מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
מוזיאון הטבע
אמנויות
מוח
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה וטבע
רוח
רפואה ומדעי החיים

מחקר

07.11.2017
חשיפה: התגלית שהפיזיקאים שקלו לשמור בסוד

מדענים מאוניברסיטת תל אביב נדהמו לגלות כי ניתן להפיק כמות עצומה של אנרגיה מהיתוך חלקיקי יסוד הקרויים קווארקים  - פי 10 מהאנרגיה המופקת מהיתוך גרעיני

 

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

עם הכוח והידע באה גם אחריות גדולה. בעקבות גילוי הביקוע הגרעיני בשנות ה-30 של המאה הקודמת, נוצרו יישומים נפלאים ונוראיים - מצד אחד אנרגיה גרעינית, שהיא נקייה יותר משריפת דלק או פחם, ומצד שני נשק גרעיני – הנשק ההרסני ביותר בתולדות האנושות.

 

לכן, כאשר פרופ' מארק קרלינר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב ועמיתו ג'ונתן רוזנר מאוניברסיטת שיקגו, הצליחו לחשב את כמות האנרגיה שעשויה להיווצר מהיתוך של סוגים שונים של קווארקים – חלקיקי יסוד שהם מאבני הבניין הבסיסיות ביותר של החומר ביקום, ומצאו כי היא עשויה להיות גדולה פי 10 מהאנרגיה שנוצרת בהיתוך גרעיני, לא פלא שהם שקלו לשמור את התגלית שלהם בסוד.

 

"היתוך גרעיני הוא תהליך מוכר, שבו מתמזגים גרעיני אטומים ופולטים אנרגיה. התהליך מתרחש באופן טבעי בליבות כוכבים ביקום, כמו השמש שלנו, ולמצער בני האדם למדו לנצל אותו בפצצות מימן." מסביר פרופ' מארק קרלינר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. "כיום נעשים ניסיונות להשתמש בתהליך זה לייצור אנרגיה בכורי היתוך גרעיני, אך ניסיונות אלה טרם הבשילו לרמה תעשייתית. במקביל, מדענים שואלים כבר זמן רב אם קיים גם היתוך בין חלקיקים זעירים יותר: חלקיקי יסוד הקרויים קווארקים, המהווים אבני בניין בסיסיות של החומר ביקום. שני סוגי הקווארקים הקלים ביותר מרכיבים את הפרוטונים והנויטרונים המצויים בתוך גרעיני האטומים. קווארקים אחרים, כבדים יותר, מרכיבים 'בני דודים' של הפרוטון והנויטרון, המכונים באריונים."

 

לפני חודשים אחדים גילו פיזיקאים ניסיוניים, במאיץ החלקיקים CERN הסמוך לג'נבה שבשווייץ, חלקיק מסוג חדש - באריון המכיל שני קווארקים כבדים מהסוג הקרוי 'קסום' (charm) וקווארק קל אחד. המסה של החלקיק החדש תואמת במדויק   חישוב תיאורטי שביצעו פרופ’ קרלינר ושותפו פרופ' רוזנר כבר בשנת 2014. התגלית הניסיונית, המאשרת את החיזוי התיאורטי, עוררה הדים רבים בקהילה המדעית בעולם.

 

כוחה של נוסחה

פרופ' קרלינר ופרופ' רוזנר הבינו כי המדידה המדויקת של מסת החלקיק בעל שני הקווארקים 'הקסומים' מאפשרת להם לראשונה לדמות תהליך של היתוך ברמת הקווארקים, ולחשב את תוצאותיו. "חישבנו מה קורה כשבאריון מהסוג שהתגלה במאיץ נוצר מהיתוך של שני באריונים שכל אחד מהם מכיל קווארק 'קסום' אחד," אומר פרופ' קרלינר. "בהיתוך כזה הקווארקים למעשה נארזים בצורה יעילה יותר. שני הקווארקים הכבדים, שקודם לכן היו נפרדים לחלוטין, נקשרים זה לזה בקשר חזק ביותר, ולכן נפלטת אנרגיה רבה. בלשון אחרת, אריזה יעילה יותר של קווארקים בתוך באריונים משחררת אנרגיה, בדיוק כשם שאריזה יעילה יותר של פרוטונים ונויטרונים משחררת אנרגיה בתהליך היתוך גרעיני רגיל."

 

"בהינתן המסה של החלקיקים המעורבים, לפני ואחרי ההיתוך, ניתן לחשב במדויק את כמות האנרגיה הנפלטת, בעזרת הנוסחה הידועה של אלברט איינשטיין, e=mc²." החישוב הראה שכמות האנרגיה הנפלטת בהיתוך בין שני באריונים בעלי קווארק 'קסום' היא 12 מיליון אלקטרון-וולטים, כמות דומה לזו הנפלטת בהיתוך גרעיני בין שני איזוטופים כבדים של מימן.

 

בהמשך ביקשו החוקרים לחשב מה יתרחש בהיתוך של שני קווארקים כבדים יותר - קווארקים מהסוג 'התחתון' (bottom), הכבדים פי 3 מקווארקים 'קסומים'. מכיוון שהתברר כי הם חזו במדויק את המסה של באריון בעל שני קווארקים 'קסומים', הם הסתמכו כעת על חיזוי נוסף, מאותו מאמר מ-2014, לגבי מסה של באריון בעל שני קווארקים 'תחתונים'. החישוב העלה כי כמות האנרגיה שתיפלט במקרה כזה גדולה כמעט פי 10 מזו הנוצרת בהיתוך גרעיני.

 

צפירת הרגעה

"חשוב להדגיש שלמרות שהממצאים שלנו עוררו עניין רב מבחינה תיאורטית, אין להם כל יישום מעשי," מסכם פרופ' קרלינר. "היתוך גרעיני המתרחש בכור, או להבדיל, בפצצת מימן, הוא תגובת שרשרת במצבור של חלקיקים רבים, וכך נוצרת כמות עצומה של אנרגיה. דבר כזה אינו אפשרי בהיתוך של קווארקים כבדים, פשוט מפני שלא ניתן לצבור את 'חומר הגלם' לתהליך ההיתוך. הקווארקים הכבדים מתפרקים עשירית פיקו-שנייה (*10-13 שנייה) לאחר שנוצרו. אילו חשבנו לרגע שלגילוי שלנו יש יישום מסוכן כלשהו, לא היינו מפרסמים אותו."

 

ניבים מחודדים: כיצד רוכשים העטלפים את שפתם?

מחקר

31.10.2017
ניבים מחודדים: כיצד רוכשים העטלפים את שפתם?

גורי עטלפים הנחשפים לפסקול מסוים של חילופי קולות, לומדים לתקשר בניב ששמעו בינקותם

  • מדעי החיים
  • רפואה ומדעי החיים

האם האדם הוא היונק היחיד שרוכש את יכולת הדיבור? אחרי שכבר הצליחו לפענח צלילים מתוך 'שפת העטלפים' ולזהות מי מעביר את המסר למי ובאילו מצבים חברתיים, מנסים כעת חוקרי בית הספר לזואולוגיה באוניברסיטת תל אביב לברר כיצד רוכשים גורי העטלפים את שפתם. שאלה זו תקדם אותנו למענה על שאלה רחבה יותר: האם יכולתם של יונקים אחרים (מלבד האדם) לתקשר עם בני מינם היא מולדת או נלמדת?

 

"חוקרים והוגים רבים, משחר ההיסטוריה, סבורים כי מותר האדם ביכולתו ללמוד שפה ולהשתמש בה," אומר פרופ' יוסי יובל מבית הספר לזואולוגיה ומבית ספר סגול למדעי המוח. "מדענים בכל העולם מנסים לברר עד כמה נכונה ההנחה הזאת, ובוחנים לשם כך את הקולות שמשמיעים מינים שונים של בעלי חיים. עם זאת, מחקרים מעטים בלבד העלו עד כה תוצאות חד-משמעיות. במעבדה שלנו החלטנו להעמיד למבחן גורים של עטלפי פירות."

 

במחקר החדש שנערך במעבדתו של פרופ' יובל, בהובלת תלמידי המחקר יוסף פרת ולינדסי אזולאי, חשפו החוקרים שלוש קבוצות של גורי עטלפים לתקשורת עטלפים בשלושה 'ניבים' שונים. תוצאות המחקר, שהתפרסם בכתב העת PLoS Biology, מגלות שכל קבוצה אכן לומדת 'לדבר' בניב שהושמע לה.

 

פסקול ילדות

לצורך המחקר חולקו הגורים לשלוש קבוצות נפרדות – חמישה גורים בכל קבוצה. במהלך השנה הראשונה לחייהם נחשפו הגורים בכל קבוצה לפסקול אחר, מעין ניב שונה, של קולות עטלפים: קבוצה אחת שמעה הקלטה של קולות בתדרים גבוהים, הקבוצה השנייה נחשפה לתדרים הנמוכים, והקבוצה השלישית גדלה עם פסקול מלא שכלל את כל הקולות. הקולות שהשמיעו הגורים עצמם הוקלטו ופוענחו מדי כמה חודשים.

 

"מצאנו שהגורים אכן לומדים להשמיע את סוג הקולות שאליהם נחשפו," אומר פרופ' יובל. "אפשר לומר שהם לומדים 'לדבר' ב'ניב' ששמעו בינקותם. הממצאים האלה מוכיחים שהתקשורת הקולית של העטלפים היא לפחות בחלקה נרכשת, ושהיא נלמדת בשלב מוקדם בחיים. במילים אחרות: העטלפים הצעירים אינם נולדים עם הרפרטואר הקולי המלא שלהם, אלא קולטים אותו מסביבתם."

 

מסקנה משמעותית נוספת מהמחקר היא שהגורים לומדים מסך הקולות הסובבים אותם, ולאו דווקא ב'שיעורים פרטיים' מהאם שמגדלת אותם. בטבע מדובר בקולות שמשמיעה הקבוצה, כלומר מושבת העטלפים שחיה במערה שבה נולדו. ממצא זה מהווה חידוש ביחס לספרות המחקרית הקיימת בנושא: המחקרים, שרובם המוחלט התמקד עד היום בגוזלים של ציפורי שיר, הוכיחו כי הגוזלים (בניגוד לגורי העטלפים) לומדים את הצלילים ישירות מאחד ההורים.   

 

"המחקר שלנו שופך אור על המקור האבולוציוני של היכולת לרכוש שפה, ומציב סימני שאלה לגבי ייחודיותו של האדם בהקשר זה," מסכם פרופ' יובל.

 

מחייכים אליכם מהפייסבוק

מחקר

30.10.2017
תצלומי סטילס מתעוררים לחיים

טכנולוגיה חדשנית שפיתחו חוקרים מאוניברסיטת תל אביב מאפשרת להנפיש תצלומי סטילס ולהפוך אותם לסרטוני וידאו

  • הנדסה
  • טכנולוגיה

 

ומה אם היינו אומרים לכם שתמונת הפרופיל שלכם בפייסבוק, זו שקיבלתם עליה אינספור לייקים ומחמאות, יכולה עכשיו בקלות להפוך לסרטון וידאו? ממש ככה: להתעורר לחיים, לנוע ולזוז, לקרוץ, לחייך, להוציא לשון, להביע כעס, אהבה - וכל זה בזכות סלפי אחד מוצלח שהעליתם. 

 

ככל הנראה מדובר בלהיט הוויראלי הבא: טכנולוגיה חדשנית שפיתחו חוקרים מאוניברסיטת תל אביב מאפשרת להפיח רוח חיים בצילומי סטילס, להוסיף לתווי הפנים מימיקות שונות והבעות, ולהפוך אותם לסרטוני וידאו של ממש.

 

את הטכנולוגיה המעניינת והייחודית הזו פיתחה הדר אלאור, דוקטורנטית בבית הספר להנדסת חשמל, בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, בהדרכת פרופסור דניאל כהן-אור מבית הספר למדעי המחשב

 

התוכנה מאפשרת הקלטה של הבעות פנים ומימיקות שונות, החל משמחה, הפתעה, כעס, חיבה ואכזבה, והטמעה של הבעות אלה בתמונת יעד, עד לכדי יצירת סרטון אנימציה. 

 

הפרויקט החדשני, בשיתוף שני חוקרים נוספים מפייסבוק (ד"ר יוהאנס קופף וד"ר מיכאל פ. כהן), זכה בשבוע שעבר לחשיפה באתרים בינלאומיים, בהם גם ה-BBC NEWS.

 

האתגר - אנימציות פנים אמינות

"המחקר עוסק בהנפשת פנים מתמונה בודדת", מסבירה אלאור, שעבודת הדוקטורט שלה מתמקדת בגרפיקה ממוחשבת ואנימציה. "הצלחנו לייצר אנימציות שונות שבהן הפנים בתמונה מחייכות, כועסות, ובאופן כללי מביעות הבעות שונות".

 

"זהו אחד התחומים החשובים בגרפיקה. מכל האובייקטים שניתן להנפיש ולהחיות, כנראה שפנים של בני אדם הן המעניינות והנחקרות ביותר. רצינו לייצר אנימציות אמינות - בעיה מאתגרת כיוון שבני אדם מאוד רגישים להבעות פנים, ושינויים קלים בלבד יכולים ליצור אפקט לא אמין".

 

בשלב הזה מאפשרת התוכנה הנפשה של תמונות דו-מימד בלבד, אך בהמשך, מבטיחה אלאור, ניתן יהיה לשלב את הטכנולוגיה הזו עם מציאות מדומה (virtual reality) ולייצר דמות תלת מימדית שמביעה רגשות מתמונה בודדת.

מחקר

17.10.2017
לראות ולמשש את היקום: גלי כבידה נצפו מהתמזגות שני כוכבי נויטרונים שלוותה בפיצוץ

מדענים מאוניברסיטת תל אביב שותפים לתגלית המרעישה שבה נקלטו לראשונה בהיסטוריה הן גלי הכבידה והן קרינת האור של האירוע האסטרונומי

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

תארו לכם שהיינו יכולים לצפות באירועים אסטרונומיים שקרו לפני מאות מיליוני שנים, לא רק באמצעות גלי אור, אלא בדרכים נוספות שישלימו את התמונה הגדולה ויפתחו פתח להבנה רחבה יותר של סודות היקום. השבוע, לראשונה בהיסטוריה, נפתח פתח כזה, והוא מכה גלים בקהילה המדעית בכל העולם: התמזגות של שני כוכבי נויטרונים אי-שם ביקום שהתרחשה לפני כ-130 מיליון שנות אור, נקלטה לפני חודשיים (17.8.17) על ידי שני הגלאים של הפרויקט האמריקאי LIGO וגלאי אירופי בשם Virgo. הגלאים קלטו גלי כבידה, שקיומם נחזה על ידי אלברט איינשטיין לפני 100 שנה, מאירוע ההתמזגות של שני הכוכבים, ובמקביל נצפה הפיצוץ האדיר בעזרת מגוון גדול של טלסקופים על כדור הארץ ובחלל.

 

התגלית איששה תגלית מרעישה קודמת, מספטמבר 2016, שבה נקלטו לראשונה בהיסטוריה גלי כבידה מהתמזגות של שני חורים שחורים, אך שם ללא פיצוץ נראה. תגלית זו, שבה משולבות לראשונה מדידות של אור ושל גלי כבידה, מבשרת עידן חדש בחקר היקום.

 

הקהילה האסטרונומית מתכוננת ליום הזה כבר כמה שנים, ומיד עם היוודע דבר גילויים של גלי כבידה מאירוע של התמזגות כוכבי נויטרונים, הופנו מרבית הטלסקופים, על פני כדור הארץ ובחלל, אל האזור הכללי ממנו הגיעו הגלים, במטרה למצוא את הפיצוץ הנלווה על ידי מדידות של הקרינה האלקטרומגנטית – מקרינת גאמה, דרך אור נראה ועד גלי רדיו (זאת בניגוד לגילוי הראשון של גלי כבידה, לפני כשנה, שמקורו בהתמזגות שני חורים שחורים, אשר ככל הנראה אינם פולטים כלל קרינה אלקטרומגנטית). מדענים מאוניברסיטת תל אביב מובילים חלק נכבד מהמאמץ, הן התצפיתי, והן התיאורטי על ידי ניתוח התצפיות ופענוחן.

 

חלון חדש אל הלא נודע

"פתיחת "חלון גלי הכבידה" של היקום מאפשר פוטנציאל אדיר לראיית דברים שהיו לגמרי בלתי נראים או לא ידועים לנו לפני כן, כמו התמזגות של חורים שחורים וכוכבי נויטרונים," אומר פרופ' דן מעוז מהחוג לאסטרופיזיקה בבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב. "התגלית הזו פותחת תחום חדש של אסטרונומיה מרובת שליחים, בה נוכל לגלות ולחקור תופעות על ידי איתור אותות מקבילים: גלים אלקטרומגנטיים (כלומר - אור באורכי גל שונים), גלי כבידה, ובקרוב, אני מקווה - גם נויטרינים."

 

באופן חסר תקדים התפרסמו אתמול עשרות מחקרים, רבים מהם בכתבי העת Nature ו-Science, המנתחים את האירוע האסטרונומי, חלקם בהובלה של מדענים מאוניברסיטת תל אביב. בין הנושאים שנחקרו: איתור הגלקסיה בה התרחש המיזוג, במרחק 120 מיליון שנות אור מאיתנו, הבנת תהליכי הפיצוץ, וזיהוי אירועים כאלה כמקור למגוון מתכות כבדות המצויות על פני כדור הארץ, בהן זהב ואורניום.

 

לדברי פרופ' דובי פוזננסקי מהחוג לאסטרופיזיקה, "קשה להפריז בחשיבות גילויים של גלי הכבידה ושל קרינה בו זמנית. זו תגלית שפותחת עידן חדש בחקר היקום. עד לאחרונה היה באפשרותנו להתבונן ביקום כמעט אך ורק באמצעות גלי האור המגיעים אלינו  ­- חוש הראיה. היכולת לקלוט גם גלי כבידה היא אנאלוגית לחוש המישוש. היום יש לנו את היכולת לחקור את היקום באמצעות שילובם של שני החושים. לראות ולמשש בו זמנית.״

 

עידן חדש בחקר היקום

"קיומם של גלי כבידה נחזה על ידי אלברט איינשטיין לפני כמאה שנה, במסגרת תורת היחסות הכללית," מסביר פרופ' אהוד נקר מהחוג לאסטרופיזיקה. "מדובר בגלים הנוצרים ומתפשטים ביקום בעקבות אירוע אלים במיוחד: התמזגות של שני גופים בעלי מאסה וצפיפות עצומות, בעיקר חורים שחורים וכוכבי נויטרונים, שנעים זה סביב זה במהירות המתקרבת למהירות האור. מאז שנות ה-70 עמלים מדענים על תכנון ובניית גלאים שיהיו רגישים דיים כדי לקלוט את הגלים, שעוצמתם חלשה ביותר. בשנה האחרונה סוף סוף עלה הדבר בידי צוות בארה"ב, שזכו השנה בפרס נובל על תגליתם."

 

ד"ר יאיר הרכבי, שנמצא כיום בהשתלמות באוניברסיטת סנטה ברברה בקליפורניה, ועתיד להצטרף בקרוב לחוג לאסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב, הוביל את אחת הקבוצות שאיתרה את מיקומו המדויק של האירוע:  גלקסיה בשם NGC4993, שנמצאת 'בשכונה שלנו' ביקום – 'רק' כ-120 מיליון שנות אור מכדור הארץ. למחקר זה, שמתפרסם היום בכתב העת Nature שותפים גם פרופ' דובי פוזננסקי, פרופ' דן מעוז מאוניברסיטת תל אביב ותלמידיהם. "כשהפנינו את הטלסקופ אל אזור האירוע, גילינו עצם שדעך בבהירותו פי 100 בכמה ימים, ומהר מאד הפך מכחול לאדום," אומר ד"ר הרכבי. "התנהגות זו אינה דומה לשום דבר שאנחנו מכירים. בזכות רשת הטלסקופים שלנו ב-Las Cumbres Observatory שפרוסה מסביב לעולם, יכולנו לעקוב אחר ההשתנות המהירה של העצם כל כמה שעות, ולחזות בדעיכתו המהירה בזמן אמת. הנתונים שאספנו ילמדו אותנו על התהליכים שמתרחשים בהתמזגות כוכבי נויטרונים ועל חשיבותם ביצירת החומרים שמרכיבים את היקום שלנו.״

 

"התגלית הזו מרגשת ביותר כי היא הראשונה בהיסטוריה, אבל ההבנה האמיתית תגיע עם התגליות העתידיות של אירועים אסטרונומיים דומים או שונים לזה, שיתנו לנו את התמונה המלאה על התמזגות כוכבי נויטרונים ותפקידם בייצור החומרים הכימיים ביקום. אין לנו ספק שזו רק ההתחלה," מסכם פרופ' דן מעוז. "היכולת לגלות אור וגלי כבידה ביחד מבשרת על עידן חדש באסטרונומיה, ואנחנו מצפים להרבה תגליות מפתיעות בשנים הקרובות."

 

מחקר

25.09.2017
ארבעת המינים בראי הזמנים

ארבעת המינים שמלווים אותנו בחגי תשרי, משמשים מזה דורות כאחד מסימני ההיכר של חג הסוכות. אך האם הם היו כאן תמיד? ביררנו עם ד"ר דפנה לנגוט איך ומתי הכל התחיל

  • רוח
  • רוח

אתרוג, הדס, לולב וערבה - כל ילד וילדה מכירים אותם ונהנים להתפלפל ולומר מי מהם ניחן בטעם ובריח נהדרים, מי מהם חסר ריח או חסר טעם ומי מהם נטול ריח וטעם כאחד, והם ללא ספק האושפיזין המכובדים ביותר בסוכה שלנו. כבר בתורה, אנו מצווים בחג הסוכות על נטילת ארבעת המינים: "וּלְקַחְתֶּם לָכֶם בַּיּוֹם הָרִאשׁוֹן פְּרִי עֵץ הָדָר כַּפֹּת תְּמָרִים וַעֲנַף עֵץ-עָבֹת וְעַרְבֵי-נָחַל וּשְׂמַחְתֶּם לִפְנֵי יְהוָה אֱלֹהֵיכֶם שִׁבְעַת יָמִים" (ויקרא כג 40). לדברי ד"ר דפנה לנגוט מהחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהארט, "מצווה זו כוללת הפנייה לשני מינים ידועים וברורים של צמחים - כַּפֹּת תְּמָרִים וְעַרְבֵי-נָחַל, אך החוקרים התקשו להחליט האם ההפנייה ל"פְּרִי עֵץ הָדָר" ול"עֲנַף עֵץ-עָבֹת" מכוונת למינים מוגדרים או להוראה כללית."

 

פרי הדר: שם תואר או שם עצם?

השבעים שתרגמו את חמשת חומשי תורה ליוונית במאה השלישית לפנה"ס, תרגמו את הפסוק על "פְּרִי עֵץ הָדָר" בזיקה לתואר הפרי, שצריך להיות נאה והדור, בדומה למשתמע מהפסוק שבמקרא. בתיאור חג הסוכות בספר נחמיה, ומעט מאוחר יותר בספר מקבים (מאה שנייה לפנה"ס), הצירוף "פְּרִי עֵץ הָדָר" אינו נזכר כלל. מספר חוקרים הבינו מן הצירוף "פְּרִי עֵץ הָדָר", שיש להביא מינים שונים של פֵּרות מהודרים, שזו גם המסורת השומרונית היום, ואפילו שכפות התמרים, ענף עץ עבות וערבי הנחל צריכים להיות מהודרים. בתרגום השבעים נכתב "פרי עץ הדור", אבל בתרגומים מאוחרים ממנו, לאחר המאה הראשונה לספירה, כבר נזכר האתרוג בשמו המפורש בדרך כלל בתוספת תואר שנועד לתרגם את ה"הדר".

 

מתי האתרוג נכנס לתמונה?

"במאה הראשונה לספירה החלה פרשנות חדשה שעיקרה זיהוי מפורש של מיני הצמחים הנזכרים בויקרא עם ארבעה סוגי צמחים מוגדרים: תמר, ערבה, אתרוג והדס," מסבירה ד"ר לנגוט. "התקבעותו של האתרוג במסורת סוכות במאה הראשונה לספירה אינה רק טקסטואלית אלא גם ויזואלית. האתרוג מופיע לצד הלולב במטבעות החל מהשנה הרביעית למרד הגדול (ניסן 69 – אדר 70 לספירה) ועל מטבעות מימי מרד בר-כוכבא (136-132 לספירה). עם זאת, בעוד ההדס, התמר והערבה גדלים בר במחוזותינו, האתרוג אינו יליד האזור."

 

א. אתרוגים משני צדיו של לולב, המרד הגדול (ניסן 69 – אדר 70 לספירה); ב. אתרוג לצד לולב, מרד בר כוכבא (132-136 לספירה). צילום: קלרה עמית, רשות העתיקות.

 

מסעו של האתרוג לארץ הקודש

לדברי ד"ר לנגוט, "מוצאו של האתרוג במזרח הודו ודרום סין והוא אחד משלושת האבות הקדמונים של מיני ההדרים לצד הפומלה והמנדרינה. כל שאר מיני פירות ההדר שאנו מכירים היום נוצרו מהכלאות של שלושת מינים אלו. השם אתרוג מרמז על מוצאו - בהינדית נקרא האתרוג טורנג', בפרסית הוא נקרא תורונג' ובהמשך אתרונג'."

 

"ממצא ארכיאולוגי מעניין שזוהה לפני מספר שנים בחפירות בקיבוץ רמת רחל שליד ירושלים, שופך אור על מועד הגעתו של האתרוג למרחב הארץ-ישראלי ועל ראשית גידולו ביהודה. ברמת רחל חשפו הארכיאולוגים פרופ' עודד ליפשיץ וד"ר יובל גדות מאוניברסיטת תל אביב, מכלול של גן מלכותי סביב לחזיתו של ארמון גדול ומפואר. במחקר שערכה ד"ר דפנה לנגוט באחת מברֵכות המים שבגן מלכותי זה, המתוארכת למאות החמישית והרביעית לפנה"ס, הצליחה לזהות גרגרי אבקה מאובנים של אתרוג שנשתמרו בטיח של הברֵכה."

 

זיהויים של גרגרי אבקה מאובנים איפשר לשחזר במדויק את מרכיביו הבוטניים של גן מפואר זה. מאסף גרגרי האבקה שתועד מורכב מצמחים האופייניים לחורש הים-תיכוני ומעצי פרי תרבותיים וצמחים המשמשים לקישוט בגינות נוי, ביניהם גם ערבה והדס. כמה מן העצים שזוהו לא גדלים בר באזורנו אלא יובּאו ממרחקכגון אגוז מלך וארז הלבנון, וביניהם האתרוג, שהינו ללא ספק הממצא המפתיע ביותר בגן המלכותי שברמת רחל. זאת העדות הארכאו-בוטנית הקדומה ביותר לגידולו של אתרוג במרחב הארץ-ישראלי בפרט ובאגן הים התיכון בכלל."

 

אז איך בכל זאת הפך האתרוג המיובא לאחד מארבעת המינים שלנו?

"נראה כי מהגן המלכותי בקיבוץ רמת רחל בו ישב נציגה של האימפריה הפרסית (ששלטה במחוזותינו לפני כ-2500 שנים), זלג רעיון גידול האתרוג אט אט אל המסורת היהודית," משיבה ד"ר לנגוט. "הוא החל את דרכו כמוצר אקזוטי המופיע לראשונה בגינות פאר (כמאתיים שנים מאוחר לגן ברמת רחל החלו להופיע לראשונה שרידי אתרוג גם בגינות הנוי של עשירי רומא ופומפי), ובשלב מסוים, ככל הנראה סביב המאה הראשונה לספירה, התקבע במסורת היהודית כאחד מארבעת המינים אותם אנו מצווים ליטול בחג הסוכות, ביחד עם הערבה, ההדס והלולב."

שני אתרוגים לצידי המנורה בפסיפס הנהדר מבית הכנסת העתיק במעון, מאה שישית לספירה. צילום: קלרה עמית, רשות העתיקות

 

מחקר

14.09.2017
הבזקי זיכרון: מנגנון מוחי ללמידה מהירה

חוקרים באוניברסיטת תל אביב זיהו מנגנון למידה מוחי שעשוי בעתיד לחסוך לנו תהליכים מייגעים של שינון ותרגול החומר הנלמד

  • מדעי החברה
  • מוח
  • חברה
  • רפואה ומדעי החיים

כולנו מכירים את החוויה המלחיצה של לימודים למבחן. מירוקרים בצהוב, סיכומים, רשימות, פתקיות וקריאות חוזרות של אותו החומר, בתקווה שייטמע בצורה החזקה והיציבה ביותר בזיכרון. כל חיינו למדנו ששינון, חזרתיות ותירגול הם הדרך הטובה ביותר להטמיע מידע בזיכרון. אך האם זו הדרך היחידה והיעילה ביותר? חשבו שוב.

 

חוקרים באוניברסיטת תל אביב זיהו מנגנון במוח האדם, שמאפשר למידה יעילה באמצעות מספר חשיפות של שניות אחדות, במקום שינון וחזרות במשך שעות. "הממצאים שלנו מאתגרים את כל הגישות והתיאוריות המקובלות של למידה וזיכרון," אומר מוביל המחקר, ד"ר ניצן צנזור מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. "כולנו הורגלנו משחר ילדותנו שכדי ללמוד חומר מסוים, או מטלה כלשהי – לדוגמה אלגברה או נגינה בפסנתר - עלינו לשנן, להתאמן ולתרגל שוב ושוב, בבחינת  Practice makes perfect. המחקר שלנו חשף מנגנון למידה אחר, מהיר הרבה יותר, ויעיל לא פחות." המחקר פורץ הדרך התפרסם לאחרונה בכתב העת Nature Neuroscience.

 

10 שניות מול המסך

המחקר התמקד במטלה ויזואלית נפוצה במעבדות בעולם: כ-70 משתתפים, כולם בוגרים בריאים מעל גיל 18, נחשפו למגוון גירויים ויזואליים, שהבזיקו על מסך המחשב למשך כמה אלפיות השנייה, ולאחר מכן התבקשו לענות על שאלות בנוגע למה שראו: האם הקווים ישרים או נטויים? איזו אות ראיתם? וכדומה. במהלך המשימה, שארכה כשעה, קודד במוחם הזיכרון של אותה מטלה. החוקרים ביקשו לבדוק מהי הדרך היעילה ביותר לשפר את ביצועי המשתתפים, או במילים אחרות, לחזק את יכולת התפיסה הוויזואלית שלהם.

 

"ברוב המחקרים הנעזרים במטלה זו מקובל לזמן את המשתתפים למעבדה יום אחר יום, כדי לאפשר להם לתרגל שוב ושוב, מאות ואלפי פעמים, וכעבור זמן מה לבחון את ביצועיהם," מסביר ד"ר צנזור. "אנחנו פעלנו אחרת. לאחר המפגש הראשוני, שבו קודד הזיכרון במוחם, הזמנו את הנבדקים שלוש פעמים, בהפרש של ימים אחדים; בכל ביקור במעבדה חשפנו אותם ל-5 הבזקים של המטלה, באורך של כמה אלפיות השנייה כל אחד – כך שבסך הכל הם ישבו מול המסך כ-10 שניות בלבד כל פעם." השערת החוקרים, שהתבססה על מחקרים קודמים בבעלי חיים, הייתה שההבזקים הקצרים מפעילים מחדש את מנגנון הזיכרון במוח, וכך מייצרים למידה גם ללא תרגול ארוך ומייגע. בנוסף, מכיוון שהחשיפות בוצעו בהפרש של ימים אחדים זו מזו, הייתה למוח שהות להטמיע את הלמידה – בין היתר במהלך שנת הלילה.

 

כדי לבחון את השערתם, ערכו החוקרים מבדק מסכם, שבדק אם ובאיזו מידה השתפרו הנבדקים בביצוע המטלה. הממצאים מפתיעים: עקומת הלמידה והביצועים של הנבדקים שנחשפו רק להבזקים קצרים מדי כמה ימים לא נפלו במאומה מאלה של נבדקים שתרגלו את המטלה שעות ארוכות, יום אחר יום. בשני המקרים השתפרו הביצועים בכ-30%-20%.

 

אסטרטגיות למידה חסכוניות

"לממצאים שלנו עשויה להיות משמעות מרחיקת לכת בכל התחום של אסטרטגיות למידה," מסכם ד"ר צנזור. "אם די בהצתות קצרות של הזיכרון כדי להפעיל ולשפר את כל רשת הזיכרון שקודדה במוח, ייתכן שאפשר יהיה בעתיד לפתח אסטרטגיות למידה הרבה יותר חסכוניות ויעילות מאלה המקובלות היום, לצרכים רבים ושונים: מצד אחד עבור אנשים בריאים, כמו תלמידים במערכת החינוך, ומצד שני לשיקום והשבת תפקודים לאנשים עם פגיעות מוחיות. היום, בהמשך למחקר שעסק במטלה ויזואלית, אנחנו עורכים מחקר דומה הנוגע לזיכרון המוטורי, במטרה לחשוף את המנגנונים המוחיים האחראים לסוג למידה זה."

מחקר

17.08.2017
החיישן המהפכני לאבחון רפואי שעבר במהירות שיא מן המעבדה אל התעשייה

הטכנולוגיה שפותחה במעבדתו של פרופ' דורון שבת מבית הספר לכימיה, מבוססת על חיישנים כימיים פולטי-אור, ועשויה לשפר באופן דרמטי את הנוחות והמהירות של בדיקות ביולוגיות

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

תהליך כמולומיניסנציה (Chemiluminescence) מתרחש כאשר תגובה כימית מייצרת אור. במעבדתו של פרופ' דורון שבת מבית הספר לכימיה פיתחו ריאגנטים (מגיבים - חומרים המשתתפים בתגובה כימית) לזיהוי ויזואלי של תהליכים מולקולריים בתוך תאים או דגימות ביולוגיות באמצעות כמולומיניסנציה.

 

ייחודם של החיישנים החדשניים הוא יכולתם לפלוט כמות גדולה של אור בסביבת מימית, מה שהופך אותם למתאימים במיוחד לשימוש בתוך רקמות ביולוגיות בתנאים פיזולוגיים שונים, אך ניתן להשתמש בהם גם לצרכים חוץ-גופיים. החיישנים רגישים ויעילים יותר מחיישנים שקיימים כיום בשוק, והם יכולים לעבוד באופן עצמאי ללא צורך באמצעים ביולוגיים שיגבירו את עוצמת פעילותם.

 

החיישנים החדשניים נרשמו על ידי "רמות", חברת המסחור של אוניברסיטת תל אביב, תחת השם AquaSpark™, ויש להם יישומים אפשריים רבים בשווקים מגוונים – הן לצורכי מחקר והן לצורכי אבחון רפואי. בין היתר הם עשויים לאתר ולסמן גידולים סרטניים ברמת דיוק גבוהה במיוחד, כולל גרורות זעירות.

 

הפצת הטכנולוגיה ברחבי העולם

כעת, "רמות" חתמה על הסכם רישיון עם החברה הבינלאומית Biosynth משווייץ, המתמחה, בין היתר, בפיתוח ובייצור של חומרים כימיים לצורכי אבחון רפואי. ההסכם מקנה ל-Biosynth זכות לייצר ולמכור את חיישני AquaSpark™. רשת ההפצה הגלובלית של Biosynth תאפשר הפצה יעילה של הטכנולוגיה ברחבי העולם, וההערכה היא כי מדובר בשוק פוטנציאלי של מיליארדי דולרים.

 

העסקה החדשה נרקמה במהירות נדירה בעולם האקדמי, ונחתמה כחמישה חודשים בלבד לאחר פרסום המאמר המדעי של פרופ' שבת. "ברגע שקראתי את המאמר של דורון הבנתי את הפוטנציאל העצום של ההמצאה," אמר נשיא Biosynth, ד"ר אורס שפיץ. "היא צפויה לשפר באופן דרמטי את הנוחות והמהירות של בדיקות ביולוגיות."

 

"אין לנו ספק ש-Biosynth היא השותף הנכון, עם הכלים המקצועיים הטובים ביותר, כדי להביא את הטכנולוגיה לשוק במהירות," אמר ד"ר עדי אלקלס, סמנכ"ל פיתוח עסקי בתחום מדעי החיים של רמות. "בכוונתנו לעבוד עם החברה בשיתוף פעולה, על מנת לייצר הסכמים עם מגוון שחקנים במגזרים השונים של מדעי החיים, ולהפוך את AquaSpark™ לחיישן החדשני הסטנדרטי בתחומי המחקר והאבחון."

 

מחקר

07.08.2017
תרופות נגד חרדה ודלקת צמצמו הופעה של גרורות סרטניות

לתגובות של לחץ (סטרס) ודלקת שהגוף מפתח יכולה להיות השפעה מכרעת על הופעתן של גרורות בקרב חולי סרטן

  • רפואה
  • רפואה ומדעי החיים

במקרים רבים, הטיפול בחולי סרטן אינו נגמר לאחר הניתוח להסרת הגידול הראשוני. הנתונים הקשים מצביעים על כך שלאחר הניתוח להסרת הגידול, שהינו עמוד התווך במכלול הטיפולים במחלות הסרטן, האתגר הבא הוא הופעתן של גרורות סרטניות. שיעור הסיכון להופעת גרורות הוא כ-15% מקרב חולות בסרטן השד, כ-20%-40% בקרב חולי סרטן המעי הגס, והוא עלול אף להגיע ל-96% בקרב חולי סרטן הלבלב.

 

לאחרונה התגלה כי טיפול תרופתי קצר, פשוט ובטוח הפחית גורמי סיכון להתפשטות גרורות סרטניות לאחר הניתוח להסרת הגידול הראשוני – כך עולה ממחקרים קליניים ראשונים שנערכו בקרב 38 חולות סרטן השד ו-34 חולי סרטן המעי הגס במרכזים הרפואיים: שיבא, רבין וקפלן.

 

התגלית היא תוצאה של מחקר בהובלתם של פרופ' שמגר בן-אליהו מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית הספר סגול למדעי המוח, וחוקרים מביה"ס לרפואה ע"ש סאקלר באוניברסיטת תל אביב: פרופ' עודד זמורה ופרופ' משה שבתאי מהמרכז הרפואי שיבא, ד"ר ערן שרון וד"ר יהודית בירנבוים מהמרכז הרפואי רבין, וד"ר תניר אלווייס מהמרכז הרפואי קפלן. תוצאות המחקר התפרסמו לאחרונה בכתב העת הרפואי Clinical Cancer Research והוצגו בכנסים רפואיים.

 

לחץ מגביר התפתחות גרורות

"כשהגוף נמצא במצב של לחץ, פיזיולוגי או פסיכולוגי, הורמונים ממשפחות הפרוסטגלנדינים והקטכולאמינים מופרשים בכמויות גדולות", מסביר פרופ' בן-אליהו. "הורמונים אלה מדכאים את פעילות תאי המערכת החיסונית ובכך מעודדים בעקיפין התפתחות גרורות סרטניות. בנוסף, הורמונים אלו מסייעים במישרין לתאים הסרטניים שנשארים בגוף לאחר הניתוח ליצור ולהתפתח לגרורות מסכנות חיים. כך, בשל החשיפה להורמונים אלו, הרקמות הסרטניות שבגוף הופכות להיות אגרסיביות וגרורתיות יותר".

 

במחקרים מקדימים בבעלי חיים שנערכו במהלך שני העשורים האחרונים באוניברסיטת תל אביב, הראו פרופ' שמגר בן-אליהו ותלמידיו, כי הניתוח והתגובות הפיזיולוגיות שמלוות אותו מעלים את הסיכויים להתפתחותה של מחלה סרטנית גרורתית, וכי בעזרת שילוב של תרופות קיימות ניתן להפחית תהליכים גרורתיים. בשנים האחרונות, נבחן טיפול זה גם בקרב נשים וגברים החולים בסרטן.

 

תרופות פשוטות - תוצאות משמעותיות

במסגרת ניסויים קליניים, החוקרים נתנו לחולות סרטן שד שתי תרופות מוכרות ובטוחות: פרופרנולול (דרלין), תרופה להורדת לחץ דם ולהפחתת חרדה, ואטודולק (אתופן), המשמשת למניעת כאבים ודלקות. החולות נטלו את התרופות במשך 11 יום בלבד – החל מחמישה ימים לפני ועד חמישה ימים אחרי הניתוח – כאשר מחציתן קיבלו תרופות פלסבו כקבוצת ביקורת.

 

"התרופות הפכו את הגידול מגידול פרו-גרורתי לגידול עם פוטנציאל גרורתי מופחת, וזאת על פי סמנים מולקולריים בתאים הסרטניים", אומר פרופ' בן-אליהו. "כמו כן, התרופות שינו לטובה את כמות וסוג הלוקוציטים (תאי הדם הלבנים) של המטופלת שבגידול – מדדים שאף הם מנבאים סיכוי נמוך יותר להישנות הסרטן. בנוסף לדגימת הגידול שהוסר, בדקנו עוד עשרה סמנים ביולוגיים, ביו-מרקרים, בבדיקות דם לפני ואחרי הניתוח, כאשר, התוצאות היו מובהקות סטטיסטית והצביעו על שינויים פיזיולוגיים אנטי-גרורתיים. בין היתר, הוריד הטיפול התרופתי בקרוב ל-50% רמות של IL-6 (הורמון של מערכת החיסון),CRP  (חלבון דלקתי) ו-EMT (סמן מולקולרי ביולוגי ברקמה הסרטנית) - כולם סמנים המנבאים תהליכים גרורתיים.

 

גם ללחץ ולדלקת לפני הניתוח השפעה שלילית

"למעשה, אחת התוצאות המעניינות והחשובות שקיבלנו ממחקר ראשוני זה היא שתגובות של לחץ (סטרס) ודלקת שהגוף מפתח עוד לפני הניתוח עצמו מובילות כנראה לשינויים פרו-גרורתיים שחלים בגידול. נראה שהחרדה והתגובות האנדוקריניות שנלוות אליה בתקופת ההמתנה לניתוח יכולות להשפיע לרעה על הגידול ועל פרמטרים גופניים של החולה. במחקר דומה שסיימנו זה עתה בחולי סרטן המעי (שאת תוצאותיו פרסמנו בכנסים רפואיים) קיבלנו תוצאות דומות. חשוב לציין שבשני המחקרים גם נמצא פרופיל בטיחותי גבוה לטיפול התרופתי.

 

על אף ממצאים אלה, פרופ' בן-אליהו מציין, שחלק מהממסד הרפואי מתייחס בחוסר אמון להשפעות שיש לתגובות לחץ, ובפרט לאלו הנובעות מגורמים פסיכולוגיים, כמו ההמתנה לניתוח או הפחד מהתפשטות המחלה על הסרטן עצמו. "יש מדדים ביולוגיים ברורים שמצביעים על התפשטות של הסרטן כתוצאה מתגובות לחץ ודלקת של הגוף, לפחות במחקרים בבעלי חיים, אבל עדיין אין מודעות לחשיבות ההשפעות הפסיכולוגיות על התקדמות המחלה בבני אדם", הוא אומר. לדבריו, בעקבות המחקר הראשוני המוצלח, בהמשך בכוונת החוקרים לערוך מחקר שיפחית את תגובות הלחץ לפני הניתוח על ידי התערבות התנהגותית-פסיכולוגית, ייתכן שגם ללא שימוש בתרופות.

 

למנוע את חזרת הסרטן לגוף החולים

פרופ' בן אליהו מציין שבעוד שהמחקרים הקליניים נערכו כאמור על חולי סרטן השד והמעי, במחקרים קודמים שנערכו על בעלי חיים, נמצא שהפחתת הסיכון להתפשטות גרורות לאחר הניתוח אינה בלעדית לסוג סרטן זה או אחר. לדבריו, רוב התרופות הקיימות נגד סרטן  נצרכות על ידי החולה למשך שארית ימיו. גם רוב התרופות החדשות שקיימות בשוק אינן מצילות חיים אלא מאריכות חיים - מטרה נעלה בפני עצמה. "בטיפול שאנו חוקרים, אנו שואפים להעלות את אחוז החולים שהסרטן לא יחזור אצלם, ובכך להציל חיים".

 

"בעקבות המחקר הראשוני המוצלח, בכוונתנו לערוך בשלב הבא מחקר קליני רחב בקרב 600 חולים בסרטן המעי, ובהמשך גם מחקר קליני בקרב 200 חולים בסרטן הלבלב, אבל לשם כך יהיה עלינו לגייס לפחות מיליון דולר, מציין פרופ' בן אליהו,  "צריך להבין שלחברות התרופות אין תמריץ כלכלי לתמוך במחקרים כאלה, כיוון שהתרופות שבהן השתמשנו הן תרופות בלי פטנט, הן בטוחות, זולות והן ניתנות בטיפול קצר של כמה ימים."

מחקר

09.07.2017
לפצח את הפאזל של גנום חיטת הבר

הריצוף פורץ הדרך של גנום חיטת הבר ישמש בסיס חיוני לשיפור עתידי של זני החיטה שמגדל האדם - כמענה מרכזי לאתגר הזנת האנושות במאה ה-21

  • מדעי החיים
  • רפואה ומדעי החיים

כולנו מכירים את המראה המרהיב של שדה חיטה הממתין לקציר, כולו שיבולים שיבולים זקופות ועמוסות גרעינים. מסתבר, שהחיטה לא תמיד נראתה בדיוק כך. לדברי המדענים, השיבולים המאוגדות הן תוצר של תירבות החיטה בידי האדם עם התפתחות החקלאות, לפני כ-10,000 שנה בלבד. תכונה זו היא ההבדל המרכזי בין החיטה התרבותית שנקצרת בידי אדם, לבין אמה הקדמונית, חיטת הבר – ששיבוליה מתפרקות ומפיצות את הזרעים לכל עבר, כדי  שינבטו במרחק זה מזה בעונת הגשמים הבאה.

 

במחקר פורץ דרך הצליחו עתה חוקרים במכון לחקר הדגנים שבפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס.וייז באוניברסיטת תל אביב, בהובלת ד"ר אסף דיסטלפלד, לרצף את גנום חיטת הבר, ולאתר בו שתי מוטציות גנטיות האחראיות על תכונת השיבולים המאוגדות. "מצאנו ששתי המוטציות הללו קיימות בכל זני החיטה התרבותית שגדלים היום ברחבי העולם, אך לא קיימות בחיטת הבר," אומר ד"ר דיסטלפלד. "שתי המוטציות הן ממש כמו לוגו, סימן מסחרי של חיטה תרבותית."

 

המחקר פורץ הדרך בוצע עם החברה הישראלית NRGene מנס ציונה, ועם מעבדות מובילות בגרמניה, באיטליה, בקנדה, בישראל ובארה"ב. הוא התפרסם בכתב העת המדעי  Science - מהיוקרתיים והחשובים ביותר בעולם.  

 

אחד מן הגנומים המורכבים בטבע

תחילתו של המחקר פורץ הדרך בפיצוחו של גנום חיטת הבר בעזרת אלגוריתם חדשני של החברה הישראלית NRGene מנס ציונה. "גנום החיטה נחשב לאחד המורכבים ביותר בטבע - 17 מיליארד אבני בניין (נוקלאוטידים/אותיות) בחיטת הלחם ו-12 מיליארד בחיטת הבר ובחיטת הדורום (פסטה) - לעומת 3 וחצי מיליארד בלבד בגנום של האדם," אומר ד"ר דיסטלפלד. "במהלך העשור האחרון ניסו חוקרים בכל העולם, מגובים בתקציבי עתק, לרצף את גנום החיטה, אבל התוצאות היו חלקיות בלבד. הטכנולוגיה של NRGene איפשרה לנו באוניברסיטת תל אביב, בתקציבים מוגבלים יחסית, להרכיב סוף סוף את הפאזל של גנום חיטת הבר."

 

מסביר הדוקטורנט רז אבני, מעורכי המחקר: "כשמרצפים את ה-DNA בטכנולוגיה המקובלת, מקבלים מספר רב של רצפי DNA קצרים, באורך של 250 אבני בניין (אותיות) כל אחד. התוכנה של NRGene איפשרה לנו לבנות מהרצפים הקצרים הללו רצפים ארוכים הרבה יותר – 7,000,000 אבני בניין בממוצע. כעת ביקשנו לסדר את הרצפים הארוכים בסדר הנכון, על מנת לבנות את הגנום השלם. לשם כך פיתחנו במעבדה שלנו מה שמכונה במדע 'אוכלוסיה גנטית': 150 פרטים שהם צאצאים של שני הורים חיטה תרבותית וחיטת בר.  מיפינו את האוכלוסייה הזו בעזרת אלפי סמנים גנטיים, ויצרנו מהם מעין 'עוגנים', שהתוו את סדר הרכבתם של הרצפים הארוכים. בסופו של דבר בנינו כ-90% מגנום חיטת הבר: כ-10.5 מיליארד אבני בניין שמכילות  65,000 גנים (לעומת 20,000 גנים בגנום האנושי)."

 

ההבדל בין חיטה תרבותית לחיטת הבר

כעת ניגשו החוקרים אל השאלה הבאה: מה תפקידם של הגנים השונים, ובעיקר, אילו הם הגנים האחראים על תכונות שייחודיות לחיטה? "התכונה הראשונה שחיפשנו בגנום הייתה זו שמבדילה בין החיטה התרבותית לחיטת הבר: איגוד הזרעים בשיבולים לעומת התפרקות השיבולים ופיזור הזרעים," אומר ד"ר דיסטלפלד. "לשם כך חילקנו את האוכלוסייה הגנטית שלנו לכמה קבוצות: צמחים שירשו את תכונת איגוד השיבולים, לעומת כאלה ששיבוליהם מתפרקות או מתפרקות חלקית. השוואה בין ה-DNA של הקבוצות השונות חשפה שתי מוטציות ספציפיות, שמצויות רק בחיטה בעלת שיבולים מאוגדות."

 

כדי לוודא שאלה אכן המוטציות האחראיות על תירבות החיטה בראשית ימי החקלאות, בחנה הדוקטורנטית מורן נוה 113 צמחי חיטת בר ממקומות שונים במזרח התיכון – מישראל ועד תורכיה, אירן, עירק וסוריה, מול 94 זנים של חיטה תרבותית מכל העולם. והתוצאות היו חד משמעיות: שתי המוטציות נמצאו בכל זני החיטה התרבותית, ובאף אחת מחיטי הבר.

 

"מבחינתנו זהו רק צעד ראשון," מסכם ד"ר דיסטלפלד. "באמצעות הכלים שיש בידינו היום, ואף הופצו לכל העולם, נוכל לאתר בגנום החיטה גם גנים האחראים לתכונות נוספות - כמו ערך תזונתי, יצרנות (יבול), עמידות בפני מזיקים, עמידות בפני תנאי אקלים משתנים כמו קור, חום ויובש ועוד. מידע זה צפוי לשמש בסיס חיוני לשיפור עתידי של זני החיטה שמגדל האדם - כמענה מרכזי לאתגר קריטי ביותר: הזנת האנושות במאה ה-21."

 

 

מחקר

09.07.2017
מדע מדויק: חוקר מאוניברסיטת תל אביב חזה את מסתו של חלקיק נדיר

כוח הניבוי של המחקר התיאורטי מתגלה במלוא הדרו עם הגילוי החדש של החלקיק במאיץ החלקיקים ב-CERN

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

לפני שלוש שנים חזה פרופ' מרק קרלינר, פיזיקאי תאורטיקן המתמחה בפיזיקת החלקיקים האלמנטריים מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם עמית מארה"ב, את מסתו של חלקיק תת-אטומי חדש שטרם נצפה כמותו. פיזיקה תאורטית היא ענף בפיזיקה המשתמש במודלים מתמטיים ובמערכות פיזיקליות מופשטות כדי לתאר ולנבא התנהגות של מערכות פיזיקליות טבעיות. זאת בניגוד לפיזיקה ניסויית המשתמשת בכלים ניסויים כדי לבדוק מערכות אלו.

 

בשבוע שעבר, מדענים במאיץ החלקיקים הענק ב-CERN ליד ג’נבה הכריזו על הגילוי הניסיוני של החלקיק. המסה שלו נמדדה ונמצאה זהה כמעט לחלוטין למסה שחזה פרופ' קרלינר: הניבוי התברר כמדויק ברמה של קצת מעל 99.8%. הפרטים אודות החלקיק החדש, המכונה ++Xi-cc, הוצגו בכנס של פיזיקת אנרגיה גבוהה בוונציה.

 

החלקיק החדש בעל השם המוזר יוכל לשפוך אור על אופי הכוחות הפועלים בין הקווארקים – החלקיקים היסודיים מהם מורכבים פרוטונים וניוטרונים, אשר בתורם מהווים את אבני הבניין מהם עשויים גרעיני האטומים, ולפיכך גם כל החומר ביקום שסביבנו.

 

הכוח החזק של גרעין האטום

ישנם שלושה קווארקים קלים ושלושה כבדים. מבין השישה, הקווארק הכבד ביותר, המכונה top, חי זמן קצר כל כך שאינו מספיק להתקשר עם חמשת הקווארקים האחרים. יתר החמישה יוצרים קשרים זה עם זה. כל שלישייה מתוך החמישה יכולה להתקיים במגוון רחב של קומבינציות. ככל שהחלקיקים כבדים יותר, קשה יותר לייצר אותם במאיץ החלקיקים, מפני שיצירתם דורשת יותר אנרגיה והם מתפרקים מהר. הכוח הפועל בין הקווארקים מכונה "הכוח החזק" והוא אחד מארבעת כוחות היסוד בטבע (לצד הכוח האלקטרומגנטי, הכוח החלש וכוח הכבידה). לא לשווא הוא מכונה "הכוח החזק" – עוצמתו היא פי 1038‎ מעוצמת כוח הכבידה. אך טווח הפעולה של הכוח החזק הוא מצומצם מאוד - בסדר הגודל של קוטר גרעין האטום. הכוח החזק מחבר קווארקים לכדי האדרונים (חלקיקים מורכבים העשויים מקווארקים וגלואונים). ההאדרונים נחלקים לבאריונים ומזונים. עם הבאריונים נמנים הנוקליאונים, שהם הפרוטון והנייטרון.

 

עד היום נצפו באריונים שכוללים שלושה קווארקים קלים או קווראק כבד אחד ושניים קלים, אך בין המומחים היה קונצנזוס מוחלט שחייבים להיות קיימים גם באריונים עם שני קווארקים כבדים. "האתגר היה לחזות מתוך התיאוריה את התכונות השונות של השלישייה שכוללת שניים כבדים ואחד קל," מסביר פרופ' קרלינר, "וזה כולל בראש ובראשונה את המסה שלהם.”

 

במאמר שכתב פרופ' קרלינר בשנת 2014, בשיתוף עם פרופ' ג'ונתן רוזנר מאוניברסיטת שיקאגו, שבצעירותו היה חוקר בתר דוקטורט אצל פרופ' יובל נאמן באוניברסיטת תל אביב, הם חישבו את כל הקומבינציות האפשריות של שני קווארקים כבדים וקווארק אחד קל, והגיעו למסקנה שישנן שלוש אפשרויות עם תת גוונים.

 

החיזוי המדויק ביותר

"במאמר חזינו את המסה של החלקיק ועוד תכונות שטרם נמדדו. בתוצאות שפורסמו בכנס גדול של החברה האירופית לפיזיקה המוקדש לחלקיקים אלמנטריים, שחררו המדענים את התוצאה הנסיונית שהם עובדים עליה כמעט שלוש שנים בסודיות מוחלטת. השורה התחתונה היא שהמסה שהם מדדו מאוד קרובה למסה שאנחנו חזינו. המסה שהם מדדו היא 3621 פלוס מינוס 1, ביחידות הנקראות MeV. החיזוי שלנו מלפני שלוש שנים הוא 3627 פלוס מינוס 12. השגיאה בניבוי היא פחות מ-0.2% ממה שהתגלה בפועל. רבים לפנינו ניסו לנבא את המסה, עשו חישוב בשיטות שונות, פרסמו את התוצאות וכעת מתברר שפספסו. החיזוי שלנו הכי מדויק. על מנת להמחיש, החלקיק החדש כבד כמעט פי 4 מהפרוטון, והמטען החשמלי שלו כפול מזה של הפרוטון.”

 

עתה, צוות המחקר ב-CERN ימדוד מאפיינים נוספים של החלקיק ++Xi-cc. המדידה הזו תאפשר להעמיק באופן משמעותי את הבנת הכוח הפועל בין הקווארקים, ותסייע לחוקרים להבין טוב יותר את הכוח החזק, המחזיק את מרכזי האטומים יחד. אנשי CERN יעשו מאמץ למצוא חלקיקים נוספים הכוללים שני קווארקים כבדים.

 

"הדבר הראשון שאני מצפה לו היא מדידה של זמן מחצית החיים של החלקיק, כלומר כמה זמן לוקח לו עד שהוא דועך לחלקיק קל יותר. גם לנתון זה יש תחזית במחקר שלנו, וכשימדדו אותו נדע כמה דייקנו גם בזה." מסכם פרופ' קרלינר.

 

תמנון. מסקרן, מתוחכם ועשוי להוביל לפתרונות בתחום ההנדסה הגנטית

מחקר

04.07.2017
סודות הדנ"א של הדיונון

מסתבר שתמנונים ודיונונים יודעים לשנות את ההוראות לייצור חלבונים ולערוך את עצמם גנטית. התגלית עשויה לספק תובנות חדשות בתחום ההנדסה הגנטית

  • מדעי החיים
  • רפואה ומדעי החיים

ומה אם היינו יכולים לערוך את הגנטיקה האנושית מבלי להתערב בדנ"א? תמנונים ודיונונים הם בעלי חיים מסתוריים, מסקרנים ובעלי תחכום התנהגותי יוצא דופן. מסתבר שמלבד שמונה זרועות, שלושה לבבות ורשת עצבית מרשימה, בורכו יצורים אלה גם באינטליגנציה גנטית מרתקת.

 

מחקר חדש שהתפרסם לאחרונה מראה שתמנונים ודיונונים, השייכים לתת המשפחה המכונה דיונונאים(Coleoidea) , מתפתחים באופן שונה מכל יצור אחר, לרבות בני אדם, ומשנים את ההוראות הגנטיות לייצור החלבונים שלהם בצורה ייחודית. במלים אחרות – הם יכולים לערוך את עצמם גנטית.

 

המחקר נערך ע"י פרופסור אלי איזנברג מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם ג'ושוע רוזנטל מהמכון לביולוגיה ימית של אוניברסיטת שיקאגו, בוודס הול, מסצ'וסטס, ארה"ב.

 

תהליך שכפול ייחודי, אבולוציה איטית

אצל רוב היצורים בטבע נקבע הרצף החלבוני באופן חד-משמעי על פי המידע הגנטי המקודד ב-דנ"א (DNA), והוא הקובע את המבנה והפונקציה של החלבון. התאים שבגופנו מורכבים מחלבונים, שנוצרים בהתאם להוראות שנכתבו ב-דנ"א. ה-דנ"א הוא מולקולת ענק המורכבת משרשרת של יחידות קטנות. הסידור הספציפי של היחידות הללו, המכונה רצף הדנ"א, הוא הצופן שקובע את מבנה החלבון. הגן הוא 'מסמך' ההוראות לבניית החלבון, כשבכל מולקולת דנ"א (כרומוזום) יש מאות עד אלפי גנים. בתא מתבצע תהליך של שעתוק ה-דנ"א למולקולות דומות המכונות רנ"א (RNA), והן  מתורגמות בסופו של דבר לחלבון.

 

לתמנונים ולדיונונים יש יכולת יוצאת דופן לבצע עריכה גנטית דרך שינוי מולקולת ה-רנ"א כך שלא תהיה שעתוק מדויק של הרצף הגנומי. כך הם יכולים לייצר מגוון עצום של גרסאות שונות של החלבון מתוך אותו 'מסמך מקור' השמור ב-דנ"א.

 

"כדי לשמר את המנגנון המיוחד הזה של עריכה גנטית, קצב השינויים בגנום של הדיונונאים מואט משמעותית, ומשמעות הדבר היא האטה בתהליך ההתאמה של היצור לסביבתו", מסביר פרופ' איזנברג. "הדיונונאים מוכנים לשלם את המחיר הכבד הזה, בתמורה לתועלת המתקבלת מן הגמישות בייצור חלבונים מגוונים דרך מנגנון עריכת הרנ"א". 

 

בדרך ל"הנדסת רנ"א"

התגלית הזו מעוררת הדים ברחבי העולם וסוקרה במספר כתבי עת מדעיים, ואף בניו-יורק טיימס. ההתבוננות באופן שבו תמנונים ודיונונים "עורכים" את ה-רנ"א עשויה לספק למדענים כלי טכנולוגי חשוב בתחום ההנדסה הגנטית. מניפולציות דנ"א עשויות להיות מורכבות ומסוכנות, ולהביא לתופעות לוואי בלתי רצויות. לעומת זאת, מנגנון עריכת ה-רנ"א מספק לחוקרים דרך נוספת, מסוכנת פחות, להשפיע על החלבונים בגוף האדם באופן של "הנדסת רנ"א". ייתכן כי בעתיד הדבר יסייע להשפיע בצורה מבוקרת על המידע הגנומי בגוף האדם, ולפתח תרופות למחלות גנטיות.

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות
שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>