RESEARCH

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנט נדב אלקושי ופרופ' כרמית לוי מהמחלקה לגנטיקה של האדם ולביוכימיה, הפקולטה לרפואה, ובשיתוף שורה של חוקרים נוספים מהאוניברסיטה, המרכז הרפואי וולפסון, מכון ויצמן למדע, אוניברסיטת קליפורניה ואוניברסיטת פריז-סאקלה. המחקר פורסם בכתב העת Journal of Investigative Dermatology מבית Nature.

"מנגנון תיקון הדנ"א אומר לכל שאר המנגנונים בתא: 'עצרו הכול ותנו לי לעבוד בשקט'"

"יש לנו שני מנגנונים שנועדו להגן על העור מפני חשיפה מסוכנת לקרינת UV. המנגנון הראשון מתקן את הדנ"א בתאי העור שנפגעו בעקבות הקרינה, והמנגנון השני אחראי על ייצור מוגבר של מלנין, שמכהה את העור במטרה להגן עליו מפני חשיפות לקרינה בעתיד, כלומר שיזוף", מסביר נדב אלקושי. "במחקר הצלחנו לגלות למה תופעת השיזוף לא מתרחשת מיד כאשר הגוף נחשף לשמש אלא באיחור מסוים. מסתבר שהמנגנון שמתקן את הדנ"א שלנו מקבל קדימות על פני כל שאר המערכות בתא, ולמעשה משתק באופן זמני את מנגנון הפיגמנטציה. רק אחרי שהתאים מתקנים את המידע הגנטי כמיטב יכולתם, התאים מתחילים לייצר את המלנין המוגבר", הוא מוסיף.

כדי לבדוק את השערתם, החוקרים מאוניברסיטת תל אביב הפעילו את מנגנון תיקון הדנ"א, הן בחיות מודל והן ברקמות עור אנושיות, והתוצאה הייתה שיזוף, ללא כל חשיפה ל-UV. "על המידע הגנטי מוכרחים להגן מפני מוטציות, ולכן מנגנון התיקון הזה מקבל קדימות בתוך התא בזמן החשיפה לקרינה על-סגולה מהשמש", מסבירה פרופ' כרמית לוי. "מנגנון תיקון הדנ"א אומר לכל שאר המנגנונים בתא: 'עצרו הכול ותנו לי לעבוד בשקט'. המערכת האחת ממש משתקת את המערכת השנייה, עד שהתיקון מגיע לשיא כמה שעות אחרי החשיפה ל-UV, ורק אז מנגנון ייצור הפיגמנט נכנס לפעולה".

לדבריה, במחקר הקודם שלהם הראו החוקרים שחלבון אחד בשם MITF, שעובר שיפעול בזמן החשיפה, הוא הבקר של שני המנגנונים האלה. "כאן אנחנו מראים שחלבון בעל תפקיד מפתח בתיקון דנ"א, ATM, מפעיל מנגנון אחד ומשתק את השני, כנראה כדי להשתמש גם בפקטורים של מנגנון הפיגמנטציה, במטרה למקסם את הסיכוי של התא לשרוד ללא מוטציות לאחר החשיפה לקרינה".

"תגלית מדעית זו חושפת מנגנון מולקולרי אשר באמצעות מחקרי המשך יוכל להוביל ליצירת טיפולים חדשניים שיקנו הגנה מקסימלית על העור מפני נזקי קרינה, ואף למנוע בעתיד הרחוק יותר התפתחות סרטני עור", מסכמת פרופ' לוי.

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}

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".

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."