לעת זקנה, הנשר המקראי יוצא פחות "לבלות" ומעדיף לנוח באתר הלינה הקבוע
מחקרים
RESEARCH
מה מעניין אותך?
מחקר
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
מחקר חדש וראשון מסוגו של אוניברסיטת תל אביב מגלה כי בדומה לבני האדם, גם אצל בעלי החיים לגיל יש השפעה על הרגלי התנועה והקשרים החברתיים. צוות המחקר עקב אחר 142 נשרים מקראיים בישראל ומצא שפרטים צעירים מדלגים כמעט כל לילה בין אתרי הלינה, ו"מבלים זמן רב עם חברים". בגיל הבגרות הם מבלים כחצי מזמנם באתר לינה קבוע ('בבית'), ואת שאר הלילות במקומות לינה אחרים, ואילו לעת זקנה הם מפחיתים את הקשרים החברתיים ומעדיפים להישאר 'בבית'. זהו אחד המחקרים הבודדים ששופכים אור על שינויי ההתנהגות עם ההזדקנות של בעלי חיים בטבע.
המחקר נערך בהובלת ד"ר מרתה אקסיו, במסגרת פוסט-דוקטורט שערכה במעבדה של ד"ר אור שפיגל מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ובשיתוף עם פרופ' נועה פינטר וולמן מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס (UCLA), ומספר חוקרים נוספים, וכן בשיתוף רשות הטבע והגנים. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי PNAS.
"אוהב להיות בבית"
"נשרים (נשר מקראי, Gyps fulvus), הם מין בסכנת הכחדה מקומית בישראל. בארץ נותרו כ-200 פרטים בסך הכול, ועוקבים אחריהם כדי לדעת איך לשמור עליהם בצורה מיטבית. אבל במחקר הזה חשבנו מה עוד אפשר לעשות עם מסד הנתונים המרשים שצברנו לאורך השנים, וחשבנו שיהיה מעניין לראות איך נשרים מזדקנים", מסביר ד"ר שפיגל. "לרוב, קשה מאוד לעקוב בטבע אחר אותם פרטים לאורך שנים, והמשדרים שאנחנו משתמשים בהם כדי לנטר את האוכלוסייה סיפקו לנו הצצה נדירה להזדקנות של נשרים בפרט ושל בעלי חיים בכלל".
במסגרת המחקר, השתמשו החוקרות והחוקרים במסד הנתונים שנצבר לאורך 15 שנה ממכשירי GPS שהוצמדו ל-142 נשרים, לתקופות של עד 12 שנה. הנשר הוא עוף חברתי, והוא ישן באתרי לינה על מצוקים. החוקרים הצליבו את הגילאים של הנשרים לנתוני ה-GPS על אתרי הלינה שלהם, ומצאו שככל שהם הזדקנו הם העדיפו להישאר באותו אתר הלינה.
ד"ר אור שפיגל בזמן שחרור נשרים ממושדרים בכרמל (צילום: טובל'ה סולומון)
"היה אפשר לטעון שהפרטים הזקנים זזים פחות, לא כי הם זקנים, אלא בגלל שהם מלכתחילה לא לוקחים סיכונים, ולכן הם הגיעו לגילם המופלג. אבל כאן מדובר באותם פרטים ממש: מי שהיה הרפתקן בגיל 5 מתעייף בהגיעו לגיל 10"
שגרת לינה מבורכת
"מסתבר שנשרים מזדקנים מתנהגים קצת כמו בני אדם ונוטים יותר להישאר בבית. בגילאים הצעירים הנשרים אוהבים לבדוק אתרים חדשים ולנוע בין מקומות, כך למשל הסיכוי שנשר צעיר יחזור לישון באותו אתר שני לילות רצוף הוא קטן. כשהם מגיעים לבגרות בגיל חמש זה מתייצב, וכבוגרים הם מבלים 50% מהלילות באותו אתר ו-50% מהלילות באתרים אחרים. כשהם זקנים, מגיל 10 ואילך, כבר אין להם כוח ל"בילויים" והם יחזרו שוב ושוב לאותו לאתר", אומר ד"ר שפיגל.
בנוסף, הוא מחדד, שכשנשר מבוגר כן מחליף אתרים, הוא עושה את זה בצורה צפויה: למשל לילה אחד בעין עבדת, לילה אחד במכתש הקטן ולילה אחד בנחל גולחן, וחוזר חלילה בסדר קבוע. "כמובן, היה אפשר לטעון שהפרטים הזקנים זזים פחות, לא כי הם זקנים, אלא בגלל שהם מלכתחילה לא לוקחים סיכונים, ולכן הם הגיעו לגילם המופלג. אבל כאן מדובר באותם פרטים ממש: מי שהיה הרפתקן בגיל 5 מתעייף בהגיעו לגיל 10".
ד"ר מרתה אקסיו במהלך תצפית נשרים
עף לבלות? שיחרור נשר מקראי באזור החי בר בכרמל (צילום: טובל'ה סולומון)
הפרלמנט של הנשרים הזקנים נלחם בהרעלות
לדברי ד"ר שפיגל, לממצאים המרתקים על הזדקנות של עופות יש גם השלכות מעשיות מאוד לגבי המאמצים לשמרם בטבע. "המחקר החדש יכול לעזור לנו לשמור טוב יותר על אתרי הלינה של הנשרים טבע. זאת ועוד, אנחנו רואים שלנשרים זקנים יש פחות קשרים חברתיים, וזה יכול לעזור לנו להילחם בהרעלות".
המשדרים שעל הנשרים מחוברים למערכת ששולחת לרשות הטבע והגנים ולחוקרים התרעה לטלפון אם נשר לא זז או אם הוא נחת במקום מסוכן, כלומר אם יש סכנה שהוא הורעל, דבר שקורה לצערנו בתדירות גבוהה. "הסכנה היא שהנשר יראה פגר של עז בשטח וירד אליו, מבלי לדעת שהחקלאי הרעיל את הפגר כדי להרוג כלבים משוטטים. אבל מדובר בעוף חברתי, והנשר לא ירד לבד. כך עלולים למות עד עשרות נשרים בבת אחת. יעזור לנו מאוד להבין כמה רחב המעגל החברתי של הנשר המורעל, כדי לצמצם את הפגיעה", מסביר ד"ר שפיגל. לקריאת הכתבה בנושא >
איסוף נשרים מתים בעקבות הרעלה ברמת הגולן על ידי פקחי רשות הטבע והגנים (צילום: רשות הטבע והגנים)
נזכיר כי הנשרים ממלאים תפקיד אקולוגי חשוב בסילוק פגרים, ומחקרים הראו שהכחדה של נשרים עולה בסופו של דבר בחיי אדם בגלל התגברות מחלות כגון כלבת. בהודו לדוגמה, מחקר שהתפרסם לאחרונה מראה שהכחדת נשרים בגלל הרעלות הביאה לעלייה בתמותה של חצי מיליון בני אדם על פני חמש שנים.
מחקר
בצמיחתן, החמניות "רוקדות" כדי לא להסתיר אחת לשנייה את השמש
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
רחבת הריקודים מעולם לא הייתה צהובה יותר. החמניות, שתנועתן הקבוצתית האחידה והחיננית תמיד הקסימה אותנו והיוותה חידה מדעית שהעסיקה את החוקרים עוד מימי דארווין – עושות את זה כפיתרון יצירתי לסביבה הצפופה שבה הן צומחות: מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם אוניברסיטת קולורדו בולדר שבארה"ב, גילה שצמחים שצומחים בסביבה צפופה, כשכל צמח מטיל צל על שכנו, נעים בתנועות אקראיות שעוזרות להם למצוא כיווני גדילה אופטימליים.
לעולם בעקבות השמש
המחקר המפתיע נערך בהובלת פרופ' יסמין מרוז מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, בשיתוף פעולה עם פרופ' אורית פלג מאוניברסיטת קולורדו בולדר שבארה"ב. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Physical Review X.
"מחקרים קודמים הראו שאם שותלים חמניות בשדה בצפיפות גבוהה מאוד, כשהן מצלילות אחת את השנייה, הן צומחות בזיגזג – אחת קדימה ואחת אחורה – כדי לא להימצא בצל זו של זו. כך הן גדלות זו לצד זו בצורה אופטימלית למיקסום שטף השמש, ולכן פוטוסינתזה, ברמה הקולקטיבית. למעשה, צמחים יודעים להבחין בין צל של בניין למשל לצל ירוק של עלה.
אם זה צל של בניין – הם לרוב לא טורחים לצמוח אחרת, כי אין להם מה לעשות בנידון. אבל אם זה צל של צמח, הם יצמחו לכיוון המתרחק מהצל", פרופ' מרוז שופכת אור על הנושא.
שנרקוד? פרופ' יסמין מרוז וחמניות
כולן למען כולן
במחקר הנוכחי החוקרות החליטו לבחון את השאלה כיצד החמניות יודעות להסתדר בצורה אופטימילית והן ניתחו במעבדה את הדינמיקה של החמניות בזמן שהן מסתדרות בזיג-זג. פרופ' מרוז וצוותה גידלו חמניות בצפיפות גדולה וצילמו אותן צומחות. המצלמה צילמה את החמניות מדי כמה דקות, ואחר כך התמונות הורצו יחד בהילוך מהיר (טיים לאפס) כדי ליצור מעין וידאו. החוקרים עקבו אחר התנועה של כל חמנייה בנפרד וראו שהן "מרקדות" המון.
לדברי החוקרות, דרווין היה הראשון לזהות שצמחים, כל הצמחים, צומחים במעין תנועה מחזורית (בשם circumnutations ), בין סיבובית לאקראית, לרבות הגבעולים והשורשים. אלא שעד היום, למעט מקרים בודדים כגון צמחים מטפסים, שצומחים בתנועות סיבוביות ענקיות כדי לחפש משהו להיתפס עליו, לא היה ברור אם מדובר בבאג או בפיצ'ר. למה שהצמח ישקיע אנרגיה לצמוח בסיבובים?
"במסגרת המחקר שלנו ערכנו אנליזה פיזיקלית שמתייחסת להתנהגות של כל חמנייה בתוך קולקטיב החמניות וראינו שהחמניות 'רוקדות' כדי למצוא את הזווית הטובה ביותר שלא להסתיר אחת לשנייה. כימתנו את התנועה מבחינה סטטיסטית והראינו באמצעות סימולציות ממוחשבות שהתנועות האקראיות עושות אופטימיזציה למציאת צל בצורה קולקטיבית. בנוסף, גם היה מאוד מפתיע לגלות שהתפלגות ה'צעדים' של החמניות הייתה רחבה מאוד, התפלגות של שלושה סדרי גודל, מאפס תזוזה ועד לתנועה של שני ס"מ כל כמה דקות לכיוון זה או אחר", מסבירה פרופ' מרוז.
ריקוד שורות סוער או טנגו אינטימי?
"הצמח מנצל את העובדה שיש לו גם צעדים קטנים ואיטיים וגם גדולים ומהירים, וטווח הצעדים הוא כזה שהוא מאפשר להסתדר בצורה הטובה ביותר", אומרת פרופ' מרוז, "כלומר אם טווח הצעדים היה קטן יותר או גדול יותר – הסידור היה מתבטא ביותר הצללה הדדית ולכן בפחות פוטוסינתזה".
פרופ' מרוז משווה את זה למסיבת ריקודים צפופה. "כל אחד זז קצת ימינה וקצת שמאלה, בלי לתכנן מראש ובלי לבקש בקול 'סליחה, אתה יכול לזוז קצת?'. גם הפרטים בתוך מסיבת ריקודים צריכים להשתמש בתנועות גדולות וקטנות במידה מסוימת, שכן אם הם יזוזו מדי הם יפגעו ברוקדים האחרים אך אם הם יזוזו מעט מדי – לא תיפתר בעיית הצפיפות, יהיה צפוף מאוד בפינה אחת של הרחבה וריק בצד השני. לסיכום, החמניות מציגות דינמיקה דומה של תקשורת, שילוב של תגובה לצל של צמחים שכנים, יחד עם תנועות אקראיות בלי קשר לגירויים חיצוניים".
אז בפעם הבאה שנעצור לעשות סלפי ליד שדה חמניות נזכור שאנחנו מצטלמים.ות עם רקדניות מנוסות ומתחשבות.
מחקר
הספוגים משתמשים במתכת יקרה כדי להתריע: היזהרו! אנו רעילים
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט גילה כי הספוגים במפרץ אילת פיתחו דרך מקורית כדי להרתיע טורפים שלא יתקפו אותם. החוקרים זיהו כי בתוך הספוגים יש ריכוז חסר תקדים של המתכת היקרה והרעילה מוליבדן, שהיא גם מינרל חיוני לתפקוד גוף האדם. בשלב שני, החוקרים זיהו את החיידק שמאפשר לספוג לאצור בגופו ריכוזים גבוהים של המתכת ואת הסימביוזה בין השניים.
המחקר נערך בהובלת הדוקטורנטית שני שוהם ופרופ' מיכה אילן מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Science Advances.
שני שוהם ורז מרום מוסקוביץ'
בלינג בלינג - תיזהרו
ספוגים הם בעלי החיים הרב-תאיים הקדומים ביותר הידועים למדע. הם נמצאים בכל הסביבות הימיות, ויש להם תפקיד חשוב בהמשכיות מעגלי הפחמן, החנקן והצורן של כדור הארץ. ספוג מעבד ומסנן פי 50,000 מי ים ממשקל גופו מדי יום. בשל הכמויות האדירות של המים שעוברים דרכם, גם שיירי יסודות עשויים להצטבר בגופם, ומדענים מנסים להבין טוב יותר כיצד הם מתמודדים עם כמויות רעילות של חומרים כמו ארסן ומוליבדן.
"כבר לפני 20 ו-30 שנה נלקחו במעבדתנו דגימות מספוג בשם Theonella conica, בשונית האלמוגים של זנזיבר באוקיינוס ההודי, וכבר אז נמצאו בו ריכוזים גבוהים של מוליבדן", מסבירה שני שוהם. "זהו יסוד קורט שחשוב למטבוליזם התקין בתאים של כל בעלי החיים, לרבות האדם, ונחשב גם למתכת מבוקשת מאוד בתעשייה. במחקר שלי ביקשתי לבדוק האם יש ריכוזים כל כך גבוהים בספוג הזה גם במפרץ אילת".
לדברי שני, מדובר בספוג נדיר, ובאילת הוא נמצא בעומקים של מתחת ל-27 מטרים. "מצאתי את הספוג וניתחתי את הרכבו, ואכן נמצאה בו הכמות הגבוהה ביותר של מוליבדן - יותר מכל אורגניזם אחר בכדור הארץ: 46,793 מיקרו-גרם לכל גרם של משקל יבש".
ככה זה נראה תחת מיקרוסקופ אור: אגירת מוליבדן בחיידק Entotheonella, ניתן להבחין בצבע הכחול בוקואולות (צילום: שני שהם)
"יכול להיות שהמוליבדן משמש את הספוג להגנה, כלומר שהספוג אומר: 'אני רעיל - אל תאכלו אותי', ובתמורה לשירות הזה, הספוג לא אוכל את החיידק ומאכסן אותו"
שוהם מוסיפה: "כמו כל יסוד קורט, ברגע שעוברים את הריכוז המסיס במים – המוליבדן הופך רעיל. אבל צריך לזכור שספוגים הם יצורים חלולים, צבר תאים ללא איברים או רקמות. בספוג הזה, עד 40 מנפח הגוף הוא חברה מיקרוביולוגית: חיידקים, נגיפים ופטריות שחיים עם הספוג בסימביוזה. אחד החיידקים האלה נקרא Entotheonella, הוא מאוד דומיננטי בספוג Theonella conica, והוא משמש כמעין 'איבר' אגירה של מתכות. בספוג האילתי זה קורה בתוך גופו של הספוג, שם החיידק אוגר ועוד ועוד מוליבדן, וממיר אותו מצורתו המסיסה והרעילה למינרל".
לשאלה מדוע הוא עושה את זה שני אומרת שעדיין אין תשובה וודאית. "אנחנו לא בטוחים, יכול להיות שהמוליבדן משמש את הספוג להגנה, כלומר שהספוג אומר: 'אני רעיל – אל תאכלו אותי', ובתמורה לשירות הזה, הספוג לא אוכל את החיידק ומאכסן אותו".
לרתום את החיידקים האוגרים לטובתנו
מוליבדן היא אמנם מתכת מאוד מבוקשת, המשמשת בעיקר לסגסוגות (למשל לחיזוק פלדה), אבל לדברי שני, יהיה קשה לכרות אותה מהספוגים: "אמנם הריכוזים בספוג גבוהים מאוד, אבל אם נכמת את זה לגרמים נגיע לגרמים בודדים לכל ספוג, ויש לזכור שהספוג עצמו לא שכיח. ישנה חקלאות ימית של ספוגים, בעיקר לתעשיית התרופות, אבל זה עסק לא פשוט. ספוגים הם בעלי חיים מפונקים מאוד, שצריכים תנאים ספציפיים".
"לעומת זאת, בהחלט רצוי למקד את המשך המחקר על יכולותיו של החיידק Entotheonella לאגור מתכות רעילות. לפני מספר שנים גילו במעבדתנו ש'בן דוד' של הספוג, ספוג בשם Theonella swinhoei, שנפוץ במפרץ אילת, הראה ריכוזים אדירים של המתכות הרעילות ארסן ובריום. גם כאן אותו חיידק התגלה כאחראי משמעותי באגירת המתכות והפיכתן למינרלים, ובכך נטרל את רעילותן. המשך המחקר על החיידק יוכל בעתיד לשמש אותנו בטיפול במקורות מים מזוהמים בהן ארסן הוא מטרד גדול המשפיע באופן ישיר על בריאותם של כ-200 מיליון איש ברחבי העולם".
פרופ' מיכה אילן
מחקר
לדברי החוקרים שאחראים על הפיתוח החדש, הדלקים המוצקים שיופקו מהפסולת האורגנית יוכלו לספק כשליש מכלל תצרוכת הדלק הימי בישראל
- הנדסה וטכנולוגיה
- מדעים מדויקים
- סביבה וטבע
פעם, בסרט הידוע משנות ה-80' "בחזרה לעתיד", תדלק המדען הנלהב דוק אמט בראון את מכונת הזמן שלו בפסולת אורגנית. "ככה זה בעתיד, מרטי", הוא אמר למייקל ג'יי פוקס שעמד ושפשף את העיניים. היום זה כבר לא מדע בדיוני: פיתוח חדש של צוות חוקרים מאוניברסיטת תל אביב מאפשר להפוך פסולת גולמית רטובה שאנו זורקים לפח כמו מזון, קליפות ואפילו משקאות קלים לדלקים ביולוגיים נוזליים ומוצקים, ללא צורך בייבוש של הפסולת. החוקרים מעריכים כי ברמה הלאומית דלקים מוצקים שיופקו מפסולת אורגנית יכולים, בין השאר, לתת מענה לכשליש מכלל תצרוכת הדלק הימי בישראל.
המחקר נערך על ידי הדוקטורנטית מאיה מוצרי ובהובלת פרופ' אלכסנדר גולברג מהחוג ללימודי סביבה, בשיתוף פרופ׳ מיכאל גוזין מבית ספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, פרופ׳ אברהם קריבוס מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, והמהנדס מיכאל אפשטיין. המחקר פורסם בכתב העת Energy Conversion and Management: X.
במקום להטמין - להפוך לדלק
אנחנו מייצרים המון זבל. כמה זה המון? כדי לסבר את האוזן, בשנת 2019 הפסולת העירונית שיצרנו הסתכמה בהיקף של כ-5.8 מיליון טונות, זה אומר שכל אחד ואחת מאתנו מייצרים בממוצע כ-1.76 ק"ג פסולת ליום (כ-30% יותר מהממוצע באירופה). הנתון הזה עולה מדי שנה בכ-2.6% בממוצע. עוד נתון מפתיע ומדאיג הוא שכיום, כ-80% מהפסולת הביתית בישראל מועברת לאתרי הטמנה. אתגר מיוחד מציבה הפסולת האורגנית, אשר מזיקה לסביבה באמצעות פליטת גזי חממה, היווצרות תשטיפים ומפגעי זיהום של אוויר, של מים ושל אדמה, וכל זה בליווי ריח.
"פסולת אורגנית פולטת מתאן, שהוא גז חממה, ובנוסף מזהמת את מי התהום", מסביר פרופ' גולברג. "הטיפול בפסולת הוא נושא קריטי. אתרי הטמנה בישראל הולכים ומתמלאים, ולמרות השאיפה לצמצם את הטמנה למינימום נאלצים לפתוח אתרי הטמנה חדשים, כיוון שאין פתרון אחר. היתרון הגדול בהצעה שלנו הוא שלא נצטרך כל כך הרבה אתרי הטמנה. העיריות שמשקיעות המון כסף על שינוע וטיפול בפסולת, יוכלו לחסוך בהוצאות ולהשקיע בדברים אחרים".
צוות המחקר
להפוך את הזבל לאוצר
בכדי להעריך את פוטנציאל הפסולת העירונית בישראל, החוקרים ניתחו את תוצאותיו של סקר ראשון מסוגו, שנערך ב-2018 על ידי E. Elimelech et al מאוניברסיטת חיפה. הסקר בדק את הרכב האשפה המיוצרת על ידי 190 בתי אב בעיר חיפה במהלך שבוע ימים. מהסקר עלה שפסולת אורגנית מדידה מהווה כ- 36.4% מפסולת המזון וכ-16.4% מכלל הפסולת של משקי האב. הקטגוריה של הפסולת האורגנית המדידה מופתה ונמצא שהיא מורכבת מ-67% פירות וירקות, 14% לחמים, פסטות ודגני בוקר, 8% ביצים ומוצרי חלב, 5% תוצרי לוואי כמו קליפות ועורות, 3% בשר, דגים ועופות, 2% ממתקים ועוגיות ו-1% משקאות קלים.
"תוצאות סקר הפסולת היוו בסיס למודל הפסולת במחקר שלנו", מספר פרופ' גולברג, "בנינו ריאקטור רציף שבהמשך יתאים לשימוש גם באנרגיה סולארית, כדי לחמם את הפסולת ל-280 מעלות צלזיוס, והצלחנו להוריד משמעותית את כמות המים והחמצן בדלק הביולוגי. מצאנו קטליזטורים זולים שמאפשרים לשלוט על הייחס בין תוצרי הדלק הביולוגי הנוזלי לתוצרי הדלק המוצק. דלק מוצק יכול לשמש כביו-פחם, ובעצם לקבע פחמן דו-חמצני לתקופות ארוכות. את הביו-פחם אפשר לשרוף בתחנות כוח כמו פחם רגיל. הדלקים ביולוגיים הנוזליים יכולים לאחר שדרוג, לשמש למטוסים, למשאיות ולספינות".
צוות המחקר הצליח להפיק, בהתבסס על המודל המייצג של הפסולת האורגנית המדידה, תוצרים של דלק נוזלי ביולוגי בתפוקה של עד 29.3% משקלי ודלק מוצק בתפוקה של עד 40.7% מחומר הגלם על בסיס יבש. התהליך מתאים למעשה לטיפול בכל אשפה או שארית אורגנית רטובה למשל פסולת אורגנית ממפעלי מזון, פסולת אורגנית ממטבחים מוסדיים, מבתי חולים וכו'.
החוקרים מסכמים ואומרים: "הפקת דלקים ביולוגיים ממרכיב הפסולת האורגנית עשויה לסייע בצמצום של נפחי ההטמנה של פסולת עירונית ובכך לצמצם זיהומים סביבתיים של קרקע, מים ואוויר. כמו כן צמצום הטמנה יוביל לצמצום פליטות גזי חממה ולהקטנת התלות בנפט ופחם. בנוסף לכך, הפיכת פסולת לאנרגיה הוא פתרון מקומי לעצמאות ובטחון אנרגטי של ישראל".
החוקרים מודים למדען הראשי של משרד האנרגיה ולחברת נוגה על התמיכה במחקר.
מחקר
חוקרים גילו ששעונים חכמים יכולים למנוע התפשטות מחלות בזיהוי מוקדם
- הנדסה וטכנולוגיה
- רפואה ומדעי החיים
חוקרים במחלקה להנדסת תעשייה בפקולטה להנדסה של אוניברסיטת תל אביב הובילו מחקר פורץ דרך בתחום של מגפות ובריאות הציבור: כ-5,000 משתתפים ענדו במשך שנתיים שעון חכם המודד סמנים ביולוגיים ובמקביל ענו מדי יום על שאלות בנוגע לבריאותם. על פי הממצאים, הטכנולוגיה הלבישה זיהתה שינוי במדדים פיזיולוגיים מרכזיים עשרות שעות לפני שהמשתמש חש בתסמינים הראשונים: פערים של 23 שעות בממוצע במקרה של קורונה, 62 שעות בסטרפטוקוקוס A, ו-73 שעות בשפעת.
החוקרים: "הטכנולוגיה הלבישה מאפשרת אבחון מוקדם שעשוי לגרום לשינויי התנהגות, כמו הפחתת מגעים חברתיים, כבר בשלב מוקדם של המחלה. באופן זה ניתן לבלום את התפשטות המחלה, ואף למנוע מגפות עולמיות בעתיד".
המחקר הובל על ידי פרופ' דן ימין, מומחה לאפידמיולוגיה ולמידול מחלות זיהומיות, וראש המעבדה לבריאות דיגיטלית, ופרופ' ארז שמואלי, ראש המעבדה לנתוני עתק, שניהם מהמחלקה להנדסת תעשייה. עוד השתתפו במחקר: תלמידי המחקר שחר שניר ומתן יחזקאל מהמחלקה להנדסת תעשייה, ד"ר טל פטלון, מנהלת מכון קאהן- סגול-מכבי למחקר ולחדשנות של מכבי שירותי בריאות, וכן יופנג צ'ן ופרופ' מרגרט ברנדו מהמחלקה למדע והנדסת הניהול באוניברסיטת סטנפורד בארה"ב. המאמר פורסם בכתב העת Lancet Regional Health Europe.
להקדים תרופה למכה?
מסביר פרופ' ימין: "מחלות זיהומיות ומגפות מהוות איום משמעותי ביותר עבור האנושות, וכדי למנוע אותן עלינו לרתום את מלוא יכולותינו בתחומי המדע והטכנולוגיה. מחקרים העלו שכ-40% מההדבקות במגפת הקורונה התרחשו בערך יום לפני הופעת התסמינים הראשונים. כלומר, המדביק עדיין לא ידע שהוא חולה. במחקר זה בדקנו אם טכנולוגיות לבישות מסוגלות להקדים את האבחון, וכתוצאה מכך להפחית את ההדבקה ולמנוע התפשטות של מחלות זיהומיות".
במחקר, שארך שנתיים, השתתפו 4,795 ישראלים מעל גיל 18. המשתתפים ענדו שעון חכם שניטר באופן רציף מדדים פיזיולוגיים שונים, עם דגש על דופק ברזולוציה של 15 שניות, ועל שונות פעימות הלב (HRV). לדברי פרופ' ימין, "מדדי הדופק ושונות פעימות הלב מספקים מידע קריטי על שתי המערכות החשובות ביותר בגופנו - הלב והמוח. המוח צורך אנרגיה רבה ושורף ללא הרף חמצן שהוא מקבל ממערכת הלב ומחזור הדם. לכן כל שינוי בפעילות או במצב הבריאותי משתקף בשינוי במדד השונות בפעימות הלב. בעת מחלה הגוף מפנה את עיקר תשומת הלב למערכת אחת – המערכת החיסונית שנלחמת במחלה, וכתוצאה מכך קצב הלב עולה אך נותר יציב למדי, ולכן שונות הפעימות נמוכה. בדרך זו יכול מדד השונות להצביע על מצב דחק גופני".
בנוסף לשימוש בשעון חכם ענה כל משתתף על שאלון יומי בנוגע למצבו הבריאותי: איך אתה מרגיש פיזית? איך אתה מרגיש מבחינה נפשית? האם עסקת בפעילות גופנית? האם יש לך תסמינים כלשהם? וכו'. כמו כן, קיבלו המשתתפים ערכות בדיקה ביתיות לשלוש מחלות שונות - קורונה, שפעת, וסטרפטוקוקוס A, והשתמשו בהן לפי הצורך. כך, במהלך השנתיים, אספו החוקרים כ-800,000 שאלונים, ומידע זה הוצלב עם הנתונים שהתקבלו מהשעונים החכמים. בסך הכול זוהו 490 מקרי שפעת, 2206 מקרי קורונה, ו-320 מקרים של סטרפטוקוקוס A.
מודלים שנבנו על סמך הנתונים זיהו שלוש נקודות קריטיות בזמן לאחר החשיפה למחלה זיהומית, לדוגמה קורונה: א. 96 שעות לאחר ההדבקה – החיישנים מזהים חריגה ראשונה במדדי קצב הלב; מרווח הזמן מכונה על ידי החוקרים 'תקופת דגירה דיגיטלית'. ב. 130 שעות אחרי ההדבקה - החולה חש בתסמין ראשון של המחלה; מרווח הזמן ידוע כ'תקופת דגירה'. ג. 168 שעות (בממוצע) אחרי החשיפה - החולה מבצע בדיקה לאבחון המחלה; מרווח הזמן מכונה 'התקופה עד החלטת האבחון'. עוד עלה מהמחקר כי הזמן שחולף בין ההדבקה לאבחון הדיגיטלי, כלומר תקופת הדגירה הדיגיטלית, הוא קצר עוד יותר עבור שפעת (24 שעות) וסטרפטוקוקוס A (60 שעות).
פרופ' שמואלי: "אבחון מוקדם הוא חשוב ביותר למניעת התפשטות המחלה, ולמרות זאת מצאנו כי גם לאחר דיווח על תסמינים נטו משתתפי המחקר לדחות את הבדיקה עוד זמן מה – 53 שעות בקורונה, 39 שעות בשפעת, ו-38 שעות בסטרפטוקוקוס A. כתוצאה מכך, במשך פרק זמן ארוך למדי - מההדבקה ועד הבדיקה, הם לא שינו את התנהגותם החברתית והדביקו אנשים נוספים. למעשה גילינו שבממוצע אנשים ביצעו בדיקה ושינו את התנהגותם כששיא המחלה כבר חלף, ההחלמה החלה, וסיכויי ההדבקה פחתו. פרק הזמן שחולף מהאבחון הדיגיטלי עד לבדיקה – 64 שעות בקורונה, 68 שעות בשפעת, ו-58 שעות בסטרפטוקוקוס A, הוא לפיכך קריטי ביותר".
אבחון דיגיטלי: הדרך החדשה למנוע התפשטות
פרופ' ימין: "הממצאים שלנו מעידים שברמת האוכלוסייה אבחון דיגיטלי עשוי לצמצם באופן משמעותי את התפשטותן של מחלות זיהומיות – בכך שיגרום לחולים לשנות את התנהגותם בשלב מוקדם הרבה יותר. השיטה אף עשויה למנוע את המגפה הבאה – על ידי הורדת מקדם ההדבקה אל מתחת ל-1, כאשר כל חולה מדביק פחות מאדם אחד נוסף, והמגפה דועכת." החוקרים מוסיפים שאבחון מוקדם הינו קריטי גם לטיפול יעיל במחלה. ספציפית במחלת הקורונה הטיפולים הקיימים יעילים מאוד רק בשלב מוקדם, אז הם יכולים למנוע מחלה קשה, אשפוז, ואפילו מוות".
פרופ' ימין מסכם: "בהצעת המחקר, שהוגשה ומומנה ע"י האיחוד האירופאי באוקטובר 2019, זמן קצר לפני שפרצה מגפת הקורונה, טענתי שמחלות זיהומיות מהוות את הסיכון הגדול ביותר לאנושות. איום זה הוא חמור במיוחד בעידן המודרני, המתאפיין בצפיפות אוכלוסין לצד ריבוי טיסות, וריבוי מפגשים --בדגש על העולם המערבי. כפועל יוצא מכך, מופצות מחלות חדשות, מוטציות ווריאנטים בקצב שלא תועד משחר ההיסטוריה. עם זאת, הטכנולוגיה המודרנית עשויה לעזור לנו להתמודד עם האיום ולבנות אסטרטגיות יעילות לרווחת בריאות הציבור. טכנולוגיית השעונים החכמים היא חדשה יחסית, אך כבר עכשיו ברור שיש לה פוטנציאל עצום. חוקרים בכל העולם מפתחים חיישנים לבישים עם רמות רגישות ודיוק שמשתפרות ללא הרף. הטכנולוגיה החדשנית עשויה להוות כלי חשוב ביותר במניעת מגפות עתידיות".
מחקר
רדאר שייעזר בבינה מלאכותית יסווג רחפנים על פי הקרינה האלקטרומגנטית שהם מפיצים, ויסייע להגן על המרחב האווירי של מדינת ישראל מפני מל"טים עוינים, גם בתנאי מזג אוויר קיצוניים
- הנדסה וטכנולוגיה
פיתוח חדש של חוקרי הפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב יסייע לאתר רחפנים "עוינים" בתנאי מזג אויר משתנים וקיצוניים ובכך להגן טוב יותר על המרחב האווירי של המדינה באמצעות תיוג חכם. לדברי צוות החוקרים, לרוב זיהוי הרחפנים נעשה באמצעות מצלמות שמתעדות כל כלי טיס שחודר לשטחי ישראל. עם זאת, פעמים רבות הזיהוי נכשל וזאת בשל תנאי מזג האוויר שמקשים על הצילום ואיתור הרחפנים. החוקרים מציינים כי הטכנולוגיה החדשה מצליחה להתגבר על קשיים אלו באמצעות שימוש ברדאר שנעזר באלגוריתם AI, אשר מסווג רחפנים על פי הקרינה האלקטרומגנטית המתפזרת מהם.
הפיתוח נעשה על ידי בהובלתם של הדוקטורנט עומר צדקי והפוסט דוקטורנט דמיטרו ווצ'וק, במעבדתו של פרופ' פבל גינזבורג, וכן בעזרתו של כליל חיון, כולם מבית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן.
אלף עננים לא יצליחו להסתיר אותי
הדוקטורנט עומר צדקי מציין כי בעיית זיהוי הרחפנים קריטית, במיוחד כאשר אין קו ראייה ישיר לרחפן והוא מוסווה מאחורי ענן, בערפל או בתנאי מזג אוויר קשים. לפיכך השימוש במצלמה אינו מספיק, ויש צורך בשימוש ברדאר.
במסגרת הפיתוח החדש, הזיהוי מתבצע באמצעות ייצוג אלקטרומגנטי של "תעודת הזהות" של הרחפן. כך ניתן, באמצעות רדאר, ועל ידי תיוג אלקטרומגנטי של כנפי הרחפן, להפריד בין רחפנים עם תעודת זהות שונות. אלגוריתם ה-AI מסתמך על רשת נוירונים אשר מסווגת את הרחפן: האם מדובר ברחפן חבר או אויב, והיא פועלת בהצלחה גם בתנאי מזג אוויר וסביבה משתנים, ותוך הקטנת הפגיעה בחיי אדם. תחילה בוצעו ניסויים בתנאי מעבדה בסביבה סטרילית, ולאחר מכן ניסויים בסביבה חיצונית, לדמות מקרי אמת.
פרופ' פבל גינזבורג: "הדברים הפשוטים ביותר עובדים הכי טוב. הפרויקט מציע שימוש בעקרונות פיזיקליים חשובים לצורך סיווג מהימן ומדויק של רחפנים. עצם תהליך הזיהוי של רחפן כלשהו ברדאר הוא מורכב דיו, ועל כן יכולת זיהוי של רחפן ספציפי היא הישג שאנחנו גאים בו מאוד".
הדוקטורנט עומר צדקי מציין כי שילוב של טכניקות אלקטרומגנטיות, יחד עם אלגוריתמי AI ורדאר חדשני נותנים תוצאה מיטבית. "מיפוי השדה האווירי הינו קריטי להגנה על חיי חיילים ואזרחים. הפרויקט חשוב בימי שגרה, קל וחומר בזמנים אלה", אמר.
מחקר
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו מערכת שמתריעה בזמן אמת על ריכוז חריג של מזהמים במי שפכים ומגיעה לרמת דיוק של כ-90%
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
הישג חדש לעולם המחקר ולכדור הארץ: חוקרים מהמעבדה להידרוכימיה באוניברסיטת תל אביב השתמשו בבינה מלאכותית כדי לחזות הופעה של מזהמים במי שפכים. המערכת שפיתחו החוקרים נשענת על נתונים ממתקני טיהור שפכים בישראל, מגיעה לרמת דיוק של כ-90%, ויכולה להתריע בזמן אמת על ריכוז חריג.
המחקר נערך בהובלת הדוקטורנט אופיר ענבר ופרופ' דרור אבישר מהמעבדה להידרוכימיה בבית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר, בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, ובשיתוף עם ד"ר מוני שחר, יעקב גידרון ועידו כהן מהמרכז לבינה מלאכותית ומבית הספר למדעי המחשב מהפקולטה למדעים מדויקים, וד"ר אופיר מנשה מהמכללה האקדמית כנרת. תוצאות המחקר הביאו לפרסום של שני מאמרים בכתבי העת Journal of Water Process Engineering ו-Journal of Cleaner Production.
"למעלה מ-80% ממי השופכין בעולם אינם מטוהרים כלל"
מי שופכין הם מים שזוהמו בפסולת ביתית, חקלאית או תעשייתית. בישראל פועלים היום עשרות מכוני טיהור שפכים (מט"שים), שמטהרים את המים האלה לפני שהם מוזרמים חזרה למקורות המים – או לפני שהם מושבים להשקיה של גידולים חקלאיים (מי קולחין).
מסביר אופיר ענבר: "למעלה מ-80% ממי השופכין בעולם אינם מטופלים, כאשר לשני מיליארד בני אדם בעולם אין גישה למערכת ביוב נאותה. במדינות העולם השלישי, השפכים נשפכים למקורות מים פוטנציאליים כמו נחלים ואגמים, או שהם מחלחלים למי התהום, ומזהמים אותם – זיהום שמחריף את מצוקת המים הקיימת. אך גם במדינות מפותחות כמו ישראל, שהיא בין המדינות המובילות בעולם בטיפול בשפכים, ניהול ותפעול מכון טיהור שפכים עדיין מבוסס על בדיקות מעבדה מסורתיות, דבר שעשוי להוביל לכשלים ולזיהום סביבתי. אנחנו רצינו לפתח כלים מתקדמים של בינה מלאכותית על מנת לשפר ולייעל את תהליכי הטיהור האלה, ובכך גם לחסוך כסף ובעיקר להגן על הסביבה".
כשהבינה המלאכותית מפשילה שרוולים
"טיהור שפכים הוא תהליך שמייצר מסדי ענק של נתונים ביולוגיים, כימיים ופיזיקליים, מחיישנים ומבדיקות מעבדה", מספר ענבר, "ואלה נתונים שאנחנו רוצים לנתח, כמה שיותר קרוב לזמן אמת, כדי לייעל את פעולת המט"שים. במחקר הראשון מבין השניים, חקרנו מט"ש (מתקן טיהור שפכים), שאחרי תהליך טיהור ראשוני, שניוני ושלישוני מזרים את המים למקורות הירקון. הבעיה הגדולה שזיהינו היא שינויים בריכוז הזרחן. מהנתונים עולה שהריכוז הזה תנודתי מאוד, לכן יצרנו מערכת שיודעת להנפיק חיזוי מהימן לריכוז חריג של זרחן. האלגוריתמים שהשתמשנו בהם מחשבים משתנים כמו טמפרטורה, משקעים, אופי השפכים, ומאפיינים כימיקליים וביולוגיים – נמצא כי אלגוריתמים אלו מגיעים לרמת דיוק מרשימה של עד 87%".
במחקר משלים, בחן צוות המחקר את התהליך השניוני בטיפול בשפכים. תהליך זה, החשוב והיקר מבין תהליכי הטיפול, מבוסס על פירוק השפכים וטיהור המים על ידי מיקרואורגניזמים.
צלול עד כמה שניתן. נחל הירקון בנקודה הכי קרובה לאוניברסיטת תל אביב
התראה בזמן אמת
לדברי ענבר, היום בכל מקרה של חשד לתקלה בתהליך הטיהור, לוקחים דגימה מהמים ושולחים אותה למעבדה חיצונית, שבה מומחים בוחנים את הדגימה מתחת למיקרוסקופ ומנסים לאמוד באופן ידני את המיקרואורגנזימים במים.
"הבדיקה יקרה מאוד, וחשוב מכך: ארוכה מאוד. המט"ש מקבל את דו"ח המעבדה מספר ימים אחרי שהדוגמה נשלחת, כך שלרוב הדו"ח הזה כבר אינו רלוונטי. אנחנו השתמשנו בלמידת מכונה ואימנו מערכת לזהות מיקרואורגניזנמים בתמונות שנלקחות בתהליך השניוני של הטיהור, בהגדלה של פי 400. הקושי כאן היה לבנות מסד נתונים מאפס, כי לא קיים מסד נתונים כזה, ולאמן את המכונה לזהות מיקרואורגניזמים חשובים כמו פרוטוזואות ופילמנטים, ואף רכיבים פיזיקליים בתהליך הטיהור כפלוקים – פתיתי חומר. זהו אתגר גדול, כי המערכת צריכה לזהות את היצורים הזעירים מתמונות, כשהם מתחת למים, עם כל העיוותים וההשתקפויות, ולהתריע כמעט בזמן אמת מפני הפרה של איזון אוכלוסיות המיקרואורגניזמים".
"כמובן, את ה'ספרייה' שבנינו אפשר ורצוי להרחיב ולהעמיק, להגדיל בהגדלות נוספות ולהוסיף תחומי אור נוספים כמו תת-אדום, כדי לעקוב אחר יותר ויותר מיקרואורגניזמים במים, ולקבל תוצאות יותר ויותר מדויקות. הרעיון הנו לבנות כלי מבוסס למידת מכונה אשר יסייע בזמן אמת למהנדסי התפעול במכון, לייעל את תהליך הפירוק של מזהמים במהלך הטיפול השניוני ובכך לייצר קולחין באיכות גבוהה, מים מושבים המשמשים שמשאב מים עיקרי להשקיה חקלאית".
אופיר ענבר במעבדה להידרוכימיה
מחקר
חוקרים פיתחו שיטה המבוססת על עקרונות האמנות היפנית העתיקה, כדי למקם חיישנים בתוך רקמות ביולוגיות שהודפסו במדפסות תלת ממד
- מוח
- הנדסה וטכנולוגיה
חוקרים באוניברסיטת תל אביב הסתמכו על עקרונות אמנות האוריגמי היפנית כדי לפתח פתרון מקורי, חדשני ויעיל לבעיה שמטרידה כיום חוקרים בכל העולם: כיצד למקם חיישנים בתוך רקמות ביולוגיות שהודפסו במדפסות תלת ממד. במקום להדפיס את הרקמה על גבי החיישנים הרצויים (פעולה שנדונה לכישלון), הם תחילה מתכננים במחשב ואחר כך מייצרים בפועל מבנה מבוסס-אוריגמי שמולבש על הרקמה מבחוץ, ומחדיר את החיישנים בדיוק למקומות הנכונים.
פלטפורמת אוריגמי מרובת-חיישנים: השילוב שבין מדע לאמנות
המחקר בוצע על ידי חוקרים מבית הספר לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה, מהמרכז לננו-מדע וננוטכנולוגיה, מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, ממרכז סגול לרפואה רגנרטיבית, ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. צוות החוקרות והחוקרים: נועם רהב , עדי סופר, פרופ' בן מעוז, פרופ' אורי אשרי, דניס מררו, אמה גליקמן, מגן בלדג'יללי-לברו, יקי יפה, קשת תדמור, ויעל לייכטמן-ברדוגו. המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Advanced Science.
"חוקרים בכל העולם כבר משתמשים במדפסות תלת ממד כדי להדפיס רקמות ביולוגיות לצורכי מחקר. בטכנולוגיה הקיימת ראש המדפסת נע הלוך ושוב, ומדפיס שכבה אחר שכבה של הרקמה המבוקשת. אך לשיטה זו הייתה עד היום בעיה מהותית: לא ניתן להדפיס את הרקמה על גבי מערך חיישנים שיספק לחוקר מידע חיוני על התאים שבתוכה , זאת מכיוון שהראש המדפיס שובר את החיישנים. אנחנו החלטנו לגשת לבעיה המורכבת מכיוון שונה וחדש: אוריגמי", מסביר פרופ' מעוז.
בבסיס הפיתוח החדשני עומד שילוב מקורי ומרתק בין מדע לאמנות. בעזרת תוכנת CAD – תכנון בעזרת מחשב, החוקרים מתכננים מבנה המותאם ספציפית לרקמה המודפסת, על סמך עקרונות קיפולי האוריגמי. מבנה זה משלב בתוכו חיישנים לבדיקת פעילות חשמלית או התנגדות חשמלית של תאים בכל מקום שנבחר בתוך הרקמה. הדגם שבמחשב משמש לייצור מבנה פיזי, אותו מקפלים סביב הרקמה המודפסת, כך שכל חיישן חודר לרקמה ומונח בתוכה בדיוק במקום הנכון. הפלטפורמה החדשנית נקראת MSOP ((multi-sensing origami platform - פלטפורמת אוריגמי מרובת-חיישנים.
הוכחת ההיתכנות של השיטה החדשנית בוצעה ברקמת מוח מודפסת, והחיישנים שהוחדרו לרקמה הקליטו פעילות חשמלית של תאי עצב. עם זאת, החוקרים מסבירים שהמערכת היא ורסטילית ומודולרית: היא מאפשרת לשלב כל סוג ו/או מספר חיישנים, בכל מקום שנבחר, בכל סוג של רקמה ביולוגית מודפסת, וגם ברקמות ביולוגיות שגודלו במעבדה לצורכי מחקר, כמו לדוגמה מוחון – כדור קטן המורכב מנוירונים ומדמה מוח אנושי.
לפני ואחרי. מימין: השבב עם החיישנים, משמאל: לאחר השתלת הרקמה המודפסת על החיישנים
צעד חשוב בקידום המחקר הביולוגי העולמי
"במחקר הראינו שבניסויים על רקמות מוח מודפסות, יש למערכת יתרון נוסף: ניתן להוסיף לה שכבה המחקה את מחסום הדם-מוח - אותו קרום שמגן על המוח מחדירת חומרים בלתי רצויים, אך חוסם גם תרופות מסוימות שנועדו למחלות מוח. השכבה שאנו מוסיפים עשויה מתאי מחסום דם-מוח אנושי, ומאפשרת לבחון את רמת ההתנגדות החשמלית של תאי המחסום, המעידה על מידת החדירות שלו לתרופות", מוסיף פרופ' מעוז.
"במחקר שלנו יצרנו שילוב 'מחוץ לקופסה' בין מחקר מדעי לאמנות. פיתחנו שיטה המבוססת על קיפולי אוריגמי, שמאפשרת להחדיר חיישנים למקומות מדויקים בתוך רקמה ביולוגית מודפסת, וכך לקלוט ולהקליט את פעילות התאים והתקשורת ביניהם. טכנולוגיה זו מהווה צעד חשוב בקידום המחקר הביולוגי בכל העולם", מסכמים החוקרים.
מחקר
חוקרות וחוקרים מאוניברסיטת תל אביב יצרו לראשונה זכוכית שיודעת לתקן את עצמה ונוצרת באופן ספונטני במגע פשוט עם מים
- הנדסה וטכנולוגיה
- רפואה ומדעי החיים
תשכחו מהזכוכית שהכרנו עד היום: חוקרות וחוקרים מאוניברסיטת תל אביב יצרו סוג חדש של זכוכית מהפכנית בעלת תכונות ייחודיות. היא נוצרת באופן ספונטני במגע עם מים בטמפרטורת החדר, היא דביקה מאוד ויחד עם זאת שקופה להפליא, והיא אפילו יכולה לאחות את עצמה אם היא נשברת. לדברי צוות המחקר, הזכוכית החדשה עשויה לחולל מהפכה בענפים שונים ומגוונים כמו אופטיקה ואלקטרואופטיקה, תקשורת לוויינית, חישה מרחוק וביו-רפואה. ומה זה אומר לגבינו? אולי לא יישבר לנו יותר הלב אם המשקפיים או מסך הטלפון יתנפצו.
שברו את תקרת הזכוכית
מאחורי התגלית עומדת שורה מכובדת של חוקרות חוקרים מהארץ ומהעולם, בהובלת הדוקטורנטית גל פינקלשטיין-זוטא, ד"ר זוהר ארנון ופרופ' אהוד גזית מבית הספר למחקר ביו רפואי ולחקר הסרטן ע"ש שמוניס בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, והמחלקה למדע והנדסה של חומרים בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, באוניברסיטת תל אביב.
הזכוכית החדשה התגלתה במקרה, כשהצוות עסק במחקר על מולקולה קטנה (פפטיד), שמורכבת מטירוזין – אחת מעשרים חומצות האמינו המרכיבות את כל החלבונים בגוף האדם. תוצאות המחקר התפרסמו לאחרונה בכתב העת היוקרתי בעולם: Nature.
"במעבדה שלנו אנחנו עוסקים בביו-קונברג'נס, (תחום מולטידיספלינרי של פיתוח טכנולוגיות חדשות שמשלב ביולוגיה עם תחומי ההנדסה, ומטרתו לתת מענה לאתגרים שטרם נפתרו בתחומי הרפואה, חקלאות, מזון, אנרגיה וביטחון), ובאופן ספציפי אנחנו משתמשים בתכונות המופלאות של הביולוגיה בכדי לייצר חומרים חדשניים", מסביר פרופ' גזית. "בין היתר, אנחנו חוקרים רצפים של חומצות אמינו, שהן אבני הבניין של החלבונים. לחומצות אמינו ולפפטידים יש נטייה טבעית להתחבר אלו לאלו וליצור מבנים מסודרים בעלי מחזוריות מוגדרת, אך תוך כדי המחקר גילינו פפטיד ייחודי שמתנהג בצורה שונה מכל מה שאנחנו מכירים: הוא לא יצר רצף מסודר אלא אמורפי, חסר סדר, שמתאר זכוכית".
ברמה המולקולרית, זכוכית היא חומר דמוי-נוזל, ללא סדר במבנה המולקולות שלה, אך תכונותיה המכניות הן דמויות-מוצק. הזכוכית נוצרת על ידי קירור מהיר של חומרים מותכים ו"הקפאתם" במצב זה לפני שהם מספיקים להתגבש, מצב אמורפי המעניק לה תכונות אופטיות, כימיות ומכניות ייחודיות, לצד עמידות, רב-גוניות וקיימות. צוות המחקר מאוניברסיטת תל אביב גילה שהפפטיד הארומטי המורכב מרצף של שלוש טירוזין (YYY), יוצר זכוכית מולקולרית באופן ספונטני, במגע עם מים, בתנאי החדר.
שקופה וחזקה. הזכוכית החדשה שעשויה טיפות פפטיד
"כמו להכין מיץ פטל"
"הזכוכית הרגילה שכולנו מכירים נוצרת על ידי קירור מהיר מאוד של חומרים מותכים", מספרת פינקלשטיין-זוטא. "צריך להקפיא ולקבע את החומר לפני שהוא מסתדר בצורה יותר חסכונית מבחינה אנרגטית, ולשם כך יש להשקיע אנרגיה: לחמם לטמפרטורות גבוהות ולקרר באופן מיידי. הזכוכית שיצרנו עשויה מאבני בניין ביולוגיות, והיא נוצרת ספונטנית בטמפרטורת החדר, ללא השקעה של אנרגיה כמו חום או לחץ גבוהה. פשוט ממיסים אבקה במים רגילים, כמו להכין מיץ פטל". גל מספרת כיצד יצרו במעבדה עדשות בקלות ובמהירות: "במקום תהליך ממושך של עידוש וליטוש, פשוט טפטפנו טיפה על משטח ויצרנו עדשה, כאשר אנו שולטים בעקמומיות שלה – ומכאן בפוקוס שלה – בעזרת נפח התמיסה בלבד".
תכונות הזכוכית החדשנית הן ייחודיות בעולם ואף סותרות זו את זו. הזכוכית החדשה הינה בעלת קשיות גבוהה, אך היא יכולה לתקן את עצמה בטמפרטורת החדר; היא דביקה מאוד, ובד בבד היא שקופה במגוון ספקטרלי רחב הנע בין טווח האור הנראה עד לטווח התת-אדום הבינוני, מה שמגדיל את מגוון השימושים שניתן לעשות בה.
"זאת הפעם הראשונה שבה מצליחים ליצור זכוכית מולקולרית בתנאים קלים", אומר פרופ' גזית, "אך לא פחות חשובות מכך הן תכונות הזכוכית שיצרנו. זו זכוכית מאוד מיוחדת. מצד אחד היא חזקה מאוד ומצד שני שקופה מאוד, הרבה יותר מזכוכית הסיליקטית הרגילה שכולנו מכירים, שהיא שקופה כמובן בתחום האור הנראה, אבל הזכוכית המולקולרית שיצרנו שקופה גם לעומק תחום התת-אדום", לדבריו של פרופ' גזית, יש לכך שימושים מגוונים בתחומים רבים, בהם לוויינות, חישה מרחוק, תקשורת ואופטיקה. "כבר יש לנו שיתוף פעולה עם חברת אל-אופ הישראלית, שמייצרת מערכות אלקטרו-אופטיות. בזכות תכונת הדביקות שלה, הזכוכית שלנו יכולה להדביק יחד זכוכיות שונות, ובד בבד היא יכולה לתקן בעצמה סדקים שנוצרים בה. מדובר במערך תכונות שלא קיים באף זכוכית בעולם, שהוא בעל פוטנציאל גדול במדע ובהנדסה, ואת כל זה קיבלנו מפפטיד – חתיכה קטנה של חלבון".
מחקר
מחקר המשך שנערך על צרצרים מגלה כי זיהום האור מוציא אותם מסינכרון, פוגע ביכולת הרבייה שלהם ומאיים על המשך קיומם
- מוזיאון הטבע
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
מחקר משותף של אוניברסיטת תל אביב והאוניברסיטה הפתוחה מאשש מחקר מקדים שבדק פגיעת זיהום אור בבעלי חיים ליליים שנערך בתנאי מעבדה וקובע, כי גם בטבע תאורה מלאכותית משבשת את מחזור הצרצור של צרצרים. עם זאת, המחקר החדש מסייג מעט את הממצאים וקובע כי בטבע הפגיעה היא במידה פחותה בהשוואה לתנאי המעבדה.
ויהי חושך ויהי אור
הצרצור הלילי הוא קריאת הזכר לנקבות לבוא ולהזדווג עמו. לכן, מסבירים החוקרים, שיבוש במהלכו התקין עלול לפגוע ברבייה ואף להעמיד את המצרצרים בסכנה מוגברת לטריפה, מה שמאיים על קיומה של האוכלוסייה. המחקר הנוכחי הוא המשכו של מחקר מקדים שנערך לפני שלוש שנים, שמצא כי חשיפה לזיהום אור בתנאי מעבדה משבשת באופן חמור את זמני הצרצור, עד למצבים קיצוניים המכונים 'ריצה חופשית', כשכל פרט מצרצר בכל עת "שמתחשק לו", על פי מקצב פנימי משלו, ולאו דווקא בלילה. כעת, במחקר החדש, ביקשו החוקרים לבחון את השפעת התאורה על צרצרים מחוץ למעבדה, בגן הזואולוגי של אוניברסיטת תל אביב, בתנאים הקרובים ככל האפשר לטבע.
המחקר נערך בהובלת פרופ' אמיר אילי וד"ר קרן לוי מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ופרופ' ענת ברנע מהמחלקה למדעי הטבע באוניברסיטה הפתוחה. כמו כן השתתפו במחקר יואב ויגרצין מהמעבדה של פרופ' אילי, וסטאן מוארף מהמעבדה של פרופ' ברנע. המאמר פורסם בכתב העת Science of the Total Environment.
"ההבחנה בין יום ללילה, בין אור לחושך, היא אחד מיסודות החיים על פני כדור הארץ. אך האדם, שהוא חיית יום, משבש את הסדר הטבעי באמצעות תאורה מלאכותית בלילה. לעתים קרובות התאורה הזאת משפיעה לרעה על בעלי חיים בסביבה, ומשבשת התנהגויות טבעיות שהתפתחו לאורך מיליוני שנות אבולוציה", מסבירה ד"ר לוי.
"שאלנו את עצמנו אם ייתכן שתנאי המעבדה כשלעצמם גרמו לבלבול בקרב הצרצרים. אולי בטבע הצרצר מצרצר כשהוא שומע את "מקהלת" חבריו, ובמעבדה הוא היה מבודד ולא שמע אותם? ואולי בטבע הוא מבחין בין היום ללילה באמצעות שינויי טמפרטורה, בעוד שבמעבדה שררה טמפרטורה אחידה 24 שעות ביממה? שיערנו שבתנאים טבעיים הצרצרים נהנים מפיצוי כלשהו שאינו קיים בתנאי מעבדה, דבר-מה בסביבה שמסייע להם להבחין בין יום ללילה על אף התאורה המלאכותית. כדי לבחון זאת בנינו ניסוי חצי-שדה, כלומר בתנאים קרובים ככל האפשר לתנאים טבעיים", מסביר פרופ' אילי.
ויווריום בגן הזואולוגי ביום ובלילה
פחות אבל עוד מפריע
לצורך המחקר תלו החוקרים 6 וִיוָריומים (מיכלים דמויי אקווריום המיועדים לבעלי חיים יבשתיים), ברחבי הגן הזואולוגי של אוניברסיטת תל אביב, ובתוכם אדמה, מזון, פינה מוצלת ומד-טמפרטורה. הוויוריומים היו סגורים ברשת מתכת מלמעלה, והיו חדירים לאור ולאוויר, כך שהטמפרטורה והתאורה בתוכם היו טבעיות. בכל עת שהה בכל ויוריום צרצר זכר יחיד, שהתנהגותו הוקלטה במשך שבועיים, ולאחר מכן הוא הוחלף באחר. בסך הכול בוצע הניסוי לאורך שנתיים, במהלך החודשים אפריל עד נובמבר, כלומר בעונות האביב, הקיץ והסתיו, והשתתפו בו כ-120 צרצרים.
ממצאי המחקר העלו כי גם בטבע השפעת זיהום האור משמעותית ביותר: ככל שעוצמת התאורה עלתה, כך גדל השיבוש בתחושת הזמן של הצרצרים. עם זאת, השיבוש היה פחות קיצוני בהשוואה לתנאי מעבדה. כך לדוגמה, בניסוי שנערך במעבדה, 80% מהצרצרים איבדו את הסנכרון עם זמני היום והלילה כבר תחת תאורה יחסית חלשה. לעומת זאת, בטבע אובדן הסנכרון אצל 80% מהצרצרים נצפה רק בתאורה חזקה הרבה יותר.
"זהו ממצא משמעותי, שמעיד כי יש בטבע גורמים שממתנים ומאזנים את השפעת זיהום האור, לפחות בעוצמות תאורה נמוכות. בדיקה ספציפית העלתה כי לטמפרטורה אין השפעה, אך עדיין איננו יודעים מהו הגורם המאזן", אומרת ד"ר לוי.
"במחקר שלנו הראינו שתאורה מלאכותית בלילה משבשת התנהגות של צרצרים וגורמת להם לצרצר גם בשעות היום לא רק במעבדה, אלא גם בתנאים טבעיים. הממצאים מעלים שאלות מגוונות, כמו: מה קורה לצרצרים שמצרצרים ביום? האם ללא הגנת החשיכה הם חשופים יותר לטורפים? וכיצד מגיבות נקבות לזכר שמצרצר ביום? האם הן נענות לקריאת החיזור שלו? שאלות אלה ואחרות, שהן חומר למחקרים נוספים, מרמזות כי שיבוש זמני הצרצור כתוצאה מתאורה מלאכותית עלול לפגוע ברבייה ובהישרדות של אוכלוסיית הצרצרים", אומר פרופ' אילי ומסכם " כמו כן ידוע ממחקרים רבים כי זיהום אור פוגע גם במגוון רחב של חרקים ובעלי חיים אחרים. לכן אנחנו פונים לציבור בבקשה לכבות תאורה בלילה במקום שהיא אינה נחוצה - בגינה או במרפסת, בבית, בעבודה וברחוב. רק כך נוכל לשמור על בעלי החיים שחיים סביבנו וזקוקים לשעות החשכה".
מחקר
לראשונה אי פעם - התגלו כלי אבן מיוחדים שיועדו לביתור יחמורים בתקופת האבן
- סביבה וטבע
מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב חושף: באזורים שבהרי השומרון, ממזרח לג'לג'וליה ומערת קסם, הופיעו לראשונה בעולם כלי אבן מיוחדים, ששימשו לפני כ-400 אלף שנה לציד של יחמורים. כלי אבן אלו, המכונים מקרצפים מסוג קינה (על שם אתר בצרפת בו זוהו לראשונה) התאפיינו בקצה פעיל המעוצב בצורת קשקשים המאפשר לבצע הן פעולות חיתוך והן עיבוד עורות.
המחקר נערך בהובלת ולאד ליטוב ופרופ' רן ברקאי מהחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום, ופורסם בכתב העת Archaeologies.
פרופסור רן ברקאי
לטענת החוקרים, במהלך ההיסטוריה העתיקה בני האדם הקדמונים התרכזו בעיקר בציד פילים, שסיפקו את מירב הקלוריות בתפריט האנושי היומיומי, ולשם כך השתמשו בכלי אבן המכונים "מקרצפים" לשם עיבוד העורות וקרצוף הבשר מעל העצמות. עם זאת, בשלהי התקופה הפליאוליתית התחתונה, לפני כ-400 אלף שנה, ומשעה שמרבית הפילים נכחדו זה מכבר בארץ ישראל, עברו ציידי הארץ להתמקד ביחמורים קלי הרגליים. לשם כך, הציידים הקדמונים נאלצו לבצע את ההתאמות הטכנולוגיות שיאפשרו להם לצוד, לבתר ולעבד את היחמורים, הזריזים והקטנים בצורה משמעותית לעומת הפילים.
הצורך הוא אבי ההמצאה: ההתפתחות הטכנולוגית נבעה מהשינוי באופי בעלי החיים באזור
דוגמא למקרצף מסוג קינה
ליטוב מסביר: "במסגרת המחקר, ביקשנו להבין למה כלי אבן משתנים לאורך הפרהיסטוריה האנושית והתמקדנו בשינוי הטכנולוגי שחל במקרצף בתקופה הפליאוליתית התחתונה, לפני כ-400 אלף שנה. גילינו שבתקופה הזאת חל שינוי דרמטי בדיאטה האנושית, שנבע כנראה מהרכב הפאונה: בעלי החיים הגדולים, ובעיקר הפילים, נעלמו – והאדם נאלץ לצוד בעלי חיים קטנים יותר, בעיקר יחמורים. כמובן, לצוד פיל גדול ומסורבל זה עניין אחד, ולצוד יחמור זריז זה סיפור אחר לגמרי. גם לבתר חיה כיחמור זו פעולה מורכבת ועדינה יותר. לכן אנו רואים את הופעתם של מקרצפי הקינה החדשים, מאופיינים בקצה פעיל מעוצב יותר, חד, ואחיד בהשוואה למקרצפים הפשוטים בהם השתמשו בני אדם מהתרבות האשלית במשך כמיליון שנה כדי לבתר פילים ובעלי חיים גדולים נוספים".
אותם כלי האבן הייחודים יוצרו מצור שמקורו בהרי השומרון, ממזרח לג'לג'וליה ומערת קסם, שהיוו גם אזורי ההמלטה של היחמורים. הארכיאולוגים מאוניברסיטת תל אביב חפרו באתר הארכיאולוגי ג'לג'וליה, הסמוך לכביש 6, בו חיו כנראה בני אדם מסוג הומו ארקטוס – וכן הסתמכו על ממצאים מהאתר הארכיאולוגי הסמוך מערת קסם. בשני האתרים נמצאו מקרצפים רבים מהסוג החדיש, שנעשו מצור שאינו קיים בסביבת האתרים – ומקורותיו הקרובים ביותר נמצאים באזור יער בן שמן מדרום ובמדרונות המערביים של השומרון ממזרח. מסיבה זו, החוקרים מעריכים שהר עיבל והר גריזים היו מקודשים לציידים הקדמונים כבר החל מהתקופה הפליאוליתית.
הר גריזים והר עיבל. צילום: ד"ר שי בר
פרופ' ברקאי מוסיף: "במחקר אנחנו מזהים הקשרים בין התפתחויות טכנולוגיות לבין שינויים בבעלי החיים שבני האדם הקדמונים צדו ואכלו. לאורך שנים, המחקר המדעי סבר שהשינויים בכלי האבן נבעו כתוצאה מהתפתחויות ביולוגיות שכליות של בני האדם. אנחנו מראים שהקשר הוא קשר כפול, גם פרקטי וגם תפיסתי: מצד אחד, בני האדם עברו לייצר כלים משוכללים יותר כי הם נאלצו לצוד ולבתר בעלי חיים קטנים, זריזים ורזים יותר. מצד שני, אנחנו מזהים גם קשר תפיסתי: אזורי ההמלטה של היחמורים הם אזור הרי עיבל וגריזים שבשומרון, וגם המקרצפים מג'לג'וליה ומערת קסם ששימשו לביתור יחמורים יוצרו מהצור שבאזור הרי השומרון – מרחק לא קטן של כ-20 ק"מ מג'לג'וליה. במילים אחרות, מצאנו קשר בין מקור היחמורים למקור הצור שביתר את בשרם, ואנחנו מאמינים שהקשר הזה היה בעל חשיבות תפיסתית עבור הציידים הללו. הם ידעו מאיפה מגיעים היחמורים, והיה להם חשוב לייצר את הכלים שאיתם ביתרו את היחמורים דווקא מהצור הזה. זאת תופעה מוכרת מכל העולם, והיא רווחת עד היום בקרב קבוצות ילידיות".
ליטוב מסכם: "אנחנו משערים שהרי השומרון היו בעיני אותם בני אדם קדושים, שכן מהם הגיעו היחמורים. חשוב לציין שבג'לג'וליה אנחנו מוצאים המון כלים אחרים מאבנים אחרות שמקורן אחר. כאשר בני המקום ראו שהפילים נעלמים והולכים, הם הפכו תלויים ביחמורים. הם זיהו את מקור השפע של היחמורים ושם החלו לפתח את המקרצפים הייחודיים. זאת התחלה של תופעה שמתפשטת בתקופה מאוחרת יותר לכל רחבי העולם. המקרצפים האלה מופיעים לראשונה בג'לג'וליה, בין 500 ל-300 אלף שנה לפני זמננו, עדיין בהיקף קטן – וזמן קצר אחר כך, 400 עד 200 אלף שנה לפני זמננו, בהיקף גדול בהרבה במערת קסם. גם במזבח שעל הר עיבל המיוחס ליהושע בן נון, ובו ייתכן שבוצעה ה'ברית בין הבתרים', נמצאו הרבה עצמות יחמור מבותרות. כך שנראה כי היחמורים והרי השומרון היו מקודשים גם עבור בני ישראל מאות אלפי שנים לאחר המקרים המתוארים כאן".