מחקרים

את המחקר ערכו ד"ר ארז בן יוסף, פרופ' עודד ליפשיץ ותלמיד המחקר מייק מילמן מהחוג לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל אביב, וד"ר רון שער מהאוניברסיטה העברית בירושלים, בשיתוף עם המעבדה המגנטית של Scripps בסאן דייגו, ארה"ב. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת היוקרתי PNAS.

תעלומה שאפילו איינשטיין לא פתר

"השדה המגנטי הוא שמאפשר את קיומם של חיים בכדור הארץ כפי שאנו מכירים אותם," אומר ד"ר ארז בן יוסף. "השדה הזה מגן עלינו מפני הקרינה הקוסמית ומפני רוח השמש, הוא משמש בעלי חיים רבים לניווט והוא משפיע ישירות על תהליכים רבים נוספים בטבע. למרות זאת, השדה המגנטי של כדור הארץ היה ונותר חידה מדעית שרב בה הנסתר על הגלוי. אלברט איינשטיין הגדיר את הבנת מקור השדה כאחת מחמש התעלומות החשובות ביותר בפיזיקה".

"לפי התיאוריה המקובלת, השדה המגנטי נוצר בגלעין החיצוני של כדור הארץ, בעומק של יותר מ-2900 ק״מ ובטמפרטורה של למעלה מ-4000 מעלות. הגלעין מורכב ברובו מברזל נוזלי. התנועה של הברזל, שהוא חומר מוליך חשמלית, מייצרת שדה מגנטי כתוצאה מסיבוב כדור הארץ סביב צירו. מאז אמצע המאה ה-19 נערכות מדידות ישירות של עוצמת השדה – אלא שמדידות אלו מצביעות על היחלשותו."

מה יקרה כשהמצפן יצביע דרומה?

"מאז שהחלו המדידות, כדור הארץ איבד כ-10% מהשדה המגנטי", מסביר ד"ר בן יוסף. "בנוסף, אנחנו יודעים שהיחלשות העוצמה קשורה לתופעה הנדירה של היפוך הקטבים. אם עוצמת השדה המגנטי תמשיך לרדת, והוא יחלש כמעט עד אפס, יכול להתרחש תהליך שנקרא היפוך קטבים. יש חוקרים שרואים את הירידה הנוכחית בעוצמה כראשיתו של היפוך כזה." בתהליך של היפוך הקטבים של השדה המגנטי, מצפנים שמצביעים לכיוון צפון יצביעו לכיוון דרום, והוא עלול לבלבל בעלי חיים, שמסעותיהם מונחים על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ, לפגוע בלוויינים ובקווי החשמל ולגרום לשיבושים שונים בחיים על פני כדור הארץ.

"ההיפוך עצמו מטריד לא מעט אנשים ומזין לא מעט תיאוריות קונספירציה." ממשיך ד"ר בן יוסף, "אמנם רוב המדענים חושבים שלא תהיה קטסטרופה אפילו במקרה של היפוך הקטבים, אבל יש מספר חוקרים שסבורים שלא נצליח להתקיים ללא שדה מגנטי. מן הסתם, כל השאלות הללו מובילות לשאלת עוצמת השדה המגנטי בעבר, לפני שהחלו המדידות".

כדי למדוד את השדה המגנטי הקדום יש להשתמש בחומרים גיאולוגיים או ארכיאולוגיים, ש"הקליטו" את השדה המגנטי הקדום בזמן היווצרותם. חומרים אלו, כמו בזלות למשל, מכילים חלקיקים מגנטיים שהסתדרו בהתאם לשדה המגנטי בזמן שהחומר התקרר. ככלל, ממצאים ארכיאולוגיים כמו חרסים, לבנים, רעפים וכבשנים מאפשרים מקור מדויק יותר מחומרים גיאולוגיים לעוצמת השדה המגנטי ב-10,000 השנים שחלפו מאז שהאדם למד להשתמש באש.

"במחקר הנוכחי נעזרנו במחקר הארכיאולוגי היסודי שנערך על ממלכת יהודה הקדומה", אומר ד"ר בן יוסף. "מהמאה השמינית ועד למאה השנייה לפנה"ס פעלה ביהודה מערכת ביורוקרטית מסודרת, שנהגה להטביע את ידיות קנקני האגירה בחותמות מנהל שונות, כמו החותמת 'למלך'. חותמות אלו מאפשרות לנו להתאים תאריך מדויק לעוצמת השדה שהוקלטה בקנקנים, בדיוק של עד עשרות שנים בודדות, ובכך לשחזר 600 שנים של שדה מגנטי קדום – מסד נתונים חסר תקדים בהיקפו".

השדה המגנטי נחלש והתאושש

את קנקני "למלך" של ממלכת יהודה שלחו החוקרים למעבדה המגנטית של פרופ' ליסה טוקס במכון Scripps בסאן דייגו. התוצאות שהתקבלו מראות שאין סיבה לחשוש מהיחלשות השדה המגנטי בימינו, שכן הוא נחלש הרבה יותר בעבר הקרוב – ו"התאושש" לאחר מכן.

"מהקנקנים אנו למדים שעוצמת השדה המגנטי פחתה ב-20% תוך 30 שנה, כך שהיחלשות השדה המגנטי ב-10% במהלך 180 השנים האחרונות אינה צריכה לעורר דאגה מיוחדת, מסביר ד"ר בן יוסף, " הממצאים החדשים מצביעים על כך שלפני 3,000 שנה עוצמת השדה המגנטי הייתה חזקה פי 2.5 מעוצמתה היום – השדה המגנטי  הוא תנודתי יותר משחשבנו."

חלון הבנה דו-כיווני

בנוסף לתרומת מסד הנתונים החדש להבנת השדה המגנטי של כדור הארץ, החוקרים מקווים שהוא יתרום גם להבנה טובה יותר של הארכיאולוגיה המקומית. "זה חלון הבנה דו-כיווני. אנחנו יכולים לקחת קנקן משנת 630 לפנה"ס, למדוד את תכונותיו המגנטיות, ובכך לשחזר את עוצמת השדה המגנטי הקדום של כדור הארץ – או שאנחנו יכולים לקחת קנקן שאנחנו לא יודעים את גילו, ולהשתמש בשדה המגנטי הקדום כדי לתארך אותו. החזון שלנו הוא לבסס מסד נתונים על השדה המגנטי הקדום שיהווה כלי נוסף לתיארוך ארכיאולוגי באזורנו, בדומה לתיארוך בפחמן 14".

ד"ר שמואלי הוא חבר סגל במחלקה להנדסת תעשייה באוניברסיטת תל אביב, וגב' לוי היא סטודנטית לתואר שני במחלקה. פרופ' אלוביץ הוא חבר סגל במחלקה להנדסת מערכות תוכנה ומידע באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, ומר נשיא הוא סטודנט לתואר שלישי במחלקה.

כל זואולוג או חובב בעלי חיים חולם להבין את שפת החיות, ממש כמו ד"ר דוליטל האגדי. מסתבר שהחלום בר מימוש. חוקרים מאוניברסיטת תל אביב הצליחו לפענח צלילים מתוך 'שפת העטלפים', ולזהות מי מעביר את המסר למי, ובאילו מצבים. "עטלפים הם יונקים מאוד חברותיים, שחיים במושבות של אלפי ואף מיליוני פרטים," אומר ראש קבוצת המחקר, פרופ' יוסי יובל מהמחלקה לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. "למעשה, הערים הגדולות ביותר בכדור הארץ הן ערי עטלפים, ותושביהן חייבים לתקשר ביניהם. אנחנו ביקשנו לבחון מה בדיוק הם אומרים זה לזה." המחקר המסקרן בוצע בשיתוף עם תלמידי המחקר מור טאוב ויוסף פרת, והתפרסם בכתב העת Scientific Reports מקבוצת Nature.

"כשנכנסים למערה בה שוכנת מושבת עטלפים, שומעים קקופוניה של קולות וציוצים," אומר פרופ' יובל. "מכיוון שהצפיפות במושבה גדולה, רוב האינטראקציות בין חבריה הן בסגנון: "זוז! אל תפריע לי!", אך האם זה הכול? במחקר שלנו בדקנו האם ניתן להפיק מקולות העטלפים מידע נוסף."

לצורך המחקר הקליטו החוקרים את קולותיהם של כ-20 עטלפים מסוג עטלף הפירות המצרי, החיים בשבט משלהם, במעבדה שבמחלקה לזואולוגיה. ההקלטות בוצעו באופן רציף, 24 שעות ביממה, לאורך תקופה של כחודשיים וחצי, ולווו גם בצילומי וידאו של המתרחש במושבה. בסך הכול הוקלטו מאות אלפי אירועי תקשורת בין העטלפים, והמחקר התמקד בסופו של דבר בכ-15,000 אירועים, שניתן היה לשייכם לקונטקסט מסוים.

"בתהליך הפענוח השתמשנו באלגוריתמים המשמשים כיום לזיהוי קולי באפליקציות טלפוניות," אומר פרופ' יובל. "בדקנו במחשב מאפיינים של הספקטרום הקולי של העטלפים השונים, באמצעות אנליזות של גלי הקול, וגילינו שאפשר לחלץ מידע רב מקריאות העטלפים." 

החוקרים הגיעו לדיוק רב בפענוח מגוון היבטים של 'השיחות' בין העטלפים: ב-90% מהמקרים הם זיהו נכונה את העטלף 'המדבר', וב-65% גם את זה שאליו הופנה המסר; בכ-80% מהאירועים הם הצליחו לפענח גם את התוכן, או ההקשר שבו 'נאמרו' הדברים. ההקשר, שזוהה על סמך הקול בלבד, אומת לאחר מכן בעזרת צילומי הווידאו של האירוע.

רבים ומחזרים

בסך הכול זוהו ארבעה מצבים חברתיים שונים, המתאפיינים בקריאות ספציפיות: מריבה על מזון, לדוגמה כשעטלף אחד מנסה לחטוף מזון מאחר; ניסיון הזדווגות – כשזכר 'מנסה את מזלו' עם נקבה, והיא ממאנת ומגרשת אותו; ויכוח במהלך השינה – ציוץ שמשמעו ככל הנראה 'הערת אותי!'; ומריבות כלליות בין שני עטלפים התלויים זה לצד זה מגג המערה.

"מכיוון שעטלפים חיים בחושך, אך טבעי הוא שהתפתחה ביניהם תקשורת קולית משוכללת," מסכם פרופ' יובל. "אם אנחנו הצלחנו להפיק מהקולות מידע ברמת דיוק של כ-80%, ניתן להניח כי עטלף אחר שנמצא בסביבה, בעל מוח שעבר אבולוציה מתאימה, מבין 100% מהנאמר. זוהי כנראה דרך חשובה להעברת מידע חברתי בין חברי המושבה, מעין 'רכילות' אם תרצו, כמו בכל קהילה עם חיי חברה מפותחים. האם ניתן ללמוד ולהשליך משפתם גם על התפתחות השפה שלנו, בני האדם? לשם כך דרוש מחקר נוסף, אך ייתכן בהחלט שהתשובה חיובית."

את המחקר הוביל פרופ' יאיר בן דוד (יוג'ין קוביליאנסקי) מהמחלקה לאנטומיה ואנתרופולוגיה בבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם הדוקטורנט דמיטרי טורצ'ינסקי מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר באוניברסיטה, ד"ר לאוניד קליחמן מהמחלקה לפיזיותרפיה בפקולטה למדעי הבריאות באוניברסיטת בן גוריון ופרופ' דוד קרסיק מהפקולטה לרפואה בגליל של אוניברסיטת בר אילן. המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי The American Journal of Clinical Nutrition.

תאי הרבייה ספגו את הפגיעה

"הטלומרים הינם רצפי DNA ייחודיים, המצויים בשני קצותיו של כל הכרומוזום, ומתקצרים עם כל התחלקות של גרעין התא (מיטוזה)," מסביר פרופ' קוביליאנסקי. "מחקרים שנערכו בעבר מצביעים על קשר ברור בין הדינמיקה של הטלומרים לבין תהליכי ההזדקנות ותוחלת החיים של האדם. המחקר שלנו בדק אם רעב קשה מהווה גורם המשפיע על אורך הטלומרים – הן אצל האדם שחווה רעב בעצמו, והן אצל צאצאיו."

החוקרים בחרו לערוך את מחקרם בקרב בני העם הצ'ובשי, השוכן בכפרים קטנים על הגדה המזרחית של נהר הוולגה, במישור המזרח-אירופאי של רוסיה, ואשר חווה רעב קשה בשנים 1923-1922. לצורך כך הם ביקרו במקום שלוש פעמים, בשנים 1994, 1999 ו-2002, ואספו דגימות דם מקבוצה של 687 גברים ו-647 נשים, ילידי השנים 1980-1909, המשתייכים ל-410 משפחות גרעיניות שונות. לאחר מכן הם מדדו במעבדה את אורך הטלומרים של תאי הדם הלבנים שבדגימות.

החוקרים חילקו את ממצאיהם על פי קבוצות גיל: ילידי 1921-1909, שהיו ילדים בני שנה עד 13 שנים בעת הרעב; ילידי 1923-1922, שנולדו במהלך הרעב עצמו; ילידי 1928-1924, שנולדו זמן קצר לאחר תקופת הרעב, אך הוריהם נחשפו לרעב בגיל הפריון; וכל מי שנולד אחרי 1928, כולל צאצאיהם של שורדי הרעב הגדול.

התוצאות היו מרתקות. בקרב הגברים, בעיקר, נצפו הבדלים משמעותיים בין הקבוצות השונות: בעלי הטלומרים הקצרים ביותר היו אלה שנולדו מיד לאחר הרעב, בין 1924 ל-1928, ואילו הטלומרים הארוכים ביותר אובחנו אצל מי שנולד לפני הרעב, בשנים 1921-1909. מכך הסיקו החוקרים שהרעב לא השפיע על הטלומרים של ילדים שחוו את הרעב על בשרם, ולעומת זאת השפיע יותר מכל על טלומרים של בנים שנולדו להורים אשר חוו את הרעב בבגרותם. במילים אחרות, נראה כי תאי הרבייה של ההורים, שחוו רעב בגיל הפריון, ספגו את הפגיעה קשה ביותר (בכל הנוגע להתקצרות הטלומרים) - ובהחלט ייתכן שהפגיעה הועצמה בשל הלחץ הנפשי בתקופה הקשה. כמו כן מצאו החוקרים כי הטלומרים הקצרים יחסית, שהתקצרו כתוצאה מהרעב, עברו בתורשה גם לשלושת הדורות הבאים – גברים שנולדו בשנים 1980-1929.

"המחקר שלנו רלוונטי ביותר גם לימינו, מכיוון שאוכלוסיות רבות ברחבי העולם עדיין סובלות מרעב ומתת-תזונה," מסכם פרופ' קוביליאנסקי. "חשוב מאוד לבחון את השפעות הרעב על בני אדם החווים אותו בזמן אמת, וכן את תוצאותיו הביולוגיות לטווח הארוך, ואף עבור הדורות הבאים. שאלה מהותית למחקר עתידי, הקשורה ישירות לטלומרים, עשויה להיות: האם רעב, תת-תזנה, ואף תקופות צום יזומות עלולים להאיץ את תהליך ההזדקנות ו/או לקצר את תוחלת החיים אצל הרעבים וצאצאיהם? אנו ועמיתינו נמשיך לחקור את התופעות המרתקות הללו."