חדשות

"הברק המוכר לכולנו הוא חשמל שנוצר ממים שנמצאים בעננים במצבי צבירה שונים – אדים, טיפות וקרח." מסביר פרופ' קולין פרייס מבית הספר ללימודי סביבה ומדעי כדור הארץ ע"ש פורטר, שחוקר ברקים וסופות רעמים כ-30 שנה. "התופעה של ייצור חשמל ממים בלבד (במצבי צבירה שונים), מתאפשרת בזכות המבנה הייחודי של מולקולת המים: המולקולה, המורכבת מאטום חמצן  ו-2 אטומי מימן, מסוגלת להתפרק ליונים בעלי מטען חיובי או שלילי - וכך להעביר מטענים חשמליים למולקולות שכנות. לאחרונה, במסגרת החיפוש העולמי אחר אנרגיה מתחדשת מסוגים שונים, ביקשנו לבחון אפשרות להפיק חשמל ממים, כמו שקורה בטבע במקרה של ברקים".

צוות החוקרים בהובלת פרופ' פרייס, פיתח שיטה אפשרית לייצור אנרגיה חלופית מאדי המים באוויר. החוקרים בנו סוללה המתבססת על תופעה טבעית שנצפתה לאחרונה: כשהלחות באוויר מגיעה ל-60% ומעלה נוצר מתח חשמלי בין שני משטחי מתכת מבודדים המוצבים זה מול זה. במחקר השתתפו פרופ' הדס סערוני והדוקטורנטית ג'ודי לקס. המאמר התפרסם במאי 2020 בכתב העת Nature Scientific Reports.

יש מתח באוויר

בשלב הראשון בנו החוקרים במעבדה מעין סוללה: גליל מתכת מוארק – כלומר מאפשר מעבר של חשמל לקרקע, ובתוכו גליל מתכת מסוג אחר נוסף, שהוא מבודד לחלוטין ואינו מוארק. אחר כך הם יצרו בתא הניסוי רמות שונות של לחות, ומצאו כי כל עוד הלחות נשארה נמוכה, לא הצטבר מטען על גבי המתכות ולא נרשם מתח חשמלי. אולם, כאשר הלחות עלתה מעל 60%, נוצר בין שתי המתכות מתח חשמלי. בהמשך בדקו החוקרים כ-20 מתכות וסגסוגות נפוצות מסוגים שונים, כדי לקבוע איזה שילוב מפיק את המתח הגבוה ביותר.

"עד כה מצאנו שהמתכת המתאימה ביותר היא אבץ," אומר פרופ' פרייס. "באמצעות שני משטחי מתכת – אבץ ופלדת אל-חלד, הצלחנו להגיע למתח מירבי של 1 וולט. כדי לסבר את האוזן, סוללות AA או AAA שאנו מכירים משימוש יומיומי, מייצרות מתח של 1.5 וולט."

בשלב הבא לקחו החוקרים את מתקן הניסוי אל הסביבה הטבעית – על גג הבניין בקיץ התל אביבי הלח, והגיעו לאותן תוצאות: כשהלחות באוויר חוצה את קו ה-60% מתחיל להיווצר מתח חשמלי, ותוך זמן קצר הוא מגיע לערכו המקסימלי. המתח יכול להישמר גבוה במשך זמן רב, כל עוד הלחות באוויר נותרת גבוהה.

"בשלב זה המתקן שפיתחנו עדיין אינו שימושי, כי הוא מפיק מתח וזרם נמוכים מאוד, אך אנו סבורים שלשיטה שלנו יש פוטנציאל רב," מסכם פרופ' פרייס. " כיום אנחנו בוחנים את יעילותן של מתכות נוספות, וגם מחפשים ננו-חומרים סינטטיים מתאימים, שניתן לייצרם בכמויות גדולות ובמחירים כלכליים. כמו כן אנחנו חוקרים את התהליך הפיסיקלי שמאחורי התופעה. המטרה היא לייצר מתקן לשימושים שונים, כמו למשל תאורה בלילה, כשהלחות באוויר גבוהה יותר מאשר בשעות היום. אנחנו מאמינים שבעתיד יוכלו סוללות כאלה לשמש אוכלוסיות באזורים מתפתחים שאינם מחוברים לרשת החשמל, אך הלחות בהם גבוהה בכל ימות השנה – כמו למשל במדינות מתפתחות עם אקלים טרופי."

תהליך הפוטוסינתזה משמש צמחים להפקת אנרגיה באמצעות קליטת אור ופירוק מים ופחמן דו חמצני. במחקר חדש של פרופ' יפתח יעקובי מהפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, בשיתוף חוקרים מאוניברסיטת אריזונה, הצליח הצוות לראשונה לרתום את תהליך הפוטוסינתזה המתרחש בעלים, לטובת ייצור דשנים, דלקים וכימיקלים, באופן שאינו פוגע באיכות הסביבה. פריצת הדרך המהפכנית תוביל בעתיד לייצור סוגים שונים של כימיקלים כמו אמוניה ומימן, ללא זיהום, תוך שמירה על איכות האוויר שאנו נושמים.

הסבה מקצועית לאצות

גז המימן משמש כיום לייצור דשנים כגון אמוניה, וגם כמקור אנרגיה פוטנציאלי חשוב ובלתי מזהם, היות ושריפתו באופניים חשמליים או במכוניות חשמליות פולטת רק אדי מים. צוות החוקרים בהובלת פרופ' יפתח יעקובי, בשיתוף  פרופסור קווין רדינג מאוניברסיטת אריזונה ותלמידיהם אנדרי קניגין ויובל מילרד, הצליח לאתר את הדרך שבה ניתן לחבר לעלי צמחים ואצות מכונות ננומטריות, ולייצר גז מימן באמצעות תאים של מיקרו אצות.

על מנת לרתום את הפוטוסינתזה לתהליכים כימיים שונים, יש צורך לאתר נקודה ספציפית שנקראת שקע חשמלי ננומטרי, בה ניתן לחווט אנזימים שונים המייצרים את חומרי המטרה המבוקשים כגון כימיקלים. החוקרים איתרו נקודה שכזו, והדגימו את פעילותה על ידי חיווט האנזים הידרוגנז, המייצר מימן גזי. אנזים ההידרוגנז הונדס בהצלחה לתוך תאים של מיקרו אצה ירוקה, ובזמן הפוטוסינתזה, הודות לחיווט הישיר, קלט באופן בלעדי את האלקטרונים הדרושים לפעולת ייצור מימן גזי, לפני שהם "נבלעו ונעלמו" לפעילויות אחרות. המחקר התפרסם בכתב העת המוביל .Energy and Environment Science

צעד נוסף לעתיד ירוק

ממצאי המחקר החדשני, שישמש כבסיס למחקרים נוספים בתחום, הוא צעד ראשון במהפכה בתחום האנרגיה הירוקה והתעשייה הכימית. הפוטוסינתזה יכולה כעת לשמש כפלטפורמה ליצירת אנרגיה מתחדשת ונקייה וליצירת "מפעלים ביולוגיים", המסוגלים לבצע טרנספורמציות כימיות בזכות אור השמש ומקור מים בלבד כספקי כוח.

בזכות הגילויים החדשים, מעריכים החוקרים כי תוך 10 שנים ניתן יהיה לרתום את תהליך הפוטוסינתזה לייצור אנרגיה, דשנים, דלקים וכימיקלים שונים, כל זאת באופן ירוק לחלוטין וללא פגיעה באיכות הסביבה.

עד כמה משפיעים תנאי החיים המודרניים על רמת התחלואה בקרב בני אדם? צוות חוקרים בהובלת ד"ר הילה מאי מהמחלקה לאנטומיה ואנתרופולוגיה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, וממרכז דן דוד לחקר תולדות האדם במוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט, רצו להבין את השפעת הסביבה על התחלואה בתקופות שונות. למסקנות שלהם הם הגיעו דרך בחינת גולגולות של בני אדם, שחיו באזורנו ב-15,000 השנים האחרונות, ובעזרת חיפוש אחר סימנים מובחנים, שמותירה בגולגולת דלקת אוזניים. הם גילו כי תנאי מחייה, הרגלי תזונה ואפילו אקלים, יכולים להשפיע על התחלואה במחלה זו, וזה לא הדבר היחיד שהם מצאו. הטו אוזן ושמעו.

האוזן התיכונה של אנשי המזרח התיכון הקדומים

"דלקת אוזניים היא מחלה שכיחה ביותר, בעיקר בגיל הרך, ומעל 50% מהילדים סובלים ממנה גם היום," אומרת ד"ר מאי. "המחלה נוצרת בעקבות זיהום חיידקי או ויראלי בדרכי הנשימה העליונות (הצטננות), שמייצר נוזלים המגיעים גם לאוזן התיכונה. אצל ילדים קטנים תעלות הניקוז שאמורות להוביל את הנוזלים מהאוזן התיכונה ללוע עדיין אינן מפותחות דיין, ולכן הנוזלים מצטברים באוזן וגורמים לדלקת".

"עד לגילוי האנטיביוטיקה במאה ה-20, הייתה זו ברוב המקרים מחלה ממושכת ואף כרונית, שאף גרמה לחירשות ולתמותה רבה בעקבות סיבוכים. הדלקות הממושכות גרמו לשינויים בעצם הדופן של האוזן התיכונה, שנשארים לאורך כל החיים וניתנים לזיהוי גם אצל האדם הבוגר. לכן, כשביקשנו לחקור תחלואה באוכלוסיות קדומות בארץ ישראל, בחרנו להתמקד במחלה זו, ופיתחנו שיטה מיוחדת לזיהויה, בגולגלות שנחשפו בחפירות מתקופות שונות לאורך ההיסטוריה".

שיטות ייחודיות, שפותחו במעבדתה של ד"ר מאי, אפשרו לחוקרים לאתר סימנים שהותירו דלקות ממושכות בדופן האוזן התיכונה. הממצאים מעידים כי שכיחות דלקות האוזניים הושפעה ישירות מתנאי המגורים ומהאקלים ששרר באזור בתקופות שונות, כאשר צפיפות, היגיינה ירודה, תזונה, קור ומשקעים מרובים מגבירים את תפוצת המחלה.

מסבירה ד"ר מאי: "האוזן התיכונה היא אחד האזורים השמורים ביותר בגולגולת, ולכן, כדי לצפות בה מבלי לגרום נזק לעצמות הגולגולת, פיתחנו מספר שיטות חדשניות המסתמכות על טכנולוגיות מתקדמות: צילמנו את האזור באמצעות וידיאו-סקופ, מצלמה זעירה המורכבת בקצהו של צינור גמיש שהוחדר דרך האוזן, וסרקנו את התמונות במיקרו-CT בעל רזולוציה גבוהה. בנוסף, בחנו את העצמות תחת מיקרוסקופ אור."

במחקר השתתפו ד"ר קאטרינה פלורנובה ממרכז דן דוד ומהפקולטה לרפואה וד"ר אילן קורן מהפקולטה לרפואה. המאמר פורסם באפריל 2020 בכתב העת International Journal of Osteoarchaeology.

מגורים ב-Open space, צריכת מוצרי חלב ושינויי אקלים

ממצאי הבדיקות מצביעים על שכיחות גבוהה יחסית של דלקות אוזניים בקרב אוכלוסיות של ציידים, לקטים וחקלאים מוקדמים, בתחילת המעבר לחקלאות וליישובי קבע. התחלואה הגבוהה ביותר, שהגיעה עד 80% מהגולגולות שנבדקו, נמצאה בסביבות 6,000 שנה לפני זמננו (התקופה הכלקוליתית).

לדברי ד"ר מאי, יש לכך הסבר: "ידוע לנו מחפירות ארכיאולוגיות, שבתקופה זו התגוררו האנשים בבתים הבנויים מחלל אחד, כאשר כל הפעילויות התקיימו באותו חלל - בישול, לינה, גידול בע"ח וכד'. כתוצאה מכך, הצפיפות בבית הייתה גדולה יחסית, ותנאי ההיגיינה היו ירודים וכללו זיהום אויר. לכך נוספו עוד שני גורמים אפשריים בתקופה הכלקוליתית: שינוי תזונתי - תחילת צריכה של מוצרי חלב, ושינוי האקלים - ירידה בטמפרטורה ועלייה בכמות המשקעים".

בתקופות מאוחרות יותר, לדבריה, השתנו התנאים: הבתים היו גדולים יותר וכללו מספר חדרים, בהם אזורי 'התמחות' כמו המטבח שמוקם בחדר נפרד או בחוץ, ושיכון בעלי החיים במבנה נפרד. השינוי באורחות החיים ובאקלים משתקף בירידה בתחלואה.

הבנת מחלות העבר תוביל למציאת תרופות למחלות ולמגיפות ההווה

"המחקר שלנו עוסק בהשפעת הסביבה וההתנהגות על התחלואה, ומסתמך לשם כך על מחלה נפוצה, שככל הנראה מלווה את המין האנושי מראשית קיומו - דלקת אוזניים", מסכמת ד"ר מאי. "הבנת האופן בו מחלות מופיעות, מתפשטות ונעלמות לאורך ההיסטוריה האנושית יכולה לסייע במניעת ובמציאת פתרון למחלות עכשוויות, כולל מגיפת הקורונה. המחקר מצביע בבירור על גורמי סיכון, ומראה כיצד שינוי באורח החיים יכול להשפיע על שכיחות המחלה. אנו רואים כי בשני המקרים - דלקות אוזניים וקורונה, ריחוק חברתי והקפדה על היגיינה מפחיתים את תפוצת המחלה, בעוד שתנאי מחיה צפופים ולא היגייניים גורמים להדבקה מוגברת".