמש כצמח מודל במחקרים רבים. בשלב הראשון ביקשו החוקרים לזהות את המנגנון שמוביל את הג'יברלין מהעלים שבהם הוא נוצר, דרך מערכת ההובלה המכונה שיפה, אל השורש. לצורך כך הם יצרו בצמחים מוטציות שונות וביצעו בהם סריקות גנטיות, וכך גילו שלושה חלבונים נשאים (טרנספורטרים) שבלעדיהם הג'יברלין אינו מגיע ליעדו. מדובר בחלבונים שנמצאים בתאי השיפה, ופועלים יחדיו כדי להעביר את מולקולת הג'יברלין מצד אחד של קרום התא לצד השני, ובכך מאפשרים את מהלך מסעה הארוך לאורך הצמח כולו. במילים אחרות: תפקידם של חלבונים אלה הוא להטעין את הג'יברלין מן העלה אל רקמות ההובלה, שם הוא זורם במורד הצמח אל השורש. 

בשלב הבא נעזרו החוקרים בשיטה מתקדמת של מיקרוסקופיה פלואורסנטית ברזולוציה של תא בודד כדי לבחון את השפעת הג'יברלין – או העדרו – על תאים בשורש. הם מצאו שהג'יברלין מצטבר בשכבת תאים בשורש שמכונה אנדודרמיס – שחוצצת בין רקמת ההובלה לשאר תאי השורש. ידוע שאחד מתפקידי האנדודרמיס הוא לבקר את מעבר החומרים שנקלטים על ידי השורש מן הקרקע (מים, מלחים, גזים וחומרי הזנה שונים) אל רקמות ההובלה המובילות חומרים אלה לשאר חלקי הצמח. בקרה זו נעשית על ידי ייצור שכבת בקרה - חומר איטום דמוי שעם שנקרא סוּבֶּרין. במחקר זה גילו החוקרים שבהיעדר ההורמון ג'יברלין נפגע ייצור הסוברין. בשורה התחתונה: הג'יברלין אחראי על בקרת ייצור הסוברין באנדודרמיס, ובכך הוא משפיע ישירות על הזנת הצמח ועל גדילתו.

הזנת האנושות בתנאי אקלים משתנים

״עד כה היה ידוע כי תנועת ההורמון ג׳יברלין בצמח הכרחית להתפתחות תקינה של הצמח, אך המנגנון שמאפשר תנועה זו לא היה ידוע," מסביר ד״ר ביננבאום. "במחקר שלנו פענחנו את המערכת שמאפשרת מעבר של ג׳יברלין בין חלקי הצמח השונים, וכן גילינו תפקיד חדש של הג'יברלין: בקרה על ייצור סוברין, חומר בעל חשיבות רבה להתפתחות הצמח. הבנת מנגנוני התנועה של ג׳יברלין בצמח עשויה להוות בסיס למחקר יישומי בעתיד, עם השפעה משמעותית על ביטחון תזונתי ועל התפתחות הצמח בסביבה משתנה.״

פרופ' שני מסכם: "במחקר רב-תחומי ממושך ומורכב הצלחנו לחשוף את מנגנוני תנועתו ופעולתו של אחד החומרים החשובים ביותר להזנת האנושות: ההורמון ג'יברלין. מצאנו כיצד הג'יברלין מגיע מהעלים לשורש, היכן הוא מצטבר בשורש, ואיך הוא משפיע משם על מנגנוני הזנת הצמח. אנו מקווים ומאמינים שהתובנות העולות מהמחקר יסייעו לפיתוחן של שיטות חדשניות להשבחת ולהגדלת יבולים, בעיקר דגניים, במטרה להתמודד עם אחד האתגרים הגדולים ביותר של העידן הנוכחי: הזנת מספרים הולכים וגדלים של בני אדם בתנאי אקלים משתנים."