מחקרים

את המחקר ערך צוות חוקרים מאוניברסיטת תל אביב בהובלת ד"ר רן ברזילי ופרופ' דניאל אופן מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר. צוות המחקר כלל גם את פרופ' אינה סלוצקי ותלמידת המחקר הדר סגל גביש, גם הן מהפקולטה לרפואה, פרופ' אברהם ויצמן מהמרכז לבריאות הנפש גהה ופרופ' אקירה סאווה מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס בבולטימור.

"סכיזופרניה היא מחלה חמורה שמתפרצת בגיל ההתבגרות, כנראה על רקע גנטי ופגיעה סביבתית", מסביר פרופ' אופן, מומחה לגנטיקה מולקולרית של האדם וביוכימיה. "לצערנו, מכלול הגנים שעלולים לעורר את מחלת הסכיזופרניה עדיין לא ברור, אולם ידוע על מספר גנים שמוטציה בהם עשויה להעלות את רמת הסיכון להתפרצות המחלה. אחד מאותם גנים נקראDISC-1 . במחקרנו הנוכחי בדקנו האם השימוש ב-THC, החומר הפעיל בקנאביס, עלול להקדים את התפרצות המחלה או להחמיר אותה".

במחקר נבדקו עכברים צעירים בעלי הגן הפגום  ,DISC-1שידוע שכאשר מתחוללת בו המוטציה - המחלה עלולה להתעורר. העכברים טופלו במשך מספר ימים בחומר הפעיל בקנאביס (THC) ועברו מבחנים התנהגותיים וביוכימיים. במקביל עקבו החוקרים אחר עכברים בריאים שטופלו גם הם בחומר הפעיל THC. 

החוקרים בדקו האם העכברים עם הגן הפגום, שמייצגים את האוכלוסייה בעלת הנטייה הגנטית למחלה, יגיבו אחרת לטיפול ב-THC. הדר סגל גביש, שביצעה את עבודת המחקר כחלק מעבודת הדוקטורט שלה, מסבירה: "בקרב אותם עכברים צעירים עם הגן פגום שנחשפו ל-THC ראינו עלייה משמעותית בסימנים ההתנהגותיים הקשורים לסכיזופרניה, כולל פגיעה בתפקודים מוחיים. ממחקרים אחרים שנעשו בחולים, אנחנו יודעים שגיל ההתבגרות היא התקופה הקריטית להתפרצות המחלה. במחקר החדש מצאנו שבגיל צעיר, השילוב של נטייה גנטית לסכיזופרניה ושימוש ב-THC מחמיר את סימני המחלה".

תוצאות המחקר: נורת אזהרה לשימוש בקנאביס

לדברי ד"ר ברזילי, המשמש גם כפסיכיאטר ילדים ונוער בגהה, המחקר החדש מאשש תצפיות קליניות. "כמי שעובד עם בני נוער, אני רואה הרבה מאוד צעירים בגילאי 25-15 שהמחלה התפרצה אצלם בסמיכות זמנים לשימוש בקנאביס או בקנאביס סינתטי. במחקר הראנו בצורה ברורה שהמחלה לא מתפרצת רק בעקבות נטייה גנטית, אלא להתנהגות שלנו ולנסיבות החיים יש תרומה מכרעת. יש צעירים בעלי פרופיל גנטי מסוים שיכולים לחיות עד 120 בשלום, אבל אם אותם צעירים ייחשפו למריחואנה, לחשיש או ל'נייס גאי', הסיכוי שמחלת הסכיזופרניה תתפרץ אצלם גבוה מאוד. מדובר בנורת אזהרה לגבי השימוש בקנאביס בצורה לא מבוקרת על רקע מגמות הלגליזציה בישראל ובעולם. מבלי להפחית כלל מההיבטים החיוביים של קנאביס – למשל, בטיפול בכאבים כרוניים בקרב מבוגרים – עלינו להיזהר עם חשיפת צעירים בריאים-לכאורה לTHC-".

אמנם המנגנון הביולוגי שזיהו החוקרים יכול לשמש בעתיד למניעת נזקי הקנאביס בקרב בני נוער המועדים גנטית לסכיזופרניה, אך ד"ר ברזילי מעריך שייקח עוד זמן עד שזה יקרה: "אני מציע, כפסיכיאטר, הן לצעירים והן לרשויות, לנקוט במשנה זהירות. צעירים שיש להם עבר משפחתי של מחלות פסיכיאטריות, או צעירים שהגיבו בעבר בצורה קשה וחריגה לסמים, משחקים באש כשהם משתמשים בקנאביס".

כעת, גילו חוקרים מאוניברסיטת תל אביב שעמידות לאינסולין תורמת גם לירידה קוגניטיבית מואצת כעבור 20 שנה. המחקר פורץ הדרך הוא חלק מעבודת הדוקטורט של מירי לוצקי, בהנחייתם של פרופ' אורי גולדבורט ופרופ' דוד טנה מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר באוניברסיטת תל אביב. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת Journal of Alzheimer’s Disease.

פתח לטיפול התנהגותי ותרופתי

"מצאנו שאנשים עם עמידות לאינסולין, עם או בלי סוכרת, נמצאים בסיכון מוגבר לדעיכה קוגניטיבית מואצת כעבור שני עשורים", אומר פרופ' טנה מצוות החוקרים. "הפגיעה הקוגניטיבית היא בעיקר בתחום הזיכרון ובתחום התפקודים הניהוליים. מדובר בממצאים חשובים מאוד, המהווים פתח לאפשרות של טיפול התנהגותי ותרופתי מונע בכדי לשמר את התפקוד הקוגניטיבי ולמנוע התפתחות של דמנציה".

לפריצת הדרך הגיעו החוקרים לאחר שעקבו אחר קבוצה של כ-500 חולים במחלות לב, והעריכו את עמידותם לאינסולין בעזרת מדד שנקרא Homeostasis Model Assessment, או HOMA, שמודד את רמות האינסולין והגלוקוז בדם בזמן צום. בשורה של מבחנים ממוחשבים העריכו החוקרים את רמת התפקודים הקוגניטיביים של החולים, ומצאו שהנבדקים ברבעון העליון במדד HOMA נמצאו בסיכון מוגבר לירידה קוגניטיבית מואצת – 20 שנה אחר כך.

"התוצאות הללו מחזקות את הצורך להעמיק ולחקור את ההשפעה של פעילות גופנית, דיאטה ותרופות שמפחיתות את ההתנגדות לאינסולין על דמנציה", מסביר פרופ' טנה. "במקביל לכך, אנחנו ממשיכים לחקור את המנגנונים הביולוגיים השונים, הווסקולאריים (הקשורים לכלי הדם והלב) והלא-וסקולאריים, שדרכם העמידות לאינסולין פוגעת בקוגניציה".

"אם ברצונך למנוע עמידות לאינסולין ולהגן על המוח שלך לעת זקנה", הוסיף פרופ' טנה, "התעמל, שמור על דיאטה מאוזנת ובריאה והקפד על משקל הגוף שלך. ואם אתה כבר לוקה בטרום-סוכרת – כלומר רמות גלוקוז בדם שלך גבוהות מהרגיל, מבלי שייחשבו עדיין לסוכרת – העצות הללו חשובות לך במיוחד".

חוקרים במחלקה לזואולוגיה של אוניברסיטת תל אביב חשפו את מנגנון ההמראה של כנימת עש הטבק - יצור זעיר, שגודל גופו כמילימטר, והוא מוכר יותר כמזיק הפוגע במגוון גידולים חקלאיים. הם מצאו שהכנימה משגרת את עצמה לאוויר במהירות עצומה, ואחר כך מתייצבת בעוד כנפיה מקופלות, באמצעות התנגדות האוויר של משטחי קצות הכנפיים. הגילוי עשוי לסייע למהנדסי תעופה לפתח בעתיד כלי טיס זעירים בעלי מנגנון המראה ייחודי ויעיל.

החוכמה של הטבע

"בשנים האחרונות גוברת בעולם מגמה של שיתופי פעולה בין ביולוגים למהנדסים, במטרה ללמוד מחוכמתו של הטבע, ולפתח כלים לשירות האדם הנסמכים על מיליוני שנות אבולוציה בעולם החי," מסביר ד"ר גל ריבק, שהוביל את המחקר אודות המראת הכנימות, בסיועו של הסטודנט איל דפני. "במעבדה שלי אנחנו מתמקדים בתחום הביומכניקה של התעופה בבעלי חיים. בין היתר אנו מנסים לברר כיצד משפיע גודל גופו של בעל החיים על האווירודינמיקה שלו, ואיך ניתן לחקות יצורים מעופפים כדי לתכנן כלי טיס טובים יותר. במחקרנו האחרון התבוננו בכנימת עש הטבק, וגילינו מנגנון המראה ייחודי: הכנימה מצליחה להמריא ולייצב את עצמה באוויר - עוד לפני שהוא פורשת כנפיים."

החוקרים צילמו את הכנימות במצלמות וידאו מיוחדות שמצלמות 3000-2000 תמונות בשנייה, ואחר כך צפו בתמונות במהירות איטית פי 50 מהתהליך המקורי - שנמשך פחות מ-12 אלפיות השנייה. "ראינו שבניגוד לרבים מבעלי הכנף שאנו מכירים, הכנימה אינה ממריאה על ידי פרישת ונפנוף הכנפיים." אומר ד"ר ריבק. "ראשית היא דורכת מעין 'קפיץ ביולוגי', ומשגרת את עצמה כלפי מעלה בכוח אדיר ובתאוצה עצומה (פי 34 מתאוצת הכבידה). השיגור מערער את יציבות הכנימה, וגופה מתחילה להתגלגל באוויר, אך היא מצליחה לעצור את תנועת הגלגול באופן כמעט מיידי - כאשר כנפיה עדיין מקופלות וצמודות לגוף."

על קצות הכנפיים

כדי לחשוף את סוד ההמראה וההתייצבות של הכנימה בנו החוקרים מודל ממוחשב של גוף הכנימה והאווירודינמיקה שלה. המודל הראה כי הכנימה נעזרת בהתנגדות האוויר כדי להתייצב, ושהאיבר האחראי להתייצבות הוא קצות הכנפיים. "גילינו שכשהכנפיים מקופלות לצדי הגוף, מחצית משטחן בולט מעבר לאורכו של הגוף, וששטח הכנף הבולט מייצר התנגדות אוויר שעוצרת את תנועת הגלגול," אומר ד"ר ריבק. "למעשה, מנגנון הייצוב הוא אוטומטי: הכנימה אינה צריכה לעשות דבר כדי להפעילו, שכן הוא מובנה מלכתחילה לתוך כנפיה." כדי לאשש את ממצאי המודל, בחנו החוקרים כנימות במעבדה, ומצאו כי אכן, כנימות שקצות כנפיהן קוצצו אינן מצליחות להתייצב באוויר, וממשיכות להתגלגל.

"לממצאים שלנו עשויה להיות משמעות רבה עבור מהנדסי התעופה, השואפים לפתח מעופפים מלאכותיים זעירים למטרות שנות,"  מסכם ד"ר ריבק. "אנו סבורים שעל ידי חיקוי כנימת עש הטבק נוכל לתכנן מנגנוני המראה וייצוב יעילים הרבה יותר מאלה הקיימים היום."

המחקר, שהתפרסם בכתב העת Journal of Experimental Biology , הוצג בכנס מיוחד שנערך בתחילת השבוע בכפר בלום ושעסק בחיבור בין מכניקה לפיזיולוגיה בבעלי חיים מעופפים. הכנס אורגן ביוזמתו של ד"ר גל ריבק מאוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם חוקרים מאוניברסיטת חיפה ומאוניברסיטת בן-גוריון, והשתתפו בו 18 מדענים מובילים (12 ביולוגים ו-6 פיסיקאים ומהנדסי אווירונאוטיקה), ביניהם ארבעה מאוניברסיטת תל אביב, ושבעה מאוניברסיטאות מובילות בעולם - ארה"ב, גרמניה, קנדה והודו.

את המחקר ערכו ד"ר ארז בן יוסף, פרופ' עודד ליפשיץ ותלמיד המחקר מייק מילמן מהחוג לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל אביב, וד"ר רון שער מהאוניברסיטה העברית בירושלים, בשיתוף עם המעבדה המגנטית של Scripps בסאן דייגו, ארה"ב. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת היוקרתי PNAS.

תעלומה שאפילו איינשטיין לא פתר

"השדה המגנטי הוא שמאפשר את קיומם של חיים בכדור הארץ כפי שאנו מכירים אותם," אומר ד"ר ארז בן יוסף. "השדה הזה מגן עלינו מפני הקרינה הקוסמית ומפני רוח השמש, הוא משמש בעלי חיים רבים לניווט והוא משפיע ישירות על תהליכים רבים נוספים בטבע. למרות זאת, השדה המגנטי של כדור הארץ היה ונותר חידה מדעית שרב בה הנסתר על הגלוי. אלברט איינשטיין הגדיר את הבנת מקור השדה כאחת מחמש התעלומות החשובות ביותר בפיזיקה".

"לפי התיאוריה המקובלת, השדה המגנטי נוצר בגלעין החיצוני של כדור הארץ, בעומק של יותר מ-2900 ק״מ ובטמפרטורה של למעלה מ-4000 מעלות. הגלעין מורכב ברובו מברזל נוזלי. התנועה של הברזל, שהוא חומר מוליך חשמלית, מייצרת שדה מגנטי כתוצאה מסיבוב כדור הארץ סביב צירו. מאז אמצע המאה ה-19 נערכות מדידות ישירות של עוצמת השדה – אלא שמדידות אלו מצביעות על היחלשותו."

מה יקרה כשהמצפן יצביע דרומה?

"מאז שהחלו המדידות, כדור הארץ איבד כ-10% מהשדה המגנטי", מסביר ד"ר בן יוסף. "בנוסף, אנחנו יודעים שהיחלשות העוצמה קשורה לתופעה הנדירה של היפוך הקטבים. אם עוצמת השדה המגנטי תמשיך לרדת, והוא יחלש כמעט עד אפס, יכול להתרחש תהליך שנקרא היפוך קטבים. יש חוקרים שרואים את הירידה הנוכחית בעוצמה כראשיתו של היפוך כזה." בתהליך של היפוך הקטבים של השדה המגנטי, מצפנים שמצביעים לכיוון צפון יצביעו לכיוון דרום, והוא עלול לבלבל בעלי חיים, שמסעותיהם מונחים על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ, לפגוע בלוויינים ובקווי החשמל ולגרום לשיבושים שונים בחיים על פני כדור הארץ.

"ההיפוך עצמו מטריד לא מעט אנשים ומזין לא מעט תיאוריות קונספירציה." ממשיך ד"ר בן יוסף, "אמנם רוב המדענים חושבים שלא תהיה קטסטרופה אפילו במקרה של היפוך הקטבים, אבל יש מספר חוקרים שסבורים שלא נצליח להתקיים ללא שדה מגנטי. מן הסתם, כל השאלות הללו מובילות לשאלת עוצמת השדה המגנטי בעבר, לפני שהחלו המדידות".

כדי למדוד את השדה המגנטי הקדום יש להשתמש בחומרים גיאולוגיים או ארכיאולוגיים, ש"הקליטו" את השדה המגנטי הקדום בזמן היווצרותם. חומרים אלו, כמו בזלות למשל, מכילים חלקיקים מגנטיים שהסתדרו בהתאם לשדה המגנטי בזמן שהחומר התקרר. ככלל, ממצאים ארכיאולוגיים כמו חרסים, לבנים, רעפים וכבשנים מאפשרים מקור מדויק יותר מחומרים גיאולוגיים לעוצמת השדה המגנטי ב-10,000 השנים שחלפו מאז שהאדם למד להשתמש באש.

"במחקר הנוכחי נעזרנו במחקר הארכיאולוגי היסודי שנערך על ממלכת יהודה הקדומה", אומר ד"ר בן יוסף. "מהמאה השמינית ועד למאה השנייה לפנה"ס פעלה ביהודה מערכת ביורוקרטית מסודרת, שנהגה להטביע את ידיות קנקני האגירה בחותמות מנהל שונות, כמו החותמת 'למלך'. חותמות אלו מאפשרות לנו להתאים תאריך מדויק לעוצמת השדה שהוקלטה בקנקנים, בדיוק של עד עשרות שנים בודדות, ובכך לשחזר 600 שנים של שדה מגנטי קדום – מסד נתונים חסר תקדים בהיקפו".

השדה המגנטי נחלש והתאושש

את קנקני "למלך" של ממלכת יהודה שלחו החוקרים למעבדה המגנטית של פרופ' ליסה טוקס במכון Scripps בסאן דייגו. התוצאות שהתקבלו מראות שאין סיבה לחשוש מהיחלשות השדה המגנטי בימינו, שכן הוא נחלש הרבה יותר בעבר הקרוב – ו"התאושש" לאחר מכן.

"מהקנקנים אנו למדים שעוצמת השדה המגנטי פחתה ב-20% תוך 30 שנה, כך שהיחלשות השדה המגנטי ב-10% במהלך 180 השנים האחרונות אינה צריכה לעורר דאגה מיוחדת, מסביר ד"ר בן יוסף, " הממצאים החדשים מצביעים על כך שלפני 3,000 שנה עוצמת השדה המגנטי הייתה חזקה פי 2.5 מעוצמתה היום – השדה המגנטי  הוא תנודתי יותר משחשבנו."

חלון הבנה דו-כיווני

בנוסף לתרומת מסד הנתונים החדש להבנת השדה המגנטי של כדור הארץ, החוקרים מקווים שהוא יתרום גם להבנה טובה יותר של הארכיאולוגיה המקומית. "זה חלון הבנה דו-כיווני. אנחנו יכולים לקחת קנקן משנת 630 לפנה"ס, למדוד את תכונותיו המגנטיות, ובכך לשחזר את עוצמת השדה המגנטי הקדום של כדור הארץ – או שאנחנו יכולים לקחת קנקן שאנחנו לא יודעים את גילו, ולהשתמש בשדה המגנטי הקדום כדי לתארך אותו. החזון שלנו הוא לבסס מסד נתונים על השדה המגנטי הקדום שיהווה כלי נוסף לתיארוך ארכיאולוגי באזורנו, בדומה לתיארוך בפחמן 14".

ד"ר שמואלי הוא חבר סגל במחלקה להנדסת תעשייה באוניברסיטת תל אביב, וגב' לוי היא סטודנטית לתואר שני במחלקה. פרופ' אלוביץ הוא חבר סגל במחלקה להנדסת מערכות תוכנה ומידע באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, ומר נשיא הוא סטודנט לתואר שלישי במחלקה.