השינוי ואי-הוודאות אשר כרוכים בתקופות מעבר מולידים תופעות חברתיות ואנושיות חדשות, ולעיתים קרובות - יוצאות דופן. הצורך להסתגל לתנאים חדשים ולסביבה חדשה מוביל ליצירת מבנים חברתיים מורכבים, להופעתן של תרבויות חדשות, ולצמיחתם של מנהיגים. צוות חוקרים מהאוניברסיטה העברית, בראשות ד"ר ליאור גרוסמן, המבצעת כיום מחקר בתר-דוקטוריאלי במעבדתו של פרופ' עוזי סמילנסקי, במחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, מצא עדות לכך שתקופת המעבר ליישובי קבע - תקופה בעלת חשיבות רבה בהתפתחות החברה האנושית - הובילה גם להופעת המנהיג הרוחני הקדום, השמאן, או, ליתר דיוק, שמאנית. מחקר זה, בו השתתפה גם ד"ר נטלי מונרו מאוניברסיטת קונטיקט, התפרסם באחרונה בכתב העת "רשומות האקדמיה הלאומית למדעים של ארה"ב" (PNAS), וחשף את העדות הקדומה ביותר באזורנו לשמאניזם - תופעה הנפוצה עד היום בחברות שונות ברחבי העולם.

 

ד"ר גרוסמן וצוות הארכיאולוגים עסקו בחפירות באתר קבורה בן כ-12,000 שנה השייך לתרבות הנטופית - חברה שהתקיימה בתקופה הפליאוליתית האחרונה (לפני 11,500 עד 15,000 שנה), שבסופה, בתקופה הניאוליתית, נמצאו עדויות ראשונות לאסטרטגיית קיום חדשה - חקלאות. באתר הקבורה, הממוקם במערת חילזון תחתית, דרומית לכרמיאל, נמצאו קרוב ל-30 שלדים קבורים בקברי אחים. אחד השלדים זכה לקבר ייחודי - שאינו דומה לאף קבר מהתקופה הנטופית או מהתקופות שקדמו לה. בור הקבר נחצב בסלע, וקירותיו ורצפתו כוסו בבוץ ובפלטות אבן. בתוכו נמצא שלד יחיד של אשה קטנת קומה, בעלת גוף מעוקם, שסבלה ככל הנראה מצליעה. על אף נכותה, הראו בדיקות פתולוגיות שביצעו פרופ' אנה בלפר-כהן וד"ר גרוסמן כי האשה הגיעה לגיל 45 - גיל מופלג לאותה תקופה. בבור הקבר נמצאה גם שורה ארוכה של מנחות קבורה, שהבולטת ביניהן היא 50 שריונות צב. מלבדם נמצאו חלקי בעלי חיים, כמו כנף עיט, זנב פרה, רגל חזיר בר, פרוות דלקים, עצמות אגן של נמר - חיה נדירה ביותר בתרבות הנטופית, וכן כף רגל של אדם ושבר קערה עשוי בזלת. החוקרים סבורים, כי מדובר בשרידים מטקס הקבורה, וכי שריונות הצב פורקו במיקום מסוים והונחו בקבר כחלק מהפעילות הפולחנית. חפצים דומים - כמו שריונות צבים, זנבות פרות, כנפי עיט  ופרוות - משמשים עד היום בטקסים שמאניים באסיה, אפריקה, אירופה ואמריקה.

 

"תפקיד השמאן הוא לתווך בין בני-האדם לבין יישויות רוחניות גבוהות, ולשמש כשליח, מרפא וקוסם. המעמד הגבוה שלהם בקהילה משתקף גם במנהגי הקבורה - המתעדים את הכוחות שהיו להם בחייהם", אומרת ד"ר גרוסמן. "על אף ששמאניזם הוא תופעה חובקת עולם וחוצת תרבויות, רק ממצאים ארכיאולוגיים מעטים מאשרים את קיומה, ועד כה לא נמצא כל סימן להופעת שמאנים בתקופה זו בדרום-מערב אסיה. אין זה  מפתיע שעדות לקיומם נמצאה דווקא בתקופה הנטופית, שכן השינויים החברתיים והכלכליים העמוקים הכרוכים במעבר לחקלאות גררו גם שינויים אידיאולוגיים משמעותיים". המהפכה הכלכלית והחברתית שהתחוללה בתקופה הנטופית הובילה גם לפיתוח מנהגי קבורה ייחודיים - כמו הטמנת המתים בסמוך למקום היישוב, ואיתם מנחות קבורה, כפי שמדגים בית הקברות שבמערת חילזון.

 

העניין של ד"ר גרוסמן בתקופת המעבר שהובילה לראשית החקלאות, וניסיונותיה להכיר את התקופה, האנשים ומבנה החברה, עמדו גם במרכז עבודת הדוקטורט שלה. מטרתה הייתה ליצור כלי שיתחקה אחר התהליך, ויבדוק את התיאוריות השונות המנסות להסביר את הגורמים למהפכה החקלאית: גידול האוכלוסייה, שינויים אקלימיים ושינויים תרבותיים. היא יצרה מודל ממוחשב המעבד נתונים מספריים  שמתארים את גודל האוכלוסייה, האקלים, כמות המזון ועוד. המודל הראה, כי שינויים בגודל האוכלוסייה - ולא שינויי אקלים - הם שתרמו את התרומה המכרעת להתחוללותה של המהפכה החקלאית.

 

הרקע המתמטי של ד"ר גרוסמן הוביל אותה למחקר בתר-דוקטוריאלי במעבדתו של פרופ' סמילנסקי במכון ויצמן למדע. כאן היא  מתכננת להרחיב את היריעה ולרכוש כלים נוספים שיסייעו לה במחקר הארכיאולוגי. כאן היא משתמשת בשיטה שפיתח פרופ' סמילנסקי - המאפשרת לסרוק ממצאים ארכיאולוגיים באמצעות מצלמה תלת-ממדית ולקבל נתונים מדויקים על מאפייניהם. "ארכיאולוגים המתמקדים בפרה-היסטוריה מנסים לפענח תצרף (פאזל) חסר, ומקורות המידע המרכזיים העומדים לרשותם הם כלי האבן, העץ והעצם. ממצאי הצור - כלים ששימשו את האדם במשך מיליוני שנים - מהווים מפתח להגדרת אתרים ותקופות", אומרת ד"ר גרוסמן. במחקר משותף עם עודד סמיקט, מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית במכון, שפורסם באחרונה בכתב העת Journal of Archeological Science, פיתחו המדענים אלגוריתם אשר קובע באופן אוטומטי את הדרך הטובה ביותר להצבת כלי צור לצורך מדידות, באופן שמאפשר קבלת נתונים מספריים סטנדרטיים, שאינם תלויים בעין המתבונן, ויצירת מאגר נתונים מקיף ומדויק. כדי לבדוק את יעילות האלגוריתם, בדקו  המדענים באמצעותו אוסף של אבני יד. אלה הם כלים דמויי טיפה ששימשו את בני האדם, מאפריקה עד סין, במשך יותר ממיליון שנים. השערות רבות הועלו באשר לשימוש שנעשה בכלים אלה: כלי ציד, שחיטה, ביתור פילים או אולי כריתת עצים - אך עדיין קיימת אי-ודאות גדולה. 90 אבני היד שנחקרו, נאספו משלושה אתרים ארכיאולוגיים (שגילם נע בין 400,000 למיליון שנה לערך): נחל ציחור, מערת אום-קטפה ומעין ברוך. סיווג הממצאים בשיטה הממוחשבת היה דומה לזה שקיבלו שלוש קבוצות מדענים שהשתמשו בשיטות ידניות, איטיות יותר, והחלוקה שהתקבלה הייתה חד-משמעית יותר.

 

מחקר נוסף של ד"ר גרוסמן, בשיתוף עם ד"ר גונן שרון מהאוניברסיטה העברית, נועד לפיתוח שיטה שתאפשר לארכיאולוגים לקבוע באופן חד-משמעי האם מקורם של ממצאים שונים הוא באתר בו נחפרו, או שהם "הוסעו" אליו ממקום אחר - למשל נסחפו בזרם של נחל. תהליך ההסעה גורם לשינויים - שחיקה, שברים וצלקות - שבהם ניתן להבחין באמצעות המצלמה התלת-ממדית. ד"ר גרוסמן משתמשת באבנים ובחלוקי נחל, מגלגלת אותם בחבית - כדי לדמות את תהליכי הבליה הטבעיים - ומשווה את תמונת האבן לפני התהליך ולאחריו, במטרה לתאר את ההבדלים באופן כמותי.

 

ד"ר גרוסמן ופרופ' סמילנסקי אומרים, כי השימוש במצלמה התלת-ממדית מאפשר קבלת נתונים שאי-אפשר לקבל באמצעים אחרים, כמו נפח הכלים, מרכז הכובד שלהם, חתכים שונים ועוד. השוואת הנתונים הללו תאפשר למדענים לפתח דרך ליצירת "עץ פילוגנטי", כלומר תרשים הממפה את רמת הקרבה בין ממצאים שונים. מטרה נוספת היא פיתוח שיטה אובייקטיבית וכמותית לתיאור תכונות הנחשבות סובייקטיביות, כמו צורה ומידת הסימטריה.  

 

 

כל ילד לומד, כבר בגיל צעיר מאוד, לשאול את שאלת המפתח "למה?". לעיתים, התשובה היחידה אותה הוא מקבל היא "ככה", אולם לעיתים התשובה מפתיעה ומובילה לעולם מלא של גילויים. זה בדיוק מה שקרה כאשר שרשרת אקראית של חומצות אמינו (פולימר) אושרה על-ידי מינהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) כתרופה למחלת הטרשת הנפוצה. פרופ' מיכאל סלע, פרופ' רות ארנון וד"ר דבורה טייטלבאום (שמתה באחרונה), שחקרו את השפעתם של פולימרים סינתטיים דמויי חלבון על מערכת החיסון של עכברים בסוף שנות ה-60 של המאה הקודמת, הופתעו לגלות כי אחד הפולימרים בהם השתמשו מקל על תסמיני מחלה ניסויית בחיות, המהווה מודל למחלת הטרשת הנפוצה, אותה משרים על-ידי הזרקת חלבון של המוח. תוצאות אלה  עמדו בניגוד להשערת המחקר שלהם - על פיה הפולימר יגרום דווקא להתעוררות המחלה, בגלל הדמיון בינו לבין חלבון המצוי במוח. למרות שבאותו שלב לא ברור היה מדוע הפולימר מדכא את המחלה, או כיצד הוא עושה זאת, המחקר והפיתוח נמשכו, ובעקבותיהם, בשנת 1996, אושרה לשימוש התרופה - שקיבלה את השם המסחרי "קופקסון". מאז אותה תגלית זרמו קופסאות רבות של "קופקסון" בקווי הייצור של חברת "טבע", דבר שהשפיע על הכלכלה הישראלית כולה, ותרם להתפתחותה של "טבע" לאחת מחברות התרופות הגדולות בעולם. פרופ' ארנון, מצידה, יצאה למסע ממושך ב"ארץ הלמה", ורבים ממחקריה עד היום מוקדשים לחשיפת הדרכים שבאמצעותן מצליח פולימר זה להקל על חולי טרשת נפוצה.

 

מחלת הטרשת הנפוצה מתפרצת כאשר הגוף פותח במלחמה כנגד עצמו: תאי T של המערכת החיסונית, שבמצב רגיל נלחמים בפולשים זרים המסכנים את הגוף, מזהים בטעות את חלבוני המיאלין, אשר עוטפים את תאי העצב, כגורם זר שיש לתקוף. בזירת הקרב מתפתחת דלקת, שגורמת נזקים בלתי הפיכים לתאי העצב. בנוסף, הפגיעה במיאלין מעכבת את מעבר האות העצבי, ובהמשך  בולמת אותו לחלוטין, מה שעלול לגרום שיתוק ואפילו מוות. בשלב ראשון ביקשו פרופ' ארנון, פרופ' סלע וד"ר טייטלבאום, יחד עם ד"ר רינה אהרוני שהצטרפה לצוות המחקר, להבין את מהלכיהם של הכוחות הלוחמים במלחמה האוטו-אימונית - תאי המערכת החיסונית, ולזהות כיצד משפיע ה"קופקסון"  על תאים אלה. החוקרים גילו, כי התרופה משבשת את רצף האירועים שבמהלכם מזהים תאי ה-T את המיאלין כגורם זר. בנוסף, הקופקסון מעודד את התרבותם של תאים חיסוניים מסוג אחר - תאים מווסתים, שמרגיעים את פעילות המערכת החיסונית. באמצעות שני מנגנונים אלה מצליחה התרופה לרסן את פעילות היתר ההרסנית של תאי ה-T, ולהאט את התהליך הדלקתי.

 

בהמשך ניגשה פרופ' ארנון לבדוק את מוקד האירועים - מערכת העצבים המרכזית. במחקר שביצעה באחרונה עם ד"ר רינה אהרוני מהמחלקה לאימונולוגיה וד"ר רעיה עילם מהמחלקה למשאבים וטרינריים, אשר התפרסם בכתב-העת המדעי The Journal of Neuroscience, הוכיחו המדעניות כי  ה"קופקסון" מצליח להפחית את הנזק הנגרם לתאי העצב ולאקסונים. התברר, כי התרופה מגבירה הפרשת חומרים כימיים שונים, אשר מסייעים להגנה על תאי העצב ואף תורמים להתחדשותם. בעכברים שטופלו ב"קופקסון" אפשר היה להבחין בהתרבות מוגברת של תאי עצב, בנדידה של התאים החדשים אל מקום הנזק, ובהתמיינות תאים אלה לתאי עצב בוגרים המסייעים לשיקום האיזור הפגוע. מדובר בתהליכי תיקון המתחוללים בגוף באופן טבעי, בתגובה לפגיעה או מחלה; אך במקרה של טרשת נפוצה, מנגנוני התיקון האלה קורסים. ה"קופקסון" מחזק את התהליכים הטבעיים האלה, וכך מסייע לגוף לתקן את הנזק שגורמת המחלה.

 

במחקר אחר, שפורסם באחרונה בכתב-העת המדעי "רשומות האקדמיה הלאומית למדעים של ארה"ב" (PNAS), מדווחת פרופ' ארנון על ממצאים שעולים ממחקר שהתמקד בסימן המובהק ביותר למחלת הטרשת הנפוצה - הפגיעה בחלבוני המיאלין. האם ייתכן כי בנוסף להגנה ולתיקון של תאי העצב יכולה התרופה למנוע את הנזק למיאלין, ואולי אף לתרום לשיקומו? כדי לעקוב אחר מצב המיאלין בעכברים חולים, ובעכברים מטופלים באמצעות "קופקסון", השתמשה פרופ' ארנון בשיטה של מיקרוסקופיית אלקטרונים  "רטובה" מבית חברת "קוונטומיקס". שיטה זו פותחה על-ידי ד"ר אורי זיק בעת שהיה תלמיד מחקר במעבדתו של פרופ' אלישע מוזס, במחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע. טכנולוגיה מתקדמת זו מאפשרת לצפות בדוגמאות ביולוגיות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק, מבלי להעביר אותן תהליך ייבוש. באופן זה מתקבלת תמונה המייצגת את מבנה הרקמה החיה בצורה נאמנה יותר למציאות.

 

צוות החוקרים, שכלל את פרופ' ארנון, פרופ' סלע, ד"ר אהרוני, ד"ר רעיה עילם וד"ר אביה הרשקוביץ מהמחלקה לאימונולוגיה, בסיוע מיכל בלומברג-חזן מחברת "קוונטומיקס", גילה כי טיפול באמצעות "קופקסון" צמצם במידה גדולה את הנזק הנגרם למיאלין, והאיץ את תהליכי השיקום הטבעיים. הטיפול בעכברים באמצעות התרופה היה יעיל הן כאשר ניתן כגורם מונע, כלומר לפני התפתחות המחלה, והן כאשר ניתן כטיפול בשלביה המוקדמים ואף המאוחרים - הכרוניים - של המחלה. צביעה ייחודית של חלבוני המיאלין באמצעות נוגדנים סיפקה הוכחה נוספת לכך שהתרופה אכן מונעת את הנזק הנגרם למיאלין, וייתכן שאף מעודדת יצירה מחודשת שלו. כיצד בדיוק היא  עושה זאת? מתברר כי ה"קופקסון" מגייס למערכה את התאים שיודעים להתמודד עם הנזק ולתקן אותו. אלה הם תאי אב של מערכת העצבים (כלומר תאים בשלבי התפתחות מוקדמים), אשר מתפתחים לתאים מייצרי מיאלין. בעכברים שטופלו באמצעות "קופקסון" נראתה התרבות מוגברת של תאים אלה, והם נדדו אל מקומות הפגיעה במיאלין. ה"קופקסון" תרם גם להארכת משך חייהם של העכברים, הודות לפעילותו המפחיתה דלקת. 

 

פרופ' ארנון: "הממצאים שלנו מספקים לראשונה הוכחה ישירה ליצירה מחודשת של מיאלין בהשפעת ה'קופקסון'. בניגוד לסברה המסורתית, שלפיה מערכת העצבים המרכזית אינה ניתנת לשיקום, ממצאי מחקר זה מצטרפים למחקרים נוספים מהעת האחרונה, המצביעים על יכולת התחדשות של מרכיבים שונים במערכת - תאי העצב ומעטפת המיאלין אשר עוטפת אותם".   

 

 

הביצית המופרית, היוצאת למסע בן ארבעה ימים מהשחלות לרחם, הופכת בסופו לכדור זעיר של תאים הקרוי בלסטוציסט. השלב הבא בהתפתחותה רצוף סכנות: כמחצית מהבלסטוציסטים ייכשלו בניסיונם להיקלט בדופן הרחם. בחלק מן המקרים הדחייה "מוצדקת", ומתרחשת מכיוון שהבלסטוציט אינו תקין. אך במקרים אחרים הרחם עצמו, מסיבה כלשהי, אינו מסוגל לספק את התנאים החיוניים לגידול העובר.

 

מהרגע שבו הבלסטוציסט מתמקם בנוחות בדופן הרחם, התאים ברקמת הרחם הסמוכה אליו מתחילים להתחלק ולהשתנות בתכונותיהם, וכך יוצרים רקמה ספוגית ועתירת כלי דם הקרויה דסידואה. רוב הרקמה הזאת נעלם כאשר נוצרת שיליה תקינה, אולם עד שלב יצירת השיליה, בשלב הראשון של ההריון, רקמה זו חיונית להזנת העובר המתפתח.

 

אחד מהשינויים הרבים המתחוללים בדופן הרחם בתחילת ההריון נוגע להרכב תאי המערכת החיסונית השוכנים במקום. כך, למשל, תאים מסוימים הקרויים תאים דנדריטיים מצטברים ברקמת הדסידואה, העוטפת את הבלסטוציסט הצעיר בזמן השרשתו. תאים דנדריטיים מסוגים שונים מצויים בכל איברי הגוף, והם מהווים, בדרך כלל, חלק מקו ההגנה הראשון נגד פולשים. כשהם מזהים תאים זרים שמהווים איום, התאים הדנדריטיים בולעים אותם, ומציגים את חלבוני התא הזר על פני השטח החיצוניים שלהם - כמו "דגלים אדומים" שמפעילים תאים שונים של המערכת החיסונית, אשר אחראיים לסילוק הפולשים.

 

מה עושים "לוחמי המערכת החיסונית" בקרבת הבלסטוציסט הצעיר? ההשערה המקובלת ביותר גורסת, שתאים אלה משחקים משחק כפול, ובעצם מגינים על תהליך השרשת העובר בדופן הרחם. על-פי תיאוריה זו, התאים הדנדריטיים שברחם שומרים על הבלסטוציט מהתקפה של תאים חיסוניים אחרים, שעלולים לזהות את העובר כגוף זר ומסוכן, מכיוון שרק מחצית מהגנים שלו זהים לאלה של אמו, ואילו המחצית השנייה אכן זרה: מקורה באדם אחר.

 

תלמידות המחקר טל בירנברג וויקי פלקס מקבוצת המחקר של ד"ר סטפן יונג מהמחלקה לאימונולוגיה, פרופ' נאוה דקל ופרופ' מיכל נאמן מהמחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע, בשיתוף עם ד"ר גיל מור מבית-הספר לרפואה באוניברסיטת ייל, בדקו באחרונה את התיאוריה הזאת. הן גידלו עכברות והכליאו אותן כך שהעוברים יהיו זהים גנטית לאמהות - ובדרך זו יצרו מצב שמערכת החיסון אינה מזהה את העוברים כזרים, ואין לה כל סיבה לתקוף אותם ולמנוע את קליטתם ברחם. לאחר מכן השתמשו בשיטה שפיתח ד"ר יונג במחקרו הבתר-דוקטוריאלי באוניברסיטת ניו-יורק, ובאמצעותה סילקו את כל התאים הדנדריטיים מהרחם. החוקרים גילו, כי על-אף הזהות הגנטית בין האם והעובר, תהליך הקליטה ברחם נכשל. יותר מכך, גם כשבדקו עכברות חסרות מערכת חיסונית פעילה, השרשת העובר ברחם נכשלה.

 

הממצאים מפריכים בבירור את תיאוריית הדחייה החיסונית, אבל למדענים ציפתה הפתעה נוספת: הם הבחינו, שבהיעדרם של תאים דנדריטיים נמנעה התפתחותה התקינה של הדסידואה. כדי לבדוק את הקשר בין התאים הדנדריטיים לדסידואה, הם שבו וסילקו את התאים הדנדריטיים מהרחם, אולם הפעם עשו זאת בשיטה שבה מתפתחת דסידואה בהיעדר בלסטוציסט במהלך הריון מדומה. תוצאות ניסוי זה הראו קשר ישיר בין היעדרותם של התאים הדנדריטיים לבין חוסר התפתחותה של הדסידואה.

 

בדיקות בתהודה מגנטית (MRI) וצביעות היסטולוגיות הראו, שתאי דופן הרחם אשר אמורים להפוך לדסידואה מתרבים בקצב איטי ואינם מתמיינים באופן נורמלי. בנוסף לכך, נפגם תהליך ההתפתחות של כלי דם חדשים - שהוא שלב חיוני בהתפתחותה של דסידואה תקינה. זאת, בעקבות הירידה בייצור חלבונים המבקרים את התהליכים הקשורים ביצירת רשת כלי הדם.

 

ממצאים אלה - שפורסמו באחרונה בכתב העת Journal of Clinical Investigations - הובילו את המדענים למסקנה מפתיעה: התאים הדנדריטיים שברחם אימצו תפקיד חדש לגמרי. הם אינם משרתים עוד כלוחמים של מערכת החיסון, ואף לא כשומרי הראש של העובר החדש, אלא "משפצים את חדר התינוקות", כלומר מסייעים לעצב מחדש את הרקמה שמסביב לאתר ההשתלה, כך שתספק את צורכי העובר החדש. המדענים מתכוונים להמשיך לחקור את התופעה הזאת, ולזהות במדויק את הגורמים המעורבים ביצירת דסידואה תקינה. מחקרים עתידיים אלה יבהירו שלב חיוני, ולא לחלוטין מובן, של ההריון, וגם יסללו את הדרך לפיתוח טיפולים יעילים בבעיות פוריות בבני אדם.

 

מדעני המכון שואפים לחשוף את קווי התקשורת שבהם מתנהל הדו-שיח של ההתפתחות העוברית, וכך לגלות מי מסייע לגידול הסרטני.

 

זבובים ואנשים חולקים לא מעט מערכות ביולוגיות. למשל, הגנים אשר קובעים את סידור השערות האחראיות על חישת תנועה, המצויות על גוף זבוב הפירות (דרוזופילה), דומים לגנים בבעלי חוליות שאחראיים, בין היתר, על סידור תאי השערות באוזן הפנימית. שערות אלה ממלאות תפקיד מרכזי בחישת גלי קול. "הקשר המפתיע הזה נובע מכך שהטבע פיתח את רוב הגנים הבסיסיים, הדרושים להתפתחות, רק פעם אחת", אומרת ד"ר לילך גלבוע מהמחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע. אחד השימושים של הדמיון הזה הוא שמדענים המתעניינים בגורמים לסוגים מסויימים של חירשות, הנגרמים מהתפתחות לא תקינה של שערות החישה באוזן, יכולים לבסס את מחקרם על מידע ממחקרים על התפתחות שערות החישה בזבובים.

 

פיענוח הגנום של זבוב הפירות, שהושלם לפני שנים אחדות, העניק למדענים כלי מחקרי חדש ורב-עוצמה: מאות זנים מוטנטים של זבובי פירות, שבכל אחד מהם הוצא גן אחר מכלל פעולה. "באמצעות מחקרים הכוללים כמאתיים זנים שונים של זבובים מוטנטים אנו יכולים לבחון את תפקידם של הגנים השונים בהתפתחות האיבר הנחקר - ולקבל תשובה תוך חודשיים", אומרת ד"ר גלבוע.

 

האיבר אותו היא חוקרת הוא שחלות של זחלי זבוב הפירות. מחקריה משלבים שיטות מתקדמות מתחום ההנדסה הגנטית עם תצפיות ישירות על תאים בסביבתם הטבעית. ניסויים אלה מבוצעים בגוף החי, ומאפשרים לצפות בהשפעות של שינויים גנטיים המתחוללים בתאים מסוימים הן על התנהגות תאים אלה והן על תגובת התאים השכנים להם. מחקרים אלה יאפשרו לה לחשוף את העקרונות הבסיסיים השולטים בהתפתחות נורמלית של איברים שלמים. ממחקרים אלה ניתן להגיע לתובנות שלא ניתן להשיג באמצעות מחקר של תאים בודדים, משום שקיימים תהליכים ביולוגיים, כמו קביעת הגודל של אוכלוסיות תאים בתוך איבר, אשר נקבעים על-ידי תקשורת בין תאים רבים ולא ברמת התא הבודד. מחקרים נוספים שלה עוסקים בתאי הגזע בשחלה. מטרת מחקרים אלה היא להבין טוב יותר איך אוכלוסיית תאים זו נשמרת בשחלה. הבנה כזו עשויה לסייע, בעתיד, לשפר את היעילות של טיפולים רפואיים באמצעות השתלת תאי גזע.

 

במהלך ההתפתחות העוברית עוברים התאים תהליכים של התמיינות, שבמהלכם "מתמחים" התאים בפעילויות הייחודיות לרקמות השונות. אחת השאלות העיקריות שמעסיקות את ד"ר גלבוע קשורות לגלגוליו של "תא האב" העוברי, דרך תהליכי התפתחות והתמיינות, ועד לתא הבוגר.  כיצד הופך סוג מסוים של תא לסוג אחר? ומצד שני, כיצד מצליחים תאים עובריים לשמור על התכונות העובריות, לעצור את תהליכי ההתמיינות, ולמנוע את התפתחותם לתאים ממוינים? במהלך התפתחותם של תאי הביצית, אותם חוקרת ד"ר גלבוע, נודדים תאי האב הקרויים "תאי נבט קדמוניים" לאזורים מיוחדים בשחלות, שם הם הופכים לתאי גזע של רבייה. ד"ר גלבוע וחברי קבוצת המחקר שלה חוקרים את ההבדלים בין שני שלבי ההתפתחות האלה בחיי תא הרבייה. שני סוגי התאים אמנם דומים בכך שהם מעכבים את תהליכי ההתמיינות, אך קיים הבדל מהותי באופן בו הם מתחלקים: תאי הנבט הקדמוניים מתחלקים בצורה סימטרית (כלומר, יוצרים שני תאי-בת זהים), ואילו תאי גזע של רבייה מתחלקים באופן בלתי-סימטרי, כך שאחד משני תאי הבת שנוצרים בחלוקה מתמיין, ואילו השני נשאר תא גזע. הבדלים אלה בתכונות החלוקה נקבעים על-ידי הסביבה בה נמצאים שני סוגי התאים. סביבה זו כוללת תאים המסייעים לתאי הרבייה בבקרה על היבטים שונים של התפתחותם - לכן מוקדשת תשומת לב רבה להתפתחות התאים המסייעים וליחסי הגומלין ביניהם לבין תאי הרבייה.

 

כיצד מתפתחים התאים המסייעים האלה? איזה תפקידים הם ממלאים בחיי תא הנבט המתפתח? מסתבר, כי התהליך בו נוצר תא גזע של רבייה כרוך בעבודת צוות מתוזמרת היטב, וד"ר גלבוע עוקבת אחר המסרים שעוברים בין סוגים שונים של תאים מסייעים, וכן בין התאים העובריים לבין עצמם, אשר מכוונים את התפתחותם. באמצעות סריקה גנטית הצליחה ד"ר גלבוע לזהות כ-30 גנים המעורבים בהתפתחות השחלה. רבים מהגנים האלה אחראים על בקרת התאים המסייעים על תאי הרבייה בהיבטים שונים, הכוללים חלוקת התא ומניעת התמיינות.

 

בקרה לקויה על התמיינות וחלוקת תא קשורה באופן הדוק להתפתחות סרטן. ד"ר גלבוע סבורה, שתקלות בהעברת המסרים בין התאים המסייעים לבין תאי הגזע שבשחלות זבובי הפירות עשויות להצביע על הגורמים להתפתחות גידולים סרטניים. לחלק מהגנים שזוהו בסריקה הגנטית יש גנים אנושיים מקבילים, שידוע כי הם קשורים להתפתחות סרטן באיברים שונים. רבים מהגנים המשתתפים בתהליכי ההתפתחות העוברית התקינה עלולים לגרום להתפתחות סרטן כאשר חלה תקלה בפעילותם הנורמלית, כך שבעצם ניתן להתייחס לצמיחתו של גידול סרטני כאל תהליך התפתחותי לקוי, שיצא מכלל שליטה. גם לתאים הסרטניים יש קווי תקשורת עם הסביבה הקרובה, הגורמים לסביבה לתמוך בהם. לכן, חשיפת קווי התקשורת האחראים לדו-שיח המלווה את תהליך ההתפתחות הנורמלי תסייע למדענים להבין כיצד תאים מסוימים מסייעים לגידול הסרטני.

 

שאלה נוספת שמעסיקה את ד"ר גלבוע היא, כיצד שומרים הזחלים המתפתחים על מלאי תקין של תאי נבט קדמוניים ותאי גזע של רבייה, ומווסתים את כמותם כך שלא תעלה על המספר הרצוי. שאלה זו נוגעת בעקרון יסוד של כל יצור חי - שמירת האיזון הפנימי (הומיאוסטזיס). במחקריה זיהתה ד"ר גלבוע מנגנון היזון חוזר המסייע בשמירת הכמות הנכונה של שני סוגי התאים. הבנה טובה יותר של האופן בו מבוקרת כמותם של תאים שונים עשויה להעניק לחוקרים רמזים לפתרון אחת התעלומות הגדולות של מדעי ההתפתחות - כיצד נקבע גודל האיברים. "בנוסף", אומרת גלבוע, "ההבנה הזאת עשויה להיות חיונית לצורך תכנון טיפולים יעילים באמצעות תאי גזע". עד היום לא הצליחו המדענים לממש את הפוטנציאל הרפואי של תאי הגזע, וברוב המקרים התאים המושתלים מתים. ד"ר גלבוע סבורה, שאחת הסיבות לכך היא המנגנונים המווסתים את גודל האיבר ואת זהות התאים שבו. אם יצליחו המדענים להבין כיצד "לכוון" מחדש את אותם מנגנונים, ייתכן שיצליחו להתגבר על המחסום, ולשפר בכך את סיכויי הקליטה של תאי הגזע המושתלים בגוף החולה.

 

ד"ר לילך גלבוע נולדה בנתניה וגדלה בחופית. היא תמיד ידעה שתעסוק במדע, ובחרה ללמוד באוניברסיטת תל-אביב כדי לשלב קורסים במדעי הרוח, בנוסף על המחקר המדעי. היא מתעניינת במיוחד בהיסטוריה של המדע, ובזמנה הפנוי, בין ניהול המעבדה לניהול חיי המשפחה, אוהבת לקרוא ספרים בתחום.

 

לאחר מחקר בתר-דוקטוריאלי בבית-הספר לרפואה של אוניברסיטת ניו-יורק חזרה לארץ והצטרפה, כחוקרת בכירה, למחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע. "מכון ויצמן למדע איפשר לי לחזור לישראל בלי להתפשר על רמת המחקר המדעי שלי. בינתיים אני מרוצה מאוד - נתנו לי את כל האמצעים הדרושים לי למחקר, כך שהצלחתו תלויה, כרגע, רק בי".

 

מתברר שכדאי לנו ללמוד משהו בהילכות יעילות כלכלית מחיידקי האשריכיה קולי.

 

בבתי-ספר למינהל עסקים מלמדים את התלמידים כיצד להשיג רווחים גבוהים יותר: להפחית עלויות, להגביר הכנסות, ולייעל עד למקסימום האפשרי את תהליכי העבודה במפעל. בשמיעה ראשונה זה נשמע פשוט, אבל ליעילות יש הרבה פנים, והדרך אליה מתפתלת וחלקלקה. בונוסים לעובדים, למשל, הם הוצאה שאפשר להימנע ממנה בקלות, אבל הם ממריצים את העובדים ובכך מייעלים את תהליכי העבודה. האם תוספת ההכנסה שתיווצר כתוצאה מהתמריצים האלה גדולה מעלות הבונוסים? התשובה לשאלה זו אינה כה פשוטה. קיימים כבר מאות מודלים מתמטיים שמנסים להתמודד איתה, ולהציע נוסחה מתאימה לחיזוי התוצאה בהתאם למצבי המוצא השונים, לאופי הארגון, להקשר החברתי-כלכלי ועוד. וזו רק שאלה אחת ממאות השאלות שמנהל עסק כלכלי שואל את עצמו מדי יום. בקיצור, אין מה לדבר, ניהול עסקים זה לא פיקניק.

 

מי שיכול להציע תובנות מעניינות בתחוםהיעילות הכלכלית הוא לא אחר מאשר חיידק האשריכיה קולי, מהיצורים החד-תאיים הנחקרים ביותר. במובן מסוים, אפשר לראות את החיידק הזה כמעין מפעל תעשייתי. מערך הייצור של החיידק הזה מכוון למוצר אחד בלבד: הוא מבקש לשכפל את עצמו, כלומר לייצר מפעל נוסף. וכמו כל מנהל עסקים טוב, הוא רוצה לקבל מקסימום תפוקה במינימום עלות. העלות במקרה זה נמדדת בשיעור האנרגיה והמשאבים האחרים שהחיידק צריך להוציא כדי לייצר את הרכיבים השונים של גופו, ואת האנרגיה הנדרשת לצורך הרכבתם ויצירת חיידק חדש, עצמאי. התפוקה נמדדת במשך הזמן הנדרש לייצורו של חיידק חדש. השילוב בין שני הגורמים האלה (זמן ומשאבים) הוא שיעור יעילות ה"מפעל".

 

ד"ר צבי טלוסטי ותלמיד המחקר ארבל תדמור, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, פיתחו מודל מתמטי שמתאר את מערך הייצור של החיידק ובוחן את מידת יעילותו. המודל, שתואר באחרונה במאמר שפירסמו המדענים בכתב-העת המקוון PloS Computational Biology, מצליח לתאר את המיקרו-מפעל המורכב הזה באמצעות חמש משוואות מתמטיות פשוטות להפליא. הראשונה בוחנת את התהליך שבו החיידק מייצר ריבוזומים, האברונים התוך-תאיים שבאמצעותם התא מייצר חלבונים (שלא כמו רוב המפעלים של בני-האדם, המפעל החיידקי מייצר את  מכונותיו ומכשיריו בעצמו). באופן טבעי, המשוואה השנייה מתארת כיצד הריבוזומים האלו מייצרים את יתר החלבונים המרכיבים את התא. המשוואה השלישית מתמקדת בתהליך הייצור של האנזים שבאמצעותו התא מתרגם את המידע הגנטי הצפון בדי-אן-אי, ומייצר על-פיו מולקולות חד-גדיליות של אר-אן-אי שליח, הנושאות את המידע הגנטי מגרעין התא אל הריבוזום. במובן מסוים אפשר לראות את האנזים הזה (הקרוי אר-אן-אי פולימרז), כמעין "מנהל ייצור" שמשתמש בתוכנית הייצור הנשמרת בדי-אן-אי כדי לנהל את ייצור החלבונים בכמויות הנחוצות ובקצב הרצוי. חלק מהאר-אן-אי שהפולימרז מייצר משמש לבניין הריבוזומים, כך שמנהל הייצור הוא עצמו, בעצם, מעין מכונה. המשוואות הרביעית והחמישית מתארות כיצד החיידק מחלק בחוכמה את הריבוזומים ("המכונות") והפולימרזים ("מנהלי הייצור") בין המשימות השונות של ייצור חלבונים, ייצור ריבוזומים וייצור פולימרזים. חמש המשוואות הפשוטות האלה מאפשרות לחשב ולחזות את קצב ההתרבות של החיידק - "השורה התחתונה" שלפיה נמדדת יעילותו.

 

המודל נבחן מול ניסויים שבהם נמדד קצב ההתרבות של חיידקי אשריכיה קולי, ולאחר מכן נצפו השינויים שחלו בקצב  ההתרבות כתוצאה משורה של שינויים גנטיים שנעשו בחיידקים אלה (השינוי התבטא בהוספה או בהחסרה של גנים שונים האחראים לייצור של רכיב מרכזי כלשהו בתא החיידק, או ממלאים תפקיד מרכזי בו. למשל, הגן האחראי לחלק העיקרי במבנה הריבוזום). כתוצאה מהשינויים הגנטיים שינו החיידקים את "אסטרטגיית הייצור" שלהם, במטרה  להגיע לביצועי הייצור הטובים ביותר האפשריים במצב הנתון שנכפה עליהם. המודל הצליח לחזות בדייקנות את תגובות החיידקים.

 

לדוגמה, החיידק יכול "להחליט" כמה ריבוזומים לייצר. לכאורה יש לשאוף לריבוזומים רבים ככל האפשר, כי ככל שיהיו יותר ריבוזומים, הוא יוכל לייצר יותר חלבונים בפחות זמן. אבל ייצור הריבוזום ותחזוקתו עולים לא מעט במונחי אנרגיה. המודל מצא, שהמספר האופטימלי של גנים המקודדים את ייצור הריבוזום הוא שבעה, כפי שאמנם מתקיים בטבע. יתרה מזו, באלה שהכילו תשעה עותקים של גן הריבוזום, או למשל רק חמישה עותקים, נמדדה יעילות התרבות נמוכה יותר בהשוואה לחיידקים בעלי שבעה עותקים. כלומר, האבולוציה "מתכננת" את המפעל כך שיהיה היעיל ביותר בתנאים הנתונים.

 

 

הנרי פורד סיפר פעם שתהליך ייצורה של מכונית אחת מסוג "מודל טי" כלל לא פחות מ-7,882 פעולות שונות. באוטוביוגרפיה שלו הוא מחלק את הפעולות הללו לקבוצות: 949 פעולות היו יכולות להתבצע רק על-ידי גברים חזקים ובריאים במיוחד, 3,338 פעולות יכלו להתבצע על-ידי גברים "רגילים", והשאר, מלאכות קלות, יכלו להתבצע גם בידי נשים וילדים.

 

פורד לא הסתפק בחלוקה זו, המונחת בבסיסו של מושג ה"תקינה" שאיפיין ארגונים תעשייתיים באמצע המאה העשרים (והיווה השראה גם לסרט "זמנים מודרניים" של צ'ארלי צ'אפלין). הוא בדק, סיווג וחילק גם את המלאכות הקלות. כך עלה בידו להתאים לכל משרה במפעליו את הפועל הזול והיעיל ביותר. הוא מצא, למשל, כי קטועי שתי רגליים יכולים לבצע 670 פעולות בפס הייצור של ה"מודל טי", קטועי רגל אחת יכולים לבצע 2,637 פעולות, קטועי שתי ידיים יכולים לבצע שתי פעולות, קטועי יד אחת 715 פעולות, ועיוורים יכולים לבצע עשר פעולות.