פריצת הדרך עשויה להגן על בעלי החיים הימיים

מחקר
פריצת הדרך עשויה להגן על בעלי החיים הימיים
חוקרים מהפקולטה למדעי הרפואה והבריאות חשפו את מנגנון הפעולה של חיידק שגורם למחלה קטלנית באלמוגים. המנגנון, שמשלב שתי מערכות להזרקת רעלנים, מופעל כשטמפרטורת המים עולה מעל 23 מעלות צלסיוס, ואז החיידק הופך אלים. החוקרים: "הבנת המנגנונים שמובילים למחלה עשויה לעזור לנו להגן על שוניות האלמוגים שנעלמות במהירות בכל רחבי העולם".
המחקר הובל על ידי צוות חוקרים מהפקולטה למדעי הרפואה והבריאות: פרופ' דור סלומון ותלמידת המחקר שיר מאס, ובשיתוף פרופ' מוטי גרליץ. כמו כן, השתתפו חוקרים ממכללת בראודה להנדסה בכרמיאל, ומאוניברסיטת אינדיאנה ואוניברסיטת צפון קרוליינה בארה"ב. המאמר פורסם בכתב העת PLOS Biology.
מסביר פרופ' סלומון: "לשוניות אלמוגים יש מגוון תפקידים חשובים בעולמנו: מבחינה אקולוגית הן מהוות בית גידול עבור יצורים ימיים רבים, ובהיבט הכלכלי הן משמשות בסיס לענפים כמו תיירות ודיג. בנוסף הן מגינות על חופים מפני סופות גדולות כמו הוריקנים. בעשורים האחרונים אנו מאבדים שוניות בכל העולם כתוצאה מהתחממות מי הים ומזיהומים שיוצר האדם, וגם בשל עלייה במחלות שנגרמות על ידי מיקרו-אורגניזמים. מחקרים מצאו כי לעלייה בתדירות ובתפוצת המחלות יש קשר ישיר לעלייה בטמפרטורת המים: חיידקים מסוימים שאינם מסוכנים בטמפרטורות נמוכות יותר הופכים למחוללי מחלות, חלקן קטלניות, כשהמים מתחממים".
אחד ממחוללי המחלות העיקריים באלמוגים הוא החיידק Vibrio coralliilyticus, שאופיין לראשונה בתחילת שנות ה-2000 על ידי מעבדתו של פרופ' יוג'ין רוזנברג בפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת תל אביב. "חיידק זה שייך למשפחה רחבה של חיידקים שחלקם גורמים למחלות מעיים כמו כולרה. גם באלמוגים מדובר למעשה במחלת מעיים (כן, לאלמוגים יש מעיים! פוליפ של אלמוג מורכב מזרועות שלוכדות מזון וממעיים שמעכלים אותו). מחקרי עבר העלו שכאשר טמפרטורת מי הים מגיעה ל-23 מעלות צלסיוס, החיידק הופך למחולל מחלה באלמוגים ובבעלי חיים ימיים נוספים. כמו כן ידוע שחלק מזני החיידק הופכים קטלניים עוד יותר בטמפרטורת מים גבוהה מ-27 מעלות. התופעה מוכרת כבר שנים רבות, אך המנגנון באמצעותו תוקף החיידק את האלמוג לא היה ידוע עד כה. במחקר שלנו ביקשנו לחשוף את המנגנון המולקולרי של המחלה", מסבירה שיר מאס.
חיידקים במעבדה
בשלב הראשון בחנו החוקרים ריצופי גנום רבים של החיידק מתוך מאגרי אינטרנט קיימים, בחיפוש אחר מערכות להזרקת רעלנים - תחום המומחיות של מעבדתו של פרופ' סלומון. בכל הזנים של Vibrio coralliilyticus נמצאו שתי מערכות להפרשת רעלנים, וניסויי מעבדה העלו כי שתיהן מבטאות ומפרישות חלבונים בדיוק בטווח הטמפרטורות שבו החיידק הופך למחולל מחלה. בניסויים הבאים בדקו החוקרים את אופן הפעולה של שתי המערכות.
"מצאנו שמערכת מספר 1 תוקפת והורגת מספר רב של חיידקים אחרים. זוהי אסטרטגיה נפוצה שבאמצעותה מבקש חיידק תוקף לפנות לעצמו מקום ולהשתלט על המאחסן", מסביר פרופ' סלומון וממשיך "נעזרנו בשיטות ביוכימיות כדי לזהות את הרעלנים, ומצאנו שהם דומים ברובם לרעלנים אנטי-בקטריאליים מוכרים, המופרשים גם על ידי חיידקים אחרים. מערכת מספר 2, לעומת זאת, תוקפת ישירות את תאי בעל החיים המאחסן - פעילות פחות שכיחה במערכות הפרשת רעלנים מסוג זה. בניסויים שלנו הרגה מערכת זו סוג של סרטן ימי זעיר הקרוי ארטמיה ששימש כמערכת מודל, וכן תאים של עכבר, אך לא גרמה כל נזק לחיידקים אחרים".
כשביקשו לזהות את הרעלנים במערכת 2 חיכתה לחוקרים הפתעה: הם מצאו תשעה רעלנים חדשים שכלל לא היו מוכרים בהקשר של מערכות מסוג זה בחיידקים, ושבעה מהם הופיעו בכל הגנומים שרוצפו.
פרופ' דור סלומון וצוות המחקר
החוקרים משערים כי ממצאי המחקר מעידים על אסטרטגיה משולבת ואפקטיבית במיוחד של החיידק Vibrio coralliilyticus, שגורמת נזק רב לשוניות אלמוגים. החיידק מצויד בשתי מערכות להזרקת רעלנים: אחת מהן הורגת את המתחרים - החיידקים 'הטובים' שמגינים על המעיים של האלמוג, ומפנה את הדרך למערכת השנייה שתוקפת ישירות את תאי האלמוג. שתי מערכות ההזרקה מופעלות בדיוק בתנאים הסביבתיים שבהם פורצת המחלה: טמפרטורת מים מעל 23 מעלות צלסיוס.
"במחקר זה פענחנו את המנגנון באמצעותו גורם החיידק Vibrio coralliilyticus למחלה קשה ואף למוות בבעלי חיים ימיים, בהם אלמוגים. ככלל, הבנת מנגנון מחולל מחלה יכולה לסייע במניעתה. כבר היום מפתחים חוקרים בעולם פרוביוטיקה לאלמוגים, שנועדה לחזק אותם מול חיידקים מחוללי מחלות, וטיפולים אלה נמצאו יעילים בניסויים מבוקרים. מעבר לכך, התובנות שלנו עשויות לסייע גם בהתמודדות מול חיידקים אחרים שמשתמשים במנגנונים דומים, ובכך לתרום תרומה חשובה לתחומים שונים, מאקולוגיה ועד לחקלאות ורפואה", מסכם פרופ' סלומון.
מחקר
לעת זקנה, הנשר המקראי יוצא פחות "לבלות" ומעדיף לנוח באתר הלינה הקבוע
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.
"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"
"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)
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
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.
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
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.
"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
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'
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".
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
חוקרים גילו ששעונים חכמים יכולים למנוע התפשטות מחלות בזיהוי מוקדם
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.
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".
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
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו מערכת שמתריעה בזמן אמת על ריכוז חריג של מזהמים במי שפכים ומגיעה לרמת דיוק של כ-90%
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".
"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
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
חוקרות וחוקרים מאוניברסיטת תל אביב יצרו לראשונה זכוכית שיודעת לתקן את עצמה ונוצרת באופן ספונטני במגע פשוט עם מים
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.
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
"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
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.
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
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
פיתוח חדש של אוניברסיטת תל אביב יאפשר יצירת "נוזלים חכמים" אשר ישמשו כחיישנים ביולוגיים רגישים
במסגרת מחקר חדש שהתקיים באוניברסיטת תל אביב ופורסם בכתב העת PNAS, בהובלת המאסטרנטית עמית נצר מהמעבדה של ד"ר אילה למפל מבית הספר שמוניס למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג ס' וייז, הוצגה לראשונה האפשרות לייצר נוזל חכם שישמש כחיישן בפני עצמו.
הייחודיות של המחקר, בו השתתתפו גם חוקרים נוספים מהמעבדה, בהם איתי קציר וד"ר אביגיל ברוך לשם, וכן ד"ר מיכל ויטמן מאוניברסיטת בר אילן, נובעת מכך שמצב הצבירה הנוזלי פותח פתח לשימוש בחומרים החכמים במגוון שימושים, שלא היו אפשריים עד היום בחומרים חכמים בעלי אופי מוצק.
צוות החוקרים הסביר כי הייחודיות של הנוזלים החכמים היא שכתוצאה מהתכונות הכימיות שלהם, הנוזלים שומרים על הפרדה אחד מהשני, וכך יוצרים טיפות מובחנות, ששמן קונדנסנטים - טיפות זעירות של חומץ בלסמי צפות בשמן זית. בעזרת עיצוב מדויק של המבנה וההרכב של המולקולות בתוך אותם קונדנסנטים, יכולים החוקרים לקבוע למה להגיב וכיצד להשתנות בהתאם לסביבה.
במחקרים קודמים, ד"ר למפל הדגימה כיצד ליצור את הקונדנסנטים כך שישחררו את המטען שהם מכילים בתגובה לאור - פיתוח שעשוי לשמש בעתיד לשם שחרור מבוקר של תרופות בגוף, כמו גם לשימושים אחרים. במחקר החדש, ד"ר למפל ביקשה לבחון גישה אחרת לשימוש בנוזלים החכמים, כך שישמשו כ"חיישנים אופטיים" – אשר ישנו את הצבע ועוצמת הפלורוצנטיות שלהם בנוכחות ובתגובה לאנזים ספציפי.
לדברי ד"ר למפל, המחקר נערך בהשראת תהליכים שמתרחשים בטבע. "בתוך התאים בגופנו יש מספר רב של אברונים שמשמשים למטרות שונות, למשל כמיני-מפעלים לייצור מולקולות שנדרשות לקיום ותפקוד התא. חלק מאותם אברונים מוקפים בממברנה, אולם אחרים נבדלים מסביבת התא הכללי בתהליך שנקרא הפרדת-פאזות בין נוזלים - שנובע ממספר רב של אינטראקציות חלשות שמתרחשות בין המולקולות שמרכיבות את האברון, וביחד יוצרות את ההפרדה משאר הסביבה ואת היצירה של קונדנסנט עם מיקרו-סביבה ייחודית".
ד"ר למפל הוסיפה: "בתאים, הקונדנסנטים הללו מורכבים בדרך כלל מתערובת של חלבונים וחומצות גרעין - החומר הגנטי של התא. חלבונים שלמים, שבנויים ממאות חומצות אמינו, הם מאתגרים לעבודה במעבדה. לכן אנחנו משתמשים ב'מיני-חלבונים' שבנויים משרשראות קצרות של חומצות אמינו במקום בחלבונים ארוכים. בשל אורכם הקצר, המיני-חלבונים לא מתקפלים ונותרים חסרי מבנה יציב, והגמישות הזו היא שמאפשרת להם לייצר את האינטראקציות עם חומצות הגרעין שיוצרות את הפרדת הפאזות ואת הקונדנסנטים".
ד"ר אילה למפל
במקביל, ובעזרת מחקר שנערך על של רצפי חומצות האמינו הנפוצים בקונדנסנטים קיימים בטבע, ד"ר למפל וחוקרים אחרים בתחום זיהו רצפים הממלאים תפקידי מפתח ביצירה של מגוון קונדנסנטים שונים בתאים בגוף. "הבנה זו מאפשרת לנו להשתמש ברצפים שונים כמו אבני לגו בעיצוב המיני-חלבונים שלנו כדי לשלוט בפונקציות הספציפיות שאנחנו רוצים שיהיו להם", היא מוסיפה.
"רצינו לראות אם נוכל לתכנן קונדנסנטים שישמשו כחיישנים. מלנין, הפיגמנט שקובע את צבע העור שלנו, נוצר בגוף כאשר אנזים מסוים מחמצן חומצת אמינו בשם טירוזין. רמות גבוהות של האנזים מאפיינות מחלות עור שונות, החל מהיפרפיגמנטציה וכלה במלנומה. לכן, החלטנו לתכנן את המיני-חלבון שלנו כך שיכיל טירוזין. כתוצאה מכך, כשהוספנו לנוזל את האנזים, הוא חימצן את המיני-חלבונים ושינה את התכונות האופטיות שלהם - הפך אותם פלורוסנטיים. בצורה זו, הראנו שניתן לייצר נוזל חכם שישמש כחיישן ביולוגי, במקרה זה לנוכחות האנזים".
כעת, ד"ר למפל ועמיתיה עובדים על תכנון קונסנסנטים עם מגוון תכונות אחרות. "אנחנו מנסים לגלות ולהרחיב את השימושים והיכולות של מה ניתן לעשות עם נוזלים חכמים". כך, למשל, מעבר לייצור של חיישנים ביולוגיים רגישים, בעזרת שליטה מדויקת בהפרדת הפאזות ניתן לתכנן נוזלים חכמים שישמשו לייצור יעיל ופשוט של תרופות שהיום, כדי לייצר אותן בקנה מידה תעשייתי, יש צורך בתנאים מורכבים ויקרים.
ד"ר למפל גם חוזה כי בעתיד הקונדנסנטים יוכלו לשמש ככלים להובלת תרופות לתוך הגוף, ואפילו ישמשו כמפעלים זעירים שמפיקים את התרופות בתוכנו.
"אפשר יהיה גם לתכנן אותם כדי שיגיבו לסביבות ספציפיות וכך לשלוט היכן בדיוק בגוף הייצור מתרחש"- ד"ר למפל.
ד"ר למפל מסכמת:
"זהו תחום מחקר חדש לחלוטין. הוא עדיין לא יודע מה הוא ולמה הוא טוב. אבל הוא מתרחב במהירות. אפשר לראות זאת במספר הרב של פטנטים ומאמרים בתחום שמתפרסמים מדי חודש בחודשו".
מחקר
מחקר ישראלי חדש קובע: סביבה ירוקה מסייעת להאריך את חייהם של חולי לב
תמיד תהיתם איך זה שטרזן נראה כל כך צעיר? כנראה שמסתתרת סיבה מדעית מאחורי הלוק הרענן.
במסגרת מחקר ארוך טווח וחסר תקדים מסוגו ובהיקפו, חוקרות מאוניברסיטת תל אביב בחנו לעומק את הקשר שבין סביבה ירוקה, דהיינו סביבה רוויה בצמחייה, לבין שיעור התמותה של חולי לב שעברו ניתוח מעקפים. לאחר הצלבת מידע שהתקבל מאלפי חולים המתגוררים ברחבי מדינת ישראל, לאורך שנים ארוכות, התגלה כי אחוז ההישרדות של חולי לב מנותחי מעקפים שגרים באזורים ירוקים, גבוה משמעותית ביחס לאלו המתגוררים באזורים עירוניים ללא ירוק בעיניים.
המחקר הייחודי נערך על ידי הדוקטורנטית מאיה שדה, בהנחייתן של פרופ' רחלי דנקנר מהחוג לאפידמיולוגיה ורפואה מונעת בבית הספר לבריאות הציבור בפקולטה למדעי הרפואה והבריאות, ופרופ' אלכסנדרה צ'ודנובסקי מביה"ס לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר. כמו כן השתתפו במחקר ניר פולמן, נירית אגאי וארנונה זיו ממכון גרטנר לחקר האפידמיולוגיה במרכז הרפואי שיבא, אילן לוי מהמשרד להגנת הסביבה, ופרופ' מייקל בראואר מאוניברסיטת בריטיש קולומביה בקנדה. המחקר בוצע בתמיכת הקרן לבריאות וסביבה והקרן הישראלית למדע, ופורסם בכתב העת היוקרתי Epidemiology.
לדברי פרופ' דנקנר: "המחקר הנוכחי התבסס על מאגר נתונים שבנינו במכון גרטנר לפני כ-20 שנה עבור מחקר אחר: 3,128 חולי לב שעברו ניתוח מעקפים בשבעה מרכזיים רפואיים בישראל, מחיפה עד באר שבע, בין השנים 2007-2004. באמצעות נתונים ממשרד הפנים מצאנו ש-1,442 (46%) מהם נפטרו מסיבות מגוונות עד שנת 2021. כעת ביקשנו לבחון עד כמה (אם בכלל) קשורה תוחלת החיים של חולי הלב לאחר הניתוח לכמות הצמחייה הירוקה בסביבת מגוריהם."
לצורך המחקר הצליבו החוקרות בין נתוני כתובת המגורים של חולי הלב לבין נתונים מלווייני לאנדסאט של נאס"א המצלמים את כדור הארץ ומסוגלים לאתר את הצבע הירוק ברזולוציה גבוהה מאוד ובטווח של עד 30X30 מטר מכתובת המגורים – מה שמאפשר זיהוי צמחייה גם בתוך אזורים עירוניים.
החוקרות מדדו את נוכחות הצבע הירוק ברדיוס עד 300 מטר סביב כתובתו של כל אחד מהחולים, והצליבו נתון זה אל מול מועדי הפטירה או השרידות של החולים, וזאת לאורך 14 שנה ממועד ביצוע ניתוח המעקפים. בהמשך ביצעו החוקרות ניתוח סטטיסטי מפורט של הנתונים, תוך התאמה למגוון רחב של משתנים: גיל, מין, מוצא אתני, מצב סוציואקונומי, הסיבה לאשפוז (ניתוח אלקטיבי, אלקטיבי למחצה, או חירום) מגורים בפריפריה/מרכז, זיהום אוויר ומרחק מגורים מהים התיכון. מהנתונים עולה שכ-90% ממשתתפי המחקר התגוררו באזורים עירוניים, 80% במישור החוף מהמרכז עד חיפה, 15% באזור ירושלים, ו-5% באזור באר שבע.
"ממצאי המחקר רלוונטיים במיוחד בתקופה הנוכחית בישראל: הם מרמזים כי חשיפה לסביבה ירוקה עשויה להוות גורם מסייע להחלמה מטראומה"
מספרת הדוקטורנטית מאיה שדה: "חילקנו את כתובות המגורים של החולים לשלוש קבוצות, על פי כמות הצמחייה בסביבתן, ומצאנו קשר סטטיסטי מובהק בין סביבה ירוקה לבין ההישרדות של החולים – כלומר כמה שנים הם חיו לאחר הניתוח. התוצאות העלו כי במהלך 12 השנים שלאחר הניתוח, הסיכון לתמותה של מי שחי בסביבה ירוקה מאוד היה נמוך בממוצע ב-7% לעומת מי שחי בסביבה נטולת ירוק. עוד מצאנו כי הקשר המיטיב מובהק יותר בקרב נשים, שהיוו 23% מהמדגם, והיו מבוגרות יותר בעת הניתוח (בנות 69.5 בממוצע) בהשוואה לגברים (63.8 שנים)."
החוקרות מסכמות: "במחקר זה בדקנו שרידות של חולי לב כליליים לאחר ניתוח מעקפים, ומצאנו שמגורים בסביבה ירוקה קשורים להישרדות טובה יותר. אנחנו משערים שיש לכך מגוון סיבות: בסביבה ירוקה אנשים נושמים אוויר נקי יותר ועוסקים יותר בפעילות גופנית, האווירה רגועה, ואיכות החיים טובה יותר. יתכן שממצאי המחקר רלוונטיים במיוחד בתקופה הנוכחית בישראל: הם מרמזים כי חשיפה לסביבה ירוקה עשויה להוות גורם מסייע להחלמה מטראומה."
מחקר
מחקר חדש: השילוב בין ההתחממות הגלובלית לכריתת היערות עלול להוביל להכחדה המונית של מיני בעלי חיים
מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב ואוניברסיטת קולורדו, שפורסם בכתב העת Nature Climate Change, קובע שהשילוב בין ההתחממות הגלובלית ואירועי חום קיצוניים, יחד עם המשך בירוא היערות (או "השמדת יערות"), עלול להוביל לסכנת חיים ממשית עבור מינים רבים של בעלי חיים, בעיקר אלו בעלי יכולת טיפוס במעלה העצים.
במסגרת המחקר, שהובל על ידי הדוקטורנטית עמר זלוטניק מהמעבדה של ד"ר אופיר לוי בבית הספר לזואולוגיה מהפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, בשיתוף ד"ר קית' מוסלמן מאוניברסיטת קולרדו, החוקרים בחרו להתמקד בלטאות, והדגימו כיצד בעקבות תופעת ההתחממות הגלובלית, הלטאות נוהגות לחפש מפלט מהקרקע החמה באמצעות שהייה לפרקי זמן ארוכים על עצים. החדשות הרעות הן שהתערבות אנושית במסגרת עיור, השמדת יערות והתפשטות בלתי מבוקרת של שטחים חקלאיים על חשבון יערות, מובילה לצמצום הדרגתי בהיקף העצים הממוקמים בשטחי המחייה של הלטאות, מה שעלול להביא להכחדתן בסופו של דבר.
ד"ר אופיר לוי והדוקטורנטית עמר זלוטניק
לדברי החוקרים, משבר האקלים ותופעת ההתחממות הגלובלית מאלצים את בעלי חיים לחפש מקומות נוחים לשהות בהם, בניסיון להימלט מאקלים חם בצורה קיצונית. זוהי כמובן תופעה טבעית בה נוקטים גם בני אדם, ואפילו תל-אביבים שנוהגים לחפש פינות מוצלות בחודשי הקיץ באזורים חשופים כדוגמת כיכר הבימה וכיכר דיזינגוף.
וכאן נכנסים העצים לתמונה. באופן טבעי, העצים משמשים במקום מפלט זמין מהאדמה הרותחת עבור בעלי חיים שיודעים לטפס, במיוחד הודות לעובדה שככל שמתרחקים מהקרקע, טמפרטורת האוויר נמוכה יותר והרוח חזקה יותר.
המשמעות פשוטה: ככל שמגמת ההתחממות הגלובלית הולכת ומאיצה, חשיבותם של עצים כמקום מפלט מהקרקע הלוהטת עבור בעלי חיים הולכת וגדלה. החדשות הרעות הן שדווקא בשנים האחרונות, במקומות רבים בעולם צפיפות העצים דווקא צונחת בהדרגה, בעיקר בעקבות תופעות אנושיות כדוגמת ביעור יערות וכריתת עצים לצרכים אנושיים. זהו מצב מסוכן במיוחד, במסגרתו דווקא בשעה שעקב ההתחממות הגלובלית בעלי החיים תלויים הקבה יותר בעצים לצורך הישרדות, תופעת העיור ובירוא היערות מובילה דווקא לצמצום במספר העצים הזמינים.
לדברי הדוקטורנטית עמר זלוטניק: "במסגרת המחקר, ביקשנו לבחון מה תהיה ההשפעה המשולבת של שני התהליכים הללו על בעלי חיים. באופן ספציפי, התמקדנו בלטאות, כיוון שאלו תלויות מאוד בסביבתן כדי לשמור על טמפרטורת גוף תקינה ומחסור במקומות נוחים לשהות בהם יכול להשפיע עליהן דרמטית. במחקר השתמשנו בסימולציית מחשב, שמדמה היכן כדאי ללטאה להיות, בשמש, בצל או על העץ, בכל דקה ודקה, במשך 20 שנים, תחת תנאי האקלים שהיו בעבר ותחת אלו שצפויים להיות בעתיד. באמצעות הסימולציה בחנו כיצד אוכלוסיות של לטאות יושפעו משינויי האקלים כאשר העצים זמינים, וכיצד מצבן ישתנה בעקבות כריתת עצים בבית הגידול שלהן".
חם לי! חרדון מחפש עץ פנוי
מסקנה מעניינת שעלתה מהמחקר היא ששינויי האקלים לבדם, עשויים במקרים מסוימים אף להועיל לאוכלוסיות של לטאות המתגוררות באזורים קרים. זאת מאחר שההתחממות הצפויה תאפשר ללטאות להיות פעילות למשך פרקי זמן ארוכים יותר במהלך היום ולאורך השנה. עם זאת, כאשר שינויי האקלים מתרחשים במקביל לכריתה של עצים, המגמה החיובית צפויה להתהפך, כך שאוכלוסיות רבות של לטאות עלולות למצוא עצמן מול סכנת הישרדות ממשית.
למעשה, באזורים המתאפיינים כבר כיום באקלים חם, מגמת ההתחממות הגלובלית, גם ללא כריתת עצים, צפויה לכשעצמה לסכן את עצם קיומן של הלטאות, וכריתת עצים תחמיר את מצבן עוד יותר.
ד"ר אופיר לוי מסכם: "המחקר שלנו התמקד בלטאות אבל הוא בעצם מדגים בעיה רחבה יותר שרלוונטית לזנים רבים של בעלי חיים. התוצאות שלנו מוכיחות כי לעצים יש חשיבות מכרעת ביכולת של בעלי חיים להתמודד עם שינויי האקלים, ובמקרים רבים הזמינות שלהם יכולה לעשות, עבור בעלי החיים, את ההבדל בין שגשוש וקריסה. המחקר שלנו מוכיח כמה חשוב לשמור על אזורים מיוערים ועל עצים בכלל, במיוחד לאור האקלים המשתנה. כחלק מהמחקר אנחנו מספקים גם כלים מעשיים יותר עבור מקבלי ההחלטות, כמו מהם גובה או צפיפות העצים הנדרשים באזורים שונים. אנחנו מקווים שהמחקר הזה ישמש כדי לבנות תוכניות יעילות יותר לשימור ושיקום של שטחים טבעיים, כדי שנוכל לספק לבעלי החיים את מה שדרוש להם כדי לשרוד".