ארכיון

Posts Tagged ‘היסטוריה של המדע’

קווים לדמותו – פאראדיי, מקסוול והשדה האלקטרומגנטי: יומן קריאה

קראתי ספר ואני רוצה לספר עליו.

הספר 'Faraday, Maxwell, and the electromagnetic field' עוסק בהמצאתו וניסוחו של השדה האלקטרומגנטי. הכותבים Nancy Forbes ו-Basil Mahon טווים את סיפורו של השדה דרך ביוגרפיות מקוצרות של שני אנשי המדע שפיתחו אותו, מייקל פאראדיי וג'יימס קלרק-מקסוול, תוך התמקדות באירועים הרלוונטיים, מכיוון ששניהם תרמו רבות גם בתחומים אחרים.

אבל לפני שאגיע לספר, מהו בכלל שדה אלקטרומגנטי? עסקתי בו בעבר אבל אני רוצה לגשת אליו הפעם מכיוון מעט שונה.

תמונה 1: עטיפת הספר.

***

ידוע שלתכונה שנקראת 'מטען חשמלי' יש שני מופעים שאחד אנחנו מכנים 'מטען חיובי' והשני 'מטען שלילי'. כמו כן ידוע ששני מטענים בעלי תכונה דומה דוחים זה את זה ושני מטענים בעלי תכונה שונה מושכים זה את זה. נשרטט קו ישר בין מיקומם של שני המטענים, ונוכל לומר שהכוח הוא תמיד בכיוון הקו הזה (או משיכה, או דחיה). כעת את אחד המטענים נדביק למקום ואת השני נמקם בכל פעם בנקודה אחרת. בכל נקודה חדשה נשרטט קו חדש למציאת כיוון הכוח. מה שנקבל לאחר מספר מיקומים הוא סדרה של קווים שיוצאים או נכנסים (דחיה או משיכה) למטען המודבק. סיימנו עם המטען הנייד, אפשר להעיף אותו.

הקווים שקיבלנו, שנראים כמו שמש עם קרניים, נקראים קווי השדה, והם אלה שנובעים ממטען מקור (המטען המודבק, ראו איור 2). משמעותם היא שאם נשים בנקודה כלשהי מטען נוסף (כמו המטען הנייד ממקודם), הכוח שיפעל עליו יהיה בכיוון משיק לקווים ששרטטנו בנקודה. ישנה נוסחה לחישוב גודלו של הכוח, שתלויה בעוצמת המטענים ובדעיכה לפי המרחק בריבוע, אבל נעזוב את זה לעת עתה.

איור 2: קווי שדה של מטען נקודתי.

זה נשמע אבסטרקטי למדי. האם מושג השדה הוא הכרחי?

***

לפני קבלת התורה האלקטרומגנטית של מקסוול הדעה הרווחת בין מדענים היתה שכוח חשמלי פועל ממרחק ובאופן מיידי. נניח שיש לי מטען נייד שמשמש לי כמכשיר מדידה, ומרגיש בכל רגע את הכוח החשמלי שמפעיל עליו המקור. אם 'נכבה' או נעלים את מטען המקור, הגלאי ידווח מיידית על העלמות הכוח. כלומר, המידע על העלמות המקור יגיע מיידית לגלאי. היום זה נשמע לנו מוזר אבל למדענים אז לא היתה סיבה טובה לפקפק בכך.

נחזור למטען המקור שלנו ואל קווי השדה שהקשורים אליו. ננסה לדמיין מה יקרה לשדה אם נסיט את המטען מעט מעלה ואז נחזירו למקומו המקורי. מצב 1: מטען בנקודה נמוכה, מצב 2: מטען בנקודה גבוהה, מצב 3: מטען שוב בנקודה נמוכה.

לשם פשטות נשרטט אך ורק את קו השדה שיוצא ימינה בכיוון אופקי. במצב 1 הוא נמוך, במצב 2 גבוה ומצב 3 חוזר להיות נמוך. כעת נזכר שהזזת המטען מהנקודה הנמוכה לגבוהה וחזרה לוקחת זמן. בזמן ההזזה קווי השדה עדיין קיימים אך הם משתנים בהתאם למצב באותו הרגע. לכן קו השדה הימני הוא נמוך ואז ברגע ההזזה נהיה גבוה יותר ויותר ואז חוזר להיות נמוך ונשאר כך. בעצם ייצרנו הפרעה בקו שדומה ליצירת הפרעה בחבל מתוח על ידי נענוע שלו בקצה (ראו איור 3). ההפרעה תתקדם לאורך החבל וזה מה שאנחנו מכנים גל מכני. באופן דומה ההפרעה בקווי השדה תתקדם במרחב והיא הגל האלקטרומגנטי (החלק החשמלי שלו).

אני ממליץ למי שמוצא את איור 3 לא ברור לשחק עם הסימולציה בקישור הזה. במקרה זה אנימציה עובדת טוב יותר מאיור סטטי.

איור 3: הזזה של מטען גורמת לשינוי תלוי זמן בשדה ולהתפשטות של גל אלקטרומגנטי במרחב.

מטען המקור הנע הוא בעצם סוג של אנטנת שידור של גלים אלקטרומגנטיים. את הגלים האלה ניתן לקלוט על ידי אנטנת קליטה שגם היא בעצם מטען נייד בתוך מוליך. אם ההפרעה בקווי השדה אכן נעה במרחב, המטען החשמלי באנטנת הקליטה ינוע גם הוא כאשר היא תגיע אליו. באמצעות מגבר נוכל למדוד את הזרם שנוצר.

כאשר היינריך הרץ מדד את הגלים האלה בפעם הראשונה (1886-1889) הוא למעשה אישש את התיאוריה המוזרה והשנויה במחלוקת של מקסוול על שדות אבסטרקטיים במרחב. בנוסף, הרץ אישר בניסויים את הטענה של מקסוול שהגלים ינועו במהירות האור (באמצעות מדידת גל עומד) ולכן סביר היה להניח שגם האור הוא סוג של גל אלקטרומגנטי.

***

שימו לב שהצורה שבה בחרתי להסביר את מהות השדה האלקטרומגנטי היא אנכרוניסטית. לדוגמה: האלקטרון, כלומר מטען כחלקיק, התגלה רק ב-1897. מקסוול כתב את המאמרים האחרונים על תורת השדות שלו כבר ב-1865. ספרי לימוד בפיזיקה אינם נכתבים בסדר כרונולוגי של גילוי. זה מה שהופך אותם למובנים לקורא 'הטירון'.

***

מה מחפשים קוראים בספרי מדע פופולרי? האפשרויות שעלו בראשי היו: א) ללמוד על נושא מדעי אבל לא ברמה אקדמית, ב) ללמוד על ההיסטוריה של נושא מדעי בין אם מכירים אותו ברמה אקדמית או בין אם לא, ג) לקרא סיפור מעניין שמתמקד במדענים או ברעיון מדעי. הדגש באפשרות הראשונה הוא מדעי, הדגש בשניה היסטורי והדגש בשלישית הוא סיפורי. רוב הספרים יכילו אלמנטים של שלושת הדגשים אך לא במידה שווה.

***

נחזור לספר.

הספר הוא כרונולוגיה של רעיון השדה דרך סיפור חייהם של ממציאיו ומנסחיו, פאראדיי ומקסוול. מחד, החוזק שלו הוא בסיפור המעניין על חייהם (השונים) ועל השיקולים שלהם שהולידו את הרעיונות והגילויים. כל זאת נעשה, לדעתי, בכישרון רב. הדמויות קמות לחיים והקריאה קולחת. מאידך, נקודת התורפה של הספר היא בהסברים על המדע, תיאוריה וניסויים, שאינם ברורים לקורא שאינו מכיר אותם ממקורות קודמים, ויתקשה להבינם מקריאה בספר זה.

מעבר לפרטי הביוגרפיות של פאראדיי ומקסוול למדתי מהספר שהתיאוריה האלקטרומגנטית של מקסוול היתה מהפכנית. לא רק שהיא הניחה שלכוח החשמלי יש תלות בזמן, אלא שהיא היתה הראשונה שלא היה מאחוריה מודל מכניסטי. אין עקרונות מכניים שמסבירים את קיום או את פעולת השדות החשמלי והמגנטי (לדוגמה לחצים או חיכוך בתוך החומר). היא היתה אבסטרקציה מוחלטת של הפיזיקה. מסיבה זאת היה קשה לקהילת המדענים לקבל תורה זאת בזמן שפורסמהעל ידי מקסוול. זאת ועוד, המתמטיקה שבה נכתבה היתה בלתי נסבלת אפילו לפיזיקאים.

אולי יעניין אתכם גם לדעת שאת צורתם המוכרת כיום של 'משוואות מקסוול', שניתן לראות על חולצות וכוסות קפה, לא כתב מקסוול עצמו, אלא היתה עיבוד של התורה בידי אוליבר הביסייד, ברנש מוזר ביותר, אך בעל זכויות רבות.

ממתק נוסף שנמצא בספר הוא טבלה מסודרת של כל הגילויים החשובים בחשמל ומגנטיות משנת 1600 ועד שנת 1905 (איינשטיין), מסודרים בצורה כרונולוגית ונוחה לעיון. הרשימה עושה סדר בראש מבחינה כרונולוגית לכל התחום.

***

לסיכום, נהניתי לקרוא את הספר ואני מרגיש שהרווחתי ממנו הרבה ידע חדש. הוא שם היטב את 'החומר מספר הלימוד' בפרספקטיבה היסטורית. כל עוד לוקחים בחשבון מראש מה הספר מסוגל לתת ומה לא, ההנאה ממנו, לדעתי, מובטחת.

קופסאות שימורים של ידע – למדוד את העולם, יומן קריאה

בואו ונניח שעקב קטסטרופה כזאת או אחרת העולם כפי שאנחנו מכירים אותו נחרב. שארית הפליטה חיה ללא מנעמי הקידמה. אין חשמל, אין קניות בסופרמרקט, אין כלום. האם אנחנו יודעים לבצע פעולות בסיסיות כדי לשרוד בעולם כזה? איך מכינים שימורים של  בשר או ירקות? איך מפיקים בדים מפרוות או מצמחים?

כל נתון על מערכת השמש נמצא כיום במרחק לחיצת כפתור ברשת האינטרנט. הכוונה לרדיוס כדה"א, המרחק לירח ולשמש וכדומה. איך אנחנו יודעים דברים אלה? האם באותו עולם דיסטופי תוכלו לשחזר את הידע? גאוני יוון העתיקה מדדו והסיקו את הגדלים האסטרונומיים הללו. האם אתם יודעים איך עשו זאת?

תהה תשובתכם אשר תהה, ודאי תשמחו לדעת שמישהו ליקט מבחר מהידע הזה לספר, בעברית.

***

למדוד את העולם
עטיפת העותק שלי של הספר 'למדוד את העולם'.

אשר קרביץ וכלנית דותן (שניהם בעלי תארים גבוהים בפיזיקה והראשון גם ידוע כסופר) כתבו לפני מספר שנים את הספר 'למדוד את העולם' שבו הם סוקרים איך נמדדו חלק מהתכונות והגדלים החשובים המתארים את עולמנו. המחצית הראשונה של הספר עוסקת בגדלים במערכת השמש ובמהירות האור. המחצית השניה של הספר דנה בפיזיקה מודרנית, בנושאים כמדידת התכונות של האלקטרון, קבוע פלנק, מודל גוף שחור וטמפרטורת השמש וגילו של כדה"א על ידי תיארוך רדיואקטיבי.

למדתי לא מעט דברים מעניינים שלא ידעתי (בעיקר בחלק הראשון, מכיוון בנושאי החלק השני אני בקיא יותר) והרווחתי כמה אנלוגיות וכמה הסברים מפתיעים. למשל, חיבבתי את הפשטות שבהסבר שניתן לחוק ארכימדס בפרק על ניסוי טיפות השמן של מיליקן. אוכל גם בעתיד להיעזר בפרקים הראשונים כשארצה לחזור ולהיזכר כיצד מעריכים גדלים במערכת השמש.

אבל אם אהיה כנה, יש לא מעט דברים בספר הזה שהפריעו לי במהלך הקריאה.

ראשית, לא ברור לי למי מיועד הספר. האם הוא מיועד לתלמידי תיכון? למורים בתיכון? לחובבי מדע פופולרי? לכלל הציבור? לטעמי, הכותבים ועורכי הספר לא החליטו בעצמם ולכן לא התאימו בצורה נכונה את התוכן ואת הכתיבה. מחד, הטקסט מתיילד ברובו ולכן נראה כאילו מכוון לנוער. מאידך, ההסברים בו אינם ברורים מספיק. פעמים רבות, למשל, מניחים הכותבים שההבנה תבוא לבד מתוך איור גיאומטרי. האם נדרש ידע מוקדם? האם מדובר בשיעורי בית לקורא?

בחלק השני הבעיה מחמירה כאשר מגיע דיון בפיזיקה מודרנית שהוא נטול הקשר לחלוטין. לקורא שאינו בקיא בחומר חסר המון רקע ולמרות שנעשה מאמץ להשלים מעט מושגים חיוניים בתוך הפרקים ובנספחים הדבר לטעמי נעשה בגמלוניות. לדוגמה, פרקים 7 ו-8 על האלקטרון ועל קבוע פלנק אינם ניתנים להבנה כלל, לדעתי, בצורתם הנוכחית. בנוסף, לא ברור לי מדוע הפרקים כל כך קצרים ונטולי הקשר. אורכו של הספר, ללא נספחים, הוא פחות מ-200 עמודים. היה מקום לדקק מעט את הדפים השמנמנים בצורה מוגזמת ולעבות את התוכן והרקע. אין בספר את העומק והתובנות שהייתי מצפה מספר מדע פופולרי.

ברוב הפרקים ניכר כי המתמטיקה נורא חשובה לכותבים, אבל לדעתי היא הרבה פחות חשובה לקוראים. האם הפיתוח המתמטי של הנוסחה המפלצתית המלאה של מטען האלקטרון בניסוי מיליקן באמת חשובה להבנת הניסוי? יש כל כך הרבה דברים חשובים ומעניינים לומר על הניסוי הזה ללא כל צורך בנוסחה הסופית, שהרי אין לאף קורא את הציוד לבצע את הניסוי המורכב בכל מקרה.

זה מוביל אותי לנקודה אחרת שהפריעה לי. במהלך קריאת הספר עלתה בי הרגשה שתיאורטיקן מנסה להסביר לי משהו על ניסויים. אינני יודע דבר על הכותבים ואני מתייחס אך ורק לכתיבה. העניין ניכר במיוחד בחציו הראשון של הספר (אך גם בשני במובן מעט שונה) .האם הם ניסו לפחות חלק מהניסויים שהם מציעים ובדקו עד כמה קל או ריאלי לבצע אותם, או שהכל זה רק דיבורים? האם הם כיוונו שקל אל הירח ורשמו את התוצאה? האם הם הניחו נקניקיה במיקרוגל והצליחו למדוד עליה פסי השחמה? אם כן, היה נפלא לקרוא על כך חוויות אישיות.

העניין האחרון קשור בעבותות לכל הקודמים. הרושם הראשוני שלי תוך כדי קריאת הספר היה שהפרקים הם בעצם שורה של פוסטים מבלוג שנדפסו ונכרכו עם סיפור מסגרת סביר אם כי מעט תלוש ולא לגמרי משכנע. מקריאת התודות בסוף הספר ניתן להסיק (אולי) שהוא כנראה עיבוד של שיעורים שהעביר קרביץ לבני נוער (מחוננים?). דבר זה ביאר לי חלק מהמבנה, הצורה והכתיבה של הספר.

***

לסיכום, שאלת המפתח עבורי היא האם יש ערך מוסף לקריאת הספר מעבר לעיון בדפי ויקיפדיה, שהרי הוא עולה כסף.

התשובה שלי היא שכן, יש בו ערך מוסף. יש בו תחקיר לא מבוטל ועבודת ליקוט וריכוז. יש בו ידע, עובדות מעניינות ואיורים מועילים. יש ערך לרצף הקריאה בו והקורא יחכים ממנו.

אני חושב שכבלוג הוא היה מעולה, כספר קריאה הוא לא מבושל דיו וחסר עומק.

פיצוחים – 'Life's greatest seceret', יומן קריאה

אפתח הפעם בשתי שאלות טריוויה מתחום הביולוגיה המולקולרית. בחנו את עצמכם/ן.

לכל שאלה 4 תשובות אפשריות. סמנו (בדמיון) את התשובה הנכונה לכל שאלה.

שאלה 1:

מי גילתה את הריבוזום?

א) Ŧ

ב) מה זה ריבוזום?

ג) לא יודע, צריך לבדוק בויקיפדיה.

ד) עדה יונת ממכון ויצמן, שגם זכתה על עבודתה בפרס נובל בכימיה.

 

שאלה 2:

מיהם צמד החוקרים שפיצחו את הקוד הגנטי?

א) Ħ

ב) גנטי מי?

ג) לא יודע, צריך לבדוק בויקיפדיה.

ד) פרנסיס קריק וג'יימס ווטסון, שגם זכו על עבודתם, יחד עם מוריס ווילקינס, בפרס נובל בפיזיולוגיה או רפואה.

ADN_animation
איור 1: אנימציה של מבנה DNA מסתובב. המקור לאנימציה: ויקיפדיה, לשם הועלתה על ידי המשתמש brian0918™.

 

תשובות נכונות:

שאלה 1-ג', שאלה 2-ג'.

 

הסבר:

עדה יונת פענחה את מבנה הריבוזום שהוא מכונה מורכבת שפועלת בתא וקשורה לתרגום הבסיסים של מולקולת ה-RNA ליצירת חלבון. פרנסיס קריק וג'יימס ווטסון פענחו את מבנה ה-DNA. כלומר עבודתם החשובה ופורצת הדרך של שלושתם לא היתה גילוי המולקולות אלא פענוח המבנים והמכניזם.

***

מהו בכלל הקוד הגנטי?

החיים הם כאלה שאנחנו, היצורים החיים, בנויים מחלבונים ועל ידי חלבונים שמהווים גם את חומר הבניה וגם את כלי העבודה בתוך התא. הכוונה בחלבונים היא למולקולות שבנויות משרשראות של מולקולות קטנות יותר מסוגים שונים שיש להן תכונות משותפות ונקראות חומצות אמינו.

מאיפה מגיעים החלבונים?

סליל ה-DNA הוא מאקרו-מולקולה שמורכבת משרשרת של מולקולות המכונות נוקליאוטידים מהן יש 4 סוגים שנהוג לסמנן על ידי 4 אותיות בסיסיות: A,G,C,T. חלקים מסוימים בסליל משועתקים לפעמים למולקולות מסוג RNA שגם הן מורכבות מרצפים של 4 אותיות שמתאימות לאותיות המקוריות של מקטע ה-DNA מהם שועתקו. מולקולות ה-RNA לפעמים מתורגמות על ידי מכונה מורכבת שנקראת ריבוזום לרצף משורשר של חומצות אמינו (שלוקטו מהתא וחוברו יחדיו). רצף חומצות האמינו מתקפל לצורה כלשהי והוא החלבון. הרצף שחובר אינו מקרי, אלא נקבע על ידי רצף האותיות שב-RNA.

כלומר סוג החלבון נקבע על ידי רצף חומצות האמינו שנקבע על ידי רצף האותיות של ה-RNA שנקבע על ידי רצף האותיות שב-DNA.

Peptide_syn
איור 2: פעולת התרגום על ידי הריבוזום. לכל רצף של שלושה בסיסים (תכלת) מותאמת חומצת אמינו (ורוד) המתחברת לשרשרת שלאחר קיפולה תהווה את החלבון. המקור לאיור: ויקיפדיה, לשם הועלה על ידי המשתמש Boumphreyfr.

התהליך שתיארתי כאן מכונה 'הדוֹגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית' והוא פרי המצאתו וניסוחו (כולל השם הבעייתי) של אותו פרנסיס קריק שהזכרתי בפתיחה. ניתן לסכמו גם כך: מידע ב-DNA מוביל ליצירת RNA ומידע ב-RNA מוביל ליצירת חלבון, אבל חלבון לעולם לא מוביל ליצירת DNA.

חשוב לציין שהתיאור שלי הוא מקוצר, פשטני, ומשמיט פרטים ומשתתפים רבים בתהליך השעתוק והתרגום. אבל הוא יספיק לעת עתה.

כעת שימו לב לעובדה המוזרה הבאה: מצד אחד, ישנן 4 אותיות על גבי ה-DNA וה-RNA. מצד שני, מסתבר שישנן כ-22 חומצות אמינו שמרכיבות את החלבונים שנוצרים בתא. כיצד 4 אותיות מקודדות ל-22 חומצות אמינו? מהו האלגוריתם שקובע את חומצת האמינו הבאה שיש לשרשר בהינתן רצף האותיות ב-RNA?

ובכן, זהו הקוד הגנטי שפוצח בראשית שנות ה-60.

***

עטיפת הספר
תמונה 3: עטיפת עותק הספר שלי.

מת'יו קוב, פרופסור בתחום הביולוגיה באוניברסיטת מנצ'סטר, שעוסק גם בהיסטוריה של המדע, פרסם בשנה שעברה ספר בשם:

Life's greatest secret – The race to crack the genetic code

לב הספר עוסק בכרוניקה היסטורית של פיצוח הקוד הגנטי אבל הוא מתחיל הרבה לפני ומסיים הרבה אחרי. הספר מתחיל בסקירה של נושא הגנים לפני שידעו על הקשר ל-DNA. את דרך החתחתים שעבר הרעיון המהפכני שה-DNA הוא החומר הגנטי. סוקר באריכות את פענוח מבנה ה-DNA (ווטסון וקריק) וניסוח הדוגמה המרכזית (קריק). עובר על הגילוי החשוב של אופרון הלקטוז והגן כיחידת בקרה ולא רק כנושא מידע. מציג את הכישלון המוחלט של תיאורטיקנים מתחום הפיזיקה והמתמטיקה לפצח את הקוד. וכמובן מספר בפרוטרוט על פיצוחו של הקוד על ידי הברקה ניסויית של שני מדענים אלמונים שאף אחד לא הכיר ולא לקח בחשבון. לסיום מציג הסופר במספר פרקים סקירה תמציתית של הידע שנצבר משנות ה-70 ועד ימינו, כולל גילויים מפתיעים, השלכות על טכנולוגיה והחשיבות לחיינו כיום, מחוץ למעבדת המחקר.

נושא מרכזי נוסף השזור לאורך הספר הוא התפתחות תורת המידע והקיברנטיקה והניסיון לשלב את העקרונות האלה בחקר הביולוגיה המולקולרית. ניסיונות שלא צלחו וניתן להתווכח כיום מה היתה התרומה שלהם (אם בכלל) להתקדמות בתחום. העיסוק הנרחב בנושא לאורך הספר מעט תמוה ביחס למסקנה שאליו מגיע הסופר בסופו.

כפי שכבר ציינתי, הספר הוא כרוניקה היסטורית ובמובן הזה הוא מעולה. העושר בידע הוא רב והקורא יקבל את הסיפור המלא על הגילויים הגדולים והמהפכות שחלו בתקופה בתחום הביולוגיה (בערך 1935-1965), מי עשה מה, מי אמר מה, מי גילה מה ומתי, כולל רצף הדברים וההיגיון שעמד מאחוריהם. הסיפור הוא מרתק וקל להישאב לתוך הספר.

הצד השני של המטבע הוא שמכיוון שהסופר מתמקד בכרוניקה הוא אינו מתמקד במדע עצמו. לא ניתן להבין מהקריאה את המדע ואת הניסויים המתוארים בספר. במובן הזה הספר הוא יותר היסטוריה מאשר מדע פופולרי. אני מניח שחלק מהקוראים יראו זאת כיתרון וחלק כחיסרון, תלוי מה הם מחפשים.

הספר סובל, לטעמי, מאקדמיזצית יתר, וזה למרות שברור שהוא פונה אל הקהל הרחב. כרבע מהעמודים המודפסים (!) מוקדשים לביבליוגרפיה והערות. בנוסף, הסופר בחר לשבץ כמעט בכל עמוד שני ציטוט מקורי של אחת הדמויות המתוארות. עבורי הציטוטים הרבים קטעו את רצף הקריאה ולא הוסיפו להבנה טובה יותר של הרעיונות שהוצגו.

***

לסיכום:

אני ממליץ על הספר, למדתי ממנו המון. הוא לא קל לקריאה כמו למשל ספר של סיימון סינג אבל הוא שווה את ההשקעה. הוא שם את הדברים בפרספקטיבה גם עבור מי שמכיר את עיקרי הסיפור.

הספר גרם לי להרהר בין היתר על כך שכל פריצת דרך שמתוארת בספר אמנם חתומה על שמו של מדען כזה או אחר אבל עמדה על כתפי עבודה קשה של חוקרים רבים לאורך שנים.

כמו כן, מהו המקום של עבודה תיאורטית בביולוגיה? מצד אחד, במקרה הספציפי של פיצוח הקוד, התיאורטיקנים לא צדקו בדבר והקוד פוצח רק מתוך ניסוייים. מצד שני, רוב הרעיונות התיאורטיים שהציע קריק (פיזיקאי בהכשרתו) חזו את העתיד לבוא וחלקם מחזיק מעמד עד היום. עבורי, חומר למחשבה.

אלה תולדות – מהו אור? סקירה היסטורית מקוצרת

דואר, תור ארוך, המתנה ממושכת. החבילה שמתעכבת כבר כמה שבועות. מישהו חותך אל הדלפק בעודו מסנן "אני רק שאלה".

כיצד תנהגו?

שתי דרכי הפעולה המקובלות הן כמובן: 1) מטר קללות ואיומים, 2) יריקה שאינה משתמעת לשתי פנים. נשים לב שמדובר בשתי פעולות שונות בתכלית כדי להעביר את אותו המסר. נדגים זאת על ידי ניסוי מחשבתי. דמיינו שאתם מבצעים שוב את שתי הפעולות, אך הפעם עם שקית על הראש (ניסוי מחשבתי, כן?). הקללה עדיין תעבוד, היריקה לא.

השמש מטיחה בפנינו אור. האם היא יורקת עלינו או שמא מגדפת אותנו?

מהו בכלל אור? איזו סוג תופעה היא זאת?

800px-Cloud_in_the_sunlight
תמונה 1: ענן מואר על ידי אור השמש. המקור לתמונה: ויקיפדיה, לשם הועלתה על ידי המשתמש Ibrahim Iujaz.

***

כאשר אדם מדבר בעוד ראשו עטוף בשקית חומר ודאי אינו יכול להגיע מפיו אל אוזנו של המאזין. הקול הוא דוגמא לתופעה שנקראת 'גל'. גל הוא הפרעה במרחב שמתקדמת בתווך. החומר שמרכיב את התווך אינו מתקדם אלא ההפרעה עצמה. חישבו על 'גל מקסיקני' שעובר בקהל צופי כדורגל. אף צופה אינו משנה את מיקומו אבל משהו שם בהחלט נע מסביב למגרש. בדוגמה הזאת התווך הוא הקהל וההפרעה שנעה היא הצופים שעומדים לזמן קצר. בגל קול התווך הוא האוויר וההפרעה שמתקדמת היא שינוי בצפיפות האוויר. כאשר הפרעה זאת מגיעה לאוזן היא מרעידה את עור התוף וגורמת לסדרה של פעולות שאותן אנחנו מכנים 'שמיעה'.

במילים אחרות, גל הוא דרך להעביר אנרגיה מבלי להעביר חומר.

ומה לגבי אור? האם באלומת אור היוצאת מפנס יש חומר שמתקדם או הפרעה שנעה במרחב?

בסוגיה הזאת התחבטו גדולים ורבים. לאייזיק ניוטון היתה תיאוריה של חלקיקי אור (1704) ולעומתו, לכריסטיאן הויגנס היתה תיאוריה של גלים (1690). שניהם הצליחו להסביר את התופעות המוכרות כגון החזרה ושבירה של אור ושניהם לא שכנעו בלהסביר תכונות אחרות של האור.

ב-1803 ביצע תומאס יאנג את ניסוי שני הסדקים המפורסם שלו והכריע בסוגיה. הוא הראה שהאור מבצע תופעה שנקראת התאבכות. אם נקיש בצורה זהה בשני מצופים המונחים על פני אמבט מים נגלה שלגלים הנוצרים על פני המים באמבט יש מבנה מרחבי מורכב (ראו אנימציה). התופעה קשורה לכך שבכל נקודה במרחב יש חיבור של גלים משני המקורות שכל אחד מהם עבר דרך שונה ולכן נמצא במצב שונה. מכאן שבכל נקודה נקבל עוצמת תנודה שונה של הגל.

Two_sources_interference
אנימציה 2: תמונת התאבכות של אור משני מקורות קוהרנטיים. המקור לאנימציה: ויקיפדיה, לשם הועלתה על ידי המשתמש Oleg Alexandrov.

עבור גלי מים התופעה צפויה, אך מדוע ראה אותה יאנג באור שעובר דרך שני סדקים? המסקנה הבלתי נמנעת היתה שאור הוא גל עם אורך גל קצר מאוד (המרחק בין תנודה לתנודה במרחב עבור האור הוא מאות ננומטרים).

בסביבות 1817, עם עבודתו של אוגוסטן ז'אן פרנל התיאוריה הגלית של האור התקבלה והתיאוריה החלקיקית נזנחה לחלוטין.

***

אם אור הוא גל, מהו התווך שבו הוא מתקדם ומהי ההפרעה משיווי משקל שמתקדמת בתווך? מה בעצם מתנדנד?

ב-1873 פרסם ג'יימס קלארק מקסווול ספר שבו איגד את עבודתו על חשמל ומגנטיות. הוא הצליח לתאר את כל התופעות החשמליות והמגנטיות תחת מטרייה אחת של ארבע משוואות שבעצם היו כבר מוכרות. בעזרת תוספת קטנה של מקסוול עצמו הוא הצליח לגרום למשוואות לתאר גלים של תנודות בשדות החשמלי והמגנטי המתקדמים במרחב. כמו כן, הוא הצליח להראות שמהירות ההתקדמות של גלים אלה, לפי המשוואות, היא מהירות האור שכבר היתה ידועה. תופעה זאת מכונה כיום 'קרינה אלקטרומגנטית' והיא כוללת בתוכה לא רק את האור הנראה אלא את כל הספקטרום האלקטרומגנטי מקרני X ו-UV ועד לאינפרא-אדום, מיקרוגל וגלי רדיו (ראו איור 3). דבר זה היה כמובן חיזוק נוסף לתיאור של אור כגל.

הספקטרום האלקטרומגנטי
איור 3: הספקטרום האלקטרומגנטי. המקור לאיור: ויקיפדיה, לשם הועלה על ידי המשתמש Philip Ronan.

אני לא אעסוק כאן בשאלת התווך. דנתי בה ברשימה קודמת.

***

בשנת 1900 עסק הפיזיקאי מקס פלנק בנושא בעייתי שנקרא 'הקרינה של גוף שחור'. הבעיה היתה חוסר התאמה בין תחזיות התיאוריה של הקרינה האלקטרומגנטית של גופים מסוג זה למה שנמדד בפועל. פלנק ניסח פתרון לבעיה, שאלמנט אחד ממנו הניח בדיעבד קוונטיזציה של השדה האלקטרומגנטי. במילים אחרות, בפתרון של פלנק האור היה מורכב ממנות בדידות ובלתי פריקות, דבר שאינו מתאים לגלים שהם תופעה רציפה. פלנק עצמו סבר שמדובר בטריק מתמטי בלבד.

באותם שנים כולם שיחקו עם שפופרות ואקום שבהן היה ניתן לפלוט אלקטרונים מאלקטרודה מתכתית לחלל השפופרת. פליטת אלקטרונים מהאלקטרודה הצריכה השקעת אנרגיה. הדבר התאפשר באמצעות חימום האלקטרודה וגם באמצעות הקרנת אור עליה. ב-1902 גילה פיליפ לנארד שמהירותם של האלקטרונים הנפלטים לא תלויה בעוצמת האור המוקרן על האלקטרודה המתכתית אלא בצבע שלו (כלומר בתדירות או אורך הגל). את התופעה הזאת לא היה ניתן להסביר באמצעות מודל של גלים.

את הפתרון סיפק אלברט איינשטיין שלקח רחוק את הקוונטיזציה של פלנק. באחד המאמרים המפורסמים שלו מ-1905 איינשטיין טען ש-'מנת אור' מבצעת אינטרקציה עם אלקטרון בחומר. אם יש לה מספיק אנרגיה (כלומר אורך הגל של האור מספיק קצר) אז האלקטרון ייקרע מהמתכת החוצה והעודף האנרגטי שנשאר הוא המהירות שלו.

שימו לב שזהו הסבר שערורייתי! הוא מניח שהאור מגיע במנות בדידות שמבצעות אינטראקציות בתוך החומר 'אחד-על-אחד' כמו חלקיקים. חישבו על כדור באולינג שפוגע בפינים בסוף המסלול. כך לא מתנהג גל. ב-1915 אישש רוברט מיליקן את המודל של איינשטיין בניסוי. ב-1921 זכה אלברט איינשטיין בפרס נובל לפיזיקה על ההסבר של התופעה שמכונה כיום 'האפקט הפוטואלקטרי'. מנות האור מכונות כיום 'פוטונים'. אגב, מיליקן זכה גם הוא בפרס נובל לפיסיקה בשנת 1923 על עבודתו הזאת ועל מדידת מטען האלקטרון (ניסוי טיפות השמן).

משם הדברים רק החמירו. עוד ועוד תופעות שהתגלו שקשורות לאינטראקציות של אור וחומר הוסברו היטב רק באמצעות מודלים של מנות האור שבמובן מסוים התייחסו לאור כאל אוסף של חלקיקים – הפוטונים. דוגמה אחת היא למשל אפקט קומפטון שעוסק בפיזור של פוטון על ידי מפגש עם אלקטרון. חלק נכבד מההסבר לתופעה לקוח מעולם המושגים של כדורים מתנגשים.

נראה כי אור מתואר היטב על ידי תיאוריה גלית כאשר הוא נע במרחב, ומתואר היטב על ידי תיאוריה חלקיקית כאשר הוא מבצע אינטראקציה עם חומר.

***

אז מה השורה התחתונה? האם אור הוא גל או חלקיק?

לדעתי השאלה מוטעה ומטעה. הדיכוטומיה אינה אמיתית.

להבנתי, אור הוא לא גל ולא חלקיק אלה סך התופעות שאנחנו חוזים בעולם ומכנים אותם בשם 'אור'. האור הוא תופעה מורכבת ואינו אנלוגי לחלוטין לגלי מים או לכדורי ביליארד. עם זאת, נוח לנו לתאר אותו בכלים המתמטיים החזקים שפיתחנו עבור תופעות אלה. זה אפילו עובד לא רע בכלל מבחינה חישובית. עלינו לשמוח בכך ולהיות מוכנים לוותר על הצורך להגדיר. ממילא הגדרה שתיגזר מתוך תיאוריות פיזיקליות מתקדמות של השנים האחרונות  לא תתקשר כלל עם חיי היום-יום שלנו.

סיפורי עמים – המפץ הגדול, יומן קריאה

אתחיל בוידוי.

מעולם לא התעניינתי באסטרונומיה. מעולם לא בניתי דגם של מערכת השמש. אני לא יודע בעל פה את שמות כוכבי הלכת בסדר עולה לפי קרבתם לשמש. כדי להסביר את עונות השנה אני צריך לחשוב כל פעם מחדש. אותו כנ"ל לגבי קוסמולוגיה (מפץ גדול וכאלה).

לא קראתי. לא חקרתי. כאשר לקחתי קורס בנושא אסטרופיזיקה באוניברסיטה השתעממתי עד כדי כך שהעברתי את השיעורים במצבים שונים של עילפון (טלפונים חכמים לא היו אז בנמצא).

ומדוע אני מספר את כל זה?

כי באיחור אופנתי קראתי את הספר 'המפץ הגדול' מאת סיימון סינג ומצאתי בו עניין רב. הספר קולח, אולי קולח מידי. לקליחות הזאת יש מחיר, והשורה התחתונה לדעתי היא שבספר הזה היה שווה לשלם אותו.

אני אסביר.

עטיפת הספר המפץ הגדול
תמונה 1: העותק שלי. הגרסה האמריקאית של הספר 'המפץ הגדול' מאת סיימון סינג שמתהדרת בעטיפה מתכתית, מחזירת אור ומכוערת במיוחד. ברקע: מרצפות מהסבנטיז ורגל של וינטלטור.

***

ישנם שני דברים שמייחדים לדעתי את האסטרופיזיקה משאר נושאי המחקר בפיזיקה. האחד הוא שבדרך כלל לא ניתן לבצע ניסויים במעבדה והשני הוא שהנושא מצריך ידע במגוון רחב של תחומים כגון אופטיקה, פיזיקת חלקיקים, יחסות, פיזיקה קוונטית ועוד. הספר מיטיב להעביר את הייחוד הזה לקורא.

'המפץ הגדול' מאת סיימון סינג עוסק בעלייתה וביסוסה של התיאוריה שמוזכרת בשמו. התיאוריה עוסקת בטיבו, בחייו ובזמניו של היקום. סינג קיבל החלטה לא לחסוך בנייר ולתת רקע רחב לכל אחד מהנושאים שבהם יצטרך לגעת כדי להסביר את התיאוריה, גם במובן ההיסטורי וגם במובן הפיזיקלי, ועל כך יש לשבח אותו.

הפרק הראשון עוסק בעיקר באסטרונומיה אבל גם בקוסמולוגיה מתקופת יוון העתיקה, דרך קופרניקוס, קפלר וגלילאו ועד לתחילת המאה ה-20. הפרק השני עוסק בתורת היחסות של איינשטיין ואיך היא הולידה בניגוד לדעתו את הניצנים הראשונים לתיאורית המפץ. הפרק השלישי עוסק באסטרונומיה המודרנית: איך חוקרים, איך מודדים ואיך מסיקים החוקרים על תכונות של עצמים כל כך מרוחקים. הוא גם סוקר את הגילויים שהכניסו סדקים בתיאוריית היקום הסטטי. הפרק הרביעי עוסק ביישום של רעיונות מהפיזיקה הגרעינית כדי להבין את התהליכים הראשונים בהיווצרות החומר ביקום ובהעמדת שתי תיאוריות סותרות של טיב היקום. הפרק החמישי והאחרון עוסק בתצפיות ובגילויים ששכנעו את הקהילה המדעית בנכונות מודל המפץ הגדול.

אבל אלו רק הפרטים הטכניים. מדוע הספר קולח כל כך ביחס לאחרים?

משום שסינג, בדומה לכל ספריו, מספר סיפור. אגדת עמים חוצת גבולות ותקופות, מלאה בקרבות בין גיבורים ושבסופה הטובים מנצחים ותיאוריית המפץ הגדול נכנסת לספר הלימוד. סינג בחר בעורמה לסיפורו נראטיב מנצח. כמו כן, רוב הדמויות מקבלות תיבול על ידי אנקדוטה עסיסית שמפיחה בהן רוח חיים, גם אם מזויפת במקצת. הספר מזכיר לנו כמעט בכל עמוד שמדע נעשה על ידי אנשים.

הטכניקה השניה שבה משתמש סינג הוא רידוד הפיזיקה עד לרמה שאותה כולם יכולים להבין, ללא שימוש במתמטיקה ובריחה מכל רעיון שעלול להיות מסובך מידי. הקורא ההדיוט עלול לטעות שפיזיקה היא בעצם עסק די פשוט ואולי אפילו בהישג ידו. למרות זאת הספר נוגע בהמון נושאים פיזיקליים מעניינים כיאות לתחום כל כך מולטי-דיסיפלנרי ומוסיף דעת לקורא.

זאת אינה ביקורת שלילית. באופן אישי מאוד נהניתי לקרוא את הספר למרות שעסק בנושא שאני פחות מתחבר אליו. בזכותו אני כעת ידען משהייתי. יש רק לזכור שהספר אינו מיועד להיסטוריונים של המדע או לפיזיקאים. לאלה עדיף לפנות לספרים אחרים. גם אם הספר מכיל אי דיוקים קטנים פה ושם או נראטיבים מוגזמים, אף אחד מהקוראים המיועדים לא יבחין בכך ולא יזכור אותם בסיום הקריאה ולכן אין זה משנה. המטרה הושגה.

כדי ללמד מדע בצורה מוצלחת צריך לפעמים לבלף, שזאת עובדה פדגוגית ידועה [דרוש מקור]. אנחנו קובעים מה לספר, מה לא לספר, באיזה סדר ואיזו צורה. מטרתם של ספרי מדע פופולרי הוא ללמד אותנו משהו שלא ידענו על מדע ולכן אין מנוס מלעגל לא מעט פינות. מי שלא מעגל, יפיק תחת ידיו גוש מילים לא קריא. מהו הגבול? מטושטש.

אם כך לסיכום, אני ממליץ על הספר 'המפץ הגדול' לכל אדם שמתעניין במדע. הוא יצא ממנו נשכר, ולא רק בנושא קוסמולוגיה. אני גם ממליץ למורים לפיזיקה להמליץ עליו לתלמידים שלהם. הספר גם ישלים חוסרים שלא ניתן להגיע אליהם בכיתה וגם ירחיב את אופקיהם בנושאים פיזיקליים רבים שמוסברים בו.

מעבד תמלילים גנטי – על שגעת הקְרִיסְפְּרְ (CRISPR)

אף אחד לא אוהב להיות חולה ולכן אנחנו לא אוהבים חיידקים ונגיפים.

אנחנו לא היחידים. גם חיידקים לא אוהבים וירוסים, עניין של סכנת חיים.

לגוף האדם יש מספר אסטרטגיות להילחם בפולשים, שהמתוחכמת ביותר היא מערכת החיסון. גם לחיידקים יש מספר אסטרטגיות להילחם בוירוסים. בעשרים השנים האחרונות התגלתה מערכת הגנה שלא היתה ידועה לנו. מערכת חיסון המבצעת חיסולים ממוקדים, ובניגוד למערכת החיסון האנושית, יכולה להעביר מידע לצאצאים בתוך הקוד הגנטי.

ואם זה לא מספיק אז ב-2012 הודגם כיצד ניתן להשתמש במערכת הזאת ככלי עבודה להשתלת גנים. מאז מעבדות רבות שעוסקות בנושא ביולוגיה מולקולרית אצות רצות להן לרכוש את הידע הזה. מסתמן שכלי זה יכול להוות העברת הילוך בהנדסה גנטית.

המערכת נקראת בראשי תיבות CRISPR, ואני אכנה אותה כאן בשם החיבה 'קְרִיסְפְּרְ'.

מעוניינים לדעת עוד? להלן שתי המלצות:

  1. הפודקאסט Radiolab שמתמחה בהצגת נושאים מדעיים בדרכים מקוריות לקהל הרחב אכזב בתקופה האחרונה וכמעט לא עסק במדע. לדעתי בתוכנית האחרונה שהיתה בנושא הקריספר הוא חזר לתלם. בפרק תקבלו הסברים על ההיסטוריה ועל פעולת המערכת והפיכתה לכלי מעבדה. הפרק עוסק גם בדיון מוסרי על דרקונים וחזירים עם כנפיים.

קישור לתכנית

  1. למי שמעדיף לקרוא טקסט, קארל זימר (Zimmer), כתב מדעי ידוע ומוערך, כתב מאמר מצוין בנושא. (אגב, הוא אחד מהמרואיינים בתכנית של Radiolab). מדובר בכתבת מגזין ברמה שכל אחד שמתעניין יכול להבין. הוא דן גם במקורה האבולוציוני של המערכת ובתפקידים נוספים שלה בחיידק.

קישור לכתבה

צילומסך מאמר של זימר
תמונה 1: צילומסך של כותרת המאמר של קארל זימר.

"ומה אם לא בא לי ללחוץ על אחד הקישורים?", אתם שואלים.

מכיוון שכבר נגעתי בנושא אני לא יכול להימנע מלכתוב בקצרה את עיקרי הדברים, פשוט כי זה סיפור טוב מידי. אבל אני עדיין ממליץ לגשת למקורות למעלה מהם שאבתי חלק גדול מהמידע.

***

בשנת 1987 מִיפּו (מלשון מפּה) מדענים מאוניברסיטת אוסקה ביפן גן מסוים מחיידק המעיים E. coli. כדי להבין טוב יותר כיצד עובד הגן מיפו החוקרים גם את ה-DNA מסביבו. הם חיפשו אלמנטים שמגיבים עם חלבונים ויכולים לגרום להדלקה או כיבוי של תפקוד הגן. הם לא מצאו כאלה, אבל מה שהם מצאו היה משהו שאף אחד לא ראה קודם.

ב-DNA, ליד הגן המדובר, מצאו החוקרים חמישה מקטעים סמוכים, זהים אחד לשני בקוד הגנטי שלהם. בין מקטע למקטע היה רווח (ספייסר) שבו היו רצפים שונים אחד מהשני. החוקרים פרסמו את הממצא אבל לא ידעו להסביר אותו.

בשנות ה-90, כאשר טכנולוגיות מיפוי ה-DNA התקדמו מאוד, גילו חוקרים את הסדוויצ'ים הגנטיים האלה במספר רב של זנים שונים של חיידקים. בשנת 2002 מדען מאוניברסיטת אוטרכט בהולנד נתן להם את השם המלבב: "Clustered regularly interspaced short palindromic repeats" או בקיצור CRISPR. אבל החוקרים ההולנדים לא רק נתנו לתופעה שם מוזר, אלא גם שמו לב למשהו חשוב. מקטעי הקריספר תמיד היו בקרבת קבוצת גנים שמכונה כיום Cas genes. הגנים האלה קידדו לאנזימים שיכלו לחתוך DNA. (תזכורת קצרה: גן הוא מקטע DNA שיכול להיות מתורגם לחלבון. אנזים הוא חלבון שיכול לבצע או לעודד ביצוע של פעולה בתא.)

שלוש שנים לאחר מכן, שלוש מעבדות שונות הבחינו באותה עובדה מוזרה לגבי הספייסרים ברצף הקריספר. הרצף הגנטי שהכילו תמיד נראה דומה מאוד ל-DNA של וירוסים.

פרסום הדמיון של הספייסרים ל-DNA של וירוסים הפיל אסימון אצל הביולוג האבולוציוני יוג'ין קונין. עלה במוחו רעיון שהחיידקים משתמשים בקריספר כנשק נגד וירוסים. הוא הגה היפותזה שלפיה החיידק משתמש בקריספר ובאנזימי ה-Cas לתפיסת חלקי DNA של וירוסים, והחדרתן לתוך הספייסרים. כאשר חודר וירוס אחר, יכולה הבקטריה לזהות אותו באמצעות רצפים אלה ולהשמיד אותו באופן ממוקד.

כדי לבדוק את ההיפותזה הודבקו בוירוסים חיידקים שבהם עושים שימוש בתעשייה להפיכת חלב ליוגורט. רוב החיידקים מתו, אך כמה מהם שרדו. הצאצאים של החיידקים ששרדו היו עמידים לוירוסים האלה. חלקים מה-DNA של הוירוסים התגלה באזור הספייסרים ב-DNA של החיידקים. כאשר אזור זה נחתך בניסוי מה-DNA, איבדו החיידקים את העמידות.

***

ג'ניפר דוּדְנה דאוּדְנה (Doudna), ביוכימאית מהאוניברסיטה של קליפורניה, ברקלי, בארה"ב, ותלמידיה חקרו את המבנה של אנזימי ה-Cas כדי להבין איך הם עובדים.

כאשר וירוס חודר לחיידק, חלק מה-DNA שלו נתפס ומושתל לתוך ספייסר. כעת יש לחיידק תמונה של הפושע. החיידק מתרגם את ה-DNA הויראלי למולקולת RNA ומצרף אותה לאנזימי ה-Cas. הצוות של האנזימים ושל ה-RNA שט לו בתא. כאשר הם פוגשים ב-DNA שמתאים לתמונת הפושע שיש להם, ה-RNA 'מחבק' את ה-DNA הויראלי, ואנזימי ה-Cas חותכים אותו ומונעים ממנו לשכפל חלקי וירוס חדשים. כך נמנע תהליך ההתפשטות של הוירוס בחיידק (ראו איור 2).

Crispr
איור 2: דיאגרמה המתארת את מנגנון אפשרי עבור מערכת הקריספר. הדרך לעקוב אחרי האיור הוא להתחיל משמאל למעלה שם רואים וירוס מזריק DNA לתוך חיידק. משם נמשיך עם כיוון השעון. חלקי DNA של וירוס מוחדרים לספייסר. נוצרים אנזימי Cas מצוותים ל-RNA מתורגם מהספייסר. הצוות מזהה DNA של וירוס וחותך אותו. השלמנו מעגל. המקור לאיור: ויקיפדיה, לשם הועלה על ידי המשתמש James atmos.

דאודנה ושותפיה הבינו שהקריספר הוא בעצם מערכת חיתוך DNA שניתנת לתכנות. זה הוביל אותם למסקנה שניתן להשתמש במערכת הזאת ככלי מעבדה לעריכת DNA.

ההנדסה הגנטית נסמכת על היכולת של שלנו לחתוך DNA. הרי בבסיסו של תחום זה עומד הרצון שלנו לעשות 'קאט-אנד-פייסט' לגנים כמו שעושים למילים במעבד תמלילים. הכלי שנמצא כיום בשימוש הוא restriction enzymes, וגם הוא לקוח ממערכת הגנה של חיידקים נגד וירוסים שהתגלתה בשנות ה-70.

דאודנה ושותפיה לקחו מערכת קריספר מחיידק שגורם לדלקת בגרון. הם פיתחו שיטה כיצד לספק לאנזים ה-Cas מולקולת RNA שמתאימה לרצף ה-DNA אותו רצו לחתוך במקום זאת שמקורה בספייסר. ה-RNA מוביל את האנזימים למקום הרצוי והם חותכים בדיוק את הרצף המבוקש. לתוך אזור החתך ב-DNA ניתן להחדיר כל גן שרוצים. אם נמשיך עם אנלוגיית מעבד התמלילים, דודנה ושותפיה פיתחו כלי שמבצע ביעילות פעולת find-and-replace ב-DNA.

מכיוון שאתם וודאי אנשים בעלי דמיון, אשאיר לכם לחשוב לבד על דברים שניתן יהיה בעתיד לעשות באמצעות הכלי הזה.

לסיום הייתי רוצה להסב את תשומת לבכם למהירות שבה כל זה קרה. 1987 – גילויים ראשונים, 2002-2005 גלויים נוספים והיפותזה, 2012 הדגמת כלי חיתוך מעבדתי. לא מן הנמנע שתוך מספר שנים מועט נמצא ערכת קריספר קנויה על המדף בכל מעבדת מחקר שעוסקת בביולוגיה מוקולרית.

***

לקריאה נוספת: על שימושים ברפואה מהבלוג של רועי צזנה.

טריקים למסיבות ואחסון חשמל בצנצנת – על ההיסטוריה של החשמל בביביסי

מה זה חשמל? באמת, נו, מה זה?

***

במהלך המאה ה-18 לא היתה קיימת תיאוריה של חשמל. היו תופעות והיו אנשים שהבחינו בהן, התנסו בהן ושיחקו איתן.

תופעת החשמל הסטטי היתה ידועה עוד מימי קדם. יודעי סוד ידעו לגרום לשוק חשמלי, לא פעם למטרות בידור בעזרת מכשירים שעשו שימוש בסיבוב וחיכוך של חומרים, למשל המכונה של פרנסיס הקסבי (Hauksbee) שאותה ניתן לראות באיור 1. היה ידוע שהדבר המוזר שמופק במכשירים האלה 'זורם' דרך חומרים מסוימים, למשל מתכות, ודרך אחרים אינו זורם, למשל חוטי משי או זכוכית.

Hauksbee_Generator
איור 1: גנרטור החשמל הסטטי של פרנסיס הקסבי. המקור לאיור: הספר ' Physico-Mechanical Experiments, 2nd Ed., London 1719', דרך ויקיפדיה.

בדומה לתיאורית הקלוריק עבור חום, המחשבה על חשמל היתה כעל סוג של נוזל שזורם דרך חומרים מסוימים. אם כך, אך טבעי היה שכאשר פיטר ואן מושנברוק (van Musschenbroek), מדען הולנדי מאוניברסיטת ליידן, רצה למצוא דרך לאגור את החשמל הסטטי, הוא פשוט הזרים אותו מהגנרטור המתחכך, דרך כבל מתכתי, אל תוך צנצנת עם מים, שם החשמל היה אמור להישפך ולהצבר. זה לא עבד.

עד שיום אחד בשנת 1745 ואן מושנברוק (או עוזרו, תלוי לאיזה גרסה אתם מאמינים) טעה בביצוע הניסוי. בזמן 'מילוי' הצנצנת בחשמל סטטי הוא שכח להניח את הצנצנת בחומר מבודד, ואחז אותה עדיין בידו. בסוף תהליך הטעינה הוא תפס את חוט המתכת בידו החופשית כדי להוציאו מהמים וחטף שוק חשמלי חזק מאוד (ראו איור 2). מאוחר יותר גילה ואן מושנברוק שהוא יכול לשמר חשמל בצנצנת לאורך זמן, כלומר לטעון עכשיו ולחשמל אחר-כך. ואן מושנברוק (ואחרים בתקופתו) למעשה בנה את הקבל הראשון שלאחר פרסומו זכה לשם צנצנת ליידן.

Cuneus_discovering_the_Leyden_jar
איור 2: שחזור בציור של גילוי צנצנת ליידן על ידי העוזר שלו. מימין כדור שמתחכך בסיבוב בידיים וכך מפיק חשמל סטטי שזורם דרך השרשרת לתוך הצנצנת עם המים. המקור לאיור: הספר ' Augustin Privat Deschanel (1876) Elementary Treatise on Natural Philosophy, Part 3: Electricity and Magnetism, D. Appleton and Co., New York, translated and edited by J. D. Everett, p. 570, fig. 382' שממנו הועלתה התמונה לויקיפדיה.

כחמישים שנים לאחר מכן ימציא אלסנדרו וולטה את 'הערימה הוולטאית', שהיא בעצם הבטרייה הראשונה, שתשמש כמקור מוצלח יותר לחשמל. מיד לאחר מכן יתגלה באמצעותה תהליך האלקטרוליזה של מים ועידן הכימיה יזנק קדימה בכל הכוח.

עדיין לאף אחד מהם לא היה ברור מהו בעצם חשמל. שישים שנים נוספות נדרשו כדי לאגד תיאוריה סדורה של חשמל.

***

אין היום שום ערוץ טלוויזיה שיכול להתחרות ב-BBC הבריטי בהפקת תכניות שמספרות סיפורים מדעיים. למעשה כיום זה כמעט המקור היחיד, והעקבי לתכניות מהסוג הזה. נזכיר שסיימון סינג, סופר המדע הפופולרי המצליח, החל שם את הקריירה ביצירת סרטים כמו זה על המשפט האחרון של פרמה שלאחר מכן הפך לספרו הראשון.

לאחרונה צפיתי בסדרה ששודרה במקור בשנת 2011 בנושא חשמל. הסדרה נקראת Shock and Awe: The Story of Electricity, והיא בת שלושה פרקים של כ-50 דקות. המציג בסדרה הוא ג'ים אל-חלילי (לא בטוח לגבי ה-ח', Jim Al-Khalili), פרופסור לפיזיקה תיאורטית וסופר מדע פופולרי.

פתיח הסדרה תמונה 3: צילומסך מהפתיח של אחד הפרקים של הסדרה.

הסדרה מציגה את ההיסטוריה של חקר החשמל. הפרק הראשון עוסק בחלוצים בתחום, במכונות המשונות שבנו ובתובנות שלהם. הפרק השני עוסק במציאת הקשר בין חשמל ומגנטיות ובשימוש בקשר זה למטרות תקשורת ותאורה מלאכותית. הפרק השלישי עוסק בביסוס התיאוריה עבור חשמל, אישושה הניסיוני וניצולה עבור פיתוח הרדיו והטרנזיסטור.

הסדרה מתמקדת יותר בסיפורים ההיסטוריים ופחות בהסבר של המדע עצמו. מי שאינו 'בקיא בחומר' יהנה מהסיפורים, אך סביר שלא יסיים את הצפייה כאשר הוא מבין את הרעיונות הפיזיקליים עצמם. ככל שהסדרה מתקדמת והפיזיקה מסתבכת, פוחתים ההסברים אף יותר על חשבון הסיפורים והאנשים.

כותבי הסדרה החליטו להתמקד במספר מצומצם של סיפורים ואותם להציג בהרחבה. את השאר הם מזכירים במילה או שלא מזכירים כלל. גישה זאת באה על חשבון חלק מהדמויות החשובות שאינן מופיעות בסדרה, למשל שארל-אוגוסטן דה קולון (Coulomb) וניסוייו להבנת המטען והכוח החשמלי. לדעתי יש נטייה נוספת בסדרה והיא להתמקד במדענים אנגלים ובניסויים שבוצעו באנגליה כל עוד זה אפשרי, אבל בנושא זה אני לא בטוח לחלוטין.

עבורי הסדרה היתה מעניינת ולמדתי לא מעט דברים חדשים, בעיקר לגבי הרצף ההיסטורי ועל הניסויים והפיתוחים הראשונים. בעיקר אהבתי את הפרק הראשון והחצי הראשון של הפרק השני.

יש עוד שני דברים קטנים שהפריעו לי. את הראשון אני מכנה 'עודף דרמטיזציה' שמתבטא בסיפורים מסמרי שיער, מסך חשוך, דרמה והמון מוזיקה מותחת. אני מבין את הצורך בלשמור את הצופה על קצה הכיסא, אבל אין זה פרק בסדרה 'חוק וסדר' או 'תיקים באפילה'. כתבתי בעבר ביקורת דומה על הכתיבה של סיימון סינג.

הדבר השני הוא הנוכחות המוגזמת של המנחה, אל-חלילי, בסדרה. הוא לא רק מקריין אותה ונראה בה עורך את הניסויים וההדגמות, אלא מופיע בה בכל רגע ורגע. ג'ים הולך ברחובות, ג'ים חושב, ג'ים עומד, ג'ים נוסע. מוגזם ומיותר לטעמי.

לסיכום, אם ההיסטוריה של החשמל מעניינת אתכם שווה להציץ.

***

הנה קישורים שמצאתי באינטרנט לפרקי הסדרה. מקורות אלה אינם רשמיים ולכן אני לא בטוח אם הם יהיו זמינים לתמיד.

***

קרדיט לבני קלינגמן שהפנה את תשומת ליבי לסדרה.