יום שני, 13 ביוני 1994

כלים חדשים - תגליות חדשות (שחפת במומיה פרואנית) - רועי שפירא


האבחנה אומנם איחרה לבוא, אך התגלית כי לפני כאלף שנה סבלה אישה פרואנית משחפת מרעידה אמות סיפים בקרב חוקרי מחלות קדומות.


פירושו של מימצא זה הוא, כי השחפת היתה נפוצה בעבר בעולם החדש ולא הובאה אליו על ידי האירופים. כידוע, ״מואשמים׳׳ האירופים הראשונים כי הביאו לאמריקה מחלות חדשות שכנגדן לא היה למקומיים כל חיסון, ובכך (ולא בחרב) המיטו כליה על עמי העולם החדש.

על סמך סימני פגיעה אופייניים בעצמות, חשדו פליאופתולוגים (העוסקים בחקר מחלות קדומות) זה מכבר, כי השחפת היתה נפוצה באזור, אך לא עלה בידיהם להוכיח כי המדובר בחיידק השחפת (Mycobacterium tuberculosis) ולא בחיידקים אחרים הפוגעים נעצמות באופן דומה.

בדרום פרו פרחה בתקופה הקודמת לאינקה תרבות הצ׳יריביה. באקלים הקר והיבש של האזור התייבשו גופות המתים, ונחנטו חניטה טבעית לפני שפשו בהם תהליכי ריקבון. בכמה מהגופות נמצאו סימנים לשחפת בריאות ובחלל החזה.
ארתור אופדרהייד (Aufderheide) מאוניברסיטת מיניסוטה ועמיתיו מאוניברסיטת שיקגו בודדו דוגמיות של החומר התורשתי מהרקמה החשודה. בהמשך, השתמשו בשיטות חדישות של הנדסה גנטית ויצרו מיליוני עותקים מפיסות ה-DNA שנמצאו. הם הניחו, כי מצויים בידם מיקטעים של חומר תורשתי אנושי נוסף על זה של החיידק המבוקש. השלב הבא היה חיפוש רצף בסיסים מסוים, הייחודי לחיידק השחפת, והנעדר כליל מן ה-DNA האנושי. ואכן, אחרי מאמץ עצום עלה בידם לזהות את חיידק השחפת ברקמות הקדומות.

מימצאים מעניינים אלו מעוררים שאלות באשר לתפוצתן של מחלות בימים עברו, ויחסי הגומלין שלהן עם ההיסטוריה האנושית. למשל: האם ייתכן כי השחפת היא ביסודה מחלה נדירה, ורק התכנסותו של המין האנושי בקהילות צפופות וגדולות, בתנאים ירודים, מביאה להתפשטותה המהירה? או האם אכן הובאה העגבת (Syphilis), לעולם החדש ביד׳ האירופים? האם נכונה המקובלה כי האוכלוסייה של אמריקה הקדם-קולומביאנית הייתה קטנה מכדי לסבול ממגפות נגיפיות?

ובהקשר זה, אחת השאלות המרתקות בתקופתנו היא: האם תסמונת הכשל החיסוני הנרכש (איידס) היא מחלה קדומה המקננת בקרב המין האנושי בלא שזוהתה עד כה; והפכה מסיבה זו או אחרת לאלימה, או שמא זו מחלה מודרנית?

מומיה בת 5000 שנה מן הכפר -San-Pedro-de Atacama. אזור האלטיפלט, צפון צ׳ילה. (ר.ש.)
פורסם ב"גליליאו" 4,  מאי יוני 1994 

יום שבת, 11 ביוני 1994

דם מלאכותי (מחיידקים מהונדסים) - רועי שפירא


לאחרונה, בעקבות אירועים טרגיים שהביאו להידלדלות מלאי הדם, התבקש הציבור בארץ לתרום דם לבנק הדם של מגן דוד אדום. הצורך בדם טבעי לעירויים הוא גורם מגביל מאין כמוהו, ומזה שנים רבות מחפשים חוקרים תחליפי דם. פיתוח דם מלאכותי בכמויות מסחריות יכול לשחרר אותנו מחסרונותיו הבולטים של ״משק הדם״ הנוכחי: החיסרון הראשון הוא התלות המוחלטת בתורמים, מה שמקשה על אספקת הכמויות הנדרשות בזמן הדרוש. הבעיה השנייה, שהוחרפה בשנים האחרונות, היא זיהום אפשרי של הדם במחלות זיהומיות כמו איידס וצהבת, שמחייב בדיקת כל מנה ומנה וסילוקן של המנות המזוהמות. ולבסוף, בכדי למנוע תגובה חיסונית חריפה אצל המקבל, יש להתאים את סוג הדם של כל מנה לדמו שלו.

Mimooh, Wikimedia commons


סומטוגן (Somatogene), חברה ביו-טכנולוגית אמריקנית המתמחה בהנדסה גנטית, הודיעה לאחרונה על פיתוחו של דם מלאכותי, אשר מיועד לפתור אותנו מבעיות אלו.

הסיבה הראשונית והמיידית למתן דם לחולה היא ירידה חדה בלחץ הדם שלו, לרוב עקב איבוד דם, והצורך להבטיח אספקת חמצן תקינה, בעיקר למערכת העצבים המרכזית. לדם כמובן תפקידים נוספים, אך במקרי טראומה, כגון פציעה או ניתוח, זקוקים לדם עבור הבסיסית שבסיבות - הולכת חמצן אל רקמות הגוף. רוב החברות השוקדות על פיתוח דם מלאכותי מפיקות המוגלובין - המולקולה נושאת החמצן האצורה בתוך כדוריות הדם האדומות - מכדוריות שמקורן במנות דם שפג תוקפן. משתי סיבות לא ניתן לערות המוגלובין ישירות לדם: ראשית, מולקולת ההמוגלובין מתפרקת בדם לחומרים רעילים לכליות; ושנית, המוגלובין ״עירום״ אינו נוטה לשחרר ברקמות את מולקולת החמצן שספח. בגוף, כאמור, ארוז ההמוגלובין בתוך כדוריות הדם האדומות, המצוידות באנזים מיוחד שעוזר לחמצן להשתחרר מן ההמוגלובין ולעבור לרקמות הסובבות. תוצרי הפירוק נותרים בתוך הכדורית.

מולקולת ההמוגלובין מורכבת מארבע תת-יחידות, חלבוניות. קיושי נאגאי (Nagai) מאוניברסיטת קיימברידג׳ שבאנגליה, פיתח שיטה המאפשרת להשתיל את הגנים המקודדים לכל ארבע תת- היחידות בחיידק Escherichia coli. החיידק ״המהונדס״ מייצר המוגלובין אנושי היכול לשמש לעירויים. הגנים שנאגאי משתיל בחיידק עברו מוטציות (שינויים). שינוי אחד כרוך בחיזוק עוצמת הקשר בין תת-היחידות, כך שימנע פירוק ההמוגלובין החופשי בדם לתוצרים רעילים. שינוי אחר מתבטא בשיחרור קל ומהיר יותר של חמצן לרקמות.

חברת סומטוגן מייצרת כבר עתה המוגלובין אנושי במכלי התססה של 1,500 ליטר. קרוב לוודאי, כי כאשר יאשרו רשויות הפיקוח של ארצות הברית את שיווקו המסחרי, יוכל הדם המלאכותי למלא את מקומו של הדם הטבעי, וכך לא נמצא עצמנו במצוקה דוגמת זו ששררה בעת שאירע אותו פיגוע המוני.

פורסם ב"גליליאו" 4,  מאי-יוני 1994. 

יום חמישי, 9 ביוני 1994

אשפה לטיוב הקרקע - מרית סלוין


מיחזור הוא אחת ממילות המפתח השגורות בפי תושבי כדור הארץ במאה ה-20. במדינתנו הזעירה משמעות המיחזור כפולה ומכופלת. מיחזור האשפה העירונית עשוי לפתור את אחת הבעיות הסבוכות באיכות הסביבה בארץ.


במדינת ישראל מתגוררים כ-5.3 מיליון תושבים, וכל אחד מייצר בממוצע 1.6 קילוגרם אשפה ביום, המסתכמים ב-0.58 טון בשנה. בסך הכל מייצרים תושבי המדינה 3.1 מיליון טון אשפה בשנה. אשפה זו נשלחת לאתרי סילוק אשפה - 400 במספר, שמרביתם אינם מטופלים כראוי. בכך הם מסכנים את איכות מי התהום, מפיצים ריח רע ולכלוך, פוגעים בנוף וגורמים לשורה של מיטרדים אחרים. כך, למשל, במזבלת חיריה, הקולטת כ-2,500 טון אשפה מדי יום מתרכזים שחפים בריכוזים כאלה המסכנים את תנועת המטוסים הממריאים מהאזור.

כמויות עצומות של שחפים מעל מזבלת חיריה מסכנים את תנועת המטוסים באזור. 
צילום: בניה בן-נון 

קבוצת חוקרים מהפקולטה לחקלאות באוניברסיטה העברית, ובראשם פרופ' יונה חן, דיקן הפקולטה, מנסה למצוא שיטות שתאפשרנה מיחזור האשפה. בשלב ראשון בדקו החוקרים את האפשרות למחזר את החומר האורגני המצוי בשאריות המזון המושלכות לאשפה. לשם כך למדו את תהליכי פירוקו בעזרת חיידקים ליצירת קומפוסט, שהוא חומר אורגני חסר ריח. בקומפוסט ניתן להשתמש כתחליף לכבול במצע גידול לצמחים בחממות, כחומר חיפוי על פני הקרקע להקטנת אובדן מים וכזבל אורגני לטיוב הקרקע. אולם, הקומפוסט שהתקבל מתהליכי הפירוק לא היה אחיד בהרכבו, והיה זמין לחיידקים שפירקו אותו וגרמו להפצת ריחות לא נעימים לסביבה. והגרוע מכל, הוא הכיל מרכיבים אי-אורגניים, בכללם מתכות כבדות, שמקורם בקופסאות שימורים, מכשירי אלקטרוניקה, סוללות ועוד, המסכנים את איכות מי התהום, הצמחיה והסביבה.

עתה שוקדים החוקרים על לימוד תהליכי המעבר של חומרי האשפה למצב אחיד ויציב, דל במתכות כבדות, הניתן ליישום בחקלאות, ועל פיתוח טכנולוגיה ליישום התהליכים. במקביל, הם מפתחים שיטות וכלים לבדיקת רמת קליטת המתכות הכבדות שבחומר על ידי צמחים שיגדלו בקרקע או במצע גידול המכיל תוצרים אלה. כלים אלה יסייעו בידם להחליט אם שימוש בתוצר המכיל מתכות אינו מסכן את הסביבה. בחלקו השלישי של המחקר בודקים המדענים את תכונות הקומפוסט כמדכא התפתחותן של מחלות צמחים המועברות בקרקע.

מימצאי המחקר הראשונים מראים, כי הקומפוסט שהופק מעודד גידול צמחים ומספק להם חומרי דשן, ואף משפר ומייצב את הקרקע. כמו כן איתרו החוקרים שיטות לחיזוי קליטת המתכות מן החומר על ידי צמחים, שיטות שבאמצעותן אפשר יהיה להשתמש בחומר בלא לגרום לזיהום סביבתי.

אם אכן ייושמו מימצאי המחקר, ייתכן שנהיה עדים להיעלמותם של הררי הזבל וגלי הסירחון מאתרי האשפה הרבים שברחבי המדינה.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 4,  מאי/יוני 1994.

יום שלישי, 5 באפריל 1994

המרוץ אחרי החיסון (לאיידס) - מארק קולדוול


לפני עשור נראה היה כי בתוך שנתיים יימצא תרכיב חיסון נגד איידס. היום האופטימים סבורים, כי בשנת אלפיים אולי יהיה בידינו דור ראשון של תרכיבים. מדוע כה קשה ליצור תרכיב חיסון נגד נגיף האיידם?


עשור כבר עבר מאז הוחל במחקר מקיף בנושא האיידס. הנתונים מעוררי אימה. בדיווח של ארגון הבריאות העולמי נאמר, שלא פחות מ-14 מיליון מבוגרים וממיליון ילדים כבר לקו בזיהום נגיפי זה. לפי התחזית, בשנת 2,000 יהיו 120 מיליון נגועים. אמנם חלה התקדמות בתחום זה, ויש תרופות המסוגלות לעכב במידה מסוימת את התפתחות המחלה, אך לא לבלום אותה או להביא לריפוי. מדי פעם צצות בתקשורת ידיעות על תרופות חדשות כביכול, אך רובן מאכזבות, ובמקרים הגרועים יותר אין מדובר אלא באשליה. האנטיביוטיקה הוכיחה את כוחה בהכחדת חיידקים, אך תרופות יעילות נגד נגיפים עדיין אינן בנמצא. לעומת זאת, תרכיבי חיסון נגד נגיפים מצויים בשימוש שוטף מזה שנים רבות. לתרכיבים אלה נודעת שורה ארוכה של השגים, ביניהם הכרעת מחלת האבעבועות, הפוליו, והחצבת.

חתך של הנגיף HIV
Los Alamos National Laboratory

עקרונית, האפשרות להרכיב חיסון נראית פשוטה. על ידי חשיפת הגוף לזן לא מסוכן של נגיף (בדרך כלל נגיף מוחלש או מומת), אפשר להפעיל את מערכת החיסון, ואם בשלב מאוחר יותר יפלוש הנגיף האלים, הוא ייהדף מייד.

כך לפחות נראו הדברים עד כה. זו אף הסיבה לכך שב-1983, כאשר אישרו חוקרים שהגורם לאיידס הוא נגיף, שכינוהו ״נגיף הכשל החיסוני באדם" (Human Immunodefficiency Virus - HIV) נשמעה אנחת רווחה מסוימת. נראה היה אז, כי אין סיבה, לכאורה, להטיל ספק ביכולת מערכת החיסון שלנו להירתם למלחמה בנגיף החדש, מוזר ככל שיהיה. ההערכה, לפיה בתוך עשר שנים יהיה בידינו תרכיב מתאים, נחשבה אז הערכה זהירה. ואכן, בתחילת 1984 התפרסם ב״ניו יורק
טיימס״ מאמר, שבו בישרו חוקרים כי תרכיב נגד האיידס יהיה מוכן לניסוי בתוך שנתיים. מאז עבר עשור, והיום הערכה כזאת נחשבת פשטנית ונאיבית. כתריסר סוגי תרכיבים מצויים בשלבי ניסויים קליניים בבני אדם, אך כולם ניסיוניים, ואיש איננו מוכן להבטיח הצלחה.

מדוע, חרף כל המאמצים, אין עדיין בנמצא תרכיב חיסון יעיל נגד איירס?

החוקרים, כמובן, אינם יושבים בחיבוק ידיים. מעולם לא היה נגיף שכל כך הרבו לעסוק בו בזמן כה קצר, כנגיף הזה. אולם, לרוע המזל, הנסתר רב עדיין על הנגלה. מדענים בתחום הביולוגיה המולקולרית יודעים על מבנה הנגיף, על הגנים שלו ועל מחזור חייו בתרביות תאים במעבדה, אך עדיין עומדות בעינן השאלות: כיצד הוא מתנהג בגוף האדם, ובעיקר מהם יחסי הגומלין בינו לבין מערכת החיסון שלנו. על כך עדיין אין לחוקרים מענה. אחת הבעיות המרכזיות היא העובדה שהנגיף תוקף דווקא את אותם תאים שתפקידם להגן על הגוף מפני פלישת מזהמים. ב-1984 איש עדיין לא שיער עד כמה מתוחכם נגיף האיידס, וכמה שיטות הטעיה הוא נושא באמתחתו, כדי לחמוק ממערכת החיסון. איש גם לא ידע אז, עד כמה הוא מגוון מבחינה גנטית, ועד היכן מגיעה יכולתו להשתנות ללא הרף, גם לאחר פלישתו לגוף. זוהי אכן מטרה חמקמקה להדהים, אתגר שקשה להציב מולו תרכיב כלשהו. קושי אחר הוא יכולתו של הנגיף להישאר חבוי בגוף, לפעמים במשך שנים, לפני המתקפה המסיבית שלו על מערכת החיסון. על רקע זה ניתן להבין, מדוע המדענים חוקרי האיידס, על אף מחקרים למכביר שנערכים בנושא, עדיין מתקשים להגיע לפתרונות.

אלה שקיוו שיהיה בידם תרכיב בתוך מספר שנים, האמינו כי הוא יפותח בדרך המקובלת. אולם המקרה שלפנינו אינו פשוט. אי אפשר להזריק את הנגיף המוחלש לאנשים, ולצפות שמערכת החיסון שלהם תייצר את הנוגדנים המתאימים שיגנו מפני המחלה. מערכת החיסון מורכבת ומסובכת, והנוגדנים מהווים רק חלק ממנה. מסתבר שאין בהם די במקרה של הידבקות בנגיף האיידס. המערכת החיסונית מייצרת שפע של נוגדנים, אולם אין הם מסוגלים להגן על גופנו מפני המחלה. נשאלת השאלה, אילו חלקים נוספים במערכת החיסונית יש לגייס כדי להתגונן מפני האיידס. חוקרים מודים, כי הם עדיין מגששים באפילה, וכי במשך העשור שחלף מאז החלו לחקור את הנושא, טרם מצאו את הדרך. מה גרם למדענים להתנער מתחושת הביטחון של 1984 ולהיות ספקנים יותר?

תחילה נסביר, מדוע רואים וירולוגים (חוקרי הנגיפים) בנגיף האיידס אויב מתוחכם יותר מכל הנגיפים האחרים המוכרים כיום.

נגיפים, ונגיף האיידס בכללם, הם יצורים ירודים: סליל קטן של DNA או RNA עטוף במעטפת חלבונית, שאינו מסוגל לשכפל את עצמו, אלא לאחר שפלש לגוף המאכסן. מרגע פלישתם מגלים הנגיפים מגוון התנהגויות מרשים. ישנם כאלה, כמו נגיף הפוליו ונגיף האבעבועות, החודרים לגוף כמו פושע שלומיאל, המפעיל עם כניסתו את כל מערכות האזעקה. אלה נבלעים על ידי תאי מערכת החיסון ומפעילים בכך את המערכת כנגדם. לא כך נגיף האיידס. זהו רטרווירוס (retrovirus) - ככל הידוע אחד המעטים הפוגעים בבני אדם - המתגנב לתוך התאים כפושע מדופלם. לאחר פלישתו לתא, הוא מתחבר ל-DNA התאי, וכך נעלם מעיניה של מערכת החיסון. בהיותו חלק מן ה-DNA התאי הוא מכפיל את עצמו בכל פעם שהתא המאכסן מתחלק. בשלב מסוים ניתק ה-DNA הנגיפי מן ה-DNA התאי ומשתכפל באופן עצמאי. הוא מתרבה בתוך התא המאכסן, עד שלבסוף משתחררים מן התא נגיפים חדשים, הישר למחזור הדם.

עדיין לא ידוע מה גורם לנגיף לעבור ממצב רדום למצב פעיל, אך ידוע כי במעבר למצב פעיל הוא מחסל את התאים שבהם התאכסן ומתקיף תאים חדשים. כל נגיף אחר המתקיף את תאי הגוף, מעורר, כאמור, לפעולה את מערכת החיסון, ותאיה מחסלים אותו. אולם, לרוע המזל, נגיף האיידס תוקף רק את תאי מערכת החיסון - תאי הדם הלבנים - הלימפוציטים מסוג T, החיוניים ליצירת תגובה יעילה של מערכת החיסון. וכך, בסופו של דבר, הוא מחסל את הלוחמים העיקריים נגד זיהומים, והגוף נותר חסר הגנה. במחקר שהתפרסם בחודש מרץ אשתקד בכתב-העת הבריטי Nature, נאמר שהנגיף יכול להסתתר במשך שנים רבות בבלוטות הלימפה (צמתי ביקורת במערכת החיסונית שלנו, המצויים בצוואר, בבית השחי ובמפשעה), ואז לצאת, בהדרגה או בבת אחת, למסע השמדה של תאי ה-T בזרם הדם. כך או אחרת, בשלב הסופי של המחלה הוא מחסל למעשה את כל תאי ה-T. והגרוע מכל, נגיף האיידס איננו יציב מבחינה גנטית. ידועים היום תריסרי זנים לשונים שלו. באדם אחד יכול הנגיף להחליף צורה בתכיפות כזאת, שהמערכת החיסונית האנושית איננה מסוגלת להתמודד עימו.

נגיף האיידס הוא כה בלתי יציב וכה מסוכן, עד שבסוף שנות השמונים סברו רוב החוקרים שאין הצדקה להכניס נגיפים מוחלשים או מומתים לתוך תרכיב חיסון, שכן תמיד קיים חשש שמא לא כל הנגיפים הומתו. גם אם נותר נגיף חי בודד, הוא עלול לחדור לתא-T, להתרבות בו וליצור את הזיהום שהתרכיב היה אמור למנוע. גם נגיף מוחלש טומן בחובו סיכון. אף שהצליחו ליצור נגיף מוחלש, שאינו מסוגל לגרום להתפתחות המחלה, עדיין לא ניתן לצפות את השפעותיו לטווח רחוק. אין לדעת אלו השלכות יהיו להימצאותו של רטרווירוס כזה בגוף האדם במשך 20 שנה. גם אם לא יגרום להתפתחות מחלת האיידס, הוא עדיין עלול להשפיע על המערך הגנטי בדרכים שונות. בטווח הרחוק הוא עלול, למשל, לעורר גנים הגורמים לסרטן.

חשש זה היה המכשול הראשון בדרך להכנת התרכיב. רוב החוקרים הגיעו למסקנה, שכדי למנוע סכנה כזאת יש לפנות לטכניקות אחרות של הכנת תרכיבי חיסון. למשל, במקום לעבוד עם נגיף שלם, אפשר להשתמש בקטעים של חלבון נגיפי, וכך ליצור תחליפים בלתי מסוכנים לנגיף האיידס. את החלבונים האלה, הממוקמים על-פני מעטפת הנגיף ומכונים אנטיגנים, אפשר לחבר לנשא בלתי מסוכן, כגון נגיף הווקסיניה (vaccinia) שאיננו גורם מחלה בבני אדם ומשמש ליצירת תרכיב החיסון נגד אבעבועות. תרכיבים המופקים בטכניקות כאלה נקראים תרכיבי חיסון רקומבננטיים (recombinants).

הנושא עלה לדיון ב-1986, כאשר בטכניקה דומה הצליחו לייצר תרכיב חיסון רקומבננטי נגד הצהבת הנגיפית מסוג B. ב-1990 נראה היה, שבדרך זו אפשר להפיק תרכיב נגד נגיף האיידס.

ההצלחות שהושגו עד אז היו בקופים, שקיבלו תרכיבי חיסון שהכילו נגיפים שלמים, והדפו את מחלת האיידס מגופם. בניסויים שנערכו על שימפנזים הוכח לראשונה, שניתן לעורר תגובת הגנה מפני נגיף האיידס באמצעות קטע של חלבון שנלקח מהמעטפת החיצונית של הנגיף.

למשך זמן קצר דומה היה, שנפתח פתח של תקווה. אך זו לא האריכה ימים. ניסיונות חוזרים של הזרקת חיסון עם תרכיב רקומבננטי הסתיימו שוב ושוב בכישלון. התגובה אצל השימפנזים דעכה זמן קצר לאחר החיסון. החוקרים הסבירו, כי במקרים שבהם הושגה ההגנה ניתנו תרכיבים מרובים. הדברים מאכזבים, במיוחד על רקע הציפייה לפיתוח חיסון לבני אדם. אין זה מעשי, טוענים חוקרים, בפרט לא במדינות מתפתחות, להזריק ארבע זריקות חיסון ראשוניות, ואחר כך זריקת דחף בכל שנה. לא ניתן, הם סבורים, לצפות מקטע חלבון קטנטן לייצר תרכיב נגד נגיף כה מורכב. הם אינם פוסלים את האפשרות לעבוד עם רקומבננטים אבל מדגישים,כי במחקרים שבהם נוסו תרכיבים כאלה בקופים, היה מספר הכשלונות גדול פי שישה לערך ממספר ההצלחות. מה גם שההצלחות, אם היו, נבעו מיצירת תנאים אופטימליים.

היו הצלחות במעבדה. אבל שום תרכיב רקומבננטי לא השיג עמידות רחבה, חזקה וארוכת טווח נגד הנגיף, כשדובר בהדבקה דרך רקמה רירית (כמו במגע מיני), או בהעברת תאים נגועים (דרך הזרקה או עירוי דם). לשון אחרת: התרכיבים לא ימנעו הידבקות כתוצאה ממגע מיני או מעירוי דם - שתי הדרכים הנפוצות ביותר להידבק במחלה.

גם אם טכניקת יצירת הרקומבננטים תתגלה כמוצלחת, הדרך עדיין זרועה מכשולים. איזה חלבון נגיפי ייצור את התרכיב הטוב ביותר? מאיזה זן (או זנים) כדאי להפיק את החלבון? המבחר עצום, ואיש אינו יודע כמה חלבונים צריך יהיה לבחון עד שיתגלה הצירוף המוצלח. כדי שתרכיב יהיה מוצלח עליו לעורר את כל זרועות מערכת החיסון שלנו. בינתיים, החברות העוסקות בביוטכנולוגיה בתחום זה נאלצות להסתפק במה שיש.

ומה הן מציעות לנו? עד כה, מתוך 11 התרכיבים הרקומבננטיים שנוסו בבני אדם, רובם עשו שימוש חלקי או מלא בחלבון gp160. זהו חלבון סוכרי (גליקופרטאין) שנמצא על שטח פני הנגיף (ראו תמונה). בלעדיו אין הנגיף מסוגל להיצמד לתא ה-T ולחדור אליו. חלבון ה-gp160 מורכב משני חלקים עיקריים: חלק בולט דמוי כפתור, הנקרא gp120 הוא החלק שבעזרתו הנגיף נצמד לתא המאכסן, וחלבון קטן יותר, gp41, המעגן את הבליטה שבדופן הנגיף. חלבוני המעטפת האלה הם בעלי השפעה מעוררת חזקה במיוחד על המערכת החיסונית, ולכן הם מועמדים טבעיים לשמש בתרכיב רקומבננטי.

בעיה נוספת המשותפת לכל סוגי התרכיבים המבוססים על חלבוני מעטפת נעוצה בכך שמפיקים את החלבונים הללו במעבדה משלושה מקורות בלבד. כלומר, הנגיף מבודד משלושה חולים, בעוד שבעולם ישנם מיליוני אנשים נגועים. חלק מהנגיפים התרבו ושוכפלו בתרביות רקמה במעבדות במשך כעשר שנים. האם מוצרים אלה יכולים לעורר תגובה חיסונית נאותה כנגד מיגוון הזנים של נגיף האיידס המצויים בעולם? שאלה זו מטרידה במיוחד לאור העובדה, שהגן הנגיפי המייצר את החלבון gp120 משתנה בקצב של כאחוז אחד לשנה בכל נגיף. האם אין פירוש הדבר שהנגיף תמיד יקדים אותנו בכמה צעדים? בעיות כאלה, נוסף על הדאגה שמא תרכיב רקומבננטי לא יעורר תגובה חיסונית מספקת, הם שהביאו את אחד המומחים בשטח תרכיבי החיסון, להגות רעיון חדש: ג׳ונס סאלק (Salk), אבי החיסון נגד הפוליו, החל לערוך ניסויים בתרכיב העשוי מנגיף שלם בלתי פעיל. עד כה נוסה התרכיב רק בחולים הנושאים נגיפי איידס, במטרה לבדוק אם הוא משפר, ולו במידה מסוימת, את מערכת החיסון הפגועה שלהם. עבודתו של סאלק עשויה לתרום להבנתנו את ההשפעות ההדדיות בין הנגיף לבין המערכת החיסונית, ואולי אף תסייע בפיתוח תרכיבי חיסון לאלה שטרם נדבקו.

שאלות נוספות מטרידות את העוסקים בתחום. בשלהי שנת 1991 הופיעו בכתב -העת המדעי Nature כמה פרסומים, ששמטו את הקדקע מתחת למחקרים רבים שנערכו עד כה בנושא האיידס. הבולט שבהם נכתב בידי ג׳יימס סטוט (Sttot), וירולוג העובד במכון האנגלי הלאומי לתקנים ולבקרה ביולוגיים. הוא ועמיתיו חקרו את ה-SIV - נגיף הגורם לקופים ללקות בתוך זמן קצר במחלה הדומה לאיידס. זהו הנגיף הדומה ביותר ל-HIV - נגיף האיידס האנושי. גם הם מצאו, כקודמיהם, שניתן להגן על קופי מקוק מפני המחלה על ידי הזרקת תרכיב המכיל נגיף בלתי פעיל. בכך אין כל חדש. עוד גילו, שניתן ליצור תגובת הגנה אצל הקופים על ידי הזרקת תאי-T אנושיים, נגועים ב-SIV. גם ממצא זה אינו מפתיע במיוחד, הואיל ותאים אלה משגרים, קרוב לוודאי, אותות אזהרה המעידים על הימצאות הנגיף בתוכם. ובכך מעוררים את המערכת החיסונית של הקוף לתגובת הגנה.

הממצא השלישי של סטוט הוא המדהים מכולם. לארבעה קופים, שהיוו קבוצת ביקורת, הוא הזריק תאי-T אנושיים בלתי נגועים. למרבה הפלא הגיבה מערכת החיסון של שניים מהקופים האלה לא רק לנוכחותם של תאים זרים - תגובה שהיתה צפויה - אלא גם ל-SIV. הכיצד? תמהו החוקרים, איך יכול תא T אנושי לא נגוע, לעורר תגובה חיסונית נגד נגיף של קופים, שהמערכת החיסונית שלהם לא פגשה מעולם?

חוקרים רבים פיקפקו במהימנות הממצאים, אבל אימונולוג בשם לארי ארתור (Arthur), מהמכון הלאומי לחקר הסרטן שבוושינגטון, מצא הסבר לתופעה. נגיפי ה-HIV ו-SIV המשמשים למחקר מתפתחים בתוך תאים אנושיים הגדלים במעבדה. הנגיף מכפיל את עצמו בתוך התא, ובסופו של דבר מגיחים מהתאים הנגועים נגיפים רבים בתהליך של הנצה דרך דופן התא, והם מתנהגים בתרבית כמו בגוף המאכסן. הייתכן שנגיפי המעבדה האלה, שאל ארתור, גזלו חלבון מן התאים המאכסנים שלהם, והעבירו אותו לגוף הקוף בעת שהועברו אליו לשם בדיקת רמת החיסון? אם כן, אין זה מפתיע שהמערכת החיסונית של הקוף הגיבה לא רק נגד התאים האנושיים, אלא גם נגד SIV. הנגיף נשא עימו, אפוא, חלבונים אנושיים ״גנובים״. ארתור אכן מצא את החלבונים שמדובר בהם, ואף הוכיח שלמעשה לוקח אותם נגיף הקופים מהתאים האנושיים בזמן הדגירה.

עבודתם של סטוט וארתור טילטלה את הוקסינולוגים (מכיני התרכיבים) טלטלה עזה. הממצאים החדשים הדגישו שוב את אופיו השטני של נגיף האיידס - יכולתו להגיב עם תאים חיים תגובות שונות ומשונות.

למעשה, איש אינו יודע מה מתרחש בין הרטרווירוסים הפולשים לגוף לבין מערכת החיסון של המאכסן. איזה חלבון מתוך חלבוני הנגיף מפעיל מרכיב זה או אחר במערכת החיסון? מה מקורם של החלבונים הללו? האם מקורם בנגיף או בתאים האנושיים שבתוכם הוא גדל? ומשלל תגובותיה של מערכת החיסון המכוונות נגד חלבונים אלה, אלו הן התגובות המדכאות את המחלה?

גם כשנמצא תרכיב שסיפק הגנה כלשהי נגד נגיף האיידס, כפי שקרה בניסוי שנערך בשימפנזים, לא הבינו החוקרים כיצד הוא פעל. מערכת החיסון בגוף האדם פועלת בשתי זרועות: הזרוע האחת אחראית על ייצור נוגדנים, אלה החלבונים הנצמדים לפולש הזר הנמצא במחזור הדם ומביאים להשמדתו; הזרוע השנייה מפעילה תגובה תאית. זו מורכבת ממערך של תאי הרג, המופעלים באופן ייחודי כנגד כל פולש ומשמידים אותו. עד שיתברר לחוקרים איזו משתי המערכות הללו פעילה בניטרול נגיף האיידס, יישא החיפוש אחר תרכיב חיסון אופי של ניסוי וטעייה.

ולבסוף, אם לא די בכל אלה, צץ ועלה ב-1991 גורם נוסף: התגובה האוטואימונית, משמע, תגובת תאי החיסון של הגוף כנגד מרכיבים עצמיים. אחת התופעות הסתומות ביותר בחקר האיידס היא כיצד מצליח הנגיף להשמיד תאי-T במספרים גדולים בהרבה מהכמות שהוא תוקף? שכן הנגיף מצוי במחזור הדם בכמויות קטנות יחסית, עד השלבים האחרונים של המחלה. זאת ועוד: אף על פי שהגוף מייצר כמויות גדולות ביותר של נוגדנים כנגד הנגיף, אין הוא יכול למחלה. הגילוי שהתפרסם בחודש מרץ אשתקד, שבו דווח כי נגיף האיידס מסתתר בבלוטות הלימפה במשך שנים ושם הוא מתרבה, משמעו, שאפילו בשלבים המוקדמים של הזיהום ישנם בגוף נגיפים חבויים בכמויות מפתיעות. ובכל זאת, עדיין לא הכל משוכנעים שדי באלה כדי להסביר את ההרס ההמוני של תאי-T הנגרם על ידי הנגיף. יש חוקרים הסבורים, כי הנגיף גורם גם נזקים עקיפים, בכך שהוא מערער את יציבותה של המערכת החיסונית ומעורר אותה לצאת למלחמה נגד עצמה - כעין תהליך התאבדות של תאי-T.

מספר מודלים מסבירים את מרכיבי האוטואימוניות באיידס, רובם ככולם מתבססים על המוזרויות המופלאות של מערכת החיסון. תאי ה-T שלנו נועדו לנהל מתקפה נגד פולשים זרים. אך כיצד הם מזהים מיהו זר? מדוע אין הם תוקפים את הרקמות שלנו עצמנו? ג׳פרי הופמן (Hoffman), אימונולוג-תאורטיקן מן האוניברסיטה של קולומביה הבריטית בוונקובר, קנדה, פיתח תאוריה מעניינת. לטענתו, מצויים בגופנו תאי-T, המוכנים להיכנס לפעולה ברגע שהם מזהים תאים הנושאים חלבון מסוים על שטח הפנים שלהם. באופן נורמלי, מערכת החיסון איננה מגיבה כנגד חלבוני הגוף העצמיים. אימונולוגים רבים סבורים, שגופנו משמיד את רוב תאי ה-T המכוונים לפעולה נגדו, עוד לפני שהם מסיימים את תהליך התפתחותם. הופמן טוען, כי אין הם מושמדים אלא מדוכאים על ידי שורת תאים אחרת של מנגנון החיסון, המונעת מהם לתקוף את תאי הגוף עצמו.

ואיך מתקשר כל זה לאיידס? לאוטואימוניות? לתרכיבי חיסון? התשובה נעוצה באחת התכונות המוזרות של החלבון שתיארנו קודם: ה-gp120, אותה בליטה הממוקמת על מעטפת נגיף האיידס וברבים מהתרכיבים הרקומבננטיים הנמצאים היום בשלבי פיתוח. ממחקרים עולה, כי חלקו המרכזי של חלבון זה דומה דמיון רב למרכיבים עצמיים של תאי ה-T שאותם תוקף הנגיף. ברגע שמתרחשת תגובה חיסונית כנגד הנגיף, מותקפים גם אותם תאי-T המאכסנים את הנגיף, בגלל הדמיון הרב ביניהם. בגוף האדם עלול דמיון זה להוביל לשרשרת של טעויות, שבסופה תתקוף מערכת החיסון גם תאי-T שאינם נושאים נגיף. כל אלה יביאו, בסופו של דבר, להתמוטטות כללית של מערכת החיסון. במילים אחרות: כשהגוף פותח במתקפה חיסונית כנגד נגיף האיידס, נהרסים בהתקפה גם חלק מתאי הגוף עצמו, אותם תאים האחראים על התגובה החיסונית. כך משתבשת רשת הבקרה, האיזון והבלימה של המערכת החיסונית, והיא מנהלת מלחמת הרס עצמי.

החלבון הבעייתי: אחד מחלבוני המעטפת של נגיף האיידס, המכונה, gp160 ממוקם באתרים רבים על פני מעטפת הנגיף. כל חלבון כזה עשוי שני חלקים: בליטה חיצונית, המכונה gp120 ועוגן קטן הנקרא gp41 . חלבוני מעטפת אלה מהווים בסיס לרבים מהתרכיבים שפותחו נגד א״דס, אולם יש חוקרים החוששים מפני הבעיות שהם מציבים.
איור: 
אלכסנדר מריאכין, תלמיד במגמה לגרפיקה, מכון אבני, תל-אביב.

תרחיש זה עלול להוליד תוצאה הרת אסון. אם אכן כך הדבר, הרי ייתכן שתרכיב רקומבננטי יהווה נשק נגד הגוף עצמו. בעוררו תגובה חיסונית חזקה נגד ה-gp120 האם אין הוא מעורר יחד עם זאת פעולת הרס עצמי, בכך שהוא גורם להתמוטטות מערכת החיסון - דבר שהיה אמור למנוע? הופמן מאמין שאפשרות כזאת קיימת. "יש כאן לפחות סיבה לדאגה״, הוא טוען. ומכאן הוא מגיע לרעיון חדש לתרכיב נגד איידס, הנראה תחילה כנוגד את ההיגיון: ״תרכיב שיפעל בכיוון ההפוך לזה של התרכיבים הקונבנציונליים, בכך שיגרום לנו לגלות דווקא יתר סובלנות כלפי הפולש, ובאותה עת יילחם בו״.

תרכיב שיגלה ״סובלנות״ כלפי חלק מהנגיפים גורמי המחלה?

מעולם לא עלה רעיון כגון זה, ואימונולוגים רבים מגיבים על כך בספקנות. במאמר שפירסם בכתב העת המדעי Science לפני כשנתיים, דיווח הופמן על ניסויים מעניינים שערך בעכברים, שיש בתוצאותיהם כדי לבסס את התיאוריה שהציג. עד כה, אלה הנתונים היחידים התומכים במודל שלו. לפי דיווחו, עכברים שלא נחשפו לנגיף האיידס, יצרו נוגדנים נגד הנגיף אחרי שנחשפו לתאים שנשאו חלבון עצמי הדומה לאחד ממרכיבי הנגיף. זוהי עדות בולטת לכך שיש לפחות מידה מסוימת של דמיון בין נגיף האיידס לבין חלבון עצמי ביונקים, דמיון המוביל לטרגדיה של זהויות כוזבות, כפי שקורה כנראה באיידס. כך, מכל מקום, סבור הופמן.

קשה להתעלם מהמודל של הופמן, אם כי קשה להוכיח את אמיתותו. ברור היום, כי איידס היא מחלה קשה, רבת פנים וסבוכה ביותר. בשלב זה דומה שהמחקר שקוע בבוץ עמוק: ספיקות, תיאוריות סותרות, סבך של נתונים וממצאים, וכנגד זה הצורך במציאת תרכיב דחוף מאי פעם. אף על פי שהנגיף מקנן במשך שנים אחדות בבלוטות הלימפה, הטיפול אחרי ההידבקות במחלה נחשב חסר סיכוי. נראה, כי ראשית יש לעשות ככל האפשר כדי למנוע הידבקות בנגיף. לפיכך, על כל חיסון שיפותח בעתיד להיות יעיל ביותר במניעת ההידבקות.

לעיתים דומה, שהתמונה הולכת ומסתבכת. האם פירוש הדבר שאנו עומדים כמעט באותו מקום שבו עמדנו ב-1983, בנקודת ההתחלה? אם תשאלו חוקרים מתי אפשר יהיה לצפות לתרכיב, יאמרו: בעוד כ-עשר שנים. זוהי ההערכה היום, וזה מה ששמענו גם לפני עשור. יש חוקרים הנשמעים קצת יותר אופטימיים, וסבורים כי בשנת 2,000 יהיה בידינו דור ראשון של תרכיבים. תרכיבים אלה יהיו בעלי יעילות של כ-50%. הם לא יספקו הגנה מלאה, אבל הם בהחלט יעכבו את התפשטות המגיפה.

ואכן, החוקרים, חרף הבעיות שניצבות בפניהם, לא אומרים נואש. ויש אף תוצאות מעודדות. בסוף מאי 1993 הכריזו מדענים ממעבדת הפרימאטים האזורית בניו מקסיקו, כי עלה בידם להגן על קופים מפני הידבקות במחלה באמצעות מגע מיני - דרך ההידבקות הנפוצה ביותר היום - על-ידי שימוש בתרכיב המסורתי המכיל נגיף שלם מוחלש.

הגורמים המדאיגים יותר מכל הם הקושי לפתור את בעייתם הדוחקת של האנשים שכבר חלו, הבעיתיות שבמציאת תרכיב חיסון, והקשיים בניהול מחקר טוב. ״אילו לא היה זמננו כה דחוק, היינו מתרכזים היום במחקר בסיסי״, סבור אחד החוקרים, ״אולם למרות הדחיפות, דומה שאסור לנו לחסוך בעריכת מחקרים בסיסיים, ואין טעם לפזר את כל התקציבים על ניסיונות קליניים בטרם עת. אם נתקדם לאט ובזהירות, נמנע אסון״. הנורא מכל, לדעת החוקרים, יהיה תרכיב מדומה, שיספק לאנשים רק אשליה של ביטחון.

ההצלחה תבוא, כנראה, לאט, תוך קשיים ובייסורים, ויש להניח שלא יהיה זה מחר וגם לא בחודש הבא.


תרכיב חיסון ״כחול-לבן״
בכנס התשיעי הבין-לאומי לאיידס שהתקיים בברלין בחודש יוני, הביעו משתתפי הכינוס חשש, כי מוצו כמעט כל כיווני המחקר הקלסיים להתמודדות עם המחלה. נכון להיום, עדיין לא נראה באופק כל פתרון חדשני להתמודדות עם יכולתו של נגיף האיידס לשנות את צורתו, ולגרום בכך לחוסר יכולת של מערכת החיסון להביסו. כל הנסיונות לפתח תרכיב חיסון כנגד מרכיבי הנגיף השונים נכשלו, בגלל השתנותו המתמדת.

פרופ׳ יונתן גרשוני מהמחלקה לחקר התא ואימונולוגיה, בפקולטה למדעי החיים ע״ש ג׳ורג׳ ס. וייז שבאוניברסיטת תל- אביב, סבור כ׳ הישרדותו של נגיף האיידס היא תולדה של מהלך האבולוציה. לפי גרסה זו, הנגיף פיתח במהלך האבולוציה מנגנוני הישרדות המאפשרים תגובה לכל אפשרות התקפה של מערכת החיסון, בין היתר על-ידי שינוי מתמיד של חלבוניו, בעיקר החלבון gp120, המשמש להתקשרות עם תא המאכסן.

בתהליך חדירת נגיף האיידס לתאי הלימפוציטים מסוג T, מצוי שלב קצר מועד בו החלבון gp120 נקשר לקולטן המצוי על-פני קרום התא. הקולטן משמש במקרה זה כ״מנעול״, ואליו מתאים החלבון כ״מפתח״. ברגע בו מתחברים חלבון הנגיף וקולטן התא, עוברים שני החלבונים - ה״מנעול״ וה״מפתח״ - ארגון מחדש, המלווה בשינויים מבניים. לרגע קט נחשפים אתרים חדשים, אותם היתה מערכת החיסון יכולה לתקוף, אלמלא זמן חייהם היה כה קצר. פרופ׳ גרשוני מניח כי אתרים אלה, בגלל חוסר זמינותם למערכת החיסון, אינם מהווים איום להישרדות הנגיף, ולכן הוא לא ״טרח״ להגן עליהם בדרך כלשהיא. לאתרים אלו יש, איפוא, פוטנציאל שימושי כנקודת תורפה של הנגיף.

במחקרים קודמים הצליח פרופ׳ גרשוני להזריק תרכובת יציבה של קולטן התא עם החלבון gp120, לעכברים על-מנת לבודד נוגדנים ייחודיים לתצמיד זה, שאינו יציב, כאמור, בתנאים טבעיים. ההנחה היא כי נוגדנים אלה מכוונים גם כנגד אותן נקודות תורפה של הנגיף, הנחשפות לפרקי זמן קצרים ביותר. נוגדנים אלה נראים מבטיחים בהשתלבות לא רק כרכיב של תרכיבי חיסון עתידיים, אלא אף כרכיב של של ערכות אבחון חדשניות, רגישות וייחודיות ביותר, שיאפשרו, אולי זיהוי מהיר ומדוייק של הדבקת הנגיף עוד בטרם נוצרו בגוף הנוגדנים הראשונים.


לקריאה נוספת
קשת אלי, ״רטרווירוסים - מחוללי סרטן ואיידס״, מדע 1987, כרך לא, עמ׳ 67-63.
מעין שלמה. ״מגיפת שנות ה-2,000?״, מדע 1987, כרך לא, 8, 73-68
Green W.C., "AIDS and The Immune System", Scientific American, sep.1993, pp.98-105

תרגמה: רעיה בר-סימן-טוב.

מרק קולדוול (Mark Caldwell), פרופסור לאנגלית באוניברסיסת פורדחם בארה״ב. כותב בנושאי מדע פופולרי.

פורסם ב"גליליאו" 3, מרץ אפריל 1994  

יום שלישי, 7 בדצמבר 1993

מקור החיים עלי אדמות - כריסטופר צ'יבה

היסודות שעליהם יכלו להתפתח חיים ייתכן שהגיעו הנה מהחלל החיצון לפני מיליארדי שנים. בסביבה העוינת הקדומה נאלצו החיים להתחיל פעם ועוד פעם, עד שהצליחו להבטיח את קיומם.

בשמי ערב צלולים שט ירח עגול ובהיר. התבוננו בו רגע. חלקיו המוארים הם רמות הרריות; אזוריו הכהים יותר - מישורים נמוכים, המכונים "מַרְיה" (ימים בלטינית). במבט חטוף אפשר להבחין מיד, כי מישורים אלה עגולים ברובם. הסיבה להיותם עגולים קשורה לאחד מסודות היקום המופלאים ביותר: מקור החיים על פני כדור הארץ. ספרי הלימוד השגרתיים מספרים, כי ראשית החיים במולקולות אורגניות באוקיאנוסים של עולמנו הקדום, שהחלו אט אט להתחבר זו לזו ויצרו מולקולות גדולות ומורכבות יותר. מולקולות אלה הגיעו לבסוף לשלב שבו שיכפלו את עצמן, וכך החל, על פי גירסה זו, מסלול המירוצים של האבולוציה.

אולם, לאחרונה החלו מדענים לבחון תיאוריה חלופית על אודות אופן היווצרות החיים עלי אדמות. על פי תיאוריה זו הובאו לכדור הארץ מולקולות אורגניות באמצעות גופים חלליים דוגמת אסטרואידים, מטאורים, כוכבי שביט וחלקיקי אבק בין-כוכבי, וממקורות קוסמיים אלה פרצו החיים. בשל התנאים הקשים ששררו על פני כדור הארץ באותם ימים קדומים, החלו החיים יותר מאשר פעם אחת, וייתכן כי החלו אף מספר רב של פעמים - החלו, נכחדו, החלו שנית ושוב נכחדו, וחוזר חלילה, עד שהצליחה אחיזתם בקרקע הכוכב.

NASA/ESA/Hubble Heritage Team

כדי לבחון את מהימנותם של רעיונות אלה, הבה ננסה לשוב לתקופת גיל ההתבגרות של מערכת השמש ולתנאים ששררו אז על פני כדור הארץ. לשם כך ננטוש את הרעיונות המקובלים בדבר המולקולות האורגניות המתקשרות למערכות שיכפול עצמי טרם יצירת החיים. תחת זאת נסייר במחוזות רחוקים ונלמד על סימני ההתנגשות הקעורים שעל פני כדור הארץ והירח. אכן, מקום בלתי-צפוי להתחיל בו מסע בלתי-צפוי של גילויים.

גשם של סלעים על הירח
רבים מה"מַרְיה" שעל פני הירח הינם עגולים משום שנולדו מתוך התנגשות: גופים בגודל של אסטרואידים היכו בעוצמה בקרקע ויצרו בה מכתשים ענקיים. (קוטרו של המכתש הגדול ביותר בצד הקרוב לנו, אימבריום שמו, הוא 1,200 ק"מ). אחר כך ביעבעה לבה רותחת מבטן האדמה, ומילאה אותם. היום המכתשים הללו כהים מאותה סיבה, שהאזורים מכוסי הלבה על פני כדור הארץ כהים: הלבה, שהתקררה ונקרשה, הפכה לסלע בזלתי שחור, המקרין חזרה אור מועט בלבד.

הסלעים, שהובאו מהירח במסעות "אפולו" (ששיגרו האמריקנים) ו"לונה" (ששיגרו הסובייטים), איפשרו למדענים להרכיב תמונה של קרקע הירח, ולקבוע מה היו האירועים הגיאולוגיים החשובים שהתרחשו על פניו. ניקח לדוגמה את אתר הנחיתה של "אפולו 12", באוקיאנוס פרוקלארום (לנקד!), הוא "ים הסופות". האסטרונאוטים ערכו מספר סיורים באזור ואספו דגימות קרקע מגוונות. דגימות אלה נלקחו למעבדה, ושם נבדק גילן באמצעות שיטות מדידה רדיואקטיביות.

380 ק"ג של סלעים הובאו לכדור הארץ במסגרת מסעות "אפולו". רוב דגימות הסלע שהובאו במהלך המשימות השונות היו פחות או יותר בנות אותו גיל. הדגימות שלקחו טייסי "אפולו 12", למשל, היו בנות 3.2 מיליארד שנים. פירוש הדבר, כי הלבה העתיקה, שעליה נחתה החללית, נקרשה בתקופה הרחוקה ההיא.

עתה, ביודעם מה גילו של שפך לבה מסוים, יכולים המדענים לספור את המכתשים שעל פניו. אפשר לומר בביטחה, שמכתשים אלה נוצרו לאחר שהלבה נקרשה, שכן כל בקע קודם יותר היה מתכסה גם הוא בלבה, ונעלם מעינינו. מובן שלא ניתן לספור את כל המכתשים. במכתשים הקטנים קשה להבחין, אפילו ממבט הציפור של החלליות המקיפות את הירח. לפיכך, סופרי המכתשים נוטים להתייחס רק לתבניות נוף, שקוטרן גדול מ-4 ק"מ.

הנתונים שנאספו מכל מסעות "אפולו" ו"לונה" (ראה התרשים בהמשך) מורים, כי בתקופות קדומות מאוד, לפני יותר מ-3.5 מיליארד שנים, נוצרו מכתשים רבים יותר מאשר בתקופות מאוחרות יותר, שבהן קצב כתישת פני הקרקע היה איטי יחסית, ואחיד למדי. העידן שבו נוצרו מכתשים במספר רב, שתקופתו קדמה ל-3.5 מיליארד שנים, מכונה גם עידן "ההפגזה הכבדה".

תופעת "ההפגזה הכבדה" עולה בקנה אחד עם מודלים תיאורטיים חדשים, שפותחו לצורך ניתוח תהליך היווצרותה של מערכת השמש. על פי מודלים אלה, ככל שהכוכבים גדלו בהיקפם, הם סחפו לכיוונם - או לחילופין דחו מהם והלאה - אסטרואידים וגופים חלליים אחרים. חלק מגופים חלליים אלה אימצו לעצמם מסלול הקפה בתוככי מערכת השמש הפנימית, ואחרים התנגשו בסופו של דבר באחד מכוכבי הלכת. ככל שגדלו הכוכבים, כך נמשכו לעברם - או הושלכו מהם והלאה - יותר ויותר גופים חלליים. עם הזמן הלכה והצטמצמה פעילות הגופים החלליים, עד שלבסוף, לפני 3.5 מיליארד שנה, נותר רק מספר קטן של כוכבי שביט ואסטרואידים, המשייטים במרחבי מערכת השמש הפנימית. ככל שקטנה אוכלוסיית ה"פגזים" השמימיים, כך פחתה אף השפעתם.

לקחי מרקורי ומאדים
האם יכולים אנו להיות בטוחים, שזהו אכן הסיפור האמיתי? כיצד יכולים אנו לדעת לבטח, שגופים חלליים כגון אלה שחצבו את המכתשים על פני הירח, פגעו גם בכדור הארץ? הירח החל, כנראה, את חייו במרחק לא גדול מכדור הארץ, ורק לאחר מכן התגלגל למקומו הנוכחי. ייתכן, כי בעת התרחקותו מאיתנו נתקל הירח בנחיל של גופים חלליים, שחצבו מכתשים בפניו. אם כך אכן קרה, כי אז אין המכתשים שעל פני הירח יכולים ללמדנו דבר על שהתרחש על פני כדור הארץ. אולם, טיסות חלל לכוכב (מרקורי) ולמאדים סייעו בפתרון סוגייה זו.

הבה נתחיל באזורים הקדומים יותר של הירח, ונדמיין את עצמנו סופרים את המכתשים בעלי הקטרים השונים. נגלה, כי קיים קשר מעניין בין גודל המכתשים לבין מספרם: כל ירידה בסדר גודל של עשר בקוטר המכתשים מעלה את מספרם פי מאה. לשון אחר, מספרם של המכתשים הקטנים גדול בהרבה ממספרם של המכתשים הגדולים. לדוגמה, מספרם של המכתשים שקוטרם קילומטר אחד גדול פי מאה ממספרם של המכתשים שקוטרם 10 ק"מ. אין מדובר, כמובן, בתופעה מוחלטת, ומספרם של מכתשים בגודל מסוים עשוי להיות גדול יותר או קטן יותר משמנבאת הנוסחה.

עתה נחזור על התרגיל עם מכתשיהם הקדומים של מאדים או כוכב. מה נגלה? לא זו בלבד שקיימת סדירות דומה בין מספר המכתשים לגודלם, אלא שאותם מכתשים בגדלים המסויימים אשר חורגים מן הכללים בירח, מתנהגים כך גם בשני כוכבי הלכת. פרשנות מקובלת לסדירות הדומה הזו במספרי המכתשים מניחה, כי היא תוצאה של עובדה היסטורית פשוטה: כל כוכבי הלכת במערכת השמש הפנימית הוכו בידי אותה אוכלוסייה של עצמים, שהתאפיינה בתפזורת דומה של גופים בגדלים שונים. ואם אמנם נמחצו פניהם של מאדים, כוכב והירח שלנו בידי אותה אוכלוסייה של עצמים חלליים בעת "ההפגזה הכבדה", כי אז היה צריך לקרות כדבר הזה גם לנוגה ולכדור הארץ.

הבעייה עם כדור הארץ (ונוגה), שהוא כל כך פעיל מבחינה גיאולוגית, עד שכמעט לא נותרו על פניו שרידים מן המעטפת הראשונית שלו. מבדיקות רדיו-איזוטופיות של חלקיקי מטאורים אנו יודעים, כי גילו של כדור הארץ 4.5 מיליארד שנים לערך. למרות זאת, לא נשתמרו על גבי כדור הארץ קרומי קרקע שגילם יותר מ-3.5 מיליארד שנים - לא נשתמרה המעטפת הקדומה, שתספר את אירועי "ההפגזה הכבדה" - מידע היסטורי זה נמחק מפניהם של כדור הארץ ונוגה. כלומר, בעזרת הגיאולוגיה של כדור הארץ לא נוכל לשאוב מידע על פני הקרקע הקדומים שלו.

יהיה עלינו להתבונן בפני הירח וכוכבי לכת אחרים, ולנסות להקיש מהם על קורות עולמנו. כדי ללמוד על כדור הארץ עלינו להתבונן מעבר לו, לא רק בלשון המשל, אלא כאמת פשוטה.

החיים באים
אנו נתקלים בבעייה דומה גם בנסותנו לגלות את אופן התפתחות החיים הקדומים. הסלעים העתיקים ביותר על פני כדור הארץ, שיכולים מבחינה גיאולוגית לשמר מאובנים, אכן משמרים מאובנים. אלה מאובנים מיקרוסקופיים של חיידקים ושרידים מאובנים של יצורים גדולים יותר, המכונים סטרומטוליטים. סלעי משקע, המכילים שרידים אלה, נתגלו במערב אוסטרליה ובדרום אפריקה, וגילם כ-3.5 מיליארד שנים. סלעים עתיקים יותר (בני 3.8 מיליארד שנים) נתגלו בגרינלנד, באזור המכונה בפי מדענים "תצורת איזואה". סלעי איזואה החלו כסלעי משקע, אולם במהלך חייהם הארוכים הם חוו מספר פעמים חום ולחץ בעוצמות, שלא איפשרו השתמרותם של מאובנים. אף על פי כן, הדעות חלוקות בדבר הימצאותם של סימני חיים בסלעים אלה. הבעיה היא, שכל כך הירבו לחטט בסלעי איזואה, עד כי לא נשתיירו בהם מימצאים שיאפשרו לחוקרים להגיע למסקנות ברורות. לבסוף, נזכיר גם את סלעי הגרניט, שהתגלו זה לא כבר בצפון מערב קנדה, ואשר גילם כ-4 מיליארד שנים. אלא שסלעים אלה נוצרו בבטן האדמה בטמפרטורות ובלחץ כה גבוהים, עד כי לא יכלו לשמר מאובנים כלשהם.

לא נותר, אפוא, רישום כלשהו של מקורות החיים על פני כדור הארץ. הרישומים הגיאולוגיים העתיקים ביותר מציגים, כאמור, מאובנים של יצורים מתוחכמים יחסית, כנראה מיקרואורגניזמים פוטוסינתטיים. בשל כך אין המדענים יכולים להשיג מידע מספק על אודות התנאים ששררו בעולמנו לפני או בעת היווצרותם של החיים הראשונים. עם זאת, אנו יכולים להסיק מהירח, כי היו אלה תנאים אלימים עד קיצוניות. המאובנים הקדומים ביותר שעל פני כדור הארץ מתאימים בתיארוכם לתקופת שלביה האחרונים של "ההפגזה הכבדה", שתוארכה מדגימות שנטלו האסטרונאוטים מן הירח. נראה כי אין זה סתם צירוף מקרים. סביר של"ההפגזה הכבדה" תפקיד חשוב - חיובי ושלילי - בקביעת העיתוי של יצירת החיים על כוכבנו.

אולם, כמו גם בתחומי מחקר אחרים שלגביהם קיים אך מידע מוגבל, יש החולקים על קביעה זו. רק מיעוט בקרב חוקרי הירח גורס, כי סיפור "ההפגזה הכבדה", כפי שהובא כאן, הינו מוטעה. חוקרים אלה מצביעים על כך, שלא נתגלו על הירח שרידים מותכים של עצמים חלליים, שגילם גבוה מ-3.9 מיליארד שנים, בעוד שנמצאו עליו פיסות של לבה ושרידים מן המעטפת המקורית שלו, שגילם מופלג מזה. לדעתם, הדבר מעיד על כך, שהירח ספג הרעשה חלשה יחסית ב-600 מיליון שנותיו הראשונות, ולאחריה ירד מבול נורא, אך קצר, של גופים מן החלל. מבול זה הוא שיצר את צורות פניו המוכרות של הירח, ולא הפגזת התשה מתמשכת.

טיעונים אלה אינם עומדים על בסיס איתן. ראשית, אין הם מסבירים את מקורותיו של אותו מבול נורא של עצמים. שנית, הסיבה לכך שלא נמצאו על הירח שרידים של גופים חלליים עתיקים, שגילם יותר מ-3.8 מיליארד שנים, עשויה להיות, שהגופים הללו הותכו ונקרשו לסירוגין במהלך "ההפגזה הכבדה", עד כי אבדה זהותם הגילית. אולם, גם אם צודקים הטוענים, כי מדובר במבול קצר ולא בהפגזה מתמשכת של גופים חלליים, הרי שעומדת בעינה השאלה המרכזית: האם קיים קשר הדוק בין אותן הרעשות קוסמיות לבין מקורות החיים?

יאנוס
יאנוס היה האל הרומאי, ששמר על מיפתן השמיים. מאחר שלכל דלת יש שני צדדים, היו גם ליאנוס שתי פנים - אחת לזריחת השמש ואחת לשקיעתה. היה זה אך טבעי, שיאנוס יהיה גם פטרונם של ההתחלות, ופטרונם של הקצים.

ההפגזה הכבדה על כדור הארץ הקדום, היו לה תכונות יאנוסיות. קרוב לוודאי שהשמידה, פעם אחר פעם, את החיים. מנגד, היא היתה גם חיונית להתחלתם. הבה נבחן תחילה את את פניה המשמידות של "ההפגזה הכבדה" - פניו של יאנוס לשמש השוקעת.

פגיעות קדומות של עצמים חלליים בקרקע כדור הארץ העיפו בוודאי חלק מהאטמוספרה אל החלל החיצון. מאחר שאטמוספרה סמיכה הינה חיונית לשמירה על חום הכוכב, הרי הסתלקותה עלולה היתה להפוך כוכב ידידותי לארץ מדברית קפואה ויבשה. חוקרים רבים נוטים לחשוב, כי זה בדיוק מה שאירע למאדים, אשר בעבר זרמו בו מים, אך עתה הוא עולם מת, חסר אוויר כמעט לחלוטין.

גורלו של כדור הארץ, לעומת זאת, שפר עליו. כוח המשיכה החזק שלו (יותר מפי שניים וחצי מזה של מאדים) היקשה על נתכי אטמוספרה להיזרק אל החלל. מחקרים מורים, שאסטרואידים וכוכבי שביט הביאו לכדור הארץ יותר גזים אטמוספריים מאשר התיזו לחלל. למאדים קרה כנראה דבר הפוך. במקרה של הירח היו התוצאות הרות אסון עוד יותר. בגלל כוח המשיכה החלש שלו, גרמו פגיעות מבחוץ לבליה לא רק של האטמוספרה, אלא של פני הקרקע שלו. הירח רוסק אט אט, וחלקיקיו הושלכו אל חשכת החלל החיצון.

לפגיעות החזקות יותר בכדור הארץ היתה תוצאה משמעותית יותר מאשר העפת גזים לחלל - ובכלל זה גזים המסייעים לצמיחת החיים. כל אחת מהפגיעות האדירות העלתה השמיימה עננה סמיכה של חלקיקי סלע, שגרמה לעלייה ניכרת בטמפרטורה לפרק זמן קצר. במקרים הקיצוניים נמשך חום לוהט זה זמן מספיק כדי לאייד את האוקיאנוסים ולעקר את פני השטח מכל חי.

על מנת לאמוד את תדירות התרחשותם של ארועים הרי הרס אלה ניתן להשתמש במכתשים שעל הירח. מבחינה סטטיסטית, אפשר להניח, כי בהתחשב בכוח המשיכה הגדול יותר של כדור הארץ, פגעו בו כ-17 עצמים חלליים, גדולים יותר מהעצמים הגדולים ביותר שפגעו אי פעם בירח. אם העצם הגדול ביותר שפגע בירח היה זה שיצר את מכתש אייטקן(לנקד), שקוטרו 2,500 הק"מ, השוכן בצד הבלתי נראה של הירח (ואשר קיומו השנוי במחלוקת אושר לפני שלוש שנים על ידי החללית "גליליאו") - הרי שכדור הארץ עשוי היה להיפגע כחמש פעמים על ידי אסטרואידים או כוכבי שביט גדולים דיים כדי לגרום להתאיידות כל האוקיאנוסים שבו. דרך אחרת לומר זאת היא, שהחיים על פני כדור הארץ עשויים היו להיכחד לפחות חמש פעמים במשך תקופותיו הקדומות.

אם אכן כך היו פני הדברים, הרי שהחיים לא נזקקו למיליארד שנים כדי להתחיל - פרק הזמן שבין התהוות כדור הארץ לבין זמנם של המאובנים הראשונים שהתגלו. הם נזקקו כנראה רק לעשירית מזמן זה. ואם החיים הצליחו להתפתח מהר כל כך, פרוש הדבר שהתהוותם לא היתה תהליך קשה במיוחד.

הבעיה בניתוח זה קשורה, כמובן, לאומדן מספרן של אותן פגיעות אדירות, שיכלו לאייד את האוקיאנוסים ולעקר את כדור הארץ מכל חי. ייתכן שמספרן היה עשר ולא חמש. לחילופין, קיימת גם אפשרות, שלא ארעה ולו פגיעה הרסנית אחת. בהיעדר מימצאים ברורים על קרקע כוכבנו, לא ניתן לפתור עד סופה תעלומה זו.

כל שניתן לעשות הוא להקיש מבחינה סטטיסטית ממה שמלמדים פני הירח. הדבר מעמיד את המדענים במצב מתסכל למדי, שכן עליהם להודות, כי ביכלתם להתייחס לארועים נוראי ההוד ביותר בהיסטוריה של כדור הארץ רק במונחים של "סביר", "ייתכן" או "עשוי להיות". בכל מקרה, גם אם לא עוקרו אף פעם פני כדור הארץ מכל חי, הרי שהיו ארועים בעלי השפעה שהטילו שמות באגני מים, בהם התאפשרו ניסויי יצירת החיים הראשונים. בדרך כלשהי הצליחו בכל זאת להתפתח חיים בתוך כל המהומה האלימה שהתרחשה על פני כדור הארץ.

אחת הדרכים לעקוף את המכשולים שמציבה תפיסה זו היא להניח, כי החיים לא התפתחו על פני הקרקע אלא במקומות בטוחים יותר, במעמקי האוקיאנוסים או מתחת לאדמה. חיים שנוצרו בזרמים חמים בעומק הים, למשל, היו מוגנים בשלבים הראשונים של התפתחותם מכל אותן הפגזות והרעשות מן החלל. אולם, ויכוחים סוערים ניטשים בין המדענים בדבר האפשרות, שאותן ריאקציות כימיות, הדרושות ליצירת החיים, אכן יתרחשו באותם זרמים תת ימיים.

אפשרות נוספת היא, שהחיים אמנם התפתחו על פני הקרקע, אך מייד לאחר מכן עברו לקרקעית האוקיאנוסים או מתחת לאדמה. אותם היצורים שנותרו על פני הקרקע, נכחדו בעקבות פגיעות הגופים החלליים, ורק אותן אוכלוסיות מיקרואורגניזמים שצללו מתחת לפני השטח, הצליחו לשרוד. על פי תפיסה זו, בעלי החיים של ימינו הם צאצאיה של סביבת החיים התת קרקעית או התת ימית הקדומה, שכן רק אוכלוסיות אלה שרדו מן ה"הפגזה הכבדה".

השמש העולה
אולם ליאנוס היו שני פרצופים, והדבר אומר לא רק שקיעה אלא גם זריחה. בעת שאסטרואידים וכוכבי שביט זרעו הרס על קרקע כדור הארץ, הם גם הכינו, כנראה, את הבמה לבריאת החיים.

כוכבי שביט וכמה מהאסטרואידים עשירים בדיוק באותם מרכיבים, הדרושים ליצירת החיים. לדוגמה, מחצית גופם של כוכבי שביט עשויה ממים קפואים. אם עשרה אחוזים מכלל העצמים שהתנגשו בכדור הארץ היו כוכבי שביט, קיומם של כל האוקיאנוסים שעל כוכבנו ניתן להסבר. מכיוון שהמים חיוניים לקיום החיים בצורתם המוכרת לנו, ייתכן בהחלט שכוכבי שביט ואסטרואידים עשירים במים הישקו את מעטפת כדור הארץ, וכתוצאה מכך הוא נעשה נוח יותר להתהוות החיים. זאת ועוד, נראה כי חלק ניכר ממצאי המרכיבים הקריטיים לחיים מבחינה ביולוגית, דוגמת פחמן וחנקן, הובאו אף הם בדרך זו.

יתרה מזו, כוכבי שביט וכמה מן האסטרואידים עשירים במולקולות אורגניות - אותן מולקולות שהן אבני הבניין של החיים. אפשר אפוא, כי אבני הבניין של החיים עלי אדמות הובאו תחילה מבחוץ. למעשה, תהליכים אלה נמשכים כך או אחרת גם היום. מטאורים אחדים, כמו זה הקרוי "מרצ'יסון" (על שם העיר מרצ'יסון שבאוסטרליה, שבסמוך לה נפל), מכילים חומרים אורגניים מעניינים ביותר. מרצ'יסון עשיר בחומצות אמיניות, אבני הבניין של החלבונים. חומרים אורגניים בכמות גדולה בהרבה מגיעים לכדור הארץ בצורת חלקיקי אבק בין-כוכבי. חלקיקים אלה, שגדלם פחות מעשירית המילימטר, קטנים דיים כדי להאט את נפילתם ולהימנע משריפה עם כניסתם לאטמוספרה. הם צונחים באיטיות ובעדינות על פני הקרקע, והחומרים האורגניים שבהם - המהווים עשרה אחוז מהמסה שלהם - שורדים בשלמותם.

כדור הארץ אוסף בכל שנה כ-300 טונות של חומרים אורגניים שמקורם באבק בין- כוכבי. אף שמטאוריטים בודדים גדולים בהרבה מחלקיקי האבק הבין-כוכבי, נפילתם של מטאוריטים עשירים בחומר אורגני נדירה היום, והם מספקים לנו מדי שנה רק כ-10 ק"ג של חומר אורגני - פחות מעשר אלפיות מכמות החומר המיובא על ידי האבק הבין-כוכבי. עם זאת, "נפילות" גדולות דוגמת מרצ'יסון הינן חשובות, שכן הן מספקות למדענים פיסות חומר גדולות דיין כדי שניתן יהיה לבחון לעומק את תכולתן.

הגם שפגיעות גדולות נדירות בימינו, למרבה המזל, הרי שבעבר עשוי היה להגיע באמצעותן הרבה יותר חומר גלם מאשר באמצעות ההצטברות האיטית של חלקיקי האבק הבין-כוכבי. מעל 130 מכתשים, שנוצרו עקב פגיעת כוכב שביט או אסטרואיד במהלך מאות מיליוני השנים האחרונות, מוכרים היום על פני כדור הארץ. מכתשים עתיקים יותר נעלמו עם הזמן בעקבות בליה או שנתכסו באדמה. אם כמה מאותם כוכבי שביט או אסטרואידים היו עשירים בחומר אורגני, הרי שלכאורה יכול היה כדור הארץ לצבור כמויות נכבדות של מרכיבים אורגניים ממקור זה.

בפועל לא כך קרה, וקל להבין מדוע. התנגשויות חזקות של כוכבי שביט או אסטרואידים בכדור הארץ הן אירועים אלימים ביותר. אם גוף חללי בגודלו של כוכב השביט "האלי" היה פוגע בכדור הארץ, הוא היה גורם להתפוצצות בעוצמה השווה להתפוצצותם של 100 מיליון טונות חומר נפץ. קשה לצפות מחומרים אורגניים לשרוד אחר שואה כזו. סימולציות ממוחשבות של הרס חומרים אורגניים בכוכבי שביט הראו, שרק כוכבי שביט קטנים (ברוחב של כמה מאות מטרים) היו יכולים להביא בבטחה חומרים אורגניים אל כדור הארץ הקדום, שכןנפילתם של כוכבי שביט גדולים יותר מהירה מדי והיתה עלולה לגרום להשמדת החומרים האורגניים עם כניסתם לאטמוספרה, או לאחר ההתנגשות עם הקרקע. קרוב לוודאי שכמות החומרים האורגניים שהובאו בדרך זו היתה בסופו של דבר קטנה מזו שהובאה על ידי חלקיקי האבק הבין-כוכבי.

חומרים חיצוניים מול חומרים מקומיים
עד כמה היו החומרים האורגניים שהובאו לכדור הארץ מהחלל החיצון חשובים ליצירת החיים? מכיוון שמדענים לא מבינים בדיוק את התהליכים שהביאו ליצירת החיים, לא ניתן לענות על שאלה זו בבטחון מלא. דרך אחת להתמודד עם הנושא היא להשוות את המקורות החיצוניים עם המקורות ה"ארציים" האפשריים של חומרים אורגניים. מאז ראשית שנות החמישים פיתחו מדענים מספר שיטות לייצור חומרים אורגניים בסביבה דומה לאטמוספרה של כדור הארץ. כיצד מקדמות שיטות אלה את הטיעון נגד "גשם הנדבות" הנופל מן השמים?

התשובה לשאלה זו מורכבת, שכן יצירתם של חומרים אורגניים על פני כדור הארץ הקדום מותנית במאפייני האטמוספרה ששררה אז. כך נאלצים המדענים להתמודד פעם נוספת עם המחסור בנתונים. לפני כארבעים שנה, כשהחלו הניסויים הראשונים לייצר חומרים אורגניים בסביבה דומה לאטמוספרה הקדומה, התגבשה השערה כי אטמוספרה זו היתה מורכבת מגז מתאן ואמוניה. באטמוספרה מסוג זה, חומרים אורגניים למכביר נוצרים בסיוע ברקים, קרינה על-סגולה ומקורות אחרים. ייצור החומרים האורגניים בתנאים אלה הוא כה יעיל, עד כי כל אפשרות בדבר יבוא של חומרים אורגניים מהחלל החיצון מתבטלת לחלוטין מול המקורות המקומיים.

אולם, אפילו במצב זה מילאה "ההפגזה הכבדה" תפקיד חשוב. בראשית שנות השבעים הצליחו חוקרים להראות, כי גלי הלם הנשלחים באטמוספרה עשירה במתאן ואמוניה, יוצרים אף הם ביעילות מולקולות אורגניות. בהסתייעם בתמונת המכתשים שעל הירח לצורך הערכת מספרם וגודלם של העצמים החלליים שפגעו בכדור הארץ בשנותיו הראשונות, ניסו אסטרונומים לחשב את היקף ייצור החומרים האורגניים, כתוצאה מגלי ההלם שנוצרו על ידי נפילות העצמים החלליים. החוקרים גילו, כי חשיבותם של גלי ההלם בתהליך הייצור לא נופלת, בעיקרון, מחשיבות המקורות האחרים, הברקים והקרינה העל-סגולה. אלא שהיום, רוב העוסקים בנושא אינם חושבים עוד כי האטמוספרה הקדומה היתה מורכבת ממתאן ואמוניה. הדיעה הרווחת היא כי האטמוספרה הקדומה היתה מורכבת בעיקרה מהמרכיבים הכימיים של מעטפת פני הקרקע, שהם - על פי שרידיה - פחמן דו חמצני וחנקן מולקולרי. ניסויי מעבדה הוכיחו, כי בהרכב זה קשה הרבה יותר ליצור חומרים אורגניים. ובנקודה זו מתבהרת חשיבותם של המקורות החיצוניים. באטמוספרה פחות ידידותית כלפי תהליכי יצירת החיים, עשויים חלקיקי האבק הבין-כוכבי ליהפך למקור ראשוני של חומרים אורגניים.

הויכוח על הרכב האטמוספרה הקדומה של כדור הארץ עדיין לא יושב. אף על פי כן, נראה כי בכל הרכב אטמוספרי קדום מילאה "ההפגזה הכבדה" תפקיד מרכזי באספקת חומר הגלם הראשוני הדרוש ליצירת החיים. אם היתה האטמוספרה הקדומה עשירה במתאן ואמוניה, היה מתבטא חלקה של "ההפגזה הכבדה" בהצתת פתיל החיים באמצעות שילוח גלי הלם באטמוספרה. אם היתה האטמוספרה פחות ידידותית לפעילות האורגנית, ומורכבת מפחמן דו חמצני וחנקן, היו כוכבי השביט והאסטרואידים בעת "ההפגזה הכבדה", וחלקיקי האבק הבין-כוכבי הממשיכים להגיע אלינו גם היום, המקור העיקרי לזרעי החיים שעל פני כדור הארץ.

יהיה הסיפור האמיתי אשר יהיה, לא ניתן להתעלם מכך שהחיים עלי אדמות הגיעו, ולו בחלקם, מעולמות רחוקים. איזה חלק, ואילו מיני יצורים נוצרו ממנו, את זאת כנראה לא נדע לעולם.

תוספות:

עצמים חלליים במערכת השמש, כמו כוכב השביט "האלי" והמטאור מרצ'יסון, מכילים מולקולות אורגניות, שהן חומר הגלם ממנו נוצרים החיים. המטאור מרצ'יסון, שנתגלה באוסטרליה, עשיר בחומצות אמיניות פשוטות, המשמשות אבני בניין לחלבונים.

כוכבי שביט כוכבי שביט המפלחים את אטמוספרת כדור הארץ יכולים היו לתרום כמות רבה של מים ומולקולות אורגניות. חלקיקי אבק בין-כוכבים חלקיקים מיקרוסקופיים אלה ירדו על כדור הארץ בזרם איטי ומתמשך, בהביאם עימם מולקולות אורגניות. מדי שנה מגיעים לכדור הארץ בדרך זו 300 טון של חומרים אורגניים.אף על פי שגודלו של כל גרגיר אבק פחות מעשירית המילימטר, הם מילאו, כנראה, מקור חשוב להימצאותן של מולקולות אורגניות על פני כדור הארץ מיליוני שנים של "מטר נדבות" שכזה עשויות לכנס כמות משמעותית של חומרי גלם חיוניים לחיים. כתישת פני הקרקע על ידי אסטרואידים ומטאורים פחתה באורח ניכר מיליארד שנים לאחר היווצרותה של מערכת השמש.

האסטרונאוטים של "אפולו 12" לא הצליחו לגלות סימני חיים על הירח. אולם, המידע שמספקים המכתשים שעל פניו מאפשר לאסטרונומים לשחזר את תקופת "ההפגזה הכבדה" ואת השלכותיה על כדור הארץ. המאובן המיקרוסקופי העתיק ביותר גילו 3.5 מיליארד שנים, משלהי תקופת "ההפגזה הכבדה".


תלקיקי אבק בין-כוכבי תלקיקים מיקרוסקופיים אלה ירדו על כדור הארץ בזרם איטי ומתמשך, בהביאם עימם מולקולות אורגניות. מדי שנה מגיעים לכדור הארץ בדרך זו 300 טון של חומרים אורגניים. מיליוני שנים של "מטר נדבות" שכזה עשויות לכנס כמות משמעותית של חומרי גלם חיוניים לחיים.

חומרים אורגניים מהחלל החיצון שלושה סוגי עצמים חלליים עיקריים הביאו עימם לכדור הארץ הקדום מולקולות אורגניות (ומים). הארץ הייתה בראשיתה מקום עויין למדי, וייתכן כי החיים החלו יותר מפעם אחת עד אשר הצליחו להשיג אחיזה יציבה.

כריטופר צ'יבה (C.Chyba), מדען במרכז המחקר איימס של סוכנות החלל האמריקאית (NASA). לאחרונה סיים את עבודת הדוקטור שלו בנושא "ההפגזה הכבדה" ומקור החיים

תרגום: ישי דרור

פורסם ב"גליליאו" גיליון 2, נובמבר/דצמבר 1993. 



יום שלישי, 14 בספטמבר 1993

תרופה לשפעת - רועי שפירא


מי מאיתנו לא התנסה באותה רעה חולה התוקפת את מקומותינו מידי חורף - השפעת? 30 עד 40 מליון חללים הותירה בעקבותיה מגפת השפעת, שפשטה בעולם לאחר מלחמת העולם הראשונה. במאה השנים האחרונות היו חמש התפרצויות כלל עולמיות של המחלה, שלא לדבר על כל אותן התפרצויות מקומיות. 



בעקבות מאמציהם של מספר חוקרים גרמניים עולה עתה אפשרות לפיתוח טיפול תרופתי חדשני כנגד השפעת. החידוש הוא כפול - רפואי ומדעי. מיתקפתו של הנגיף מתבצעת בשני שלבים. בשלב הראשון הוא נקשר לחלבונים מסויימים בקרום התא המותקף. לשם כך הוא מסתייע באנזים סיאלידז, המצוי במעטפת שלו. במידה וההתקשרות הצליחה עובר הנגיף לשלב השני: הכנסת הנגיף לתא המותקף. 

החידוש המדעי הוא בכך, שהחוקרים תכננו וייצרו חומרים היכולים לעכב ביעילות את פעולת אנזים הסיאלידז ולכן גם את ההדבקה על ידי הנגיף. את זאת הם עשו לאחר שלמדו באופן מדוקדק, באמצעות קריסטלוגרפיה של קרני-X, את המבנה התלת-ממדי של חלבוני מעטפת הנגיף. 

טכנולוגיה זו של ייצור חומרים ביואפקטיביים "על פי הזמנה״ הינה ראשונית מאוד, אך גם מבטיחה ביותר. התפיסה העומדת מאחריה שונה מתפיסת הנסוי והטעייה, המאפיינת חלק ניכר מהמחקר התרופתי. בשיטה המקובלת נסדקות תרכובות כימיות רבות עד שמאותרת, אם בכלל, אחת שהיא אפקטיבית. בשיטה החדשה נלמד גורם המחלה ומתוכננת דרך פעולה ישירה כנגדו. בכך יש כדי לקצר את פרק הזמן העובר מזיהוי גורם המחלה ועד לייצור חומרים מתאימים כנגדו. 

האפקטיביות של הטיפול החדש הוכחה כבר בבעלי חיים (כאלה היכולים לחלות בשפעת ״אנושית״), אך לא נוסתה עד כה בבני אדם. מעבר לשאלת היעילות, יש לבדוק האם החומר התרופתי אינו גורם לתופעות לוואי בגוף האדם ואם איננו רעיל. בכל מקרה, נראה כי בחורף הקרוב נזדקק עדיין לתרופותיה המסורתיות של הסבתא.

פורסם בגליליאו 1 - ספטמבר 1993

יום שלישי, 7 בספטמבר 1993

הקטן הזה (חיידקי ברזל) - רועי שפירא


ייתכן ותופעה גיאולוגית חשובה, שנחשבה עד כה לאביוטית (כלומר נובעת מתהליכים פיזיקליים), הינה למעשה בעיקרה ביוטית (כלומר נובעת מפעולת יצורים חיים).


באזורים שונים שעל פני כדור הארץ קיימים מרבצים נרחבים של מחצבי ברזל. מקורם של מרבצים אלה בתקופות קדומות - לפני כ-2 מיליארד שנים. צוות חוקרים גרמני, בראשותו של פ. ווידל (Widdle), העלה השערה כי מרבצים אלה אינם רק תוצאה של תהליכים פיזיקליים, אלא שהם תוצר של פעולת חיידק קדום, שדומים לו (Rhodomicrobium)  ניתן למצוא גם היום.

כידוע, יצורים המבצעים פוטוסינתזה (צמחים, אצות, חיידקים) משתמשים באנרגיית השמש כדי לייצב בגופם את אבן הבניין של החיים - הפחמן. לצורך ביצוע הפוטוסינתזה נדרש תורם אלקטרונים; הפתרון האבולוציוני הנפוץ הוא חימצון מים. תוצר הלוואי של התהליך הוא (למזלנו) גז החמצן, שבו תלוי עצם קיומנו. אך ישנם גם פתרונות אחרים: החיידק האמור, למשל, אינו פולט חמצן כתוצאה מהפוטוסינתזה שלו. הוא מרכז ברזל מומס מסביבתו ומשתמש בו כתורם אלקטרונים.

תוצר הלוואי של תהליך זה הוא המרת הברזל מצורתו המסיסה במים לתרכובת ברזל בלתי מסיסה, היכולה להצטבר בצורת מרבצי ברזל. אם אכן יש ממש בהסבר מפתיע זה, אזי נותר רק להשתאות כיצד הצליחו אותן טיפות נוזל זערוריות המוקפות בקרום דקיק, המכונות חיידקים, לעצב את צורתם הגיאולוגית של שטחים כה נרחבים על פני הפלנטה שלנו.

המים של הנהר Exeter מאדימים כתוצאה מנוכחות של חיידקי ברזל.
המקור: NH Estuaries Project

המאמר המקורי  - מ-Nature, אפריל 1993

פורסם בגליליאו 1, ספטמבר 1993