הפיסיקה של בני-האדם

01.03.1999
פרופ' אלישע מוזס, ד"ר אלכסנדר ברשדסקי, ופרופ' שמואל שפרן. תמונה קבוצתית במעבדה
 
הפיסיקה שלמדנו להכיר בבית-הספר התיכון מתנהלת במערכות פשוטות ואידיאליות. אבל פיסיקאים המנסים להבין את תפקידיהן של התופעות הפיסיקליות המתחוללות במערכות ביולוגיות, מוצאים את עצמם רחוקים מאוד מאידיליה. האמת היא, שהמערכות הביולוגיות מורכבות כל כך, ומספר הגורמים הפועלים בהן בעת ובעונה אחת הוא גדול כל כך, עד שלמעשה, האתגר שעומד לפני המדענים הוא עצם היכולת למפות את יחסי הגומלין הפיסיקליים ביניהם. בעולמה של הביולוגיה מצטרפות הרבה מאוד מערכות ומרכיבות יחד יחידה סבוכה אחת, שכדי להבין אותה ואת דרך פעולתה יש למצוא חוקים חדשים. פיסיקאים, כידוע, אוהבים מאוד לגלות, למצוא ולעדכן תופעות טבע חדשות. וכך, פיסיקאים רבים מוצאים את עצמם בשנים האחרונות במעבדותיהם ה"רטובות" של עמיתיהם הביולוגים.
 
פרופ' אלישע מוזס, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון, חוקר את התכונות הפיסיקליות של קרומי תאים חיים. קרומים אלה, המהווים חיץ בין התא לבין "שאר העולם", הם מבנים מורכבים המאפשרים לחומרים מסוימים לעבור דרכם ("החוצה" או "פנימה"), ומונעים זאת מאחרים. פרופ' מוזס אינו משתמש בתאים חיים. במקומם הוא בנה "דגמי צעצוע" של תאים, הדומים לבועות סבון שגודלן אלפית המילימטר. את הקרומים המלאכותיים של "תאי הצעצוע" האלה הוא "מדגדג" באמצעות קרני לייזר דקיקות, הפועלות כמעין "מצבטים". כך, למעשה, משתמשים המדענים בקרני אור כדי להזיז עצמים גשמיים שונים המהווים חלק מקרומיהם של דגמי התאים.
 
קבוצת המחקר של פרופ' מוזס הוכיחה, שמשיכת גליל קרומי בעזרת מצבטי לייזר גורמת לערעור המבנה המקורי של הקרומית ולהתארגנותו מחדש בתצורה המזכירה מחרוזת פנינים. מכיוון שמבנה התא משפיע במידה רבה על תפקודו, החלו המדענים לבדוק אם התופעה הזאת, שהתגלתה בקרומיהם של תאי דגם מלאכותיים, מתחוללת גם בתאים חיים. במחקר זה חבר פרופ' מוזס, הפיסיקאי, לביולוג ד"ר אלכסנדר ברשדסקי מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא. בכוחות משותפים הצליחו החוקרים - שהשתמשו בתרופות המכילות תרכובות הפוגעות במבנה השלד התאי, במקום במצבטי לייזר - לחולל את תופעת מחרוזת הפנינים בקרומיהם של תאים חיים. נראה כי התרופות האלה פירקו מרכיבים מסוימים בשלד התאי ושינו את מידת יכולתו לתמוך במבנה המקורי של קרום התא. כך הצליחו החוקרים להסביר תופעה דומה
 
המתחוללת לעתים בתאי עצב. מחקר זה עשוי לספק מידע על התכונות המבניות של תאים, ועל הדרך שבה הם מושפעים מתרופות.
 
בשלב זה נוסף לצוות המחקר הרב-תחומי צוותו של הפיסיקאי העיוני פרופ' שמואל שפרן מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח במכון. הם פיתחו תיאוריה המתארת את הקשר שבין ריכוז התרופה הגורמת להתפרקות מרכיבי השלד התאי, לבין מידת היציבות של קרום התא. תיאוריה זו מצליחה לנבא את אופיים של השינויים בצורתו של קרום התא, בהתאם לשינויים שמחוללת התרופה במידת הקשיחות של השלד התאי. וכידוע, מהיכולת לנבא שינויים ועד ליכולת לגרום אותם ולשלוט בהם, הדרך לא כל כך ארוכה.
 
שיתוף הפעולה בין הפיסיקאים העיוניים לפיסיקאים והביולוגים הניסיונאים הוביל להשגת הבנות חדשות באשר לדרך שבה שינויים ושיבושים במבנהו של קרום התא משפיעים על יכולתו ו"נטייתו" של התא להיצמד לתאים אחרים ולמשטחים שונים (על חשיבותו של תהליך היצמדות התאים, ראו כתבה בעמוד 8). בסדרת ניסויים הצמידו החוקרים זוג קרומים באמצעות מצבטי לייזר. התוצאה: הקרומים דחו זה את זה והתרחקו זה מזה במהירות. תופעה לא צפויה זו - שהתחוללה במקום מרוחק מהאתר שבו הוצמדו הקרומים - הוסברה באמצעות מודל תיאורטי שפיתחו חברי קבוצת המחקר של פרופ' שפרן.
 
בניסוי אחר מיקד פרופ' מוזס מצבטי לייזר על בועת "סבון" המכילה בועה נוספת קטנה יותר. הבועה החיצונית, הרכה והרפויה בדרך כלל, הפכה לכדור מהודק. לאחר מכן, תוך מספר שניות לאחר הפסקת פעולת מצבטי הלייזר, עברה הבועה הפנימית דרך דפנות הבועה החיצונית - ויצאה ממנה. הבועה החיצונית שמרה על מצבה המתוח במשך שעות לאחר מכן. ממצא זה עשוי להבהיר את התהליך שבו תאים מסלקים חומר דרך קרומיהם.
 
כעת שואף פרופ' מוזס לחשוף את הגורמים המעורבים בתהליך ההתפשטות וההיצמדות של תאי עצב. תאי עצב, השולחים זרמים חשמליים זה לזה, עשויים להיות המפתח לבניית שבבי מחשב ביולוגיים, אשר יחליפו או ישפרו בעתיד את שבבי המוליכים למחצה. במחקר זה הפיסיקאים אינם בונים מודלים פשוטים של מערכות ביולוגיות מורכבות. כאן עליהם להשתמש בידע שלהם בתחום הארגון של מערכות רב-חלקיקיות. בשילוב עם הביולוגים, הם שואפים עכשיו לפענח את הדרך שבה תאי עצב מסוגלים לבנות ולפתח מעגלים חשמליים טבעיים.
 
במחקרים אלו השתתפו גם תלמידי המחקר צבי טלוסטי ורועי בר-זיו.
 
"זו לא הפיסיקה של המפץ הגדול", אומר מוזס. "זוהי פיסיקה ברמה אנושית - הפיסיקה של בני האדם".
 
 
למעלה: קרום תא מלאכותי המעוצב כמחרוזת פנינים. למטה: תא שהשלד התאי שלו מטופל בחומרים מפרקים, משנה את צורתו ויוצר את תצורת הפנינים
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם