לראות טיפוס במקום DNA (ב)

זה לא סוד שמאמץ מחקרי אדיר מושקע בשנים אלה בריצוף DNA  של אורגניזמים רבים, בראשם האדם. הכוונה כמובן לחשיפת רצף הבסיסים (A,G,T,C) שלDNA  של יצור כלשהו בכדי ללמוד עליו ולהכיר את הבעיות הקשורות בגדילתו. ישנן כיום פלטפורמות של דור שלישי, מכונות ענק, המיועדות לריצוף מהיר יותר וזול יותר מאי פעם, המפעילות טכניקות מתקדמות ביותר של כימיה אורגנית, פלואורסצנציה (זהירה), עיבוד אנזימתי ועוד. מאות אלפי חוקרים ברחבי העולם ותקציבי מחקר ענקיים של ממשלות וחברות פרטיות מכוונים כולם למציאת רצפים של DNA שיוכלו לכוון אותנו למציאת תרופות חדשות וטיפולים שונים באדם, לשיטות לשמירת טבע או לזיהוי מיני אורגניזמים חדשים וכד'.

מוקד גדול במיוחד של מחקר מתבצע כיום על הDNA  של האדם.

פעילות אדירה של מדענים במאות מעבדות, אנרגיה עצומה של מחקר, מחשבי ענק, מאות פרסומים, עשרות כנסים – בכדי לאכסן את ה Big-Data העצום הזה של רצפי מחשב AGCTGATATA  וכו' במחשבי העולם המערבי המפותח, על מנת לנסות ולהכיר את האדם בעזרת מולקולה אחת – DNA. הנחת העבודה המכוונת מחקרים אלה היא אחת: ה-DNA מכיל מידע ייחודי על האדם המכיל אותו, על מחלותיו ויכולותיו, וחשיפת מידע זה יוביל לפתרון בעיות ומחלות שונות. דוגמא אחת ידועה היא הגן BRCA שנקשר למחלת סרטן השד אצל נשים, שחברת Miryad הוציאה עליו פטנט לפני כעשור, אשר נשלל ממנה רק לאחרונה בקביעה שאין כל המצאה חדשה באבחון גן זה, ולכן לא ניתן להוציא עליו פטנט. בעקבות הבדיקה המונופוליסטית והיקרה שהציעה Miryad החליטה אנג'לינה ג'ולי, שהגן התגלה אצלה ואצל משפחתה, לכרות את שני שדיה בכדי להימנע ממחלת סרטן השד. חבל.

אז זה לא נראה קצת מוגזם, כל העיסוק הזה בDNA?

וככל שמצטברים המחקרים התמונה רק הולכת ומסתבכת. מסתבר שכמה דברים שחשבנו בעבר על DNA  כבר לא ממש ככה. ראשית יש הרבה מאד תהליכים גנטיים שמעורבים בהם חלבונים ואנזימים שתפקידם להפעיל את הגנום ולמרות שגם חלבונים אלה מיוצרים כנראה על ידי תרגום מידע גנומי (המצוי בDNA), לא ברור כיצד, מתי ואיך הכל מסונכרן. כמו כן מסתבר כי תאים שונים בגוף מראים רצפים שונים של DNA. קוראים לזה מוטציות סומאטיות, והן אקראיות לגמרי, בינתיים, כלומר לא ברור אם יש כאן איזשהי הכוונה של הגוף כולו או של האיבר (או של מישהו אחר שאולי מנהל את הכל...).

במחקר המתקדם ביותר בסרטן כיום, מנסים לבצע ריצוף של DNA  של תאים מגידול סרטני, ולתדהמת החוקרים יש שונות גדולה מאד בין התאים. כלומר רצף הבסיסים של הDNA מִתָאים שכנים באותו גידול שונה מתא לתא, וכלל לא ברור למה ומדוע. אם הרצף שונה בתאים, אולי הDNA  הוא לא התשובה לשאלת הגורמים לסרטן? מה שבטוח הוא שיהיה קשה מאד לפענח מידע שימושי מרצפי DNA  שכאלה, שלא מראים כל השתנות מסודרת שיכולה להסביר את הפיכתם לתאי סרטן.

אומר ד"ר ג'ורג' סלדג', נשיא החברה האמריקאית לרפואת הסרטן (ASCO): "...שינויים כמותיים ב DNA  במונחים של מספר מוטציות לכל 1000 בסיסים יהיו חשובים יותר משינויים איכותיים כמו באיזה אנזים הייתה מוטציה...", והוא מסיים את מאמרו ב "כאוס גנומי הוא עובדה נפוצה, ועלינו ללמוד לעסוק בכאוס אם ברצוננו להכות במחלה". האמנם? אם מדובר בכאוס אמיתי, הרי שהעובדות שיחשוף פרויקט הגנום הסרטני לא ממש יעזרו להכות במחלה, אלא רק יכו את הרופאים והחוקרים בהלם של עודף מידע.  

אז אולי כדאי לשנות גישה, ולהתבונן בדברים אחרים, כמו למשל בטיפוסים השונים של האנשים? או בגידולי הסרטן והאנשים שלהם ביחד? או אפילו באנשים, בגידולים ובסביבה המיוחדת שבה הם חיים כתמונה שלמה יותר? אולי התמונה קצת יותר פשוטה מבחינה תקציבית, אבל קצת יותר מורכבת מבחינה אנושית. זה אמנם לא דורש המון מיכשור ומעבדות, אלא יותר התבוננות ורגישות אנושית, יותר מחקר בין תחומי ופחות תחרות מסחרית על מוניטין. לכן זול מאד, וחסכוני.

אז לאן ילכו תקציבי המחקר וצוותי המעבדות הענקיים שהזכרנו?  ומה יעשו כל אלפי החוקרים העובדים בתחום? ולאן תלך תהילת העולם של היזמים המוכשרים שהתחילו את הפרויקטים הענקיים של ריצופי DNA?

שאלה למחשבה.

איזה מין טיפוס זה...

החשיבה הדינמית של גתה: הטיפוס הארכיטיפי של האורגניזם –

האם הוא מפתח להבנה אבולוציונית רחבה יותר?

אתמול נתתי הרצאה קטנה על אחד המחקרים המעניינים יותר של גתה - ההתבוננות הביולוגית שלו. הרעיון שהצבתי הוא כזה:

ניתן לקדם את היכולת להבין את המשמעות של מושגים אבולוציוניים כמו התמיינות, ברירה והתפתחות ע"י שימוש בצורת חשיבה מיוחדת אותה פיתח לראשונה גתה בעקבות תצפיות ומחקר של שנים בצמחים ובבע"ח. גתה הגדיר את המושג "טיפוס" בביולוגיה.

אז מהו הטיפוס של גתה?

התופעות של העולם הפיזי ניתנות לתיאור יחסית פשוט בעזרת ההגיון של סיבה ותוצאה. בפיזיקה, המחקר מתרכז במציאת הגורמים השונים לתופעה מסוימת: כדור פוגע בכדור אחר ומעיף אותו; אור פוגע בחפץ ומחמם אותו; מים מתחממים ומתאדים – בכל אלה ניתן למצוא את הגורמים לתופעה במחקר חושי. התוצאה בפני החושים (התופעה) אינה משתנה עם הזמן מתוך עצמה, אלא תמיד יימצא גורם חיצוני אשר יגרום לה להשתנות – כך בעולם הפיזי.

בעולם הביולוגי של היצורים החיים, התופעות, ע"פ גתה, לא יכולות להיתפס כך. היצור החי פועל בניגוד לחוקי התרמודינמיקה בכך שהוא יוצר סדר בחומר והתפתחות בצורה. יצור חי, יהא זה וורד או נמר, יוצר צורה במרחב שאיננה תוצאה של גורם חיצוני כלשהו, והוא מארגן את החומרים המרכיבים אותו. זוהי תופעה של יצירה, ולכן איננה יכולה להילמד כמו תופעה פיזיקלית רגילה.

גתה: "תופעה פיזיקלית ניתנת לתפיסת החושים והופכת לשלמה בעזרת השכל והמושגים שהוא בונה. תופעה אורגנית כבר מציגה בפנינו את השלמות ועלינו לכן להבין אותה בדרך אחרת".

הצמח משתנה כל הזמן: כל מצב בו הוא נמצא הוא תוצאה של המצב הקודם שלו והמוצא למצב הבא בו יהיה - זרע לנבט, נבט לצמח, צמח לפרח, פרח לפרי, פרי לזרע וכן הלאה. האם אפשר להגיד כי הנבט הוא הצמח? או אולי הזרע הוא הצמח, למרות שהוא נראה כמו אבן קטנה? הצמח הוא הרעיון העומד מאחורי כל הצורות המשתנות הללו. זהו הטיפוס של הצמח הגורם לו להיות כל אחת מהצורות אותן הוא עובר ומשתנה לתוכן.

הטיפוס לכן הוא סוג של רעיון, הגורם היצירתי המצוי מאחורי כל אורגניזם. בכך שאנו מנסים לברוא את האורגניזם בחשיבתנו מחדש אנו מוצאים את הטיפוס.

הטיפוס לא קיים במציאות. ניתן להבין אותו רק כאשר אנחנו בוראים אותו בחשיבה. זו אינה השלמות של תופעה פיזיקלית המתקבלת מהאיחוד בהיגיון של הנקלט בחושים עם המושגים המתאימים בחשיבתנו. החשיבה כאן צריכה להתחבר לרעיון הבורא, לסוג של אידאל של שלמות של צורות מרחביות המופיעות לאורך זמן, אשר ממנו נבראה צורה מסוימת בעולם האורגני. אין כאן מושג הבונה חוק טבע פיזיקלי, אלא טיפוס המהווה רעיון יצירתי אשר למעשה נוצר כל פעם מחדש בזמן שאנחנו חושבים אותו, ובכך מסביר את המציאות החושית בצורה מדעית.

זוהי האפיסטמולוגיה האורגנית של גתה, אשר לא נלקחה לעבודה על ידי דרווין וממשיכיו, ונותרה מאחור ללא שימוש. אך מסתבר כי לאחרונה ישנם כמה אישושים מעניינים מתחומים שונים במחקר הרומזים על אפשרויות שימוש בגישה נשכחת זו.

ממצא מעניין בתחום ה EVO_DEVO שנתגלה בסוף המאה ה-20 הוא ה'הומאו-בוקסס' (HOX) הגנטיים: בחקר הגנום של זבובים ויונקים, מסתבר כי התבנית הגנטית לייצור בעלי החוליות וחסרי החוליות מאב משותף הייתה קיימת מאז הפרה-קמבריום 500 מליון שנה אחורה: התבנית הדו-צדדית, הגפיים, האצבעות, הם כולם רעיונות ישנים בעיבוד חדש. כך, חוט השדרה של החולייתנים דומה מאד לתבנית פרוקי הרגליים, בסימטריה הדו-צדדית ובאיברים המתפתחים מהחוליות עצמן. הגנים היוצרים אותם דומים בשתי הקבוצות ה"מרוחקות" הללו, ומשופעלים בהתאם לתבנית בעל החיים הסופי במהלך התפתחות העובר. אצל החולייתנים השונים אותם גנים יוצרים את החוליות הדומות, אבל חלקם משוכפלים, או מוזזים על הכרומוזומים התואמים, ומופעלים ע"י טריגרים או סוויצ'ים שונים.

כלומר החרקים כמו גם החולייתנים מתוכננים במודולים, יחידות מבנה, ומתפתחים בהתאם להפעלה מודולרית של הגנים הבונים את הסגמנטים שלהם – זוהי התיאוריה שגתה החל לפתח מתוך התבוננות פשוטה יחסית ("אמפריציזם רך") בבעלי חיים, ומהניסיון להגיע לתמונת המקור שלהם, לטיפוסיות שבהם.

כשם שהאבולוציה יוצרת מינים חדשים מתוך מאגר הדגמים הטיפוסיים בהתאם להשתנות הסביבה, כך גם הפרט היחיד מתפתח מתוך תבנית טיפוסית מסוימת לפרט המותאם לסביבה. יש כאן אחידות ההופכת לריבוי, רעיון מרכזי עם אילתורים ושינויים. אם נצליח ללמוד את הרעיון המרכזי, נוכל לבנות מושגים על תצפיות אלה.

למשל:

ריגנר מנסה לאפיין את הציפורים כולם על פי גודלן ועל פי דגמי הנוצות שלהם ומגלה קורלציה מעניינת בין ציפורי השיר הקטנות לדגמים מפוספסים מרובי צבעים, לבין הציפורים הגדולות, הכהות בד"כ בצבע אחיד. הצוואר קטן לעומת ארוך והזנב ארוך לעומת קצר. באמצע עומדים הדורסים עם דגמים ממוצעים, ופספוס אצל חלק מהם. לבחון מין חדש או מין אפשרי, יהיה לנסות לשייך אותו לאחת הקבוצות: אם יש לו זנב ארוך והוא שחור- יתכן שהוא מהגדולים שבציפורי השיר – עורב.

יש כאן הסטה של פעולת החשיבה אל המקור, אל הרעיון המרכזי, אל התבנית הבסיסית, שממנה יכולה להתפתח ציפור. באותה צורה ניתן לבדוק את היונקים כטיפוס, ולראות את השתנותם בטיפוסים השונים: עכבר, נמר ופרה. בכל משפחה מודגש איבר אחד על חשבון השני, כמובן מתוך אבולוציה של הסתגלות הדרגתית לסביבה מסוימת. יש כאן ראייה משלימה לדרווין, בנוסף לברירה הטבעית ולהישרדות המתאימים ביותר (דגש על סיבות חיצוניות) איך טיפוס מסוים מתאים עצמו עם הזמן מתוך תבנית בסיסית דומה מאד (דגש על היצירתיות הפנימית).

כך, דרך החשיבה של גתה את האורגניזמים החיים יכולה להרחיב את ראייתנו את האבולוציה, ולתת משמעות לשיח הקיים היום על DNA ועל מניפולציות גנטיות, שיח המנותק בד"כ מהראייה הכוללת של האורגניזם. בעתיד ביולוגים יצטרכו את כל דרכי החשיבה האפשריות כדי להצליח להבין ולשמור על העולם החי שסביבנו, ולכן חשיבות המחקר של גתה, ושלנו. 

המצב הרביעי של המים

The Fourth Phase of Water

המצב הרביעי של המים – ספר חדש מאת ד"ר ג'רלד פולק, אונ' וושינגטון, ארה"ב

האם יתכן כי מים פשוטים קולטים אנרגיה מהסביבה, וכי עד עתה לא נמצא אף אחד שיראה לנו זאת, וילמד כיצד לנצל אנרגיה זו? ובכלל - האם יש עוד מה לגלות בעולם המדעי של היום?

המחקר של פולק התחיל מתופעה פשוטה לכאורה אותה גילה מדען יפני בשם טושיהירו היררי (Hirari), בניסויים בצינוריות ג'ל דמויות עורקיקים עם כדוריות זעירות המדמות תאי דם. היררי וצוותו ראו כי הכדוריות ממאנות להישאר בדפנות הצינור, ומתרכזות במרכזו. הג'ל גרם איכשהו להרחקה של הכדוריות המרחפות במים בתוכו. התופעה סיקרנה את פולק מאד, ומאחר והיפנים לא רצו להמשיך ולחקור או אפילו לפרסם את ממצאיהם בנושא, המשיך פולק, ביחד עם אחד העוזרים של היררי (Zheng) שעבר לסיאטל, לחקור את התופעה: היווצרות של אזורים של מים נקיים לגמרי מחלקיקים בצמוד למשטח הידרופילי. זיק של הבנה שניצת הביא למחשבה שהג'ל גורם אולי להתארגנות של מולקולות המים הצמודות אליו, אשר דוחפות החוצה את הכדוריות בדיוק באותה צורה שבה קרח מתגבש דוחה החוצה פסולת מרחפת.

הספר החדש של ג'רלד פולק בהחלט מראה כי יש עוד מה לגלות, ובאמצעים פשוטים יחסית, אבל קודם לכל יש להיפתר מקונספציות שמוטבעות בנו ולהשתחרר מדברים שנראים לנו מובנים מאליהם. כבר בהקדמה מראה פולק את הקשיים העצומים שיש לאלה המאתגרים את החשיבה המדעית ומערערים את יציבותן של דוגמות ונוסחאות קיימות. הראשון שעשה זאת עבורו היה Tatsuo Iwazumi שהגיע למעבדתו וטען כי התיאוריה של האקסלי, שזכה בפרס נובל על כך, על פעולת השרירים אינה הגיונית. אחר כך היה זה Gilbert Ling שהבין כי המים המצויים בתוך תאים חיים מסודרים אחרת מאשר בכוס מים רגילים. שניהם גרמו לו לראות כמה אנשי מדע הם שמרנים ולעתים אפילו דתיים קיצוניים, בשמירתם על התאוריה אותה הם מאששים (וגם בשמירה על מקום עבודתם).

פולק אומר: "התוצאות צפויות מראש: המדע שומר על הסטטוס-קוו. הרבה לא ממש קורה שם. לסרטן אין עדיין תרופה. מגדלי המדע ממשיכים לגדול על יסודות רעועים, לעתים אפילו ממוטטים, המובילים למודלים מסורבלים ולספרי לימוד משמינים והולכים, מלאים בפרטים אינספור, שלעתים לא מתואמים ביניהם. תחומים מסוימים גדלו להיות כה מורכבים עד כי הם לא ניתנים להבנה. בדרך כלל אנחנו כלל לא מסוגלים להתייחס אליהם. מדענים רבים טוענים כי כך בדיוק המדע צריך להיות: מסובך, מרוחק ונפרד מהחוויה האנושית. עבורם, פשטות של סיבה ותוצאה היא תופעה משונה השייכת לעבר, אשר נדחקה לשוליים לטובת קורלציות סטטיסטיות מורכבות של העידן המודרני".

המים במיוחד הם נושא עתיר תופעות לא-נורמליות שהסעירו את העולם המדעי כבר מקדמת דנא, ועדיין גורמים לתהפוכות בתהליכי החשיבה המדעית שלנו. פולאק מראה היסטורית שהמים הם נושא פוליטי עדין ומסוכן, ולכן הוא מצהיר כבר בתחילה כי הוא הולך לבנות מסד אמפירי יציב עליו נוכל לבסס הבנה חדשה של המים.

רעיונות בדבר סידורים שונים של מולקולות מים תמיד היו בנמצא, אולם הדבר המדהים בתצפיות של היררי היה סדר הגודל: האזור החופשי מכדוריות נמתח לרוחב של חצי מילימטר מהג'ל, מרחק המצביע על שכבות של מאות אלפי מולקולות מים, המסודרות כתוצאה מקרבתן למשטח הג'ל ההידרופילי (אוהב מים). בניסויים ראשוניים נראית היווצרות של אזור הרחקה שכזה (Exclusion Zone  או בקיצור EZ) בצמוד למשטח הידרופילי בעובי של מאה אלף מולקולות מים. תופעה נצפית זו שברה לגמרי את החזוי של התיאוריה המקובלת, על פיה, אם המשטח מכיל מטענים שליליים למשל, ייצמדו אליו מטענים חיוביים בשכבה בלתי נראית של פרודות בודדות בלבד. מאחר וניסויים ראשוניים אלה היו מפתיעים כל כך, חזרו עליהם פולק וז'נג במשך שנה שלמה, כשהם מוחקים כל אפשרות רגילה להסבר קונבנציונלי, כמו הבדלי טמפרטורות, דחייה חשמלית ארוכת טווח של המשטח, או התמוססות של הג'ל. כמו כן, בניסוי פשוט של הקרנה נמצא כי אזור ההרחקה (EZ) קולט אורכי גל של 270 ננומטר, שהם הגלים המאפיינים אינפרה-אדום (IR), וניתן היה לראות אותו היטב בתמונות MRI  ובצילומי אינפרה-אדום.

במהלך המחקר וחיפוש תופעה דומה בספרות, הסתבר כי חוקרים קודמים, כמו מגלה ויטמיןC   Szent-Gyorgyi ו-Gilbert Ling כבר גילו את התופעה, אך לא המשיכו לחקור אותה ואת היישומים שלה. יותר מכך: בשנות ה-60, בשיא המלחמה הקרה בין ארה"ב לברה"מ, גילו מדענים סובייטים תופעה מיוחדת במים טהורים: המים מסוגלים ליצור מעין גביש נוזלי, שלא בקלות הופך לקרח או לאדים, מעין פולימר, ומכאן הכינוי שהודבק להם אז - Polywater. המחקר התרכז אז בידי הפיזיקאי הבכיר של ברה"מ בוריס דֵריאגין (Derjaguin), שהעמיד צוות רציני של מדענים לחקור את הנושא, גם כמובן עבור יישומים מיוחדים ואולי צבאיים (אי אפשר שלא להיזכר כמובן ב"קרח 9" מספרו הנהדר של קורט וונגוט "עריסת החתול"). האמריקאים והבריטים שמעו על הגילוי והחלו לחקור בנושא גם כן, עד אשר הופצה השמועה, אולי כחלק מהמלחמה הקרה, שכל העניין הוא עורבא פרח, כי המים הכילו עקבות של סיליקה מהזכוכית של הכלי, כך שנראה כי לא היו טהורים אחרי הכל, ואין סיבה להמשיך לחקור בכיוון. התיק נסגר די מהר, אך פולק טוען ששמע מאחד המקורבים לדריאגין שהוא האמין עד סוף חייו כי יש ממש בתופעה למרות ה"זיהום" שהתגלה וכי היה זה הפסד גדול למדע שלא המשיכו לחקור את הנושא. מי יודע מה עוד הפסדנו כתוצאה מהמשטר הטוטליטרי ברוסיה, ומהמלחמה ההיא הקרויה "קרה".

בכל מקרה, פולק ועמיתיו נכנסו עמוק לחקר התופעה של אזור ההרחקה, EZ, והבינו כי ההסברים של Ling  עד כה, כאילו מולקולות המים מסודרות כ"דיפולים" (גוף דו-קוטבי, כמו המולקולה של המים) בשכבות צמודות, לא היו משכנעים, ופנו להסבר המקובל לסידור מולקולות המים בגביש הקרח. כאן, ערוכות המולקולות בסריג של משושים במישורים (ראה תמונה) כשיוני מימן (+H שהם למעשה פרוטונים, כי לאטום המימן יש פרוטון אחד ואלקטרון אחד) מקשרים בין אטומי החמצן (השליליים יחסית) אשר בשכבות המישוריות. אבל מאחר והEZ  פועל כנוזל, מודל הסידור של הקרח לא מתאים לגמרי, ויתכן שקשרי המימן בין השכבות לא פועלים. האם יתכן כי המולקולות של המים באזור זה מפרישות יוני מימן, פרוטונים חופשיים חיוביים, בכדי להתארגן במרחב ה EZ?

כאן עלתה שאלת המטען החשמלי במלוא חריפותה, שהרי הקרח הוא ניטרלי במטענו: "הפרשה" של יוני מימן מאזור ההרחקה EZ  דורשת שהמטען הכללי של אזור זה יהיה שלילי יותר. האם זה יכול להיות? מיד בוצע ניסוי ישיר ופשוט, שבו הוחדרה אלקטרודה לאזור הרחקה EZ שכזה, והתברר מיד כי ה EZ אכן נושא מטען חשמלי שלילי, עד כדי mV500 בקרבת משטח של Nafion (סוג של ג'ל פשוט ששימש ברוב הניסויים ביצירת EZ). תוצאה זו הייתה בניגוד מוחלט לניטרליות לה ציפו החוקרים, והיא הביאה מיד לשורה של ניסויים לבדיקת תופעות הקשורות לכך. הדבר הראשון המתבקש הוא מציאות של מטען הפוך, חיובי, במים שמסביב לאזור ה-EZ השלילי, ואמנם, אלקטרודת pH שהוכנסה למים שהוכנס אליהם גוש ג'ל, הראתה מיד ירידה בערכי pH (עד לערכים נמוכים ביותר כמו 2=pH), אשר מראה על ריכוז גבוה ביותר של פרוטונים, נושאי מטען חיובי, שנראה כי השתחררו מאזור ההרחקה.

עצם היווצרות מטען חשמלי סתם ככה במים, רק בגלל שהם נמצאים ליד משטח כלשהו, הידרופילי ככל שיהיה, היא תופעה די מדהימה. יש כאן הפרדה של מטענים חשמליים ממולקולות האמורות להיות ניטרליות או לפחות מאוזנות בקשרים הכימיים שבתוכן. זה אומר שהמים כנראה קולטים אנרגיה כשלהי, ומנתבים אותה להפרדה בין שני מטענים נגדיים – אחד שלילי, קרוב למשטח הג'ל ואחד חיובי, רחוק מהמשטח. האם ניתן אולי להפיק את האנרגיה החשמלית הזו? כנראה שכן! פולק מראה שאם נכניס שני מוליכים, האחד באזור ה-EZ השלילי והשני באזור ריכוז הפרוטונים החיובי, נוכל לקבל מתח של בטרייה, סוללה שמייצרת חשמל, אמנם בכמות קטנה, אבל זוהי אנרגיה זמינה לכולנו שלא הייתה ידועה קודם. בנוסף, הפרדת המטענים יכולה לייצר עבודה של תנועה: כאשר הכניסו למים צינורית ג'ל קטנה והתבוננו אחרי כמה דקות במיקרוסקופ, נצפתה תנועה של נוזל בתוך הצינורית ומסביבה, תנועה שיכולה להימשך כל עוד הצינורית במים, במעין זרימה אינסופית של אנרגיה.

ההסבר להפרדת המטענים הוא די פשוט: סידור המולקולות של המים בצורת סריג משושה גורמת לפליטה של מימן אחד. המים באזור זה, ה-EZ, הם כבר לא H2O, אלא הם H3O2 – יחס המימן/חמצן בפרודות משתנה בגלל הדחיסה כביכול שעוברות המולקולות, הסידור הצפוף שהן נכנסות אליו, סידור שגורם לפליטה של יוני מימן, פרוטונים, אל המרחב של המים הניטרליים מסביב, ויונים אלה, בתורם, מתחברים למולקולות מים רגילות ויוצרים יוני הידרוניום H3O+. התגלית הגדולה היא שיש כאן תופעה של פירוק המים, פירוק של מולקולה מאד יציבה, של תרכובת שעד לפני מאתיים שנה נחשבה ליסוד בפני עצמו, פירוק הדורש לא מעט אנרגיה והמתרחש כאילו מעצמו.

לכן אחת השאלות הרציניות שניסו החוקרים לענות עליה היא מהו מקור האנרגיה הזו. התשובה הגיעה די במקרה: אחד החוקרים השאיר את מערכת הניסוי תחת המיקרוסקופ מאוחר בלילה, כיבה אורות ויצא, וכשחזר בבוקר למחרת והדליק את האור במיקרוסקופ ראה את אזור ההרחקה הולך ונבנה מול עיניו מחדש. המסקנה הייתה ברורה: אור השמש, או בכלל אור, מספק את האנרגיה להיווצרות הEZ  וליצירת מקור האנרגיה הבלתי נדלה הזה, שהמים מאפשרים לו להגיע אלינו. מחקירה נוספת התגלה כי דווקא אור באורכי גל של אינפרה-אדום, כ 3000 ננומטר, הוא זה הנקלט ביותר על ידי המים, וככל שעוצמתו ומשך ההארה שלו גדולים יותר, כך בניית הEZ  נרחבת יותר.

קרינת אינפרה-אדום (IR) היא למעשה קרינה של חום. זוהי אותה קרינה אלקטרומגנטית הנפלטת ממקורות חום שונים כמו בעלי חיים, גוף האדם ואפילו קירות הבית והרהיטים, אחרי שספגו את אור השמש המחמם. כמעט לא ניתן למצוא גופים שאינם פולטים חום, ועל בסיס עקרון זה נבנות מצלמות האינפרה-אדום הנמצאות היום בשימוש נרחב בכדי לגלות הבדלי טמפרטורה של גופים, כמו למשל צילומי לוויין IR של האוקיינוסים החושפים את זרמי הים השונים, כמו זרם הגולף. ההשערה היא כי מקור אנרגיה נפוץ זה, קרינת אינפרה אדום (וגם כנראה אנרגיה אקוסטית), גורם להפרדה מסוימת של המולקולות של המים, ובכך מאפשר להם התקשרות מחדש והסתדרות בצורה 'חברתית' אחרת, בסריג שיש לו מטען חשמלי שלילי בקרבת משטח הידרופילי בעל מטען כלשהו.

הוכחות החלו להצטבר התומכות בתגלית שמים צוברים אנרגיה, ומסוגלים להעביר ולתרגם אותה לצורות אחרות של אנרגיה. ניסוי שערך Voeikov במוסקבה כשערבב במים מעט סודה לשתיה, מי חמצן ומעט לומינול להגברת האור הנפלט, הראה כי מים רגילים פולטים אור בתא חשוך למשך זמן ארוך ביותר, עד כדי שנה. כמו כן, סידור מרחבי הדורש אנרגיה נצפה בתרחיפים של כדוריות זעירות, והן נצמדות לדפנות ומשאירות במרכז הכלי אזור נקי. על הפעילות החשמלית הנוצרת כתוצאה מהיווצרות אזורי הרחקה כבר סיפרנו וכך גם על תנועת הנוזל המתמשכת בצינוריות דקות – המים משמשים מדיום להעברת אנרגיה, בכך לא היה כל ספק ממחקריו של פולק.

אבל הדבר לא מפתיע כאשר מתבוננים במה שאור יכול לעשות: האפקט הפוטואלקטרי התגלה כבר בתחילת המאה ה-20 ופורסם ע"י איינשטיין: אור יכול לגרום לפליטה של אלקטרונים ולזרם חשמלי שלהם, כפי שקורה בתאים פוטו-וולטאים של סיליקון המייצרים חשמל מאור השמש. אור יכול לגרום לקרינה פלואורסצנטית בהמרה של אורך גל אחד למשנהו, ואור גם גורם לפוטוסינתיזה – תהליך יצור הפחמימות בצמח, המבוסס על שבירת מולקולות מים. גם כאן התגלה כי מים, המצויים בכל מקום, קולטים אנרגיה בזמן שהם מתארגנים ונצמדים למשטח מוצק כלשהו, וממירים אותה לאנרגיות אחרות, כשהבסיסית מתוכן היא זו של הפרדת המטענים החשמליים של מולקולות המים עצמן.

אולי נוכל אנחנו, שואל פולק, למצוא דרך בה נוכל להשתמש באנרגיה זמינה זו?

המשך יבוא...

האתר של מעבדת המים של ג'רלד פולק: http://faculty.washington.edu/ghp/

לאתר הספר, ולקריאת הפרקים הראשונים בספר:  http://www.ebnerandsons.com/products/the_fourth_phase_of_water

ג'רלד פולק ביוטיוב: http://www.youtube.com/watch?v=i-T7tCMUDXU

עבודתו של גתה ומדע המורפולוגיה אותו ייסד

על המורפולוגיה – הצהרת מטרתנו

(יוהאן וולפגנג גתה , כותב על המורפולוגיה ב"מאמרים בוטניים", 1817-1824)

"כאשר מתעורר בנו עניין ביצירי הטבע, במיוחד ביצורים החיים, ואנו משתוקקים להבין לעומק את היחס שבין טבעם המהותי לבין הביטויים המגוונים שלו, הרי אנו משכנעים עצמינו כי הדרך הטובה ביותר להשגת ידע זה היא על ידי הפרדה וניתוח של חלקיהם. שיטה זו יכולה באמת להביא אותנו רחוק – לא נזדקק ליותר ממילה מחברינו המדענים להראותנו את תרומותיהן הנכבדות של הכימיה והאנטומיה להבנה פנימית וחיצונית של הטבע.

אך למאמצים אנליטיים אלה, אם יימשכו לאורך זמן, יש מגרעות. הן מבתרות את היצור החי לחלקיו אך אף אחד לא יכול להרכיבם שוב ולשחזר את האורגניזם המדובר...

מסיבה זו, אנשים בעלי נטייה מדעית מכל הגילים גילו דחף לתפוס את צורות החיים בשלמות, כפי שהן, להבין את החלקים הגלויים והניתנים למגע שלהם אחד ליד השני, ולראות בהם את הביטוי של הטבע הפנימי של האורגניזם. כך מתוך התבוננות פעילה הם שואפים לתפוס כיצד החיים הפנימיים של השלם קובעים את חלקיו. ואין צורך לדון כאן ועכשיו עד כמה נטועה השראה מדעית זו בדחף החיקוי והיצירתיות של האדם...

בשפה הגרמנית המילה Gestalt (תבנית, צורה מובנית) מבטאת את צורת האורגניזם. אולם ביטוי זה אינו כולל את כל השינויים והתנועות; הוא מתאר צורה מאורגנת שהגיעה לשלמות ואופייה כבר מוגדר. אך כאשר אנו לומדים להכיר צורות, צורות אורגניות במיוחד, בשום מקום איננו מוצאים קביעות, או הפסקה או סיום של השלמה. אנחנו כן מוצאים שהכל נמצא בזרימה מתמדת. זו הסיבה שאנו משתמשים הרבה ובצדק במילה היווצרות (Bildung) בכדי לבטא לא רק את מה שכבר נוצר, אלא גם את מה שמצוי בתהליך ההיווצרות באותה מידת חשיבות.

לפיכך בהצגה ראשונית של מדע של צורות (מורפולוגיה) עלינו להימנע משיח במונחים של מה שקבוע. אם עלינו להשתמש בכלל במילה תבנית (gestalt), עלינו לחשוב עליה כרעיון מופשט בלבד, או כצורה שניתן להחזיק חזק אך ורק לרגע.

כי הרי כל מה שרק נוצר - מיד עובר שינוי כלשהו, ואם ברצוננו להשיג תפיסה חיה של הטבע, עלינו לשאוף לשמור עצמנו בתודעה זורמת בתנועה מתמדת וגמישה, בדיוק כמו הדוגמאות שהטבע עצמה מראה לנו".

כך מבסס גתה את הידיעה המדעית את בעלי החיים והצמחים – האורגניזמים – על הבנת הזרימה שבהם, ההשתנות המתמדת. מתוך התבוננות בשלם המשתנה, אנו מבינים את טבעו האמתי הנסתר.
אם למשל נתבונן בַצמח הגדל, נראה כי בתחילת הנביטה יש לו שני עלים קטנים שמאד דומים בכל הצמחים – אלה הם הפסיגים החבויים בזרע, ואשר הופכים לעלים הראשוניים. גתה ראה שגם לנבט של קקטוס יש עלים ראשוניים שכאלה, למרות שבצורתו הסופית אין כלל עלים, ומכאן הסיק כי הצורה היסודית של הצמח היא העלה, הפרוטאוס, והוא מייצג את הצמח הארכיטיפי. התבוננויות נוספות חיזקו את השערתו: אבקנים שנראים כמו עלים מוארכים בשושנת המים, קליפות פרי ההלקט שנראות כמו עלים (נקראים היום 'עלי-שחלה') ועוד.
כך עבד גתה: מתוך התבוננות בשלם החי, בהשוואה בין תופעות דומות ובהתבוננות עמוקה המנסה לתפוס את השלמות הזורמת, המשתנה. שימו לב שגתה חי בסוף המאה ה-18, בזמן גילוי החמצן ע"י לבואזיה, ו-60 שנה לפני דרווין, וכבר הוא מדבר על השתנות, מטמורפוזה ואבולוציה של יצורים חיים.

לשם דוגמה, נתבונן בצמח חד-שנתי רגיל. הצמח מראה במחזור חיים שלם התפתחות מעניינת, ויש צמחים רבים שמשנים את צורת העלים שלהם במהלך הצמיחה – ראו למשל את החרדל.

העלים העליונים קטנים יותר ומפורצים פחות. ניתן לראות זאת בצמחים רבים: העלים העליונים ביותר הם פשוטים, ובנויים בתבנית העלים הצעירים יותר.

מה אומרת לנו השתנות זו?

האם יש כאן חוקי התפתחות שיכולים ללמד אותנו קצת יותר על הצמח? על החיים? על עצמינו?

הנה תמונת ההשתנות של עלי החרדל כפי שצילמו תלמידים שלי במחקר שלהם:

שימו לב כמה דומים העלים הקטנים שלפני הפריחה לעלים הצעירים של תחילת הצמיחה.

מעבר לשאלה של המשמעות של הגילוי, יש כאן בפירוש התייחסות אחרת למחקר מדעי:

במקום ניתוח והתבוננות בחלקים – התבוננות בשלם,

במקום הפחתה וירידה לפרטים – ניסיון לראות את השלם המתפתח, ובמקום לייסד תיאוריה על השלם מתוך חלקיו – לבנות הבנה עמוקה של החלקים מתוך השלם. 
המשך יבוא...!

קצת אמונה והרבה רוח – על הרפורמה וההתחדשות הצרפתית

       

משיחות עם מורים לאחר פרסום הרפורמה נשמעת אי נחת ותחושה של חוסר כיוון ברור: "ואם לא יקרה דבר?" "ומה נלמד, אם לא את החומר לבגרות?" ובכלל – מה נעשה עם האוטונומיה שיתנו לבית הספר? הרי יש תמיד להספיק את החומר, וממילא אין זמן לשום דבר אחר.

אבל אסור לשכוח שאנחנו מחנכים, ושהתלמידים הסקרנים והרציניים שלנו (כולם) רוצים ללמוד ולהתחנך מתוך הדוגמא שאנחנו מגלמים עבורם. הם רוצים שנדבר איתם ושנשמע אותם, והם רוצים ליהנות מהלימודים. אם נראה להם שאנחנו חוקרים את החיים ביחד איתם, שהפרויקט שלנו בחיים זה הם וההתפתחות שלהם, ושאנחנו מלאי התלהבות וענין בנושא המומחיות שלנו – הם ילכו איתנו לכל מקום.

המדעים יכולים להיות כלי נהדר לחינוך, ולהציע חומרים מקסימים לעבודה עם ילדים ונוער. החיים מסביבנו מלאים תוצרים של מחקר מדעי ויישומים טכנולוגיים, כמו גם טבע, עירוני או כפרי. אפשר לצאת לרחוב, להסתובב בכפר, להתבונן בציפורים ולאסוף נבטים אחרי הגשם; לשאול שאלות על נדידת הציפורים ועל מעוף הפרפרים ולבדוק כיצד דברים בעלי משקל שונה נופלים מהקומה ה-3. אפשר לחקור את תהליכי הבישול במטבח, ואת הכימיה של החומרים במזון. חקירות כאלה מעוררות את החשיבה היצירתית, מאפשרות לדמיון לעבוד ומספקות חומר גלם רב לבנייה משותפת של תיאוריות והסברים. לא חייבים תכנית מסודרת של משרד החינוך.

מורה עם ידע בסיסי בתחום יכול לבנות לעצמו תכנית עבודה, לשתף פעולה עם מורים אחרים וללמד גופי ידע שלמים בלי לחלק אותם לתחומים הקיימים היום במדע המודרני. אפשר ללמוד מתהליך התסיסה של היין על פחמימות, אלכוהול ו-CO2 (כימיה), על הצמחים הירוקים והשמרים (ביולוגיה) ועל המשקל הסגולי ונקודות רתיחה של חומרים ותמיסות (פיסיקה) – הכל באותו מהלך של חקירה ולימוד משותף. לימוד כזה מחנך לחופש מדעי אמיתי כערך בפני עצמו, מאפשר לכל תלמיד לבטא את ידיעותיו בהתאם לרמתו שלו וגם לפתח עבודה קבוצתית וערכים של שיתוף חברתי, שכה חסרים בימינו.

אז לא צריך לפחד מקצת חופש בהוראה: אפשר לנצל אותו לעשייה מופלאה בכיתה ומחוצה לה, לחינוך אמיתי כמו פעם (הגיבור שלי היה המורה לטבע מנחם זהרוני ז"ל, שהוביל דורות של מורים בחיפה בשנות ה-60) ולעבודת חקר אמיתי שתביא להישגים יוצאים מהכלל, אבל כתוצר לוואי ובדרך אגב. ראו למשל מה עושים היום שני יזמי חינוך בצרפת ("תחי המהפכה", מוסף הארץ, 10.1.14) בדיוק בכיוון הזה – מאמר מרתק!

מהפכת האושר - מתוך ספרו של ד"ר טל בן שחר "באושר ובאושר"

הרהור שביעי:
מהפכת האושר

"על העולם ללמוד שההנאה האמיתית מדברים חומריים פחותה באיכותה ובכמותה
                                                                                       מכפי שנדמה לאלה שלא ניסו אותה.
אוליבר ונדל הולמס

"למהפכת המדע יתרונות רבים מספור. בחקלאות חדלו חקלאים להתפלל לאל הגשם ובמקום זה הם משקיעים את מרצם בעיבוד האדמה. יש לנו כעת יכולת, אף כי אין מממשים אותה, להאכיל כל אדם עלי אדמות. הרפואה עברה משיקויים של עובדי אליל לפניצילין; תוחלת החיים עלתה מעשרים שנה בימי הביניים לכמעט שבעים כיום. באסטרונומיה פינתה אדמה שטוחה הנשענת על צבים את הדרך לכדור הארץ הסובב סביב השמש; הנחתנו אדם על הירח וגבולות היקום הולכים ומתרחבים בהתמדה.
לאור התוצאות המרשימות רוב בני האדם מאמינים, כמובן, במדע; הוא נעשה הדת המודרנית. אך המדע כשלעצמו אינו התשובה לכל בעיותינו, לא האישיות ולא החברתיות, ולאמיתו של דבר האמונה שהמדע הוא כל יכול עלולה להציב אתגרים מסוג חדש. אחד מן האתגרים הללו, תוצר לוואי של מהפכת המדע, הוא התפישה החומרית השכיחה, האמונה שהחומר עומד בראש הייררכיית החשיבות.
בחלקים נכבדים של העולם דחקה מהפכת המדע את המיסטיקה - את האמונה באלי גשם, ברופאי אליל ובצבי ענק - אך יחד עם המיסטיקה נפטרה מהפכת המדע גם מכל דבר שהוא לא חומרי ולא ניתן לכימות. אושר ורוחניות - שקיים ביניהם קשר קרוב - הוזנחו בתואנה שהם לא-חומריים ולכן לא חשובים, ומאז מהפכת המדע הם ירדו בערכם בעולם. התפישה החומרית היא האחראית, לפחות חלקית, לדיבוק העושר החומרי ולהיעדר האושר הנובע מכך.
שמא לא אובן כהלכה, ברצוני להבהיר שאין בביקורתי על התפישה החומרית ביקורת על השיטה הקפיטליסטית...
...הבעיה מתחילה כשהחירות לחתור לעושר חומרי מתחלפת בדחף כפייתי לצבור אותו."

לי אישית אין כאן מה להוסיף. אולי אמשיך את הפרק החשוב הזה מספרו של טל בן שחר בפרקים הבאים בבלוג שלי.
שלכם,
ניר אליאב

איך לומדים לשאול שאלות?

        

זאת שאלה מאד לא פשוטה.

העולם שלנו מאד ידוע וברור, ומספק תשובות למכביר. אנחנו יודעים איך להגיע למקומות שאנחנו צריכים, איך להתקשר לקרובים לנו, איך להדליק את הרדיו בתחנה האהובה עלינו.

למדנו.

בלי לשאול יותר מדי.

היום נכנסתי לכיתה בירושלים, וביקשתי שישאלו שאלות. זה קל לבקש, אבל מאד לא קל לקבל, שאלות. על מה לשאול, שאלו אותי התלמידים. על הכל, אמרתי, על כל מה שמעניין אתכם. אבל זה לא כל כך פשוט: רוב בני הנוער לא ממש מתעניינים במשהו מיוחד. צריך טרקטור כבד כדי לגרום לנוער להתעניין במשהו מסוים בעולם שסביבם.

אז העפתי מבט מהחלון, ואמרתי: למה אתם לא שואלים "איך זה שהשלג עוד לא נמס?". הרי עברו כבר שבועיים מאז שהוא ירד, והוא עדיין כאן. אז נכון שמאד קר והשמש לא כל כך מחממת, במיוחד את האזורים המוצלים והמוסתרים, ובכל זאת: למה יש עוד כל כך הרבה שלג בירושלים?

זאת ממש שאלה מעניינת, ואפילו מדעית, ואולי אפשר אפילו לתכנן ניסוי בכדי לבדוק זאת. האם אפשר לחשוב על ניסוי...?  

למים, גם אם הם קפואים לקרח, יש תכונות מאד מיוחדות הנקראות אנומליות. אחת המפורסמות היא האנומליה של המשקל הסגולי הקטן של הקרח: המים מתרחבים כשהם קופאים, ולכן הקרח צף על המים (בניגוד לשאר הנוזלים). גם בקשר לחום המים מאד מיוחדים: הם יודעים לשמור חום, וגם יודעים לשמור קור, הכי טוב מכל החומרים. זהו החום הכמוס של המים.

אפשר להראות זאת בקלות על גוש קרח וגוש חמאה באותו גודל: אם נשים את שניהם במקום חם, החמאה תהפוך לנוזל הרבה לפני הקרח. דרוש הרבה יותר חום להמיס קרח, מאשר להמיס שמן קפוא, או נוזלים אחרים (אין הרבה נוזלים אחרים קפואים המוכרים לנו מחיי היומיום).

אותה תופעה עצמה גורמת לאדי המים להיות גז חממה מאד יעיל: אדי המים באוויר שומרים על חומם הרבה יותר מכל גז אחר באוויר, ולכן הם הגז התורם במידה הרבה ביותר לאפקט החממה של האוויר. מחקרים מראים כי מעל לערים גדולות, הפולטות הרבה אדי מים (וגם CO2 הידוע יותר כגז חממה) משריפת דלק מאובן במפעלים ובמכוניות, יש יותר עננים, יורד יותר גשם, והטמפ' יותר גבוהה מהאזור כולו. אדי המים באוויר שומרים על חומם ולא "נותנים" שיקררו אותם כל כך מהר.

זו הסיבה שהשלג מלפני שבועיים עדיין מכסה שטחים נרחבים בהרים בארץ.