כשמתמטיקה, היסטוריה וארכיאולוגיה נפגשות: חוקרים מהפקולטה למדעים מדויקים ומהפקולטה למדעי הרוח בדקו באמצעות אלגוריתם שפיתחו 16 כתובות מאתר תל ערד, וגילו כי הן נכתבו לפחות על ידי שש ידיים שונות
מחקרים
RESEARCH
מה מעניין אותך?
מחקר
02.12.2015
מחקר חדש קובע: אין מוח נשי ומוח גברי
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב הצליחו להוכיח, באמצעות סריקות MRI, כי לא ניתן להחיל על מוחות אנושיים את ההגדרות "מוח נשי" או "מוח גברי"
- מדעים מדויקים
- מדעי החיים
- מדעי החברה
- מוח
- מדעים מדויקים
- רפואה ומדעי החיים
- חברה
שני מיני בני אדם ירדו לעולם - "זכר ונקבה ברא אותם", ומשחר ימי האנושות עוסקים שניהם בקשרים ובהבדלים שביניהם. עם התפתחות חקר המוח בעשורים האחרונים עלתה השאלה המסקרנת: האם השוני בין המינים משתקף גם במוחותיהם? ויותר מכך: האם לנשים יש 'מוח נקבי', ולגברים 'מוח זכרי'?
מחקר חדש מאוניברסיטת תל-אביב, המתבסס על סריקות MRIשל מוחות אנושיים, קובע כעת: במציאות לא קיימים שני סוגי מוחות נבדלים. ניתן אמנם לזהות מאפיינים הנפוצים יותר במוחות של נשים ומאפיינים הנפוצים יותר במוחות של גברים, אך מוחו של כל אדם הוא פסיפס ייחודי, המשלב בתוכו את שני סוגי המאפיינים.
את המחקר פורץ הדרך ביצעה פרופ' דפנה יואל מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל-אביב, בשיתוף עם חוקרים מהמחלקה לנוירוביולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס. וייז ומבית הספר למתמטיקה באוניברסיטת תל-אביב, ומדענים ממכון מקס פלנק בלייפציג ומאוניברסיטת ציריך. המאמר התפרסם ב- 30.11.15 בכתב העת היוקרתי PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences).
עד כמה מוח הוא 'נקבי' או 'זכרי'?
"במחקר שלנו ביקשנו לבחון אם קיימים שני סוגי מוחות, נקבי וזכרי, כמו שקיימים שני סוגים נבדלים וברורים של איברי מין," מסבירה פרופ' יואל. "אין ספק שיש הבדלים בין גברים לנשים, ומחקרים אף מצאו הבדלים בין מוחות של נשים למוחות של גברים. אך אין פירוש הדבר שלכל אדם פרטי יש 'מוח נקבי' או 'מוח זכרי' - כפי שיש לה/לו איברי מין נקביים או זכריים."
בשלב הראשון בחנו החוקרים ארבעה מאגרים של סריקותRI M של מוחות אנושיים - בסה"כ למעלה מ- 1,400 מוחות. בכל מאגר הם זיהו מגוון מאפיינים מדידים, כמו למשל גודלם של אזורים מסוימים, או עוצמת הקישורים בין אזורים שונים בהם נרשם השוני הרב ביותר בין נשים לגברים. לכל אחד מהאזורים (או הקשרים) הללו הם קבעו את הגדלים הנפוצים יותר בגברים לעומת נשים (ה'קצה הזכרי'), הגדלים הנפוצים במידה דומה בגברים ובנשים, והגדלים הנפוצים יותר בנשים לעומת גברים (ה'קצה הנקבי').
כעת בחנו החוקרים כל מוח בנפרד, ובדקו: האם קיימים בו אך ורק מאפיינים מן 'הקצה הזכרי' או רק מאפיינים מן 'הקצה הנקבי', או לחלופין שילוב כלשהו של מאפיינים משני הקצוות וממרכז ההתפלגות? המסקנות היו חד משמעיות: רק 0%-8% אחוז מהמוחות שנבדקו הכילו מאפיינים מאחד הקצוות בלבד. כל האחרים הכילו 'פסיפס' אישי וייחודי, ששילב בתוכו מאפיינים מחלקי התפלגות שונים.
"זה היה למעשה החידוש המרכזי במחקר שלנו," מסבירה פרופ' יואל. "עד היום דיווחו לא מעט מחקרים על הבדלים בין נשים לגברים בכל הנוגע לאזורים או קשרים ספציפיים במוח. המחקר שלנו הוא הראשון שעבר מרמת אזורים בודדים אל המוח כמכלול, ושאל האם אפשר לומר שמוחות הם או נשיים או גבריים."
בחלקו השני של המחקר בחנו החוקרים נתונים פסיכולוגיים (כגון תכונות אישיות, עמדות, מאפייני התנהגות) של יותר מ 5,500 בני אדם מ-3 מאגרים שונים. גם כאן, כמו בסריקות ה-MRI, הם מצאו הבדלים בין נשים לגברים בחלק מהמשתנים, אך לא מצאו כמעט אף אדם שהיו לו רק מאפיינים מהקצה הנקבי (כלומר, רק תכונות נשיות) או רק מאפיינים מהקצה הזכרי (כלומר, רק תכונות גבריות).
"לכל אדם, זכר או נקבה, יש אוסף ייחודי של תכונות גבריות ונשיות, וכך זה גם במוח," מסכמת ד"ר יואל. "עד היום הסתפקו המדענים בקביעה שקיימים הבדלים סטטיסטיים בין שני המינים. אנחנו הראינו, שהעובדה שיש הבדלים סטטיסטיים בין הקבוצות, אין פירושה שקיימים שני סוגים נבדלים של מוחות. במילים אחרות: יש מאפיינים שנפוצים יותר בגברים ויש מאפיינים שנפוצים יותר בנשים, אך, בניגוד להבדלים בין איברי המין, אין דבר כזה 'מוח נקבי' ו'מוח זכרי'".
.
מחקר
10.05.2015
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב ומהרווארד גילו כי ביקום הקדום היו הרבה יותר מים
החוקרים הופתעו לגלות כי ענני הגז הקדומים, שמהם נוצרו הכוכבים והגלקסיות ביקום, הכילו כמות משמעותית של מים
- מדעים מדויקים
- מדעים מדויקים
המפתח לחיפוש אחר חיים אחרים ביקום הוא, בראש ובראשונה - מים. ללא מים אין חיים, ובמקום שיש בו מים, יש סיכוי למצוא חיים. כעת גילה צוות חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב ומאוניברסיטת הרווארד כי ביקום הקדום היו הרבה יותר מים משסברו המדענים עד היום. המשמעות: סיכוי מוגבר להימצאותם של מים - ומכאן גם חיים - בכוכבי לכת במרחבי היקום.
"כל הגלקסיות, הכוכבים וכוכבי הלכת המוכרים לנו היום נולדו מתוך ענני גז גדולים, שנוצרו במפץ הגדול, לפני 13.7 מיליארד שנים," מסביר שמואל ביאלי, שהוביל את המחקר במסגרת עבודת הדוקטורט שלו בבית הספר לפיסיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל-אביב, תחת הנחייתו של פרופ' עמיאל שטרנברג. "עד היום מקובל היה לחשוב שהתנאים באותם עננים קדמוניים מנעו היווצרות של מים בכמויות משמעותיות. במחקר שלנו גילינו, להפתעתנו, שכמות אדי המים בענני הגז הייתה גדולה בהרבה משסברנו."
המחקר בוצע בשיתוף עם פרופ' אבי לייב, ראש המחלקה לאסטרונומיה באוניברסיטת הרווארד, במסגרת התכנית לאסטרונומיה אוניברסיטת תל-אביב - אוניברסיטת הרווארד על שם ריימונד ובברלי סאקלר. המאמר התקבל לפרסום בכתב העת Astrophysical Journal Letters .
ענני גז קדמוניים
"כשהיקום היה צעיר, בן כמיליארד שנה בלבד, הכוכבים שאנו מכירים היום רק החלו להיווצר," אומר ביאלי. "רוב החומר ביקום התרכז בענני גז גדולים, שהורכבו בעיקר מהיסודות הכימיים הקלים ביותר - מימן והליום. הכוכבים, כמו השמש שלנו, וכוכבי הלכת שמסתובבים סביבם, נוצרו בהמשך, כתוצאה מהתכווצות וקריסה של ענני הגזים - בתהליך שארך מיליארדי שנים, ונמשך גם היום."
עד היום מקובל היה לחשוב שאותם ענני גז הראשוניים הכילו מעט מאוד מולקולות של מים (H2O), וזאת משתי סיבות עיקריות: "ראשית, החמצן הדרוש ליצירת מים היה נדיר מאוד בראשית היקום," מסביר ביאלי. "שנית, מולקולות שבכל זאת נוצרו בעננים היו חשופות לקרינה אולטרה-סגולית (UV) - קרינה המפרקת מולקולות – בעוצמה גדולה מאוד. בענני גז הקיימים היום בגלקסיה שלנו, המולקולות מוגנות על ידי כמות גדולה של אבק, שסופג את הקרינה. אך האבק הזה התהווה רק במהלך העידנים, כתוצר של תהליכי יצירה ופיצוץ של כוכבים. ענני הגז הקדומים היו נקיים כמעט לחלוטין מאבק, ולכן הקרינה שחדרה אליהם הייתה חזקה והרסנית הרבה יותר."
שכיחות גבוהה פי 100
כדי לבדוק כמה מים היו באמת בענני הגז הקדומים, ביצעו חברי הקבוצה מחקר תיאורטי: הם פתרו משוואות כימיות המבטאות את קצב היצירה וההריסה של מולקולות המים בתנאים ששררו בענן. "בחרנו לבסס את החישוב על סביבה (תיאורטית) שבה כמות החמצן קטנה פי אלף מזו שאנו מוצאים היום בענני גז בגלקסיה שלנו," אומר ביאלי. "לכן ציפינו למצוא כמות זניחה של מולקולות מים - קטנה פי אלף מזו שבעננים העכשוויים. אך התוצאות היו מפתיעות: על פי החישובים שלנו, שכיחות אדי המים בעננים הקדמונים הייתה גבוהה פי 100 מששיערנו – ודומה מאוד לשכיחותם בענני הגז כיום. אם כי חשוב מאוד לציין שבעידן הנוכחי, העננים מכילים, בנוסף לאדי המים, גם כמות גדולה של קרח - כלומר מים במצב צבירה מוצק."
מה ההסבר לכך? מדוע בכל זאת, על אף התנאים הקשים, נוצרה בענני הגזים הקדומים כמות גדולה יחסית של מולקולות מים? לדברי ביאלי, התשובה טמונה בטמפרטורה: "מחקרים קודמים, של פרופ' אבי לייב ואחרים, הראו כי בעננים של ראשית היקום שררה טמפרטורה גבוהה יחסית, הדומה לטמפרטורת החדר - כ-30 מעלות צלסיוס. לעומת זאת, הטמפרטורה בענני הגזים היום נמוכה מאוד - מתחת ל-200- מעלות צלסיוס. ההתקררות נגרמת על ידי יסודות כמו פחמן וחמצן - תוצרים של כוכבים וכוכבי לכת, שהיו נדירים ביקום הקדום, אך מצויים בשפע בענני הגז של היום." בעקבות הממצאים סבורים החוקרים כי הטמפרטורה הגבוהה האיצה את תהליך יצירתן של מולקולות המים בענני הגז הקדומים - במידה שהצליחה לפצות ואף להתגבר על פגיעת הקרינה ומיעוט החמצן.
"ענני הגז הקדמונים היו חומר הגלם שממנו נוצרו כל הכוכבים וכוכבי הלכת הקיימים היום," מסכם ביאלי. "לכן ניתן להניח שהמים שהכילו העננים מצאו את דרכם לכוכבי לכת, בגלקסיה שלנו ובגלקסיות אחרות. ייתכן בהחלט כי התנאים להיווצרות חיים היו קיימים כבר בשלב מוקדם מאוד בתולדות היקום, ויותר מכך: ככל שכמות המים גדולה יותר - כך גדל הסיכוי למצוא חיים במקומות אחרים ביקום."
מחקר
26.03.2015
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב וממכון ויצמן פיצחו את החידה המדעית הסבוכה: מהו אורך
שיטת החישוב החדשה שפיתחו המדענים מוסיפה נדבך חשוב לחקר ההתפתחות של מערכת השמש ומערכות אחרות במרחבי הגלקסיה
- מדעים מדויקים
- מדעים מדויקים
מהו אורכה של היממה על כוכב הלכת שבתאי? לכאורה מדובר בשאלה בסיסית בחקר החלל: עבור מרבית כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו, אורך היממה הוא נתון פיזיקלי ברור וחד משמעי, המוכר היטב למדע המודרני. אך מסתבר שבשבתאי המצב שונה. אפילו היום, בשנת 2015, אין בידי המדענים מידע ודאי וסופי בנוגע לזמן הסיבוב העצמי – שהוא אורך היממה – של כוכב לכת זה. כעת פיתח צוות של מדענים צעירים מאוניברסיטת תל-אביב וממכון וייצמן שיטת חישוב חדשה, העשויה להניב סוף סוף פתרון מדויק לחידה זו, ואף להוות מפתח לתעלומות נוספות במערכת השמש שלנו וברחבי הגלקסיה.
המחקר בוצע על ידי ד"ר רוית חלד, חוקרת מדעים פלנטריים בחוג למדעי כדור הארץ של אוניברסיטת תל-אביב, בשיתוף עם ד"ר אלי גלנטי וד"ר יוחאי כספי ממכון ויצמן למדע, והתפרסם בכתב העת Nature.
ענק גזים מכוסה עננים
"שבתאי הוא כוכב לכת מסוג ענק גזים - פלנטה העשויה כולה מגזים, בעיקר מימן והליום," מסבירה מובילת המחקר ד"ר חלד, המעורבת במשימות חלל של נאס"א ושל סוכנות החלל האירופית - בהן חלליות המחקר 'קאסיני' הסובבת במסלול סביב שבתאי, 'ג'ונו' שתגיע לכוכב הלכת צדק בשנת 2016, ו-JUICE שתחקור את צדק וירחיו בעשור הבא. "מכיוון ששבתאי עשוי גזים, אין לו פני שטח יציבים, ולכן לא ניתן לקבוע את זמן הסיבוב שלו בשיטה המקובלת עבור כוכבי לכת מוצקים: בחירת סימן מזהה על פני השטח, ומדידת הזמן החולף עד שהוא נצפה שנית. בנוסף, ענקי הגזים מכוסים תמיד בשכבת עננים, המקשה עוד יותר את מלאכת המדידה."
לנוכח הקושי ניסו מדענים במהלך השנים להעריך את אורך היממה על שבתאי בשיטות שונות, שהתבססו על מגוון תופעות הניתנות לצפייה ולמדידה - כמו השדה המגנטי, קרינת גלי רדיו, עננים ורוחות. אך תוצאותיהם של מחקרים אלה לא היו אחידות. הפערים בין ההערכות השונות הגיעו עד ל-15 דקות - פרק זמן משמעותי במונחים של חקר מערכת השמש, והוויכוח המדעי נמשך.
הוויכוח המדעי התחדש
"ב-1977 שיגרה נאס"א את החללית וויאג'ר 2, שהביאה לנו מידע רב ערך על ארבעת כוכבי הלכת החיצוניים של מערכת השמש שלנו – שבתאי, צדק, אוראנוס ונפטון," מספרת ד"ר חלד. "על פי תצפיות וויאג'ר 2 נקבע כי זמן הסיבוב של שבתאי הוא 10 שעות, 39 דקות ו-22 שניות, ונתון זה נחשב לאמין במשך כ-30 שנה. כך היה עד שמדידות מהחללית קאסיני, שנכנסה למסלול סביב שבתאי ב-2004, הראו כי שיטת המדידה ששימשה את וויאג'ר 2 לא שיקפה למעשה את זמן הסיבוב של כוכב הלכת. חידת אורך היממה של שבתאי נפתחה מחדש."
ד"ר חלד ועמיתיה בחרו לתקוף את השאלה באמצעות שיטת חישוב המכונה 'אופטימיזציה סטטיסטית', שבעזרתה העריכו את מהירות הסיבוב של כוכב הלכת על ידי קישור לשדה הגרביטציה שלו, דחיסות החומר וצורתו הפחוסה. בדרך זו הם חישבו זמן סיבוב המתאים באופן מיטבי למידע הקיים: 10 שעות, 32 דקות ו-45 שניות. כדי לבחון את אמינות שיטתם, חישבו החוקרים באמצעותה גם את זמן הסיבוב של צדק, המוכר היטב למדע - והגיעו לתוצאה הנכונה.
"לממצאים שלנו יש משמעות נרחבת, הרבה מעבר למציאת פתרון לחידה מעניינת", מסבירה ד"ר חלד. "ראשית, זמן הסיבוב משפיע מאוד על הרוחות ועל מזג האוויר השורר בכוכב הלכת שבתאי. ואולי חשוב מכך: במחקר קודם מצאנו כי להפרש של 7 דקות בזמן הסיבוב יש השלכות מרחיקות לכת על חקר המבנה הפנימי של כוכב הלכת. מהמבנה הפנימי ניתן להסיק מסקנות חשובות על אופן היווצרותו של שבתאי בפרט, וענקי גזים בכלל, ועל התנאים ששררו סביבו בעת שנוצר, בערפילית היצירה של מערכת השמש. המידע הזה, בתורו, מוסיף נדבך חשוב לחקר ההתפתחות של מערכת השמש שלנו ומערכות אחרות במרחבי הגלקסיה."
במחקריהם הבאים יבקשו ד"ר חלד ושותפיה ליישם את הגישה החדשנית שפיתחו על ענקי גזים נוספים במערכת השמש – בעיקר אורנוס ונפטון, ואף להיעזר בה בחקר כוכבי לכת של שמשות אחרות.
מחקר
22.03.2015
חוקרים מצאו את שומן בעלי החיים הקדום ביותר שהתגלה עד כה על כלי צור בני חצי
התגלית מציגה לראשונה עדויות ישירות וחד-משמעיות לגבי השימוש בכלי צור לחיתוך בשר שגילם לפחות חצי מיליון שנים
- מדעים מדויקים
- מדעים מדויקים
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב מצאו שרידי שומן של בעלי חיים על כלי צור בני כחצי מיליון שנה - העדות הישירה הקדומה ביותר בעולם לשימוש בכלי צור קדומים לביתור בעלי חיים. שרידי השומן נמצאו על שני כלים באתר מחצבת רבדים, ומהווים עדות חד משמעית ראשונה לכך שתפקידם העיקרי של כלי הצור הללו היה חיתוך בשר.
לתגלית אחראים נטשה סולודנקו, תלמידת מחקר לתואר שלישי בחוג לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל-אביב, ופרופ' רן ברקאי, ראש החוג לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל-אביב. החוקרים הישראלים שיתפו פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת רומא שבאיטליה: פרופ' כריסטינה למוריני, פרופ' סטלה סזרו ותלמיד הדוקטורט אנדראה זופנציץ. התגלית התפרסמה השבוע בכתב העת PLoS One.
האתר מחצבת רבדים נמצא מזרחית לצומת ראם. האתר נחשף בשנת 1996, במהלך הרחבת מחצבת רבדים. מאז נערכו במקום חפירות על ידי רשות העתיקות, במהלכן התגלה אתר גדול ועשיר בכלי צור ובעצמות בעלי חיים מהתקופה הפליאוליתית התחתונה - כלומר לפני כחצי מיליון שנה. את האתר אכלס ככל הנראה ההומו ארקטוס, מין קדום של אדם אפריקאי במקורו, שחי גם באזור שלנו. ההומו ארקטוס הוא האב הקדמון של בני האדם המודרניים ושל בני האדם הנאנדרתליים.
האבות הקדמונים שלנו
"האתר הזה מייצג שלב מאוד משמעותי בהיסטוריה של המין האנושי - התרבות האשלית", מסביר פרופ' ברקאי. "זוהי תרבות ארכיאולוגית שהתקיימה במשך כשני מיליון שנה, בכל יבשות העולם העתיק, ועברה מן העולם בסך הכל לפני כמאתיים אלף שנה. אלה האבות הקדמונים הישירים שלנו, בני האדם המודרניים. בתקופה הזאת התעצבו לא מעט מההתנהגויות ומהמאפיינים שלנו, כגון הגידול בנפח המוח, השימוש בכלים ואכילת הבשר".
התרבות האשלית ייצרה כלי צור ייחודיים המכונים אבני יד, אשר יוצרו שוב ושוב, במשך כשני מיליון שנה, בכל רחבי העולם. לגבי שימושם של כלים אלה קיים ויכוח מתמשך, שכן אלו כלים מרשימים, סימטריים ואסתטיים מאוד יחסית לכלי עבודה. חלקם הגדול אפילו יוצר לפי פרופורציות "יחס הזהב".
כלים מושקעים לחיתוך בשר
"אלה כלים אניגמטיים מאוד", אומר פרופ' ברקאי. "ברור שהשקיעו בהם מאמץ עודף, עכשיו השאלה היא למה. הדעות לגבי השימוש בכלים האלה חלוקות באופן מעורר השתאות. יש חוקרים, למשל, שסבורים שהכלים שימשו כאינדיקציה לברירה זוויגית, כחלק מעיקרון ההכבדה באבולוציה: ההומו ארקטוס השקיע את מרצו בהכנת הכלים כדי להוכיח לנקבות שיש לו גנים טובים. אנחנו לא פוסלים הצעות כאלה ואחרות, אבל עכשיו יש בידינו הוכחה חד-משמעית לכך שהכלים שימשו, בראש ובראשונה, לחיתוך ולביתור בעלי חיים".
באתרים האשליים ארכיאולוגים מוצאים בדרך כלל כלי צור לצד עצמות בעלי חיים מבותרות ומנופצות - לכן נראה שהאשם העיקרי הם כלי הצור, אבל עד כה לא היתה כל עדות ישירה לשימוש בכלי הצור לחיתוך בעלי חיים. הממצאים של פרופ' ברקאי וצוותו מאתר רבדים הם העדות הישירה הראשונה בעולם לאופן השימוש בכלי הצור הללו בביתור בעלי חיים.
שומן של פיל
"רבדים הוא אתר גדול במצב שימור יוצא דופן", אומר פרופ' ברקאי. "אנחנו מעריכים שחלקים מהאתר התכסו באדמה זמן קצר לאחר שבני האדם הקדומים עזבו את המקום. כך, למשל, מצאנו באתר צלע של פיל, ועליה סימני חיתוך של כלי צור, שזה ממצא נדיר למדי - למצוא חיתוך שהתבצע לפני חצי מיליון שנה, במיוחד על עצמות של פילים. אבל התגלית הגדולה באמת היתה שני כלים שמצאנו סמוך לצלע הפיל המבותרת, שני כלים טיפוסיים מתוך המון כלים באתר הזה ובאתרים אשליים בכלל - אבן יד דו-פנית ומקרצף".
על שני כלי הצור מצאו פרופ' ברקאי וצוותו סימני שימוש - עניין נדיר על כלים בני חצי מיליון שנה. סדרה של בדיקות מיקרוסקופיות איששה שהקצה הפעיל של הכלים נשרט בעקבות העבודה, ואילו במכשיר ספקטרוסקופיית "פורייה" (FTIR) נמצאו על הכלים שיירים אורגניים של ממש.
"בעבר נמצאו שיירים אורגניים, אבל לא שיירי שומן. זה השומן העתיק ביותר בעולם", אומר פרופ' ברקאי, "והוא מהווה עדות ברורה לכך שהכלים האלה שימשו קודם כל לניצול בעלי חיים - מה שמחזק את הטענה שלנו שאלה היו כלים מרכזיים בחיי ההומו ארקטוס, ומחליש את הטענה הנגדית לפיה מדובר בתרבות שקפאה על שמריה והמשיכה בייצור אוטומטי של כלים. ההומו ארקטוס ייצרו את הכלים האלה במשך כל כך הרבה זמן פשוט כי הם היו שימושיים להם - וכאן אנחנו מראים למה.
מדובר בתגלית פורצת דרך, המציגה לראשונה בהיסטוריה של המחקר עדויות ישירות וחד-משמעיות לגבי השימוש בכלי צור שגילם לפחות חצי מיליון שנים. מבחינה מחקרית מדובר בסגירת מעגל: סוף סוף הוכח הקשר בין העצמות לכלים. האשלים, אגב, ייצרו העתקים של כלי הצור שלהם גם מעצמות של פילים. והנה, גם באתר ברבדים יש העתק של כלי צור שיוצר מעצם של פיל – ואנחנו יכולים רק להניח שמדובר באותו פיל ובאותה עצם שבותרו באמצעות אבן יד מאבן".
מחקר
16.11.2014
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב גילו את הסוד ליציבותם של קווזי גבישים
החוקרים פיתחו שיטה חדשה שבעזרתה ניתן לתכנן את המולקולות ולשלוט בהיווצרותם של גבישים רכים, מחזוריים או קווזי מחזוריים, בעלי מגוון מבנים ורמות סימטריה שונות
- מדעים מדויקים
- מדעים מדויקים
בשנת 1982 גילה המדען הישראלי דן שכטמן תופעה שנחשבה עד אז לבלתי אפשרית מבחינה מדעית: גבישים שאינם מחזוריים. עד לאותה עת סברו מדענים שהאטומים המרכיבים את הגבישים מסודרים תמיד באופן מחזורי, בדומה למשבצות הריבועיות על לוח השחמט או לתאים המשושים בחלת הדבש. הגילוי המהפכני של פרופ' שכטמן הוכיח שאין זה בהכרח כך ו-30 שנה אחר כך זיכה אותו הגילוי בפרס נובל בכימיה.
מרבית הגבישים מהסוג ששכטמן גילה, המכונים גבישים קווזי מחזוריים (או קווזי גבישים), הם סגסוגות מתכתיות מוצקות. לאחרונה התגלו קווזי גבישים מחומרים רכים המורכבים ממולקולות גדולות מאוד וגמישות – כאלה שניתן יחסית בקלות לשנות את הגודל ואת הצורה שלהן. בשל כך, התעוררה השאלה האם ניתן לתכנן את המולקולות הללו ולקבל איזה גביש שרוצים.
במאמר חדש המתפרסם בכתב העת ,Physical Review Letters הדגים צוות חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב, בראשות פרופ' רון ליפשיץ מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, בשיתוף עם מיכאל אנגל מאוניברסיטת מישיגן שבארה"ב, כיצד ניתן לעשות זאת. החוקרים פיתחו שיטה חדשה שבעזרתה ניתן לתכנן ולשלוט בהיווצרותם של גבישים רכים, מחזוריים או לא-מחזוריים, בעלי מגוון מבנים ורמות סימטריה שונות. בעתיד עשויה השיטה להוביל לפיתוחים חדשניים, ביניהם חומרים עם תכונות אופטיות מתקדמות.
גבישים לפי הזמנה
"אנחנו עוסקים בחומרים רכים המורכבים ממולקולות גדולות וגמישות, כמו כדורי ספוג עם שערות ארוכות", מסביר פרופ' ליפשיץ. "שאלנו את עצמנו האם על ידי תכנון פשוט של גודל 'הכדור' ואורך 'השערות' נוכל לגרום למולקולות להסתדר כרצוננו בשעה שהן מתגבשות".
יחד עם תלמיד המחקר קובי ברקן ופרופ' חיים דימנט מבית הספר לכימיה, בנו החוקרים מודל מתמטי עבור תהליך ההתגבשות של חומרים רכים אלו, ופענחו את סוד יציבותם של הגבישים הנוצרים – הן המחזוריים והן אלה שאינם מחזוריים. על סמך התיאוריה המתמטית הזו, תכננו החוקרים מולקולות בצורות שונות ונתנו למחשב לבצע סימולציה של תהליך ההתגבשות כדי לראות איזה גביש יתקבל. "שמחנו לגלות שתמיד קיבלנו את הגביש שרצינו", אומר קובי ברקן. "אנחנו יודעים לתכנן גבישים מחזוריים בעלי סימטריה כפולת-ארבע וכפולת-שש, וכן קווזי גבישים בעלי סימטריה כפולת-עשר וכפולת-שתים-עשרה".
החוקרים צופים כי בעתיד ניתן יהיה להיעזר בשיטה שלהם כדי לייצר גבישים רכים בעלי תכונות חדשניות, ממש "לפי הזמנה".
לייצר חומרי על
"גבישים מחומרים רכים, המורכבים ממולקולות גדולות, מתאימים במיוחד לייצורם של חומרי-על או מטה-חומרים (metamaterials) - חומרים מהונדסים בעלי תכונות ייחודיות שאינם מצויים בטבע בצורתם זו", מסכם פרופ' ליפשיץ. "בשל גודל המולקולות, התואם את אורך הגל של האור הנראה, יש פוטנציאל לפיתוח חומרים בעלי תכונות אופטיות מתקדמות. בדרך כלל יש צורך לייצר את החומרים הללו באופן מלאכותי באמצעים מתקדמים ויקרים של ננו-טכנולוגיה. הגבישים שלנו גדלים מעצמם, אבל זה נראה כאילו שאנחנו מנחים את המולקולות כיצד להסתדר".
מחקר
26.10.2014
מחקר חדש באוניברסיטת תל-אביב חושף את תהליך היצמדות הנוקלאונים בגרעיני האטומים
לתוצאות הניסוי, שנערך במאיץ החלקיקים ע"ש ג'פרסון שבארה"ב, השפעות מרחיקות לכת על הבנתם של גרעיני אטומים כבדים
- מדעים מדויקים
- מדעים מדויקים
ניסוי חדש שנערך במאיץ החלקיקים ע"ש תומס ג'פרסון שבארצות הברית הראה שפרוטונים וניטרונים נעים מהר יותר כאשר הם נצמדים לזוג מאשר לחוד. הניסוי הינו תוצאה של שיתוף פעולה בין 140 מדענים מרחבי העולם בהובלתם של חוקרי פיזיקה גרעינית מאוניברסיטת תל-אביב תוצאות הניסוי פורסמו בכתב העת היוקרתי Science.
הגרעין האטומי מורכב מפרוטונים (חלקיקים בעלי מטען חשמלי חיובי הנמצאים בגרעין של כל אטום) וניטרונים (חלקיקים בעלי מטען חשמלי שלילי הנמצאים בגרעין של כל אטום), הנקראים יחדיו נוקלאונים. ללימוד יחסי הגומלין שבין הפרוטונים לניטרונים בגרעין השלכות מרחיקות לכת על הבנת תהליכים כגון היווצרות כוכבי ניטרונים והגלקסיות שביקום, ייצור של איזוטופים רדיואקטיביים ומערכות דימות של תהודה מגנטית גרעינית.
טובים השניים מן האחד
"פרוטונים וניטרונים שמתחברים יחד לצמדים נעים במהירות גבוהה יותר מפרוטונים וניטרונים שנעים לבד", מסביר אור חן, דוקטורנט בבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל-אביב ומחברו הראשי של המאמר. "אנחנו הוכחנו שזוהי תופעה אוניברסלית, שמתקיימת בכל גרעיני האטומים, כולל אלו של אטומים כבדים, בהם יש יותר ניטרונים מפרוטונים".
כדי לבדוק את השערתם, החוקרים הפציצו גרעינים אטומיים באלומת אלקטרונים עם אנרגיה של 5 מיליארד אלקטרון וולט. גלאים מיוחדים גילו את הפרוטונים והניטרונים שנפלטו מהגרעין המפורק, והראו כי בכל רגע נתון כ-20% מהנוקלאונים בגרעין מתקרבים אחד לשני ויוצרים זוג בעל משיכה הדדית המגבירה את מהירות שניהם.
"בן לוקח בת"
תוצאה מפתיעה עוד יותר היתה העדפתם של הנוקלאונים: בכל הגרעינים שנמדדו הנוקלאונים העדיפו להתחבר לנוקלאונים שונים מהם (פרוטונים מעדיפים ניטרונים על פני פרוטונים, ולהפך). "באנלוגיה של מסיבת ריקודים, הבנים מעדיפים לרקוד בעיקר עם הבנות", מסביר פרופ' אלי פיסצקי, ראש הקבוצה לפיזיקה גרעינית באוניברסיטת תל-אביב ושותף למאמר.
"הזוגיות הזו של הנוקלאונים השונים שולטת גם בהתנהגותם של גרעינים כבדים כמו עופרת", מציין ד"ר דאג היגינבוטם, חוקר ממעבדת ג'פרסון ושותף למאמר. "זה משנה את ההבנה של כוכבי ניטרונים ומערכות גרעיניות אחרות בגלקסיה שלנו", מוסיף פיסצקי.
העובדה שזוגות בגרעין הן בעיקר זוגות של פרוטון-ניטרון מעידה על כך שיש מספר זהה של פרוטונים וניטרונים שנעים במהירות גבוהה בגרעין. במקרה של גרעינים כבדים, בהם יש יותר ניטרונים מפרוטונים, דווקא לפרוטונים יש הסתברות גבוהה יותר לנוע מהר. אפקט זה גורם לכך שלמיעוט הפרוטוני יכולה להיות מהירות ממוצעת גבוהה יותר מזו של הרוב הנירטוני. התנהגות זו הפוכה למערכות ללא אינטראקציה קצרת טווח בין החלקיקים.
כעת מקווה הצוות הישראלי להשתמש בתוצאות החדשות כדי להבין את יחסי הגומלין גם במערכות שונות כמו קוורקים בתוך הנוקלאון, כוכבי ניטרונים וגזים אטומים קרים. לצורך כך, קבוצת הגרעין באוניברסיטת תל-אביב משתפת פעולה עם ד"ר יואב שגיא מהטכניון, המקים בימים אלה מעבדת אטומים קרים שתאפשר, בין היתר, לדמות את האסימטריה הגדולה של כוכבי ניטרונים במערוכת אטומים קרים.
מחקר
08.09.2014
האבולוציה הסודית של החלבונים נחשפת
חוקרים הצליחו לשרטט את רשת הקשרים בין החלבונים השונים וגילו את את האבולוציה החשאית שלהם
- מדעים מדויקים
- מדעים מדויקים
חלבונים הם מרכיב חשוב מאוד באורגניזמים. הם נמצאים כמעט בכל מקום בעולם. למרות זאת, איננו יודעים דברים רבים עליהם. למשל, עד כמה החלבונים קשורים זה לזה? האם מוצאם מ’"אם קדומה" אחת? אילו גורמים פיזיקו-כימיים משפיעים על האבולוציה של חלבון וכיצד? יצירת תמונה כוללת של היקום החלבוני יכולה לספק תשובות לשאלות אלה ולשאלות דומות. עם זאת, קשה ליצור תמונה כוללת שכזו משום שהיא מורכבת מריבוי של פרטים קטנים.
השוואות בין זוגות של חלבונים
חלבונים בנויים משילובים שונים של מתחמים מבניים (Structural Domains), שמכילים די מידע כדי לבחון את היחסים האבולוציונים ואת הדמיון ביניהם. המדען פרופ' ניר בן-טל מהמחלקה לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית באוניברסיטת תל-אביב, בשיתוף עם ד"ר רחל קולודני וסרגיי נפומניאצ'י מאוניברסיטת חיפה, חקרו יחסי דמיון בתוך סט של 9710 מתחמי חלבונים. לשם כך הם נעזרו בתורת הרשתות, שבמסגרתה ניתן להציג באופן ויזואלי תהליכים ומבנים. הם השוו את המתחמים זה לזה וחיפשו "מוטיבים" משותפים - כלומר מקטעים ארוכים משותפים של חומצות אמינו. למוטיבים רצף חומצות אמינו דומה, כמו גם מבנה דומה, ולכן הם מעידים על קשרים אבולוציונים בין המתחמים.
בעזרת שימוש בספים ברמת דמיון סבירה, התוצאה הוויזואלית היא רשת קשרים מסועפת המחברת נקודות רבות בקווים, כאשר כל נקודה מייצגת מתחם מבני. הרשת כוללת גוש גדול מרכזי וצפוף של קשרים קרובים בין המתחמים ו"איים מבודדים". כך היא מראה את מורכבות מרחב החלבונים הכולל אזורים קשירים ובדידים.
הקשרים הרבים בגוש הגדול מעידים על האפשרויות השונות לשינויים אבולוציוניים. בזכותם ניתן להבין שיש חלבונים שהתקיימו פרק זמן ארוך מספיק כדי לקיים תהליך אבולוציוני שממנו התפתחו בהמשך חלבונים אחרים. בהקשר זה חשוב לציין שבעוד המתחמים נחשבים ליחידות מבנה עצמאיות, קרוב לוודאי שהמוטיבים אינם יציבים בזכות עצמם אלא רק כחלק ממתחמים.
מבט מלמעלה על מרחב החלבונים
המחקר הנו הראשון שמשלב דמיון במבנה וברצף בין חלבונים, בהקשר של רשתות, כדי לאפשר מבט על מרחב החלבונים "ממעוף הציפור". הרשת מציעה דרך טבעית לארגן את מרחב החלבונים ולחפש בתוכו. היא עתידה להוביל לתאוריות על האבולוציה של חלבונים, להציע מסלולים אבולוציונים בין מתחמים, לאפשר תכנון מושכל של חלבונים ולהתאימם לצרכים השונים. כמו כן, הרשת תסייע לשימוש בהנדסת חלבונים, שבה נעשה שימוש בתחומים רבים כגון סינתזה של תרופות, אנזימים שמרככים בשר לאכילה, ומוצרי צריכה כמו אבקת כביסה.
בתמונה: רשתות דמיון בין מתחמים מבניים. קשתות מחברות צמתים המייצגים מתחמים דומים כגון השניים שבמרכז, המכילים מוטיב משותף המסומן בתכלת (תודות לורדה וקסלר מיחידת המולטימדיה של הפקולטה למדעי החיים).
מחקר
30.06.2014
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב פיתחו גלאי ננוטכנולוגי המזהה מולקולות של חומרי נפץ
בעתיד הגלאי יוכל לשמש כוחות מבצעיים, ואף להחליף את מערכות האבטחה הקיימות בשדות תעופה, בכניסה לקניונים, בתחנות רכבת ועוד
- מדעים מדויקים
- ננו-טכנולוגיה
- מדעים מדויקים
- ננו-טכנולוגיה
צוות חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב ומחברת Tracense, בראשותו של פרופ' פרננדו פטולסקי מבית הספר לכימיה ע"ש סאקלר באוניברסיטת תל-אביב, פיתח גלאי כימי המסוגל לזהות מולקולות של חומרי נפץ. הפיתוח החדש, שכבר מעורר עניין רב בגורמי ביטחון בארץ ובעולם, מתפרסם בכתב העת היוקרתי Nature Communication.
פרופ' פטולסקי מסביר כי הגלאים הקיימים לזיהוי חומרי נפץ הם יקרים, מגושמים ותהליך הפענוח של ממצאיהם אורך זמן רב ומצריך מומחים אנושיים ומעבדות חיצוניות. "קיים צורך במתקן קטן וזול, שאפשר יהיה לשאתו ביד, ויאפשר זיהוי מהיר, אמין ויעיל של חומרי נפץ", אומר פרופ' פטולסקי.
רגיש יותר מאפם של כלבים
הגלאי שפיתחו פרופ' פטולסקי וצוותו, מורכב משבב שעליו התקן של ננו-סיבים העשויים סיליקון. הסיבים יוצרים התקן חשמלי בעל רגישות גבוהה לסביבתו החשמלית, ואילו הננו-סיבים מצופים בשכבה של 144 קולטנים כימיים. כאשר מולקולה של חומר נפץ באה במגע עם הקולטנים, היא נקשרת אליהם ומגיבה לכל אחד מהם בנפרד ובו-זמנית. הגלאי מנתח מתמטית, ובזמן-אמת, את התגובה המולקולרית של הקולטנים השונים לחומר, וכל זאת במהירות, באמינות וביעילות שאין להן תחרות – אפילו לא מצד הכלבים.
"זה בדיוק מה שקורה באף או בלשון", אומר פרופ' פטולסקי. "הגלאי שלנו הוא בעצם אף מלאכותי למולקולות של חומרי נפץ, כאשר הגלאי שלנו רגיש בערך פי 3000 יותר מאף של כלב. בדרך כלל, ככל שהגלאי רגיש יותר כך הוא פחות סלקטיבי, אבל הקולטנים שלנו סלקטיביים עד לריכוזים של אחד לקוודריליון – רגישות חסרת תקדים. הגלאי הזה מזהה ממרחק גדול מאוד כמויות מזעריות של מולקולות שגלאים אחרים לא יכולים לזהות, כאשר כל הגלאי כולו בגודל לפטופ, וזה רק אב הטיפוס. אנחנו כבר עובדים על בניית מערכת עוד יותר ניידת, שתהיה בגודל אייפון".
שימושים מבצעיים ואזרחיים
הגלאי החדש, המבוסס על גלאי קודם שפיתחו פרופ' פטולסקי וצוותו לפני 3 שנים, מסוגל להבדיל בין מולקולות של חומרי נפץ שונים, וכן לזהות חומרים ללוחמה ביולוגית וכימית. חברת Tracense, שותפתה של אוניברסיטת תל-אביב, השקיעה מיליוני דולרים בפיתוח אב הטיפוס, שכבר נמצא בבדיקה של גורמי ביטחון ישראליים כמו השב"כ.
בעתיד, מסביר פרופ' פטולסקי, הגלאי יוכל לשמש כוחות מבצעיים, ואף להחליף את מערכות האבטחה הקיימות בשדות תעופה, בכניסה לקניונים, בתחנות רכבת וכדומה. "הוא יעבוד אפילו על מזל"טים", אומר פרופ' פטולסקי. "הטווח תלוי בריכוז, כמובן, אבל מעבדה של חומר נפץ מייצרת מספיק מולקולות של T.N.T, כך שמעל כל הבית יש ענן מולקולרי של חומר נפץ. המזל"ט שואב את האוויר מעל הבית והגלאי מגלה את חומר הנפץ".
בנוסף, פרופ' פטולסקי וצוותו מפתחים גלאים גם לשימושים אזרחיים. "זו אותה ליבה טכנולוגית. על בסיס אב הטיפוס הביטחוני אנחנו מפתחים גם גלאים לשימושים אחרים, כמו, למשל, גלאים לחומרים נרקוטיים".
