יש אנשים שחשים בני מזל כאשר הטמפרטורה – בקיץ - עולה ל-40 מעלות מתחת לאפס. אותם אנשים חיים מתחת לשמש אשר מאירה ללא הפסקה. אלה המדענים שעובדים בתחנת המחקר הבין-לאומית בקוטב הדרומי, באנטארקטיקה. ד"ר הגר לנדסמן (פלס), מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה במכון ויצמן למדע, היא אחת מהמדענים האלה.
ד"ר לנדסמן חברה בצוות המחקר הבין-לאומי
IceCube, הקרוי על-שמו של טלסקופ ייחודי אשר עוקב אחר חלקיקים הקרויים ניטרינו, ולא, כמקובל, אחר חלקיקי אור. למרות שהם נפוצים מאוד, קשה מאוד לזהות חלקיקי ניטרינו: הם כמעט חסרי מאסה, אינם טעונים חשמלית, וכמעט אינם מקיימים אינטראקציות עם חומר רגיל. הדרך היחידה להבחין בקיומם היא באמצעות סימנים הנותרים לאחר אותן אינטראקציות נדירות.
בשנים האחרונות הצטבר מידע רב על חלקיקים חמקמקים אלו – כמו, לדוגמה, העובדה שהם יכולים לשנות את סוגם בעודם חולפים בחלל – אך הנסתר עדיין רב על הגלוי. אחת התעלומות הלא-פתורות נוגעת למקורם של חלקיקי ניטרינו אנרגטיים במיוחד, אשר מעורבים בתופעה הקוסמית הידועה כהתפרצות קרני גאמא. תצפית בחלקיקי ניטרינו הנפלטים בהתפרצויות אלה עשויה לסייע למדענים להבין את מקורם ואת האופן בו הם נוצרים. בנוסף, המדענים סבורים שחלקיקי הניטרינו קשורים לקרניים קוסמיות מיסתוריות, ועשויים לספק רמזים שיסבירו תופעות מוזרות המאפיינות קרניים אלה. חלקיקי הניטרינו עשויים אף לשפוך אור על צדדיו האפלים של היקום – לדוגמה, החומר האפל. "החל משחר ההיסטוריה אנשים השתמשו בחלקיקי אור – פוטונים – כדי לצפות ביקום", אומרת ד"ר לנדסמן. "טלסקופ IceCube משתמש בחלקיקי ניטרינו לצורך מחקר אסטרונומי, ומעניק לנו נקודת מבט חדשה ומלהיבה על היקום".
ד"ר לנדסמן שותפה לצוות IceCube זה שמונה שנים, מאז קיבלה את התואר השלישי מהטכניון שבחיפה, במסגרת מחקרה הבתר-דוקטוריאלי באוניברסיטת ויסקונסין. התפקיד העיקרי שלה הוא לכייל ולבחון את 5,000 גלאי הטלסקופ, ולוודא כי הם פועלים כראוי.
ה-IceCube, שבנייתו הושלמה רק בשנה שעברה, מורכב ממערך עצום של גלאים, בנפח של קילומטר מעוקב, אשר קבורים בעומק של שניים וחצי קילומטרים מתחת לקרח האנטארקטי. בעומק זה שוררת חשיכה מוחלטת, ולכן אפשר להבחין בהבזקים נדירים של אור, המתרחשים אך ורק באותם מקרים ספורים בהם חלקיקי ניטרינו באים במגע עם הקרח. בעומקים אלה הקרח צלול ושקוף כזכוכית, והבזקי האור יכולים לעבור מרחק של מאות מטרים, ולהיקלט בגלאי ה-IceCube.
כל גלאי – שגודלו כגודל כדורסל – נבחן ומכויל במשך מספר חודשים, שכן לאחר קבורתו במעמקי הקרח אין כל דרך לתקן או להזיז אותו, ובכל זאת עליו לפעול כראוי במשך העשור הבא. את הבדיקות והכיוונונים האחרונים מבצעת ד"ר לנדסמן בקוטב הדרומי – זמן קצר לפני שהגלאי נטמן במקומו.
מסעותיה אורכים כארבעה שבועות: שלושה מהם באתר עצמו, ושבוע נמשכות הנסיעות. תנאי מזג האוויר הקיצוניים הבלתי-צפויים אף עשויים להאריך את משך הנסיעה במספר ימים. משהגיעה לקוטב, ד"ר לנדסמן עובדת מסביב לשעון – לא רק בגלל העובדה שהשמש זורחת במשך כל היממה, אלא גם משום שהיא מרגישה צורך לנצל בצורה הטובה ביותר את הזמן הקצר שהיא נמצאת במקום. "כל הצוות בתחנת הקוטב הדרומי, המונה כ-150 מדענים, מהנדסים ואנשי תמיכה טכניים – עובד כך. הגעת האנשים לשם כרוכה בעלות גבוהה מאוד, ולכן רק אנשים חיוניים באמת מורשים להגיע לתחנה. את מרבית עבודות התחזוקה – החל מניקוי בתי השימוש ועד שטיפת הכלים – עושים כולנו".
מרבית עבודתה של ד"ר לנדסמן נעשית תחת כיפת השמיים. השהייה בגובה של 2,800 מטר מעל פני הים עשויה לגרום מחלת גבהים, והיובש הקיצוני מהווה בעיה גדולה עוד יותר מהקור. תנאים אלה מאיטים את קצב העבודה. "במקרה ששכחת מברג, תבזבז שעתיים יקרות כדי לחזור לקחת אותו", היא אומרת. בתוך התחנה לא מופעל חימום, כדי לחסוך בחשמל, והמקלחות מוגבלות לשתי דקות, פעמיים בשבוע. "אפשר להתרגל לכל דבר", אומרת ד"ר לנדסמן. מדי פעם מופסקת העבודה הקשה לצורך בילויים – כמו, לדוגמה, המירוץ המסורתי מסביב לעולם שמתקיים בחג המולד, במהלכו מקיפים אנשי הצוות את הקוטב, כשהם מלווים במזחלות שלג שעיצבו מהנדסי התחנה במיוחד לרגל האירוע.
נסיעתה האחרונה של ד"ר לנדסמן הייתה ליעד קרוב הרבה יותר – איטליה. במכון ויצמן היא נמנית עם הקבוצה של פרופ' אהוד דוכובני,
פרופ' עילם גרוס ו
פרופ' עמוס ברסקין, במחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה. היא חברה בצוות המכון המשתתף בפרויקט ה-XENON, שמטרתו לנסות לאתר עדויות לקיומם של
חלקיקי חומר אפל באמצעות גלאי הממוקם במעמקי האדמה במעבדה הלאומית גראן-סאסו שבאיטליה. הצוות בונה בימים אלה גלאי חדש, המכיל טונה של קסנון נוזלי. ד"ר לנדסמן מעורבת הן בניתוח הנתונים והן בתכנון המכשיר החדש.
נוסף על כך, היא שותפה בתכנון ובפיתוח של פרויקט ניטרינו נוסף בקוטב הדרומי. הפרויקט, המכונה ARA, צפוי להשתרע על שטח של 100 קילומטרים רבועים, ובו גלאים הממוקמים במרחק של קילומטר זה מזה. גלאים חדשים אלה מזהים גלי רדיו – ולא גלי אור – ולכן ניתן למקם אותם קרוב יותר לפני הקרקע, בעומק של 200 מטר בלבד. ד"ר לנדסמן מתארת את ה-ARA כרשת ענקית, המתוכננת לתפוס דגים שמנים במיוחד – חלקיקי ניטרינו בעלי אנרגיות גבוהות.
הגר לנדסמן (פלס) נשואה לעדי, גם הוא חבר בצוות IceCube. מאחר שהוא מעורב בהיבטים הניהוליים של הפרויקט, נסיעות העבודה שלו מובילות אותו לוויסקונסין – ולא לקוטב הדרומי. הוא מרוצה מהעובדה שהפרויקט, שעלותו כ-300 מיליון דולר, הושלם בזמן, ובתקציב נמוך מעט מזה שהוקצב לו. לזוג שני ילדים, בן ובת, שכנראה לא מבינים בדיוק מה אמם עושה רחוק כל כך מהבית. "כשהייתה צעירה יותר, בתי סיפרה לכל מי ששאל אותה, שאמא שלה נוסעת לאנטארקטיקה כדי להאכיל את הפינגווינים בניטרינו".
פירוק חלבונים פגומים, או חלבונים שסיימו את תפקידם, נעשה באמצעות תהליך "ביורוקרטי" מסודר ומבוקר, שבו מסומנים החלבונים המועמדים לפירוק בתווית מיוחדת – יובקוויטין – ומועברים אל "האגף לפירוק חלבונים", הפרוטאוסום. לאחר זיהוי התווית – שנעשה באמצעות יחידה מסוימת של הפרוטאוסום – נכנס החלבון ליחידה אחרת, המתפקדת כ"מגרסה", שם הוא מתפרק למרכיביו. אולם מלבד התהליך ה"ביורוקרטי", שגילויו זיכה את רוז, הרשקו וצ'חנובר בפרס נובל בכימיה לשנת 2004, הולכת ומתבהרת בשנים האחרונות חשיבותו של תהליך פירוק נוסף, פסיבי ו"ספונטני" יותר. מתברר, כי חלבונים מסוימים – שהם חסרי מבנה מקופל ומסודר, במלואם או בחלקם – יכולים למצוא את דרכם לתוך המגרסה מבלי שעברו את שלבי הסימון והזיהוי. זהו אינו תהליך שולי: כמעט שליש מהחלבונים בתא כוללים מקטעים לא מקופלים, ובהם גם חלבונים חשובים לתיפקוד התא, הממלאים תפקידי בקרה והעברת אותות. למעשה, חמישית מכלל חלבוני התא מפורקים באופן זה. לכאורה, מדובר ב"שואב אבק" יעיל, אשר שומר על סדר וניקיון בתא. אך כיצד מונעים ממנו לשאוב את כל הנקרה על דרכו? שאלה זו מסובך לחקור – משום ששני המסלולים, ה"ביורוקרטי" והפסיבי, מתקיימים זה לצד זה בתא.
חרקים ישמשו כ"בתי חרושת" לחלבונים אנושיים
למרות יעילותן, שיטות אלה הן יקרות מאוד, ודורשות זמן ממושך. שיטה חדשה לייצור חלבונים המשתמשת בזחלי חרקים מציעה חלופה חסכונית לייצור כמויות גדולות של חלבונים אנושיים. אך האם החלבונים הנוצרים במערכת זו דומים במבנה ובפעילות שלהם לחלבונים האנושיים? האם אפשר יהיה להשתמש בהם כתחליף לחלבונים אנושיים?
כדי לענות על שאלה זו פנו באחרונה חוקרים אמריקאיים לד"ר הארי גרינבלט ולפרופ' יואל זוסמן מהמחלקה לביולוגיה מבנית שבפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע. השניים התבקשו לפענח את המבנה המרחבי של האנזים האנושי קרבוקסיל-אסתראז 1, שיצרו החוקרים האמריקאיים באמצעות מערכת של זחלי חרקים מסוג עש הכרוב (Trichoplusia ni). האנזים מיוצר בעיקר בכבד, ומפרק שם תרופות. שינוי קטן במבנה שלו יאפשר אולי להשתמש בו כדי לפרק חומרי הדברה ואף גזי עצבים.
ממצאיו מאשרים, כי אכן ניתן להשתמש בחרקים שלמים כב"בית חרושת" לייצור חלבונים. "את זחלי העש לא רק קל יותר לגדל ולבצע בהם מניפולציות גנטיות", אומר ד"ר גרינבלט, "אלא גם זול יותר להשתמש בהם לעומת שיטות המבוססות על תרביות תאים, והם אף מייצרים כמויות גדולות יותר של חלבונים".