<div>
Science Feature Articles</div>

בין טוב לרע

עברית
 
מוטציות גנטיות הן טובות או רעות? התשובה על השאלה הזאת,כמו התשובות לשאלות רבות אחרות בחיים, היא: תלוי. תלוי בהקשר. מוטציות "רעות" יכולות להפעיל גנים גורמי סרטן, או "לכבות" גנים בולמי סרטן, דבר שעלול להביא להתפתחות גידולים סרטניים. מוטציות שליליות אחרות עלולות לפתוח בתהליכים הגורמים להתפתחות מחלות אחרות. לעומת זאת, מוטציות "טובות" הן הסולם שעליו מטפסים החיים במעלה האבולוציה. בעצם, ללא המוטציות ה"טובות", כלל לא תיתכן אבולוציה. הצטברותן של מוטציות לא-קטלניות בחומר התורשתי די-אן-אי האצור בגרעיניהם של התאים החיים, יוצרת שונות גנטית רחבה שעליה מופעל תהליך הברירה הטבעית. תהליך זה עשוי להוביל לשיפור כושר ההישרדות של יצורים חיים.
 
הכל מתחיל בחיי היום-יום, כאשר הדי-אן-אי שבתאים החיים נחשף להשפעות סביבתיות רבות (קרינת שמש, חומרים כימיים, תוצרי לוואי של תהליכי חילוף החומרים המתחוללים בתאים עצמם, ועוד) השפעות אלה גורמות לדי-אן-אי נזקים המתבטאים בשינויים, שיבושים והחלפות של ה"אותיות" הגנטיות המהוות את המידע הצפון בגן. שיבוש המידע הצפון בגן מוביל לייצור חלבונים פגומים, דבר שעלול לפגוע בפעילותו התקינה של התא, ובמקרים מסוימים אף להביא למותו.
 
כדי למנוע ולהקטין עד כמה שאפשר את נזקן של המוטציות ה"רעות" מצד אחד, ולשמור על האפשרות ליהנות מפירות האבולוציה ומההזדמנויות שהיא פותחת מצד שני, התפתחו בעולם החי מנגנונים משוכללים המאפשרים לתאים החיים לתקן די-אן-אי פגום. אלא שהמנגנונים הללו אינם מושלמים, ומדי פעם הם עושים את מלאכתם ב"רשלנות" יחסית, דבר שפותח הזדמנויות למוטציות שונות, שלפחות כמה מהן הן מוטציות "טובות".
 
פרופ' צבי ליבנה ותלמידי המחקר נינה ראובן וגיא תומר מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון, גילו באחרונה כי בחיידקים שמתחלקים (בתהליך ההתרבות), כאשר המנגנון המשכפל את החומר הגנטי נתקל בנזק או בשיבוש על הדי-אן-אי הוא עשוי להתעלם מה"אות" הפגומה, לא להכניס מולה שום מידע ולהמשיך בפעולתו "כאילו לא אירע דבר". אלא שכמו בתחומים אחרים בחיים, שום דבר טוב לא יכול לצמוח מהתעלמות מבעיות ומשגיאות. במקרה הזה, ההתעלמות מהפגם משבשת לחלוטין את מבנה החלבון שאותו מקודד הגן המשוכפל, וגורמת להיווצרות חלבונים שונים לחלוטין מאלה שהתא זקוק להם. במקרים אחרים גורמת השגיאה לעצירת ייצורו של החלבון. כאשר מדובר בחלבון חיוני, עלולה עצירה כזאת לגרום למות התא.
 
מדעני המכון גילו שהחיידק יכול להימנע מהמוטציות הקטלניות האלה ולהמירן במוטציות דרמטיות פחות שלעתים עשויות אפילו לסייע לתא. תהליך זה מתאפשר הודות למנגנון חירום המתחיל לפעול בתא כשמתגלים נזקים לא מתוקנים בחומר הגנטי שלו. מנגנון זה מבוסס על "חלבוני מעבר נזקים" המאפשרים לאנזים ההכפלה, הפולימרז, להכפיל את האזור הפגום של הגן תוך הימנעות מההתעלמות המסוכנת מהפגם. למעשה, במקום השגיאה הגדולה, הם מאפשרים לפולימרז לעשות שגיאה קטנה: להכניס מול אזור ה"נזק" שבדי-אן-אי, מידע גנטי אקראי. כך נגרם שיבוש של חומצה אמינית אחת בלבד על הרצף של החלבון המקודד, ואילו הסדר של החומצות האמיניות שבהמשך הרצף אינו משתבש. בדרך זו נוצרים בתא חלבונים השונים זה מזה רק במעט, דבר שמצד אחד מאפשר להם לפעול באורח תקין, ומצד שני "מציע" מרווח שונות מסוים לבחירתה של הברירה הטבעית. מוטציות שנוצרות בדרך זו (הודות לנוכחותם של "חלבוני מעבר נזקים" שייצורם בתא מוגבר בתגובה למצבי עקה), עשויות לשפר את יכולת העמידה של החיידקים במצבי עקה. מנגנונים כאלה מעורבים גם בהתפתחות יכולת העמידות של חיידקים נגד תכשירים אנטיביוטיים, כך שהבנת המנגנונים עשויה לסייע בפיתוח שיטות לבלימת התהליך הלא רצוי הזה.
 
 
 
עברית

זיכרונות מאפריקה

עברית
 
האם ההתחממות האקלימית המתחוללת בשנים האחרונות נובעת במלואה מעשן המכוניות ומפעלי התעשייה הנפלט אל האטמוספירה? איזה חלק מההתחממות אפשר לייחס לשינוי טבעי המתחולל ללא קשר לפעילותה של האנושות? כדי לענות על השאלות האלה מבקשים חוקרי האקלים ללמוד על התחממויות טבעיות שהתחוללו בעבר, בטרם פותחה התעשייה המודרנית. זיהוי תקופות של התחממות מהירה ופתאומית בעברו של כדור-הארץ עשוי להטיל אור על הגורמים השונים להתחוללותה של ההתחממות הנוכחית.
 
פרופ' אלדו שמש, ראש המחלקה למדעי הסביבה ולחקר האנרגיה במכון, ותלמידת המחקר מירי ריאטי-שאטי, יחד עם פרופ' וו. קארלן מאוניברסיטת שטוקהולם, שוודיה, תרמו באחרונה תרומה ייחודית בתחום זה. הם עקבו אחר שינויים אקלימיים שהתחוללו בעבר בקו המשווה, שלהם חשיבות רבה להבנת שינויים אקלימיים עולמיים.
 
כדי לעקוב אחר תנודות האקלים בעבר, במרכז אפריקה, יצאו המדענים למסע מחקר לאחת מפסגות הר קניה ( 4,350מטר מעל לפני הים). פסגותיו של הר קניה מכוסות קרחוני עד ובגאיות הסמוכים לפסגה מצויים אגמים שבקרקעיותיהם שקעו אצות צורניות. על פי היחס הכמותי בין האיזוטופים של החמצן המצויים בשלד הצורני של האצות האלה, אפשר ללמוד על האקלים ששרר בתקופת חייהן. איזוטופ הוא גרסה מסוימת לאטום של יסוד כלשהו. האיזוטופים זהים זה לזה בתכונותיהם הכימיות, אך נבדלים זה מזה במשקליהם ובתכונות פיסיקליות נוספות. כך, למשל, האיזוטופ הנפוץ של החמצן הוא חמצן 16, אבל בטבע קיים גם האיזוטופ חמצן 18 (הכבד יותר).
 
היחס הכמותי בין האיזוטופים האלה המצויים בשלד האצה הצורנית, תלוי בטמפרטורת המים באגם ובהרכבם האיזוטופי. משמעות הדבר היא שכאשר האקלים מתקרר גדלה כמותו של האיזוטופ חמצן 18ביחס לכמותו של האיזוטופ חמצן 16בשלד הצורני. כך, כאשר בוחנים את היחס הכמותי בין שני האיזוטופים האלה בדוגמת משקע (המורכב משלדי אצות), אפשר לדעת מה היה האקלים בעת היווצרותו של המשקע הזה.
 
לאחר טיפוס רגלי ארוך ומייגע הגיעו המדענים, בלוויית קבוצה של סבלים בני המקום, לגאיות העליונים בהר קניה, ובאמצעות ציוד מיוחד שהביאו עמם קדחו והוציאו גלעין מהמשקעים שבקרקעית האגם. לאחר מכן, בשובם למעבדה, תיארכו במאיץ חלקיקים את המשקעים, על פי מדידת כמותו של האיזוטופ הרדיואקטיווי פחמן 14המצוי בהם. מדידות אלה הראו כי גלעיני המשקעים שהמדענים הביאו מאגמי הר קניה מכילים משקעים שנוצרו בין השנים 2250לפנ"הס ל -750לס"הנ. 
 
בשלב זה ניגשו לבחינת היחס הכמותי בין איזוטופי החמצן שבמשקעי האצות הצורניות. בחינות אלה, שבוצעו בטכניקה ייחודית שפיתח פרופ' אלדו שמש, הראו כי בין השנים 250 לפנ"הס ל-750 לס"הנ, התחוללה במרכז אפריקה התחממות אקלימית מהירה ומשמעותית. פרופ' אלדו שמש: "ממצא זה מעיד כי התחממות אקלימית מהירה עשויה להתחולל באופן טבעי, ללא קשר לפעילות אנושית. תיעוד שינויים אקלימיים שחלו בעבר באזורים שונים של כדור-הארץ עשוי לסייע בחיזוי מדויק יותר של תוצאותיה של הפעילות האנושית מתחילת המהפכה התעשייתית".
 
 
עברית

סוכרת, שאלה של תקשורת

עברית
אחד מהתהליכים המובילים להתפתחות מחלת הסוכרת התגלה באחרונה על-ידי פרופ' יחיאל זיק מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא במכון ויצמן למדע. הסוכרת מתבטאת בהפחתת כמות האינסולין שבדם, או בשיבושים בתהליך שבו הוא משפיע על התאים. אינסולין הוא הורמון שמחדיר את הסוכר הנישא בזרם הדם אל תוך התאים (שבהם מומר הסוכר באנרגיה הדרושה להפעלת הגוף). חולי סוכרת אינם מייצרים בגופם כמות מספקת של אינסולין, או שתהליך השפעתו של האינסולין על תאי גופם השתבש, דבר שפוגע ביכולתו של הגוף להפיק כמות אנרגיה מספקת.
 
תהליך השפעתו של האינסולין על התאים מתחיל כאשר מולקולת הורמון נקשרת לקולטן מתאים המוצג על קרום התא. כתוצאה מההתקשרות הזאת מתחולל תהליך תקשורת ביוכימי רב-שלבי, שמפעיל את מערכת שאיבת הסוכר של התא. פרופ' זיק גילה, שאחד הגורמים להתפתחות סוכרת יכול להיות שינוי בתפקודיהם של חלבונים מסוימים המשתתפים בתהליך התקשורת שבין קולטן האינסולין לבין מערכת שאיבת הסוכר של התא. מדובר בשינוי שמתחיל כאשר החלבון קושר אליו אטום זרחן (בתהליך הקרוי "זירחון"), ומסתיים בנתק בין הקולטן לבין מערכת שאיבת הסוכר.
 
תהליך הזירחון של חלבוני התקשורת האלה מזורז במידה רבה על-ידי ההורמון TNF, המיוצר בתאי שומן.
 
פרופ' זיק סבור שעובדה זו עשויה להוות חלק מהגורמים לכך שסיכוייהם של אנשים שמנים לפתח סוכרת גדולים יחסית. תגלית זו עשויה להוביל - בעתיד - לפיתוח שיטות חדשות לריפוי מחלת הסוכרת. כיום אפשר לטפל רק בתופעות המלוות אותה, טיפולים שחייבים להתבצע באופן שוטף ומתמיד.
עברית

נוגדנים לשמאל, נוגדנים לימין

עברית
נוגדנים הם מבנים חלבוניים דמויי צבת, ה"מזהים" ונצמדים בין היתר למבנים חלבוניים אחרים. אתר ההכרה הממוקם באחת מ"לסתות" הצבת של הנוגדנים מתאים בדרך כלל, באופן מבני, למבנה חלבוני כלשהו. כאשר המערכת החיסונית של הגוף מזהה פולש זר (כגון גורמי מחלות שונים), היא גורמת לכך שהגוף ייצר כמות גדולה של נוגדנים ש"מזהים" ומתאימים לחלק ממבנהו של הפולש. הנוגדנים "מזהים" את הפולש, נצמדים אליו ומנטרלים אותו.
 
עד כמה מדויקת יכולת הזיהוי של הנוגדנים? מהי היחידה הקטנה ביותר שהם מסוגלים לזהות? שלוש חומצות אמיניות (שהן אבני הבניין של החלבונים)? שתי חומצות אמיניות? מולקולה של חומצה אמינית בודדת? פרופ' מאיר וילצ'ק, דיקן הפקולטה לביוכימיה במכון, גילה באחרונה תשובה מפתיעה למדי לשאלה זו: מתברר שהנוגדנים מסוגלים לזהות חלק ממולקולה בודדדת של חומצה אמינית. חלק זה מכונה המרכז הכיראלי של המולקולה, והוא קובע את "כיוונה" של המולקולה, כלומר, אם המבנה שלה מסתעף כלפי צד אחד (שהמדענים נוהגים לכנותו "ימין"), או כלפי הצד האחר (הקרוי "שמאל").
 
תופעת קיומן של מולקולות בעלות הרכב כימי זהה הנבדלות זו מזו במבנה המרחבי שלהן, כך שמולקולה אחת מהווה מעין "תמונת מראה" של המולקולה האחרת, קרויה "כיראליות". שורש השם הזה הוא במלה היוונית העתיקה כיראל ("יד"). ואכן, המולקולות הזהות מבחינה כימית אך המנוגדות מבחינת המבנה המרחבי שלהן מזכירות את הדמיון וההבדל שקיימים בין כף יד ימין לכף יד שמאל (שלעולם אי- אפשר להציבן כך שיחפפו זו את זו).
 
פרופ' וילצ'ק וחברי צוותו, תלמיד המחקר אוליבר הופשטטר, החוקרת הבתר-דוקטוריאלית הייקה הופשטטר, ופרופ' ולקר שוריג מאוניברסיטת טיבינגן גרמניה, ופרופ' ברנרד גרין מהאוניברסיטה העברית בירושלים, הצמידו מולקולות של חומצות אמיניות "ימניות" ו"שמאליות" לחלבונים שונים, שאותם הזריקו לארנבות. הארנבות, כמובן, פיתחו נוגדנים נגד החומר הזר, אלא שבניסוי המשך הוברר כי, הנוגדנים שהתאימו לחומצות האמיניות ה"שמאליות" לא ידעו לזהות את החומצות האמיניות ה"ימניות", ולהיפך: הנוגדנים ה"ימניים" לא ידעו לזהות את החומצות האמיניות ה"שמאליות".
 
לתגלית זו עשויה להיות חשיבות רבה בתעשיית התרופות, שכן בשנים האחרונות התברר שבתרופות מסוימות רק המרכיבים ה"ימניים" או ה"שמאליים" פעילים, בעוד שהמרכיבים האחרים נייטרליים, ולמעשה, לעתים הם אפילו מחבלים בפעילות התרופה. לפיכך, יכולת זיהוי והפרדה מדויקים בין "ימין" ל"שמאל" עשויה להוביל לפיתוח תרופות מדויקות ויעילות מאלה שקיימות בידינו כיום.
 
עברית

דרושים: פתרונות פשוטים

עברית
תמונה: אשה נכה משתוקקת להיניק את בנה הפעוט, אך אינה מסוגלת להוציאו מהעריסה או להחזיקו.
 
עוד תמונה: גשם. אדם נכה יוצא ממכוניתו לתוך כיסא גלגלים שכבר הספיק להירטב. הוא ייאלץ לשבת על מושב רטוב.
 
ועוד תמונה: איש עסקים נכה הנעזר בקביים תוהה כיצד יוכל לשאת תיק מסמכים, בדרכו לפגישת עסקים חשובה.
 
רעיונותיהם וכושר האילתור והביצוע של טכנאי ומהנדסי המכשירנות שבאגף שירותי מחקר במכון מסייעים לנכים להתגבר על קשיים כאלה.
 
אדם עיוור שמקל הנחייה שלו נשבר לפתע, לא יהיה חסר אונים לחלוטין, אם רק תימצא ברשותו "ערכת חירום" פשוטה וקטנה, שפותחה בסדנאות המכון, המאפשרת לעיוור לתקן בעצמו את המקל ולחזור לתיפקוד רגיל.
 
דני ברק, מהנדס מכונות שכיהן בעבר כמנהל המחלקה לשירותים מדעיים במכון, החל לסייע לנכים להתגבר על מגבלותיהם לפני כעשרים שנה. הכל התחיל כשהוא התבקש לסייע לנכה צה"ל שלא היה מסוגל ללחוץ על מתג הקריאה לאחות. ברק התקין לו מתג המופעל בנגיעה קלה, ללא צורך בלחיצה. בעקבות המקרה הזה נבנה לפצוע אחר מתג המופעל בלשון.
 
מאז התקבלו במכון פניות מגורמים שונים, שבעקבותיהן פותחו פתרונות ייחודיים לנכים רבים. "הדרך הנכונה היא לחפש ולמצוא פתרונות פשוטים", אומר ברק, "לא כל בעיה קשה מחייבת פתרון מורכב ומסובך". זה כמובן נכון, אלא שפתרונות פשוטים נובעים מחשיבה מקורית ומכושר המצאה.
 
זו למעשה הסיבה לכך שפעילות זאת נשענת על היצירתיות של עובדי האגף לשירותי מחקר במכון, שבדרך קבע, על-פי הזמנותיהם של מדעני המכון, מתכננים ובונים מערכות "בלתי שגרתיות". כך, הפיתוח והאילתור נעשו להם טבע שני, עניין שבשגרה.
 
מטבע הדברים, השמועה על הצלחותיהם של טכנאי המכון עשתה לה כנפיים, דבר שהביא בעקבותיו זרם לא אכזב של הזמנות ובקשות לסיוע ולמידע. כדי לענות על הביקוש הרב, מבלי להפריע לשגרת בעבודה בסדנאות המכון, הקימו פרופ' רפי רוזין ז"ל, שהיה אז מנהל המחלקה לשיקום נוירולוגי בבית-החולים שיבא בתל-השומר, ודני ברק את עמותת מילב"ת - מרכז שיקום ואגירת ידע לנכים (שמשרדה ואולמות התצוגה שלה נמצאים עתה במתחם בית-החולים שיבא).
 
דבר הפעילות המיוחדת הזאת הגיע גם לידיעת נדבנים שונים, ואלה תרמו למימון הפעילות. לפני שנים אחדות הוחלט למסד את פעילותם של עובדי המכון בתחום זה במסגרת "פרויקט טכנולוגיה ונגישות לנכים", בראשות דני תמרי, מנהל האגף לשירותי מחקר במכון. העבודה מתבצעת בהתנדבות, מבלי לפגוע בעבודה השוטפת המתבצעת באגף.
 
בעבודות שנעשו במכון באחרונה בתחום זה השתתפו הטכנאים בנימין דאדו, יואל חלף, יעקב סרנגה, והמהנדס בני פסמנטירר. שותף נוסף לעבודה היה בנימין שרון, שהיה מנהל היחידה למחשבי מעבדה ולאלקטרוניקה במכון. דני ברק, כיום גמלאי, משמש יועץ בפרויקט והוא ממשיך להיות הרוח החיה בו.
 
עברית

איים בזרם

עברית
אנשים, לפעמים, מדברים ופועלים סחור סחור. הם עושים זאת כשמשהו (למשל, מבוכה), מונע מהם לדבר ישירות. עכשיו מתברר שהתכונה הכל-כך אנושית הזאת היא גם מנת חלקם של זרמים חשמליים שזורמים בתנאים מסוימים דרך מוליכי-על. מוליך-על הוא חומר שזרם חשמלי יכול לעבור דרכו כמעט מבלי להיתקל בהתנגדות. הודות לתכונותיהם אלה, עשויים מוליכי-העל לשמש "דרכים מהירות" ויעילות מאוד להולכת זרם חשמלי למרחקים גדולים, וכן לפיתוחים טכנולוגיים שונים, בתחומי התעשייה והתחבורה.
 
עד כה סברו כי הזרם החשמלי עובר במוליכי-על כפי שהוא עובר במוליכים רגילים (כגון חוטי נחושת) - בקו ישר, בדרך הקצרה ביותר האפשרית בין נקודת המוצא לנקודת הסיום של "מסעו". תלמיד המחקר דן פוקס ופרופ' אלי זלדוב מהמחלקה לפיסיקה של חומר מעובה במכון, גילו שהמציאות במקרה הזה מורכבת יותר מהתסריטים שמצייר ההיגיון הפשוט.
 
פרופ' זלדוב וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה ביצעו באחרונה סדרת ניסויים במוליכי-על בטמפרטורות גבוהות, בעלי טמפרטורה קריטית של 90 מעלות קלווין, או מינוס 183 מעלות צלסיוס (טמפרטורה קריטית היא הטמפרטורה שבה חומר מוליך חשמל הופך למוליך-על). תוצאות הניסויים האלה הראו כי בתחום רחב של טמפרטורות הזרם החשמלי אינו חוצה את מוליך-העל בדרך הקצרה. במקום זאת הוא "מעדיף" להתפלג ולזרום במסלול "עוקף" ארוך יותר, בצמוד לדפנות מוליך-העל.
 
"התנהגותו" זו של הזרם מעידה על גורם כלשהו שמפריע לזרם לצלוח את מוליך-העל לאורכו, בקו ישר ואמצעי. כדי לגלות את הגורם המסתורי הזה בנו דן פוקס ועמיתיו חישנים זעירים המסוגלים לחוש בשדות המגנטיים החלשים מאוד הפועלים בתוך מוליך-העל, והמעידים על מסלול הזרימה של הזרם החשמלי. קווי שטף מגנטיים אלה מתאפיינים במבנה דמוי איטריות ארוכות, שנעות ומתכופפות ומשנות את מיקומן ללא הרף. מדידה מדויקת מאוד של עוצמת השדות המגנטיים האלה ומיקומם העלתה שקווי השטף הממוקמים במרכז מוליך-העל נעים בקלות רבה יחסית, בהשוואה לקלות תנועתם של קווי השטף שממוקמים קרוב לדפנותיו של מוליך-העל.
 
פרופ' זלדוב אומר, שאופן תנועתם של קווי השטף המגנטיים משפיע על התנגדות החומר למעבר זרם חשמלי. כך, בהיקף מוליך-העל נוצרת התנגדות קטנה מזו שקיימת במרכזו, ובמרכז מוליך-העל נוצר, למעשה, מעין אי של התנגדות מוגברת. מכיוון שכך, הזרם החשמלי, שכאמור אימץ לעצמו כמה תכונות אנושיות, מעדיף לחפש ולמצוא לעצמו דרכים קלות יותר, שבהן יוכל להגיע למטרתו תוך התגברות על התנגדות קטנה יותר.
 
ממצאים אלה עשויים לשפר את הבנת עקרונות פעולתם של חומרים מוליכי-על, דבר שעשוי להוביל לפיתוח דרכים יעילות יותר לשימוש במוליכי-על בהתקנים אלקטרוניים עתידיים מסוגים שונים.
 
בצוות המחקר של פרופ' זלדוב השתתפו דן פוקס, ד"ר מיכאל רפפורט, ד"ר הדס שטריקמן ממכון ויצמן; וצויושי טמגאי ושואיצי אואואי מאוניברסיטת טוקיו, יפאן.
 
עברית

קנגורו, פיל, כלב, שתי מכוניות ואדם

עברית
קנגורו, פיל, כלב, שתי מכוניות שונות ואדם. האם תוכלו לקבץ את כל היישויות האלה לקבוצות על פי מהותן? יש להניח שכל אדם סביר, גם ילד קטן שאינו יודע מהו קנגורו ומעודו לא ראה פיל, יידע לחלק את היישויות האלה לשלוש קבוצות: קבוצת החיות שתכלול את הקנגורו, הפיל והכלב; קבוצת המכוניות; וקבוצת בני האדם.
 
מחשב, לעומת זאת, יתקשה מאוד בביצוע המטלה הזאת אם לא "ילמד" מראש על מהותם וצורתם של "פיל", "קנגורו", "מכונית" ו"אדם". למעשה, למחשב יהיה קשה אפילו להבחין ב"אדם" אם תמונתו תוצג בזווית שונה מזו ש"למד" להכיר. מדענים רבים, במקומות שונים בעולם, משקיעים בשנים האחרונות מאמצים רבים בפיתוח שיטות שיאפשרו למחשבים לבצע "קיבוץ" של פריטי מידע לקבוצות בעלות מהות משותפת (למשל "מכוניות", או "חיות", או בני אדם", וכו'). יכולת מסוג זה עשויה להיות מיושמת במערכות ממוחשבות מתקדמות דוגמת מערכות המיועדות לכריית מידע ועוד. רוב השיטות האלה מתבססות על לימוד מוקדם כלשהו המקנה למחשב את היכולת לקבץ את פריטי המידע המוצגים לפניו, לקבוצות נפרדות.
 
כאן, פחות או יותר, נכנסו לתמונה פרופ' איתן דומאני, ראש המחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון, ותלמידי המחקר מרסלו בלט ושי וייסמן (שמאז הוכתרו כבר בתואר דוקטור). פרופ' דומאני ותלמידיו הצליחו באחרונה לנסח אלגוריתם (מתכון פעולה) חדשני, המאפשר למחשב ליצור קבוצות של פריטי מידע בעלי מאפיינים דומים, גם מבלי שהמחשב "למד" מראש על מאפייניהם של העצמים, הצורות ופריטי המידע שיוצגו לפניו. חברת ידע, הממונה על היישומים המסחריים והתעשייתיים של פירות המחקרים שמבוצעים במכון, הגישה בקשה לרישום פטנט על האלגוריתם החדש.
 
האלגוריתם החדש מבוסס על מחקרים קודמים של פרופ' דומאני ועמיתיו, שהתמקדו בתהליכים טבעיים הקרויים "מעברי פאזה" (או מעברי מופע), כגון מעברי חומר ממצב צבירה אחד למשנהו, או ממצב קבוע אחד למצב קבוע אחר. למשל, מעבר של חומר מוליך למצב של חומר מוליך-על, או מעבר של חומר לא ממוגנט למצב של חומר ממוגנט.
 
מעברי הפאזה מתחוללים בחומרים שונים, כתוצאה מפעולותיהם של כוחות שונים, בתנאים שונים. ובכל זאת, יש להם כמה מאפיינים קבועים. מעבר הפאזה מנוזל לגאז דומה במובנים אלה למעבר מחומר מוליך לחומר מוליך-על; ושני המעברים האלה דומים - באותם מובנים - למעבר הפאזה מחומר נייטרלי לחומר ממוגנט. במלים אחרות, נראה כאילו שלטבע יש מעין "כללים" או "נוסחאות" שלפיהם הוא מבצע את כל מעברי הפאזה. הניסיון המצטבר בתחומים אלה הוביל את פרופ' דומאני לניסוח האלגוריתם שמאפשר למחשב להבחין בהבדלים שבין פריטי מידע שאינם מוכרים לו מלכתחילה, ולשייך אותם לקבוצות שונות כגון "חיות", "מכוניות", "בני אדם", ועוד.
 
האלגוריתם החדש של פרופ' דומאני כבר הוכיח את עצמו בביצוע כמה מטלות מורכבות. הוא הצליח לחלק נכון 90 תמונות של שלושה בעלי חיים, שתי מכוניות ואדם, לשלוש קבוצות נפרדות (אנשים, חיות ומכוניות). ניסוי זה בוצע בשיתוף עם ד"ר דפנה ויינשל ויורם גדליהו מהאוניברסיטה העברית בירושלים.
 
בניסוי אחר התבקש המחשב, שפעל על פי האלגוריתם של פרופ' דומאני, לנתח את צלילי קולם של 300 אנשים שביטאו את אותיות האל"ף בי"ת. הניתוח בוצע על פי 600 מאפיינים אקוסטיים שונים. לאחר מכן הצליח המחשב (שלא קיבל שום הנחיה קודמת) לחלק את כל הצלילים ששמע לקבוצות, שבכל אחת מהן נאספו צלילי קולם של האנשים שביטאו אותה אות.
 
האלגוריתם החדש עשוי להיות מיושם בניתוח מידע הנאגר במערכות MRI בתחום חקר המוח, וכן בניתוח מידע שנאסף בלוויינים או באיתור פריטי מידע מוגדרים מתוך מאגרי מידע ממוחשבים גדולים מאוד.
 
עברית

תעלומת המראה המזייפת

עברית
ד"ר מחמוד חליחל גדל כילד בצפת, שם למד ליהנות מאוצרות הטבע שהקיפו אותו. כיום, כחוקר בתר-דוקטוריאלי במחלקה למדעי הסביבה לחקר האנרגיה במכון, במעבדתו של ד"ר אבי קריבוס, הוא שואף למצוא דרכים לחיות בהרמוניה עם הטבע. למשל, למצוא דרכים לניצול יעיל וכלכלי יותר של אנרגיית השמש, הידידותית לסביבה, והמצויה בשפע אין-סופי.
 
"הבעיה שאיתה אנו מתמודדים היא כדאיות כלכלית", אומר ד"ר חליחל. "עלות ההקמה של תחנת כוח היא גדולה מאוד, ומקבלי ההחלטות תמיד ישאלו את עצמם 'למה להקים תחנת כוח סולארית, כשהמערכות הקיימות מתקתקות כמו שעון?'. התשובה שאנו מנסים למצוא לשאלה זו, היא יעול תחנות הכוח הסולאריות, והגברת כוח התחרות הכלכלית שלהן".
 
כדי להגיע למטרה זו מתמקד ד"ר חליחל בשיפורה של תוכנת סימולציה, שנועדה למצוא את המבנה האופטימלי, היעיל והכדאי ביותר, להפעלתה של תחנת כוח סולארית, התחנה הראשונה במערכת של כל תחנת כוח סולארית היא קבוצת המראות הקולטות את אור השמש ומרכזות אותו לעבר אתר מטרה כלשהו, שממנו מועברת האנרגיה לתחנות הבאות. כדי לייעל את פעולת המראות, יש לוודא שהן יכוונו את קרני האור במדויק אל אתר המטרה. מערכת ממוחשבת קובעת (על-פי מיקום השמש באותה שעה) את זווית המראה הדרושה כדי למקד את אנרגיית השמש במטרה. אלא שהמערכת הממוחשבת אינה מסוגלת להבחין כאשר, מסיבות שונות, המראה מסיטה את הקרניים, במעט, כך שחלק מהאנרגיה אינו מגיע ליעדו, דבר שמפחית את יעילות המתקן.
 
סטייה זו יכולה לנבוע מהכובד העצמי של המראה, או כתוצאה מתזוזות מכניות זעירות במנגנוני הכיוונון שלה. הבעיה היא שבשדה המכיל כמה עשרות (או מאות) מראות, קשה מאוד לגלות במדויק אילו מראות "מזייפות". פתרון אפשרי: מציבים ארבע מצלמות על מתקן המטרה, ומחשבים את עוצמת האור השונה המוקרנת על כל אחת מהן. אם כל המראות ממוקדות, עוצמת האור על כל מצלמה תהיה שווה, אך אם קיימת מראה "מזייפת", השוואת עוצמות האור השונות שנופלות על כל מצלמה עשויה - עקרונית - לאפשר את גילוי מיקומה של המראה הזאת. ד"ר חליחל עסוק בפיתוחה של תוכנת מחשב שתוכל לבצע חישובים אלה.
 
עברית

מרוסיה באהבה

עברית
פרופ' אלכס גרשוביץ' וד"ר אלנה בוצ'קרבה. מדע לפני הכל
 
 
בשנת 1970 הגיעה סטודנטית צעירה למעבדתו של פרופ' אלכס גירשוביץ ב"עיר המדע" הרוסית אקדמגורדוק, ליד נובוסיבירסק שבסיביר. זו היתה אלנה בוצ'קרבה. "בשנת 1976 התחתנו", אומר פרופ' גירשוביץ. בשנת 1992 עלו השניים עם ילדיהם לישראל והצטרפו למכון ויצמן למדע. כיום נמנה פרופ' גירשוביץ עם סגל המחלקה לביולוגיה כימית. אלנה ממשיכה - זה 27 שנים - להיות שותפתו למחקר.
 
גם ד"ר אלנה בוצ'קרבה זוכרת את היום הראשון שבו פסעה אל תוך מעבדתו של פרופ' גירשוביץ. "כשראיתי אותו לראשונה", היא נזכרת, "אמרתי לעצמי 'זה מדען אמיתי!'".
 
הזוג דוגל ב"מדע קודם, חיים אישיים אחר-כך." ועם זאת, מבחינתם, אין קו מפריד ברור בין שני תחומי החיים האלה. את המדע הם לוקחים אתם הביתה ודנים בו, למשל, בעת ארוחת הבוקר.
 
פריצת הדרך המדעית של בני הזוג גירשוביץ התחוללה בשנת 1987, בהיותם עדיין ברוסיה. באותה עת הם היו חלוצים בפיתוח תחום מחקר חדש בביולוגיה מולקולרית ובביולוגיה של התא. הם זיהו קבוצה ייחודית של חלבונים, הקרויים "שפרונים", המשמשים מעין "בני לוויה" ו"מפקחים" על תהליך בנייתם ועיצובם של חלבונים אחרים, דבר שמשפיע על תפקודיהם ויעילותם של החלבונים האלה. כאשר חלבונים נבנים במבנה לא נכון, עלול הדבר להביא למות התא. כיום ממשיכים בני הזוג לחקור את תכונותיהם ואת תפקידיהם הייחודיים של "שפרונים" שונים.
 
כיצד השפיעה העלייה לישראל על עבודתם המדעית של השניים? "ליהודים ברוסיה, ישראל תמיד היתה חלום," אומר פרופ' גירשוביץ, "ומבחינתנו, העלייה לישראל היתה ההחלטה הטובה ביותר שהחלטנו אי-פעם".
 
עברית

זמן הטבעת

עברית
65 מטרים - זה אורכה של טבעת איחסון היונים הפועלת בהיידלברג שבגרמניה. טבעת זו, שנבנתה בתקציב של כמה עשרות מיליוני דולרים, היא אחת מחמש טבעות כאלה הקיימות בעולם. מדענים מארצות שונות, המבקשים לבצע ניסויים פיסיקליים בטבעת, מוצאים את עצמם משקיעים זמן רב בטיסות לביצוע ניסויים, ובחזרה מהניסויים למעבדותיהם בארצות השונות. הביקוש הרב לביצוע ניסויים במתקן היקר והנדיר מחייב הקצאה מדודה במשורה של "זמן טבעת".
 
זה מצב העניינים שפרופ' דניאל זייפמן, מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים במכון, נאלץ להתמודד אתו. זייפמן משתמש בטבעת לאיחסון יונים מולקולריים שאותם הוא מקרר לטמפרטורת (אנרגיית) הבסיס שלהם: האנרגיה הנמוכה ביותר שבה חלקיק יכול להתקיים, שבה הוא חדל כמעט לנוע. כאשר היונים המולקולריים נתונים במצב "קפוא" כזה, קל יותר לחקור את תכונותיהם, כגון המבנה והדינמיקה שלהם. פרופ' זייפמן, למשל, חוקר את היונים ה"קפואים", בין היתר, במטרה ללמוד על תהליכי היווצרותם של כוכבים, וזיהוי החומרים המרכיבים אותם.
 
הבעיה היא, שהקצאת "זמן הטבעת" גורמת למדענים "לנצל" ביעילות מרבית את המשאב היקר, דבר שמשמעותו היא ביצוע ניסויים שתוצאותיהם כמעט מובטחות מראש, תוך ויתור על ניסויים "הרפתקניים". אלא שכידוע, במקרים לא מעטים, דווקא הניסויים ה"הרפתקניים" האלה הם אלה שמובילים לתגליות ולפריצות דרך.
 
מצב העניינים הזה הביא את פרופ' זייפמן להרפתקה מדעית-טכנולוגית: הוא החליט לבנות לעצמו "טבעת יונים" משלו, כאן, במעבדתו שבמכון ויצמן למדע. מיליוני דולרים לא היו לו - אז הוא הסתפק בכמה עשרות אלפי דולרים. מרחב לטבעת ענקית שאורכה 65 מטרים לא היה לו - אז הוא בנה מתקן שאורכו 50 סנטימטרים בלבד. המכשיר הזה, היחיד מסוגו בעולם, עד כה, מורכב משתי מראות ה"מתמסרות" ביניהן ביונים המולקולריים. "המכשיר הקטן הזה יכול לאחסן יונים מולקולריים כך שניתן לקרר אותם, ולאחר מכן לבצע בהם ניסויים שונים", מסביר זייפמן, "אם כי, כמובן, ניסויים מסוגים מסוימים עדיין ניתנים לביצוע רק בטבעת הגדולה שבהיידלברג".
 
היתרון הגדול שטמון במתקן המקורי של זייפמן נובע מכך שהוא מאפשר למדענים לבצע ניסויים "הרפתקניים" שעשויים להוביל אותם אל הלא נודע. "הודות למכשיר הזה נוכל לנסות את רעיונותינו הפרועים", אומר פרופ' זייפמן, "ובפיסיקה, כידוע, הרעיונות הפרועים הם אלה שעשויים להניע אותנו קדימה".
 
עברית

עמודים