<div>
Science Feature Articles</div>

צלילה חוזרת

עברית
זהו סיפור על צלילה בין שוניות האוקיינוס ההודי לחופי טנזניה שבאפריקה, שהובילה ברבות הימים למחקר במחלקה לכימיה ביולוגית במכון. בילדותו, בטנזניה, נהג ד"ר מיכאל פיינזילבר לצלול בין שוניות האלמוגים ולהתבונן בחיים הרוחשים בהן. דודו היפנה את תשומת לבו אל החלזונות הימיים החרוטיים, בעלי הקונכיות הצבעוניות, מרהיבות העין. "אל תלך שולל אחר יופיים של החלזונות האלה", הזהיר הדוד, "אלה יצורים ארסיים וקטלניים". בימים אלה ד"ר פיינזילבר צולל שנית, והפעם לעומק השאלה: כיצד בדיוק פועל ארס החלזונות?
 
ארסם של החלזונות החרוטיים מעניין כיום לא רק צוללנים וילדים סקרנים, אלא גם פרמקולוגים ורופאים, שכן מתברר שהוא מכיל מספר רב של חלבונים קטנים מאוד המיירטים אתרים ייחודיים במערכת העצבים של טרפם, ובדרך זו משתקים אותו. החוקרים סבורים שאם יצמידו ל"חלבונים המיירטים" האלה חומרים רפואיים שונים, ישמשו ה"חלבונים המיירטים" כמעין "טילים מונחים" שיובילו את החומרים הרפואיים ישירות אל האתרים שבהם הם נחוצים, שאליהם בדיוק כיוונו הרופאים והחוקרים.
 
כדי לממש את האפשרויות האלה, יש לגלות אילו חלבונים קיימים בארס החילזון, ולאילו אתרים במערכת העצבים הוא מכוון את עצמו. ד"ר פיינזילבר ועמיתיו באמסטרדם ובסן פרנסיסקו הצליחו באחרונה לגלות את אחד מהחלבונים המיירטים האלה, ומהרכבו הכימי למדו גם על הגן האחראי לייצורו.
 
חלבון זה מתחבר לתעלה ספציפית הממוקמת על קרומו של תא העצב. תעלות הן, למעשה, מולקולות המשמשות "דלתות" המאפשרות מעבר רק לחלקיקים (יונים) שהם בעלי "מפתח" שמתאים להן. לכל תעלה יש "מפתח" מתאים משלה, והיא מאפשרת מעבר ליונים מסוימים בלבד: יוני סידן, נתרן, אשלגן, וכו'. מעבר היונים מתוך התא אל המרווח הבין-תאי, או מהחוץ אל תוך התא, משנה את מאזן המתחים החשמליים בסביבת קרום התא, דבר שגורם שינויים בתפקוד התא. במצבים מסוימים יכולים יונים שנכנסים אל תוך תא העצב, דרך התעלות, להפעיל איתות שעובר מתא עצב אחד למשנהו, לאורך שרשרת ארוכה של תאי עצב. אם מדובר בסיבי עצב המפעילים שרירים, עשוי האות הזה להורות לשריר להתכווץ.
 
התעלה הייחודית שאותה מיירט החלבון שמצא ד"ר פיינזילבר נפתחת בדרך כלל באמצעות "מפתח" המורכב מארבעה נירופפטידים. אך החלבון של חילזון הים הארסי מצליח לפתוח את התעלה במעין "מפתח גנבים" העומד לרשותו. כשהחלבון הזה פותח את התעלה, נוהרים היונים אל תוך התא באופן בלתי מבוקר, ומעבירים מסר שמורה לשרירים להתכווץ באופן תמידי, דבר שמשמעותו היא שיתוק.
 
חלק גדול מחשיבות התגלית נובע מהכרת תכונותיה הייחודיות של התעלה שעליה פועל החלבון המיירט. תעלה זו משתתפת בבקרת פעילות מחזורית בעת שתאי העצב משגרים מסרים במשך זמן ממושך, או בבקרת מחזורי ההתכווצות של הלב. כעת מתמקדים המדענים בחיפוש חלבונים מיירטים דומים המתאימים באופן ייחודי לתעלות האלה.
 
עברית

חלומות מולקולריים

עברית
 
גורדי שחקים גבוהים פי שלושה ממגדל סירס בשיקאגו, גשרים תלויים שאורכם פי עשרה מאורכו של גשר הזהב בסן-פרנסיסקו, מעליות שיובילו ישירות לתחנות חלל, ללא צורך בשיגורים יקרים של מעבורות חלל, כל אלה הם - נכון להיום - חלומות. אבל, כידוע, יש אנשים שיודעים לחלום את העתיד, ואחד מהם, סופר המדע הבדיוני הידוע ארתור סי. קלארק, הוא בעל החלומות המתוארים במשפט הקודם. ומכיוון שכמה מחלומותיו של קלארק כבר הפכו למציאות, אפשר להניח שגם הפעם הוא, לפחות, לא רחוק מהאמת.
 
חלומות הענק האלה מתבססים, למעשה, על מולקולות זעירות שאפשר להבחין בהן רק באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים חודר. מדובר במולקולות מקבוצת ה"פולרנים", המורכבות מאטומי פחמן בלבד המוצבים במעין סריג של משושים ומחומשים. בדרך זו יכולים אטומי הפחמן ליצור כדורים סגורים וגם סיבים חלולים שאורכם כמעט שאינו מוגבל. העובדה שסיבי ה"פולרנים" מורכבים מאטומי פחמן בלבד, שהקשר הכימי ביניהם חזק במיוחד, עושה אותם לחומר הקשיח והחזק ביותר הידוע בטבע. כבלים שיהיו עשויים מהחומר הזה יוכלו לשאת גשרים תלויים ארוכים בהרבה מאלה שאפשר לייצר כיום. הם גם יוכלו להחליף את הפלדה המשמשת לחיזוק שלדי בניינים, דבר שיאפשר בניית מגדלי ענק בגובה של שני מיילים ויותר. יריעות מהחומר הזה יאפשרו יצירת צינור שיקשר תחנות חלל לפני כדור הארץ, דבר שיאפשר קשר מעליות רצוף עם החלל.
 
כדי לעבור משלב ההתלהבות המדעית לשלב הניצול הנדסי המעשי של ה"פולרנים", אין די בידיעה שמדובר בחומר "חזק מאוד". יש למדוד בדייקנות את גבולות יכולתו של החומר. הבעיה היא שקשה מאוד לבצע בהן בדיקות ומדידות פיסיקליות בסיב בודד שהוא, למעשה, מולקולה יחידה. כדי לפתור את הקושי הזה פיתחו פרופ' דניאל וגנר ותלמיד המחקר אולג לוריא מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע, שיטה חדשה, המבוססת על שיטות לבדיקת תכונות מכניות של חומרים מרוכבים הבנויים מתבנית פולימרית הממולאת בסיבים. המדענים שילבו את סיבי ה"פולרנים" בתבנית עשויה חומר פולימרי, שילוב שיצר, למעשה, חומר מרוכב. לאחר מכן, מתחו וכיווצו את החומר, הכולל את הסיבים, באמצעות מערכת מכנית ייחודית שפיתחו. כשהחומר היה נתון במצבים קיצוניים של מתיחה או כיווץ, התבוננו המדענים בסיבים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים חודר. בתצפית זו הבחינו במעין "סדקים" שנוצרו בסיב המולקולרי, כתוצאה מהמתיחה הקיצונית, או מהכיווץ. על פי צורתם וצפיפותם של הסדקים, הצליחו המדענים להעריך את חוזקם של סיבי ה"פולרנים".
 
תגלית זו היא, למעשה, הצעד הראשון במסע הארוך לניצול ההנדסי של סיבי ה"פולרנים" ולהגשמת חלומותיהם של ארתור סי. קלארק ועתידנים אחרים.
עברית

כוכב קטן, מוזר

עברית
כוכב קטן ומוזר, הממוקם בקרבת מרכז גלקסיית שביל החלב, עשוי להיות "כוכב הקווארקים" הראשון שהתגלה מעולם. כך סבור פרופ' ולדימיר אוסוב ממכון ויצמן למדע. דו"ח המחקר שבו מצביע אוסוב על האפשרות הזאת התפרסם באחרונה בכתבי העת המדעיים "אסטרופיסיקל ג'ורנל" ו"פיסיקל רוויו לטרס".  למעשה, על פי מחקריו וניתוחיו של פרופ' אוסוב, נראה כי הכוכבהייחודי הזה עשוי מקווארקים הדחוסים זה לעומת זה בעוצמה רבה.
 
הקווארקים חלקיקי החומר הקטנים ביותר, כלואים בדרך כלל בתוך הפרוטונים והניטרונים וכדי "לשחרר אותם יש ליצור תנאים הדומים לאלה ששררו שברירי שנייה לאחר המפץ הגדול. הם מאורגנים בשלושה "דורות" שכל אחד מהם כולל זוג קוווארקים: הדור הראשון כולל את הקווארקים "עליון" ו"תחתון", והדור השני כולל את הקווארקים "מוזר" ו"קסום" : והדור השלישי כולל את הקווארקים "למעלה" ו"למטה". כל החומר הידוע לנו ביקום, כיום, מורכב משילובים של שני הקווארקים מהדור השלישי ("למעלה" ו"למטה"). אבל, מסיבות שונות מניחים הפיסיקאים שייתכן שילוב של צמד הקווארקים האלה עם הקווארק "מוזר" מהדור השני. פרופ' אוסוב סבור שזה מה שקורה באותו כוכב מוזר הממוקם בסמוך לליבת גלקסיית שביל החלב.
 
פרופ' אוסוב חקר כוכבי ניטרונים הנוצרים בתהליך קריסתם של כוכבים שמאסתם גדולה ממאסת השמש "שלנו". הכוכב הקורס מפעיל על עצמו כבידה אדירה שמידת עוצמתה קובעת את השלב שבו יסתיים התהליך. כשהכבידה העצמית חזקה מאוד הופך הכוכב ל"חור שחור" שאפילו אור אניו מצליח להימלט משדה הכבידה האדיר שלו. כבידה עצמית פחותה במעט גורמת לבלימת התהליך לאחר שמרכיביו הטעונים של הכוכב (כגון פרוטונים ואלקטרונים) הותכו והפכו לניטרונים. כך נותרים בכוכב רק ניטרונים דחוסים, ולכן הוא קרוי "כוכב ניטרונים". אבל, בתנאים מסוימים עשויים אפילו הניטרונים "להיקרע" ולגלות את הקווארקים שבתוכם. בדרך הטבע אפשר לצפות שבתערובת הקווארקים שתיווצר בדרך זו ייכללו קווארקים מהדור השלישי בלבד, כלומר קווארקים מהסוגים "למעלה" ו"למטה" בלבד. אבל בתנאים מיוחדים, כאמור, עשויים להשתלב בתערובת הקווארקים גם קווארקים "מוזרים", מהדור השני.
 
פרופ' אוסוב אומר שאחדים ממאפייניו של כוכב שממוקם במרכז גלקסיית שביל החלב, מעידים על כך שהוא מורכב מתערובת קווארקים רב-דורית "מוזרה" מסוג זה. מאפיינים אלה הם דחפים מהירים מאוד (שנמשכים חלקיקי שנייה) של קרינת X ("רנטגן"), וכן הופעה של פוזיטרונים שהם "אנטי אלקטרונים", כלומר, אלקטרונים הטעונים במטען חשמלי חיובי (אלקטרונים רגילים טעונים במטען חשמלי שלילי ). כאשר אלקטרון נפגש עם "אנטי-אלקטרון", הם מתאיינים ובמקומם מופיעים פוטונים. מהופעתם של הפוטונים האלה (שהם חלקיקי אור) מסיק פרופ' אוסוב שהכוכב שהתגלה במרכז גלקסיית שביל החלב, הוא, אכן, הכוכב ה"מוזר" הראשון שהתגלה מעולם.
עברית

קרינה - לטוב ולרע

עברית
מימין לשמאל: ד"ר סרגי שצ'מלינין , ד"ר רחל צ'צ'יק ופרופ' עמוס ברסקין
 
גלאי חלקיקים וגלאי קרינה מתקשרים בדרך כלל למחקרים בפיסיקה. אבל צוות מדענים במכון ויצמן למדע מפתח בימים אלה גלאי קרינה ושיטות לניטור קרינה המיועדים לשימוש בעולם הביו-רפואה. גלאים אלה, שעשויים להוות כלים בסיסיים ברפואה המודרנית העתידית, יאפשרו להבין ולמדוד את הנזק שקרינה (כגון אלומות חלקיקים וקרינת גאמה) גורמת לחומר הגנטי, DNA, ובכך ייעלו במידה ניכרת את טיפולי הקרינה הניתנים, בין היתר, לחולי סרטן.
 
רופאים המבקשים להרוס גידולים סרטניים משגרים לעברם אלומות של פרוטונים, או קרינת גאמה. הקרינה הורסת מולקולות חיוניות בתא, מבקעת את החומר הגנטי וגורמת בכך למותם של תאי הגידול הסרטני. אבל מהי עוצמת הקרינה המזערית הדרושה לטיפול? כיצד להבטיח את יעילות הטיפול מבלי להניח לגוף לספוג קרינה רבה מדי, דבר שעלול לגרום השפעות לוואי בלתי רצויות?
 
כדי לענות על השאלות האלה מבקשים המדענים לדעת מתי מבקעים החלקיקים את שני הגדילים של מולקולת ה- DNA (דבר שאינו מאפשר לתא לתקן את הליקוי). הסיכוי שקיטוע כזה יתחולל גדל, ככל שמתגברת צפיפות הפגיעה של הקרינה ב- DNA. מכאן שידיעת שיעורי הפגיעה עשויה לסייע למדענים לקבוע את כמות ההקרנה הדרושה. מדענים במקומות שונים בעולם ניסו לפתח שיטות לביצוע מדידות כאלה, אך עד כה לא הצליחו להגיע לרמת הדיוק הנדרשת. כאן בדיוק נכנסו לתמונה פרופ' עמוס ברסקין, ד"ר סרגי שצ'מלינין וד"ר רחל צ'צ'יק ממכון ויצמן למדע, המשתפים פעולה בתחום זה עם מדענים מאיטליה ומארה"ב.
 
החוקרים פיתחו שיטה מקורית המבצעת מדידה מדויקת פי מאה מכל מערכת הבוחנת תוצאות של פגיעת קרינה בחומר. בלב המערכת מוצבת בועת גז המהווה דגם של תא חי. הקרינה הפוגעת במולקולות הגז שבבועה משחררת אלקטרונים המוסעים אל מחוץ לבועה ומוכפלים בעוצמה רבה, כך שגלאי הקרינה יוכל למדוד אותם. המערכת בנויה כך שהאלקטרונים המגיעים אל הגלאי בהפרשי זמנים מעידים על ההתפלגות המרחבית הראשונית (הצפיפות) של פגיעת חלקיקי הקרינה במולקולות הגז. הדיוק שבו נמדדת ההתפלגות הזאת בגז שווה לכעשירית המרחק שבין שני גדילי מולקולת ה-DNA, דבר שיאפשר לקבוע לראשונה את הסיכוי שהקרינה תגרום נזק בלתי הפיך לחומר הגנטי. בדרך זו אפשר יהיה לקבוע את רמת הקרינה שמעבר לה עלול להיגרם נזק בלתי הפיך לחומר הגנטי. ידיעת הרמה הזאת תאפשר לרופאים להשתמש ביעילות רבה יותר בקרינה, לצורך הריסת גידולים סרטניים.
 
הבנה טובה יותר של הדרך שבה קרינה גורמת נזק לחומר, תסייע גם בקביעת תקנים מדויקים לרמת קרינה מותרת, למשל, במקומות עבודה, בדימות רפואי; וכן בהבנת תהליכים של היווצרות נזקי קרינה ברכיבים אלקטרוניים. הבנה זו עשוי לסייע בפיתוח דרכים להגנה על רכיבים כאלה הכלולים בלוויינים, העלולים להינזק מ"רוח השמש" או מהקרינה הקוסמית.
עברית

לדעת, בלי לדעת

עברית
 
 
שתי נשים העובדות במפעל גדול נפלו קורבן להטרדה מינית. שתיהן התלוננו על האירוע, כל אחת לפני מנהל אחר. עכשיו מצוי הכדור בידיהם של המנהלים. הם מבקשים לברר אם שתי הנשים הוטרדו בידי אדם אחד, או שמדובר בשני מטרידים שונים. אבל, הצורך לשמור על דיסקרטיות מלאה מקשה עליהם: אם ישוחחו על העניין בגלוי יחשפו איש לפני רעהו את זהות המתלוננות ואת זהות החשודים בהטרדה. לפיכך נפסלת דרך הפעולה הזאת, על הסף. פתרון אפשרי יכול להתבסס על אדם שלישי. כל אחד מהמנהלים ילחש את שם החשוד בהטרדה הידוע לו לאדם השלישי, והוא יאמר להם אם אכן מדובר באותו חשוד. בדרך זו, איש מהמנהלים לא יקבל מידע שלא היה בידיו מלכתחילה, אבל האדם השלישי ידע על הפרשה יותר מכל אחד מהמנהלים עצמם. לפיכך, גם הפתרון הזה אינו עומד בקריטריונים הרצויים של שמירה על צינעת הפרט.
 
פרופ' מוני נאור מהמחלקה למתמטיקה שימושית ולמדעי המחשב במכון ויצמן למדע, ועמיתיו, רון פייגין ופיטר וינקלר, הציעו פתרון יעיל לבעיה, לפי השלבים הבאים:
 
* כל אחד מהמנהלים מקודד את שם החשוד הידוע לו בסדרה של המספרים אפס ואחד, באורך קבוע (בשיטת קידוד אחידה, ידועה מראש).
 
* כל אחד מהם בוחר - עבור כל מספר בסדרה - שני מספרים אקראיים, רושם אותם על פתקים ומכניסם לזוג מעטפות. כך נוצרת סדרה של זוגות מעטפות. כל אחד משני המנהלים מכין שתי סדרות זהות של מעטפות. אחת מהן הוא משאיר ברשותו, ואת השנייה מעביר לעמיתו.
 
* עכשיו, כל אחד מהמנהלים בוחר מעטפות מסדרת המעטפות שלו וכן מסדרת המעטפות שקיבל מעמיתו, לפי סדרת המספרים המקודדת את שם החשוד הידוע לו. למשל, אם האות הראשונה בשם החשוד מקודדת בספרות 110, הוא יבחר את המעטפה הראשונה מהזוג הראשון, השנייה מהזוג השני והשנייה מהזוג השלישי. לאחר מכן, אם האות השנייה בשם החשוד מקודדת בספרות 001, הוא יבחר את המעטפה השנייה מהזוג הרביעי, המעטפה הראשונה מהזוג החמישי והראשונה מהזוג השישי, וכך הלאה. כאמור, כל אחד מהם בוחר שתי קבוצות של מעטפות, לפי שם החשוד הידוע לו - קבוצה אחת מסדרת המעטפות שלו, וקבוצה שנייה מסדרת המעטפות שמסר לו עמיתו.
 
תהליך זה מבוצע בפרטיות מלאה, כשאיש מהמנהלים אינו יכול לצפות בעמיתו בעת שהוא בוחר מעטפות או פותח אותן.
 
* עתה לא נותר אלא לחשב את סכומי המספרים שרשומים על הפתקים שבשתי קבוצות המעטפות שבחר כל אחד מהמנהלים - ולהשוותם זה לזה. אם הסכומים שונים זה מזה, כי אז ברור שמדובר בשני חשודים שונים. ולעומת זאת, אם הסכומים שווים, כי אז קיימת הסתברות גבוהה מאוד ששתי הנשים התלוננו על אותו חשוד בהטרדה. בדרך זו, אם נמצא שלא מדובר באותו אדם, איש מהמנהלים לא קיבל מידע שלא היה בידיו בתחילה, ולפיכך לא נפגעה צינעת הפרט, לא של המתלוננות ולא של החשודים. פרופ' נאור ועמיתיו הציעו דרך להפעיל את הפתרון הזה כאשר המעורבים בפרשה אינם חייבים להתכנס בחדר אחד. דרך זו מאפשרת ליישם את הפתרון ברשתות תקשורת מחשבים, תוך שמירה מרבית על צינעת הפרט.
עברית

נגיפים צרי מבט

עברית
 
נהג שבגלגל רכבו אירע תקר, יכול להחליף גלגל ולהמשיך בדרכו. בדרך דומה אפשר להחליף גנים פגומים, גורמי מחלות, דבר שמשמעותו היא ריפוי גנטי. כדי לממש את האפשרויות הגלומות בריפוי הגנטי, מפתחים חוקרים בכל העולם דרכים להחדרת גנים אל תוך המטען הגנטי האצור בגרעיני התאים שמרכיבים את רקמות הגוף. אחת הדרכים לעשות זאת מבוססת על ניצול תכונותיהם של נגיפים. הנגיפים, שאינם מסוגלים להתרבות (לשכפל את עצמם) באופן עצמאי, "יודעים" לנצל למטרה זו תאים חיים. הם מסוגלים לחדור אל תוך התאים ולשלב את המטען הגנטי שלהם במטענו הגנטי של התא. בדרך זו הם מאלצים את התא ליצור נגיפים חדשים בצלמם.
 
החוקרים המנצלים את הנגיפים לתועלתם מצמידים לנגיף את הגן שהם חפצים ביקרו, והנגיף מוביל את הגן ומשלב אותו במטען הגנטי של התאים. אלא שהנגיפים שהיו ידועים עד כה לא היו בררניים: הם השתלבו בכל מקום אפשרי לאורך הגנום, דבר שגרם לכך שבמקרים רבים הגן שהמדענים ביקשו להחדיר לא פעל כראוי. פרופ' ארנסט וינוקור מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע ופרופ' יעקב טל מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, יחד עם והחוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר ג'ו קורסיני, גילו דרך חדשה ומקורית להכוונת נגיפים לעבר "אזורי מטרה" בגנום האדם. הם גילו שנגיף מסוים הקרוי MVM, המשתייך לקבוצת נגיפים הקרויה "נגיפי פארבו", מכוון את עצמו באופן בלעדי לאתר גנטי מסוים שמבנהו מתאים למבנה הנגיף. החוקרים "שתלו" אתר מטרה מלאכותי כזה במקומות אחדים על פני הגנום בתאים שונים, והראו כי הנגיף חוזר ומכוון את עצמו אל האתר הזה, תוך התעלמות מההקשר הגנומי הכולל.
 
ממצא זה מעלה אפשרות שנגיפים נוספים המשתייכים לקבוצת "נגיפי פארבו", המונה כ- 50 מיני נגיפים, גם הם יכולים לכוון את עצמם לאתרים מוגדרים על פני גנום האדם (בהתאם למבנה הייחודי של כל נגיף). אם אכן תאושר הנחתם זו של פרופ' וינוקור ועמיתיו, כי אז אפשר יהיה לשתול "אתרי מטרה" ולכוון אליהם נגיפי פארבו שישמשו כ"כלי ניתוח" מדויקים, ראשונים מסוגם, לריפוי גנטי
עברית

רבולוציה - לא אבולוציה

עברית
בעלי-חיים נושאים בכל אחד מתאי גופם שני עותקים של המטען הגנטי שלהם: עותק אחד מכל הורה. המטען הגנטי של בני אדם, למשל, מאורגן ב- 23 זוגות כרומוזומים. לעומת זאת, התמונה הגנטית של עולם הצומח נראית לעתים מורכבת יותר. הרבה יותר. למשל, המטען הגנטי של צמחים רבים (כגון חיטת הדורום המשמשת להכנת פסטה), מכיל ארבעה עותקי גנום, ואילו חיטת הלחם התרבותית מכילה ששה עותקי גנום. צמחים המכילים עותקי גנום רבים קרויים צמחים פולי-פלואידיים. צמחים כאלה התפתחו בטבע בתהליך של הכלאה טבעית (ספונטנית), בין שני מינים של צמחים בעלי מבנה גנטי פשוט ("די-פלואידי"), שאחריה התחוללה הכפלה של מספר הכרומוזומים בתאי צמח המיכלוא. הכפלה זו הקנתה לצמח המיכלוא פוריות, תכונה שאיפשרה לו להתבסס בטבע כמין חדש.
 
כיצד מצליחים הצמחים הפולי-פלואידיים להתקיים כשבתאיהם מצוי עודף גדול כל כך של חומר גנטי? באופן טבעי, אפשר היה לצפות שיתחוללו בהם תהליכים אבולוציוניים שיאפשרו להם להתאים את עצמם ולהסתגל למצבם הגנטי החדש. אלא שתהליכים אבולוציוניים נמשכים זמן רב, ואילו הצמח הפולי-פלואידי שאך זה נוצר זקוק לפתרונות מיידיים. פרופ' משה פלדמן מהמחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע מציע פתרון מקורי לתעלומה זו. הוא גילה שהפתרונות המיידיים נובעים מתהליכים גנטיים מהפכניים המתחוללים במהירות רבה ברצפים של החומר הגנטי DNA , האחראיים להתנהגותם של הכרומוזומים. תהליכים מהפכניים אלה, שנצפו לראשונה על-ידי מדעני מכון ויצמן למדע, מאפשרים לצמח הפולי-פלואידי "למחוק" חלקים מיותרים משמעותיים מעותקי הגנום העודפים ש"ברשותם". כיצד מופעלים התהליכים הגנטיים המהפכניים האלה? כיצד "מחליט" הצמח אילו חלקי גנום למחוק? שאלות אלה יעמדו בעתיד הקרוב במרכז מחקריהם של מדענים במכון ויצמן למדע ובמקומות נוספים בעולם.
עברית

בדרך למאה שערים

עברית
כל תעשיין מתחיל יודע שהזמן שקול לכסף. ולעומתו, כל מנהיג פועלים מתחיל יודע ש"כוחנו באחדותנו". מדענים במכון ויצמן למדע גילו באחרונה ששתי האמיתות האלה "ידועות" ומיושמות גם בעולמן של מולקולות המעורבות בתהליכים תעשייתיים שונים. בתגלית זו, המתפרסמת בימים אלה בכתב העת המדעי הבין-לאומי היוקרתי "סיינס" (מדע"), מראים מדעני המכון כיצד אפשר להאיץ עד כדי פי 140 את קצב התחוללותה של תגובה כימית מהסוג המשמש לייצור תרופות, סיבים סינתטיים וחומרים פלסטיים. תגלית זו עשויה להוביל לייעול דרמטי בתעשייה הכימית המבוססת על קטליזה, המפיקה כ- % 20 מהתוצר הלאומי הגולמי של ארה"ב.
 
החוקרים בחנו את תכונותיהם של קטליזטורים, שהם חומרים המזרזים תגובות כימיות שונות. בתהליכים כימיים הנהוגים כיום בתעשייה, ממיסים את הקטליזטורים בתמיסות של החומרים המגיבים. בדרך זו, מולקולות הקטליזטורים מתפזרות בתמיסה באופן אקראי ובלתי מאורגן. חוקרי מכון ויצמן למדע, ד"ר קרל טולנר וד"ר רונית פופוביץ-בירו שעבדו בהדרכתם של ראש המחלקה לכימיה אורגנית, פרופ' דוד מילשטיין, וראש המחלקה לחקר חומרים ופני שטח, פרופ' מאיר להב, החליטו לבחון את יעילותו של התהליך המקובל הזה. הם בנו שתי מערכות זהות, שבאחת מהן בוצעה תגובה כימית באמצעות קטליזטור מסוים שפוזר בתמיסה באופן אקראי, ובאחרת בוצעה אותה תגובה כאשר מולקולות הקטליזטור סודרו כשהן מכוונות בכיוון אחד, על גבי משטחי זכוכית מיוחדים. התוצאה: במערכת שבה השתמשו במולקולות קטליזטור "מסודרות", התחוללה התגובה הכימית במהירות גדולה בהרבה, בהשוואה למהירות התגובה במערכת הרגילה. בהמשך התברר שהקטליזטור המסודר מאפשר גם ביצוע בררני ומדויק יותר של תגובות כימיות מסוג מסוים.
 
עכשיו מתכוונים מדענים - במכון ויצמן למדע ובמקומות נוספים בעולם - לבדוק אם אפשר להשיג ייעול דומה גם בפעולותיהם של קטליזטורים נוספים. כך נפתח, למעשה, תחום מחקר חדש העשוי להוביל לשיפור ולייעול דרמטי בתעשייה הכימית.
עברית

מי שצופה, משפיע

עברית
אחת המוזרויות היותר ידועות של תורת הקוונטים מתבטאת בהשפעתו של הצופה על המציאות שהוא צופה בה. תופעה זו גררה בעקבותיה תלי תלים של פרשנויות פילוסופיות שונות, דבר שלא הפריע לפיסיקאים במקומות שונים בעולם להמשיך ולחקור את ההיבטים הפיסיקליים של התופעה. התקדמות משמעותית בתחום זה הושגה באחרונה כאשר מדענים במכון ויצמן למדע הצליחו, לראשונה בעולם, להדגים את התופעה באופן מבוקר בקרני אלקטרונים. דיווח על המחקר החלוצי הזה מתפרסם השבוע בכתב העת המדעי היוקרתי "נייצ'ר" ("טבע").
 
מדעני המרכז למחקר תת-מיקרוני שבמכון ויצמן למדע, תלמיד המחקר איל בוקס, ד"ר רלף שוסטר, פרופ' מרדכי הייבלום, ד"ר דיאנה מהלו וד"ר ולדימיר אומנסקי, שביצעו את המחקר בעקבות הצעתו של פרופ' שמואל גורביץ ממכון ויצמן למדע, בנו מתקן ניסוי שגודלו פחות ממיקרון (אלפית המילימטר). הניסוי בוצע כאשר זרם אלקטרונים שוגר לעבר מחסום שבשני צדדיו נפתחו שני פתחים. כידוע, מכניקת הקוונטים קובעת שחלקיקים תת-אטומיים עשויים להתנהג הן כחלקיקי חומר והן כגלים. הגלים יכולים לעבור בעת ובעונה אחת בשני הפתחים (תופעה הקרויה "עקיפה"), ולאחר מכן לשוב ולהיפגש - ולהתאבך - מאחורי המחסום.
 
עד כמה שיישמע הדבר מוזר, תופעת ההתאבכות (המעידה על מעבר הגלים בשני הפתחים בעת ובעונה אחת) יכולה להתחולל רק כאשר אין צופים במערכת בשעת פעולתה. אבל, כאשר מציבים במערכת "צופה" שמבחין באלקטרונים שעוברים באחד מהפתחים, משתנה התמונה לחלוטין: אם ידוע שהחלקיק עבר בפתח אחד, הרי ברור שהוא לא עבר בפתח השני. משמעות הידיעה הזאת היא, שבמקרה זה האלקטרונים מתנהגים כחלקיקים ולא כגלים, ולפיכך הם אינם יכולים להתאבך. כך משפיע "הצופה" על המציאות שהוא צופה בה.
 
למעשה, לא רק בני אדם יכולים למלא את תפקיד הצופה. לשם כך די בגלאי חשמלי כלשהו, המסוגל להבחין באלקטרון שחולף בסמוך אליו. מדעני המרכז למחקר תת מיקרוני שבמכון ויצמן בנו ושילבו במערכת הניסוי שלהם "צופה" זעיר מתוחכם שאפשר לבצע שינויים קוואנטיים בתכונת המוליכות החשמלית שלו או בעוצמת הזרם שעובר דרכו. "צופה קוואנטי" זה הוצב בקרבת אחד מהפתחים שבמחסום כך, שאלקטרונים שעברו בפתח זה השפיעו על מידת מוליכותו. באותה עת, נוכחותו של הגלאי ("הצופה") גרמה לשינויים בדגם ההתאבכות של גלי האלקטרונים שעברו בפתחי המחסום: כשה"צופה" הופעל ויכולתו להבחין באלקטרונים גדלה, נחלשה ההתאבכות; וכאשר צומצמה יכולתו של ה"צופה" להבחין באלקטרונים, והשפעתו פחתה - ההתאבכות התחזקה. למעשה, באמצעות השליטה בתכונותיו של "הצופה הקוואנטי", הצליחו החוקרים לשלוט בעוצמת השפעתו ובעוצמת ההתאבכות.
 
התיאוריה הכללית הקשורה בתופעה זו הוצעה בעבר על ידי ד"ר עדי שטרן ופרופ' יוסף אמרי ממכון ויצמן למדע, יחד עם פרופ' יקיר אהרונוב מאוניברסיטת תל אביב. תוצאות הניסוי נבחנו על-ידי פיסיקאים תיאורטיים במקומות שונים בעולם, וביניהם פרופ' יהושע לוינסון ממכון ויצמן למדע.
 
ניסוי חלוצי זה מהווה צעד חשוב במאמץ העולמי לפיתוחה של אלקטרוניקה קוואנטית, שתגיע לשלב היישום, אולי, במאה העשרים ואחת. מדובר באלקטרוניקה מסוג חדש לחלוטין שתבטא ותנצל בעת ובעונה אחת את האופי הגלי ואת האופי החלקיקי של האלקטרונים. בטכנולוגיה עתידית זו ייוצרו, למשל, מחשבים מקביליים קוואנטיים שישמשו לאבטחת מידע ולבקרה על מערכות מורכבות וגדולות במיוחד.
עברית

רגליים על הקרקע, ראש בעננים

עברית
 
הוא עושה את זה בשקט בשקט. מאיץ היונים הכבדים על שם קופלר, הידוע כאחד מהסמלים הארכיטקטוניים הבולטים של המכון, פותח בשנים האחרונות בקריירה חדשה. המאיץ, ששימש בעבר לחקר מבנה גרעין האטום, משמש כיום גם מדענים מתחומים רבים ושונים.
 
מדענים מהמכון וממקומות נוספים משתמשים במאיץ כב"מיקרוסקופ" ענק לחקר המבנה המרחבי של מולקולות. מדענים אלה טוענים מולקולות במטען חשמלי, מאיצים אותן ו"יורים" אותן לעבר יריעה פלסטית דקיקה. ההתנגשות רבת העוצמה גורמת ל"התזת" האלקטרונים מהמולקולה מבלי לשנות את מיקומם של גרעיני האטומים המרכיבים את המולקולה. בהיעדרם של האלקטרונים, הגרעינים דוחים זה את זה. בשלב זה המדענים - הנעזרים בגלאי חלקיקים - מגלים את מהירויותיהם של הגרעינים הנדחים. מידע זה מאפשר למדענים לחשב את מבנה המולקולה המקורית. כך משיגים החוקרים הבנה יסודית יותר של מבנה המולקולה. הבנה זו מאפשרת להבין טוב יותר את התגובות הכימיות שמתחוללות בין מולקולות שונות.
 
פרופ אלי זלדוב, למשל, משתמש במאיץ לחקר מוליכי-על בטמפרטורות גבוהות, ולחיפוש דרכים להגברת יעילותם של החומרים האלה, העשויים למלא תפקידי מפתח בטכנולוגיות עתידיות שונות.
 
מדענים ממכוני מחקר ומאוניברסיטאות במקומות שונים בעולם משתמשים במאיץ לזיהוי איזוטופים שונים הכלולים במי גשם, קרח, מי תהום וחומרים נוספים. כך משמש המאיץ כלי רב עוצמה למחקרים בתחום מדעי הסביבה, וכן למחקרים בתחום האקולוגיה, כגון מעקב אחר נדידה של אצות מהים התיכון לים סוף, ועוד.
 
מדענים אחרים משתמשים במאיץ כדי ללמוד על תהליכים שונים המתחוללים בחלל, למשל, פגיעה של חלקיקי "רוח השמש" והקרינה הקוסמית ברכיבים אלקטרוניים הנישאים בלוויינים ובחלליות. פגיעות אלה גורמות נזקים בשווי מיליוני דולרים בשנה, ומציאת דרכים למניעתם עשויה להעלות במידה ניכרת את רמת הבטיחות ואת "אורך החיים" של חלליות ולוויינים.
 
ד"ר אליזבטה בוארטו ופרופ' סטיב ויינר מהמכון ופרופ' מיכאל פאול מהאוניברסיטה העברית, משתמשים במאיץ לחקר העבר הקדום. הם מפעיל את המאיץ במטרה ליישם שיטה חדשה, בלתי תלויה בשיטות הקיימות, לתיארוך חומרים וממצאים ארכיאולוגיים שונים. השיטה מתבססת על מדידת היחס הכמותי בין האיזוטופים אלומיניום 126 לבריליום 110 הנוצרים כתוצאה מפגיעת קרינה קוסמית בקוורץ המצוי באתר החפירות. בשיטה זו אפשר לתארך דגימות שגילן מ- 300 אלף שנה ועד חמישה מיליון שנה, טווח המתאים מאוד לחקירת מוצא האדם. כך, למשל, יבוצעו במאיץ מדידות של כלי צור שנמצאו במערת טאבון בכרמל, שגיל ה"וותיקים" ביותר שביניהם הוא יותר מ- 300,000 שנים.
 
פרופ' פייר שוראקי מבית-החולים שיבא סיפר כי המאיץ מאפשר ייצור של איזוטופים קצרי חיים, הפולטים קרינת ביתא חיובית (פוזיטרונים), המשמשים לביצוע בדיקות רפואיות בסורק פוזיטרוני (PET). באמצעות בדיקות אלה כבר הצליחו הרופאים לאבחן ליקויים וגידולים שלא אובחנו, למשל, בדימות בתהודה מגנטית (MRI).
 
עברית

עמודים