חיזוי העתיד הוא מלאכה קשה, אבל גם חוקרי העבר הקדום נדרשים לשילובים לא שגרתיים בבואם ללמוד על ההיסטוריה ועל התרבויות הקדומות של האדם. תוכנית חדשה במדרשת פיינברג של מכון ויצמן למדע במרכז קימל למדעי הארכיאולוגיה נועדה להקנות לארכיאולוגים החדשים ידע וכלים אנליטיים מתחומי מדעי הטבע, שיסייעו להם ללמוד על תרבויות עתיקות. "הארכיאולוגיה הייתה שייכת באופן מסורתי לתחום מדעי הרוח", אומר ראש התוכנית, פרופ' סטיב ויינר, "אבל אנחנו מלמדים את משתתפי התוכנית לשלב שיטות פעולה ארכיאו- לוגיות מסורתיות עם ידע מעמיק מתחומי מדעי הטבע".

 

תלמידת המחקר רבקה אלבאום מנסה ללמוד על העבר באמצעות שרידים של חומר גנטי, די-אן-איי. במשך עשרות אלפי שנים היו בני האדם נוודים, וליקטו למחייתם מזון שמקורו בצמחי בר וחיות בר.תקופה זה נסתיימה לפני 10,000 שנה בערך, באחת המהפכות הגדולות שעשה האדם: המהפכה החקלאית. אז עשו בני האדם צעד משמעותי לקראת שליטה על גורלם בכך שלמדו לגדל צמחים ולביית בעלי חיים. מקור התזונה הקבוע והאמין יחסית שיצרה המהפכה החקלאית איפשר התפתחות של כפרים, עיירות וערים, שבהםיכולה הייתה להתפתח התרבות האנושית כפי שאנו מכירים אותה.

 

בזמן שלמדה לקראת קבלת תואר שני במחלקה לחומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע השתתפה רבקה בקורס של פרופ' ויינר, שהוקדש לתהליכי המהפכה החקלאית. הקורס, שהצית את התעניינותה, הוביל אותה לתוכנית החדשה לתלמידי דוקטורט בארכיאולוגיה. המחקר שהיא מבצעת במסגרת התוכנית נועד לקבוע את החותם שהשאיר ביות הצמחים במהפכה החקלאית על החומר הגנטי, הדי-אן-איי שלהם. היא בחנה גלעיני זיתים שמצא הארכיאולוג הימי אהוד גלילי מרשות העתיקות הישראלית בסמוך לחוף הים בחיפה, שם טבוע בים כפר בן 6,500 שנה. ארכיאולוגים סבורים שכפר טבוע זה הוא האתר העתיק ביותר שבו נמצאו סימנים לשימוש רב היקף בזיתים לצורך ייצור שמן. באמצעות הדי-אן-איי העתיק שמוצה מגלעיני הזיתים מקווה רבקה ללמוד ולקבוע אם הזיתים הללו היוזיתי בר, או שמא היו אלה זיתים מבויתים, שגודלו וטופחו במיוחד למטרה זו. תובנה זו עשויה לסייע להבנה טובה יותר של המהפכה החקלאית.

 

הקריירה של עורכת הדין דבורי נמדר עברה בעצמה מהפכה כאשר החליטה לחזור לספסל הלימודים וללמוד ארכיאולוגיה. כשסיימה את לימודי התואר הראשון באוניברסיטת תל אביב, החליטה להמשיך וללמוד לקראת תואר שני. נושא המחקר שבחרה היה כלי נחושת מקושטים מסוף התקופה הפרה-היסטורית (כ-4,000 שנה לפנה"ס), שנמצאו בגבעת האורנים, ליד נמל התעופה התעופה בן-גוריון. כדי לבחון את תהליכי הייצור של הכלים האלה התייעצה עם ד"ר שריאל שליו, מטלורג מאוניברסיטת חיפה המבצע מחקרים במסגרת מרכז קימל לארכיאולוגיה שבמכון ויצמן למדע. עם הזמן נשבתה בקסמיהם של מדעי הטבע, והחליטה להצטרף לתוכנית החדשה של המכון להכשרת ארכיאולוגים בעלי תואר שלישי במדעי הטבע.

 

במחקרה הנוכחי היא עושה שימוש בשיטות מתקדמות כדי לקבוע את המטרה שלשמה שימשו כלים שונים שנמצאו בחפירות ארכיאולוגיות. "אם מישהו אומר 'כלי זה שימש ליין', אני אומרת 'בוא נוכיח את זה", אומרת דבורי. המנחים שלה, בנוסף לפרופ' ויינר, הם פרופ' רוני נוימן ממכון ויצמן ופרופ' יובל גורן מאוניברסיטת תל אביב.

 

ד"ר רות שחק-גרוס, המבצעת במסגרת התוכנית החדשה מחקר בתר-דוקטוריאלי, הייתה בעבר הסטודנטית הראשונה בתוכנית. היא הצטרפה אליה בשנת 1998 לאחר שסיימה תואר שני בגיאולוגיה באוניברסיטה העברית ותואר שני נוסף בארכיאולוגיה באוניברסיטת וושינגטון במדינת מיזורי, ארה"ב. שם התוודעה לראשונה לתחום האתנו-ארכיאולוגיה.

 

המחקר שהיא מבצעת היקנה לה מומחיות מיוחדת: היא מסוגלת לקבוע, באמצעות דגימות אדמה, אם עדרי בקר, עיזים או כבשים גודלו במקום מסוים, גם אם היה זה לפני אלפי שנים. "אתנו-ארכיאולגיה היא מאמץ להבין את העבר באמצעות ההווה", אומרת רות. היא נסעה לקניה ודגמה שם אדמה ביישובי מסאי שוקקי חיים, וכן ביישובים שבני השבט נטשו אותם. בדרך זו בדקה כיצד החומרים שבני אדם ובעלי חיים מותירים אחריהם מצטברים ביישובים שוקקי חיים, ובמה דרך ההצטברות הזאת שונה בהשוואה להצטברותם של אותם חומרים ביישובים נטושים. בדרך זו עלה בידה להבין את המאפיינים של התפתחות ושינוי באתרים של תרבות רועים. כיום היא שואפת ליישם את הגישה האתנו-ארכיאולוגית על תלים בארץ, כדי להבין כיצד נוצרו אתרים אלה, המכילים מגוון רחב מאוד של אוצרות ארכיאולוגיים. ד"ר שחק-גרוס סבורה, שאפשר יהיה ללמוד על דרכי ההיווצרות של תלים באמצעות בחינת דרכי חייהם של בני אדם בחברות מסורתיות המתקיימות כיום במזרח התיכון.

 

לאחר שסיימה את לימודי התואר השני בכימיה בטכניון עבדה עילית כהן-עופרי בחברת תרופות. כששמעה על תוכנית מדעי הארכיאולוגיה במכון היא ניגשה מיד לברר פרטים נוספים. "תמיד אהבתי ארכיאולוגיה, אפילו כילדה", היא אומרת. היום היא חוקרת את השימוש המוקדם באש, באמצעות השוואה בין המאפיינים הפיסיקליים של פחם מודרני לאלה של פחם שנמצא באתרים ארכיאולוגים.

 

באופן מפתיע, מעט מאוד ידוע על מבנה הפחם שנוצר בתהליכי הבעירה של מדורות. באמצעות השוואה של חתיכות פחם מודרניות עם פחם עתיק שנמצא במערת כברה שבהרי הכרמל מקווה עילית להבין את תהליכי הפירוק של הפחם במשך הזמן. הבנה כזו עשויה לסייע בהבחנה בין פחם שנוצר במדורות לבין פחם שנוצר בשריפות טבעיות. מאחר שפחם הוא החומר הנפוץ ביותר לשימוש בתיארוך ארכיאולוגי, ברור של תובנות שעולות ממחקר זה עשויות להיות השלכות חשובות על מחקרים ארכיאולוגיים רבים אחרים. למעשה, מחקרה של עילית כבר סייע להשיג הבנה טובה יותר של תחום חשוב זה במחקר הארכיאולוגי. מימין לשמאל: עילית כהן-עפרי, דבורי נמדר, רות שחק-גרוס, פרופ' סטיב ויינר, רבקה אלבאום ומיכל קאופמן. כלים אנליטיים

 

חפירה ללא חפירה? קבוצת מחקר מהמרכז למדעי הארכיאולוגיה בראשותו של ד"ר שריאל שליו מאוניברסיטת חיפה ומכון ויצמן למדע, פיתחה שיטה המאפשרת, באמצעות דגימות קטנות של קרקע, להגיע למסקנות ארכיאולוגיות שבדרך כלל מחייבות חפירה לעומק. "זו ארכיאולוגיה ידידותית לסביבה", אומר שליו. "היא לא משנה את הסביבה ומגיעה לתוצאות מדויקות".

 

דרומית לים המלח, בשטח ממלכת ירדן, קיים אתר ארכיאולוגי מפורסם שקדמוני עידן הברונזה הפיקו בו נחושת. ד"ר שריאל שליו וד"ר יובל יקותיאלי מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב גילו, שבגבעה מסוימת, מדרום לים המלח, בצד הישראלי, התקיימה פעילות הפקה דומה. צוות של מדעני המכון שכלל גם את פרופ' סטיב ויינר - ראש מרכז קימל למדעי הארכיאולוגיה, ופרופ' סנא שלשטיין - מהמחלקה לפיסיקה, יצא באחרונה לחקור את הגבעה באמצעות מתקן חדש שפותח במיוחד למטרה זו. המתקן מבוסס על טכנולוגיה קיימת שבאמצעותה ניתן לזהות חומרים על-פי קרינת ה- X (רנטגן) שהם פולטים. מתקן זה, פיתוח של מכשיר הקרוי X-ray fluorescence analyzer , איפשר למדענים לחקור דגימות אדמה קטנות, המצויות בקרבת פני השטח, ועל פיהן לגלות את האזורים שבהם התקיימה באתר, בעבר, פעילות הפקת הנחושת. כדי להגיע לממצאים אלה בשיטות הארכיאולוגיות הקיימות היה צורך לחפור שכבות שלמות של אדמה ושרידים ארכיאולוגיים.

 

החוקרים מקוים כי השימוש בשיטות מדעיות בחקר האתר וסביבתו יסייע להם להשיב על שאלות ארכיאולוגיות נוספות, כגון מדוע הרחיקו הקדמונים עד לגבעה זו ולא הסתפקו בהפקת נחושת בקרבת המכרה העיקרי, המצוי כ-25 ק"מ משם.

 

 

 

האם חומר הנוצר במוח משפיע על המערכת החיסונית, המגינה על הגוף מפני גורמים חיצוניים (כגון חיידקים, נגיפים וגורמי מחלות אחרים)? תשובה אפשרית לשאלה מורכבת זאת עולה ממחקר שבוצע באחרונה בידי צוות רב-תחומי של מדענים ממכון ויצמן למדע. מחקרם של המדענים התמקד בחלבון קצר (פפטיד) הקרוי GnRH-II , המיוצר במוח האדם, וכן במוחותיהם של בעלי חוליות נחותים יותר. העובדה שהפפטיד נשמר ועבר ממין למין במעלה האבולוציה במשך יותר מ-500 מיליון שנה מעידה, שהוא ממלא תפקידים חיוניים בתהליכי החיים הבסיסיים ביותר. מהם תפקידים אלו?

 

צוות המחקר שיצא לפצח תעלומה זו, ולגלות האם GnRH-II יכול לשפעל את המערכת החיסונית, כלל את פרופ' יצחק קוך, ד"ר מיה לויטה, תלמידי המחקר אלון חן, יונתן גנור,שי רהימיפור, וכן את נורית בן-ארויה מהמחלקה לנוירוביולוגיה שבמכון ויצמן למדע. סדרת ניסויים זו, שתוארה במאמר שפורסם באחרונה בכתב העת Medicine Natutre, מובילה למסקנה שהפפטידים ממשפחת GnRH מסוגלים לשפעל תאי T של המערכת החיסונית, ואף לסייע להם להגיע למחוז חפצם.

 

בניסוי שבוצע בתאי אדם גילו המדענים כי GnRH-II וגם GnRH-I (ראו מסגרת) נקשרים לקולטנים שלהם בקרום החיצוני של תאי ה- T, משפעלים אותם, ובעקבות זאת מגבירים בתאים את שיעור הביטוי של מספר גנים, ובמיוחד את ביטויו של גן המקודד את המידע הדרוש לבנייתו של קולטן הנצמד ללמינין. למינין הוא חלבון המהווה מרכיב מרכזי במרקם הבין-תאי. תאי T משופעלים נצמדים אליו באמצעות קולטנים מיוחדים הזרועים על פני קרומיהם החיצוניים, וכך הם נעים ממקום למקום במרקם הבין-תאי, כשמדי פעם הם נעצרים, ואז ממשיכים בדרכם ל"סיור שגרתי" לגילוי פולשים זרים, או במטרה לסייע לרקמות פגועות או מותקפות.

 

בסדרה אחרת של ניסויים הזריקו החוקרים תאי T לכלי הדם של עכברים שאינם מסוגלים לייצר בגופם GnRH-I. התוצאה: מספר תאי ה- T שחדרו לטחול ולכליה של עכברים אלה היה כמחצית ממספר התאים שחדרו לאיברים הללו בעכברים רגילים. ניסוי זה חיזק אצל המדענים את ההשערה, שכדי לחדור לאיברים מסוימים באופן אופטימלי, תאי ה- T זקוקים לשיפעול המתבצע על ידי פפטידים ממשפחת GnRH.

 

בשלב זה העלו החוקרים את השאלה, האם תאי דם סרטניים מסוג T שגורמים לוקמיה (סרטן הדם) או לימפומה (סרטן בלוטות הלימפה) נעזרים אף הם ב"שירותים" של פפטידים ממשפחת GnRH בדרכם לייסוד גרורות. בסדרת ניסויים שנועדה לענות על שאלה זו מצאו המדענים, שאכן פפטידים אלה מעלים את רמת הביטוי של הגן המקודד את הקולטן ללמינין גם בתאי T סרטניים,וחשדו שעובדה זו תסייע לתאים בתהליכי התפשטותם בגוף. ואמנם, כשהזריקו תאי T סרטניים שטופלו באחד מהפפטידים ממשפחת GnRH לעכברים רגילים, מצאו החוקרים ששיעור התאים האלה שנדדו מזרם הדם והצליחו לחדור לטחול וללשד העצם (איברי המטרה של תאים סרטניים אלה) היה כפול בהשוואה למספר התאים הלא מטופלים שהצליחו לעשות זאת. במילים אחרות, נראה שהפפטידים ממשפחת GnRH, המסייעים לתאי המערכת החיסונית בפעולתם החיובית, מסייעים גם לתאי ה-T הסרטניים במלאכתם ההרסנית.

 

החוקרים אומרים שייתכן כי ממצאים אלה עשויים להוביל, בעתיד, לפיתוח יישומים רפואיים שיאפשרו לעודד תנועה ותיפקוד של תאי T באמצעות פפטידיםממשפחת GnRH בדרך זו, ייתכן שאפשר יהיה להגביר את פעילותה של המערכת החיסונית (במקרים של מחלות ופגיעות). ייתכן גם, שבאמצעות חומרים שיחסמו את פעילות הפפטידים ממשפחת GnRH אפשר יהיה לעכב את יציאתם של תאים סרטניים מכלי הדם, בדרכם לייסוד גרורות סרטניות.

 

במחקר שבוצע בתאי T של אדם התקבלו תוצאות המראות, שתאים אלה יכולים כנראה להשתפעל על ידי פפטידים ממשפחת GnRH לא רק כאשר הפפטידים האלה מופרשים מקצות תאי העצב במוח. מדעני המכון גילו להפתעתם, שתאי ה- T (בריאים וסרטניים כאחד) מסוגלים לייצר בעצמם את הפפטיד GnRH-II וגם את "אחיו", GnRH-I, ולאחר מכן להפרישם אל הנוזל החוץ-תאי.

 

 

 

האגדה מספרת שנפוליאון בונפרטה, בין כל שאר תכונותיו הייחודיות, היה מסוגל לבצע שלוש מטלות בעת ובעונה אחת. בני אדם רגילים, לעומת זאת, מתקשים לבצע שתי מטלות יחד. ואכן, ככל שהדבר נוגע למולקולות חלבון, הדעה הרווחת בקרב מדענים, זה שנים, היא שכל מולקולה כזאת מוכשרת ומסוגלת לבצע פעולה מוגדרת אחת בלבד. אבל, בכל זאת, במשך השנים חזרה ועלתה השאלה, האם ייתכן שמולקולת חלבון כלשהי מסוגלת לבצע מגוון משימות. העובדה שהחלבונים מתאימים את עצמם לביצוע מטלות שונות עולה בראש ובראשונה מחישוב פשוט: גנום האדם כולל כ-40,000 גנים, הקובעים את הרצף הכימי את והמבנה המרחבי של החלבונים. אבל מספר התיפקודים שהחלבונים מבצעים כנראה גדול בהרבה מהמספר הזה. אחד ההסברים האפשריים לאי ההתאמה הזאת יכול להיות מבוסס על תהליך אבולוציוני, שבו החלבונים נוצרים בכל פעם מחדש בתצורה שונה, המתאימה אותם לביצוע משימות שונות. התהליך האבולוציוני הזה הוא נושא מחקריו של ד"ר דן תופיק מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע.

 

ד"ר תופיק: "אנחנו מכירים כיום כמה אנזימים חדשים שנוצרו בתהליך אבולוציוני שהתחולל בשנים האחרונות. אפשר לחשוב על כך כעל תהליך שמתחולל במולקולה שמותאמת לתפקיד אחד, אבל יש לה גם 'תחביב', או 'חלטורה', שהיא מסוגלת לבצע לעיתים רחוקות יחסית ובמידה לא רבה של יעילות. אבל, במשך הזמן, בתהליך אבולוציוני, היא עשויה לפתח את ה'תחביב' ולהפוך אותו ל'מקצוע' או לתחום עיסוק עיקרי".

 

המערכת החיסונית, למשל, היא מיקרוקוסמוס שבו מתחוללת אבולוציה ללא הרף. הנוגדנים, שהם אמצעי ה"גישוש" וה"הכרה" של המערכת, לומדים ללא הרף להכיר פולשים, מזהמים וגורמי מחלות חדשים. גם כאן קיימת התופעה של חלבונים מעטים המסוגלים לבצע מלאכות רבות: מספר סוגי הנוגדנים קטן בהרבה ממספרם העצום של האנטיגנים של הגורמים הזרים שעשויים לתקוף את הגוף. מדענים רבים התחבטו במשך שניםרבות בשאלה, כיצד יכול מגוון מוגבל של נוגדנים להכיר ולנטרל מספר כמעט לא מוגבל של אנטיגנים. בין אלה בלט לינוס פאולינג, שהציע שמולקולת נוגדן אחת יכולה "לאמץ" מספר גדול של מבנים, ובכך להתאים את עצמה לקשירת אנטי- גנים רבים (בכל פעם לאנטיגן אחר). כשהתברר המנגנון הגנטי של ייצור הנוגדנים, סברו רוב המדענים שפאולינג טעה בתפיסתו זו. אבל, שנים לאחר מכן הראו ג'פרסון פוט וסזר מילשטיין, שנוגדן אכן יכול לאמץ לעצמו צורות שונות. עבודה זו נתמכה, בין היתר, בעבודת דוקטורט של תלמיד מחקר צעיר במדרשת פיינברג של מכון ויצמן למדע: דורון לנצט (שהיה לימים לפרופ' מן המניין במכון וראש המרכז לחקר גנום האדם במכון). מנחהו של לנצט בעבודה זו היה פרופ' ישראל פכט ממכון ויצמן למדע. עבודת הדוקטורט הזאת הראתה, שנוגדנים שנוצרים בגוף מצויים במצב של שיווי משקל בין שתי צורות שונות (לפחות), מעין מצב של המתנה. רק כשהנוגדן נתקל באנטיגן, הוא מתאים את עצמו אליו. בטכניקות מדידה מתקדמות שפותחו בשנים האחרונות, כמו למשל שיטת המדידה הדינמית בתהודה מגנטית גרעינית שפיתח פרופ' לוסיו פרידמן ממכון ויצמן למדע (ראו "המכון" מספר 30), נצפו בפועל מולקולות של חלבונים המשנות את המבנה שלהן בעת שהן מבצעות את תפקידן.

 

במחקר שביצעו באחרונה הצליחו ד"ר דן תופיק וד"ר ליאו ג'יימס לאשש את תחזיותיהם של פאולינג וממשיכיו, ולצפות בזמן אמיתי בשינויי מבנה שמתחוללים במולקולת חלבון בתוך אלפיות שנייה. מדובר בתהליך שבו נוגדן שהוכן על ידי פרופ' זליג אשחר ממכון ויצמן למדע משנה את צורתו כך שיתאים לקשירת אנטיגנים שונים. החוקרים גם פיענחו בפעם הראשונה את המבנה המרחבי של נוגדן כשהוא קשור בכל פעם למולקולה אחרת. נוגדן שמעוצב בצורה אחת קושר מולקולה של חלבון מורכב למדי. לאחר שהנוגדן שינה את צורתו, אתר קישור אחרהמצוי באיזור ההכרה שלו נקשר למולקולה סינתטית קטנה מסוימת. ממצאי המחקר הזה התפרסמו באחרונה בכתב העת המדעי SCIENCE . כל התהליך הזה מתחולל בקצה החיצוני של שתי זרועות הנוגדן, שהוא אתר ההכרה של הנוגדן. אתר זה, הקרוי FV, התגלה בשנות ה-60 על ידי פרופ' דוד גבעול ממכון ויצמן למדע.

 

ד"ר תופיק אומר, שיכולת שינוי המבנה של חלבונים, ובכללם נוגדנים, היא המקנה לחלבונים "גמישות תיפקודית" ויכולת התאמה אבולוציונית מהירה יותר. כך, למשל, מוקנית למערכת החיסונית היכולת לבלום באמצעות סוגים מעטים של "לוחמים" הרבה מאוד סוגים של פולשים, מזהמים וגורמי מחלות. ומצד שני, אותה יכולת עצמה היא זו העלולה לגרום לנוגדנים להיצמד ולתקוף מרכיבים החיוניים לגוף (דבר שמשמעותו עלולה להיות התפתחות מחלה אוטואימונית). זהו "תסריט האימים" כפי שתיאר אותו פאול ארליך. ואכן, תגלית זו של ד"ר תופיק שופכת אור חדש על דרכים אפשריות להתחוללותו של "תסריט האימים" ועל התפתחותן של מחלות אוטואימוניות. ייתכן שבעתיד היא תסייע בפיתוח דרכים מתקדמות למלחמה במחלות אלה.