כניסה
הרשמה לניוזלטר

פרופ' ג'ואנה אייזנברג לומדת מהטבע כיצד יוכלו חומרי הבניין שלנו להגיב לשינויים בסביבה כדי לחסוך לנו אנרגיה, ואולי גם לרפא את עצמם מפציעות

רקפת תבור | 14 ביולי 2014 | מדע וטכנולוגיה | 4 דק׳

המדענית שהופכת את החומר לחי ומגיב

צמח הכדנית הוא טורף ערמומי. רוב הזמן נמלים יכולות ללכת עליו בחופשיות, בלי שום סכנה. אבל כשהוא מתחיל להיות רעב זה כבר סיפור אחר. פתאום עלי הכותרת שלו חלקלקים במיוחד והנמלים המופתעות נותרות חסרות אונים, הן מחליקות מייד ללועו של הצמח הטורף, שם מיצי העיכול מזדרזים לעכל אותן. איך הכדנית עושה את זה? אולי גם אנחנו נוכל ללמוד ממנה משהו ולשדרג את החומרים והמוצרים שמשמשים אותנו?

צמח הכדנית הטורף – מקור ההשראה למשטחים החלקים שפיתחה פרופ' אייזנברג
Boivie/Wikimedia

פרופ' ג'ואנה אייזנברג מאוניברסיטת הרווארד החליטה לעשות בדיוק את זה – לגלות באילו טריקים משתמשים היצורים השונים בטבע כדי לנסות לפתח בהשראתם את הדור הבא של החומרים שמשמשים אותנו. כפי שהיא אומרת בריאיון לאפוק טיימס, "כל יצור ביולוגי שניקח, סביר שנגלה אצלו משהו לא שגרתי ומעניין. אני מאמינה גדולה שאם נשקיע זמן ונסתכל בקפידה על הביולוגיה, נוכל ללמוד דברים מדהימים".

כך שהיכרות מעמיקה עם הכדנית הטורפת הראתה לפרופ' אייזנברג שהסוד טמון בשכבה נוזלית שמכסה את פני השטח של העלים בשעת רעב – היא זו שהופכת אותם לחלקלקים כל כך. בעזרת הכדנית והשכבה הנוזלית, פותחו במעבדתה של פרופ' אייזנברג משטחי ה-SLIP – משטחים שבתחילת דרכם התפרסמו ביכולותיהם המדהימות לדחות כתמים וקיפאון ואפילו לגרש מהם כתמי שמן. כמשטחים דוחי כתמים ניתן להיעזר בהם להגנה על עדשות, לוחות סולריים וציוד תעופה שיוכל בעזרתם להימנע מהצטברות קרח. בשנים האחרונות גם התברר שלמשטחים האלו יכולה להיות תרומה חשובה במלחמה העיקשת בחיידקים החסינים לאנטיביוטיקה.

המשטחים החלקלקים הם רק דוגמה אחת. הם מצטרפים לחומרים מתוחכמים נוספים שפותחו במעבדתה של אייזנברג בהשראת הטבע, שנחזור אליהם בהמשך. חלקם משמשים להצפנה מתוחכמת של מסרים מילוליים שחושפת את המסר רק בתנאי סביבה ספציפיים. אחרים קשורים לחומרים שמרכיבים את עצמם ואפילו מסוגלים לרפא את עצמם מחתכים.

לתחום המחקר הזה של פרופ' אייזנברג, של פיתוח מוצרים בהשראת הטבע, קוראים ביומימטיקה, ולפעמים הוא גם מוכר בשם "ביומימקרי", תחום שהולך ומתרחב בשנים האחרונות. במעבדה של אייזנברג, פרופ' לכימיה ולכימיה ביולוגית, לוקחים את הביומימטיקה לעולם הננו ומחפשים את הפתרונות היצירתיים של הטבע ברמות הנסתרות מהעין – בסדרי הגודל הזעירים ביותר.

סיבי ננו המסוגלים לתפוס חלקיקים ולשנע אותם למקום הדרוש
באדיבות פרופ' אייזנברג/אונ' הרווארד

מכון ויצמן – השנים הטובות בחיי

כיצד התגלגלה פרופ' אייזנברג להיות מובילה בעולם בתחומה? מה משך אותה? את דרכה האקדמית התחילה אייזנברג באוניברסיטת מוסקבה, שם למדה כימיה וכימיה פיזיקלית לתארים ראשון ושני. לעולם המרתק של החומרים המגיבים, אלו שמיוצרים על ידי אורגניזמים חיים, היא נחשפה רק מאוחר יותר, כאן בישראל, כשלמדה במכון ויצמן את לימודי הדוקטורט.

"בהכשרתי אני קריסטלוגרפית, כלומר תמיד למדתי על גבישים מסוגים שונים. כשהצטרפתי לקבוצת המחקר במכון ויצמן, המנחים שלי פתחו את עיני לעולם המדהים הזה של קריסטלים ביולוגיים. פתאום הבנתי שזה כל כך שונה מהגבישים הלא אורגניים והמשעממים שגידלתי עד אז. חשבתי שמעכשיו אחפש דברים מעניינים כאלה בביולוגיה".

עם הידע שרכשה במכון ויצמן, ועם ההסתכלות הרעננה על עולם החי, כפי שקיבלה שם, המשיכה אייזנברג לאוניברסיטת הרווארד שבארה"ב, ללימודי הפוסט דוקטורט, ובעצם נשארה עד היום, כשעכשיו היא כבר עומדת בראש מעבדה המונה כ-60 חוקרים.

"אנחנו מנסים לחשוב על חומרים ביולוגיים מיוחדים, חריגים. אולי נוכל ללמוד מהם כמה טריקים חדשים", כשהכוונה מבחינתה היא להצליח לייצר חומרים שמסולגים להגיב לשינויים ולשנות את התכונות שלהם כשצריך: "כשחם – לצנן את הסביבה, כשקר – לחמם", היא מסבירה. ובהסתכלות רחבה יותר, "כיצד ניתן לעצב חומרים שאינם חיים, כך שיוכלו להגיב לסביבה ולהתאים לה את התפקוד שלהם".

למעשה עולם הטבע לא חדש לאייזנברג, כבר כילדה הוא ריתק אותה, "תמיד התעניינתי בטבע ומבמתמטיקה. כילדה השתתפתי וניצחתי באולימפיאדות מתמטיות רבות. בדמיון שלי פעמים רבות ניסיתי להבין כל מיני תופעות, למשל כיצד גלי הים מייצרים את תבניות החול בחוף".

כיום, לא רק המחקר עצמו מרתק את ג'ואנה. היא מספרת שעצם ההובלה של קבוצת חוקרים גדולה שכזאת מעוררת בה עניין רב. "זאת מעבדה ענקית עם טיפוסים שונים לחלוטין ורקעים שונים לחלוטין. יש אצלנו מתמטיקאים, ביולוגים, פיזיקאים, סטודנטים לרפואה, סטודנטים לארכיטקטורה ועוד, כך שיש בתוך הקבוצה שלי תערובת מדהימה של אינטראקציות" בין הדיסיפלינות השונות. מבחינתה של פרופ' אייזנברג לדברים המעניינים ביותר אפשר להגיע בעזרת שיתוף הפעולה והשילוב בין תחומי הידע השונים. ומנקודת המבט האישית, "הדבר המעניין והמרתק ביותר הוא לראות כיצד הצעירים האלו מתפתחים למדענים ולהוגים גדולים".

אני שואלת אותה לגבי האתגרים שהיא צופה להמשך הדרך. "קשה מאוד למצוא את הדרכים שיאפשרו לנו לבנות חומרים שמסוגלים לחיות, שהרי החומרים שמשמשים אותנו הם חומרים סטטיים, לא מגיבים, כמו חומרים מתים. אני חושבת שזה אתגר עצום לפתח חומרים שמרפאים את עצמם וממטבים את עצמם. זה משהו שהטבע מסוגל לעשות ואנחנו עדיין ממש לא. זה כיף לחקור את זה אבל זה אתגר גדול מאוד ואני צופה שזה יהווה אתגר עוד זמן רב".

אייזנברג הגיעה בחודש מארס לביקור בארץ, בתור מרצה מובילה בכנס "ננו ישראל 2014" שנערך בתל אביב והתמקד בתחומי האנרגיה, המים, הסביבה, ננו-חומרים, ננו-אלקטרוניקה, ננו-רפואה ועוד.

הדור הבא של החומר

במים הרדודים של הים הקאריבי, קרינת השמש חזקה ומסוכנת. Ophiocoma Wendtii, קרוב משפחה של כוכב הים שמתגורר שם, פיתח דרכים מעניינות להגן על עצמו מהקרינה החזקה…

שתפו את הכתבה:

פרופ' ג'ואנה אייזנברג בהרצאתה בטד-X במארס 2012

המדענית שהופכת את החומר לחי ומגיב

פרופ' ג'ואנה אייזנברג לומדת מהטבע כיצד יוכלו חומרי הבניין שלנו להגיב לשינויים בסביבה כדי לחסוך לנו אנרגיה, ואולי גם לרפא את עצמם מפציעות

רקפת תבור | 14 ביולי 2014 | מדע וטכנולוגיה | 15 דק׳

פרופ' ג'ואנה אייזנברג בהרצאתה בטד-X במארס 2012

צמח הכדנית הוא טורף ערמומי. רוב הזמן נמלים יכולות ללכת עליו בחופשיות, בלי שום סכנה. אבל כשהוא מתחיל להיות רעב זה כבר סיפור אחר. פתאום עלי הכותרת שלו חלקלקים במיוחד והנמלים המופתעות נותרות חסרות אונים, הן מחליקות מייד ללועו של הצמח הטורף, שם מיצי העיכול מזדרזים לעכל אותן. איך הכדנית עושה את זה? אולי גם אנחנו נוכל ללמוד ממנה משהו ולשדרג את החומרים והמוצרים שמשמשים אותנו?

צמח הכדנית הטורף – מקור ההשראה למשטחים החלקים שפיתחה פרופ' אייזנברג
Boivie/Wikimedia

פרופ' ג'ואנה אייזנברג מאוניברסיטת הרווארד החליטה לעשות בדיוק את זה – לגלות באילו טריקים משתמשים היצורים השונים בטבע כדי לנסות לפתח בהשראתם את הדור הבא של החומרים שמשמשים אותנו. כפי שהיא אומרת בריאיון לאפוק טיימס, "כל יצור ביולוגי שניקח, סביר שנגלה אצלו משהו לא שגרתי ומעניין. אני מאמינה גדולה שאם נשקיע זמן ונסתכל בקפידה על הביולוגיה, נוכל ללמוד דברים מדהימים".

כך שהיכרות מעמיקה עם הכדנית הטורפת הראתה לפרופ' אייזנברג שהסוד טמון בשכבה נוזלית שמכסה את פני השטח של העלים בשעת רעב – היא זו שהופכת אותם לחלקלקים כל כך. בעזרת הכדנית והשכבה הנוזלית, פותחו במעבדתה של פרופ' אייזנברג משטחי ה-SLIP – משטחים שבתחילת דרכם התפרסמו ביכולותיהם המדהימות לדחות כתמים וקיפאון ואפילו לגרש מהם כתמי שמן. כמשטחים דוחי כתמים ניתן להיעזר בהם להגנה על עדשות, לוחות סולריים וציוד תעופה שיוכל בעזרתם להימנע מהצטברות קרח. בשנים האחרונות גם התברר שלמשטחים האלו יכולה להיות תרומה חשובה במלחמה העיקשת בחיידקים החסינים לאנטיביוטיקה.

המשטחים החלקלקים הם רק דוגמה אחת. הם מצטרפים לחומרים מתוחכמים נוספים שפותחו במעבדתה של אייזנברג בהשראת הטבע, שנחזור אליהם בהמשך. חלקם משמשים להצפנה מתוחכמת של מסרים מילוליים שחושפת את המסר רק בתנאי סביבה ספציפיים. אחרים קשורים לחומרים שמרכיבים את עצמם ואפילו מסוגלים לרפא את עצמם מחתכים.

לתחום המחקר הזה של פרופ' אייזנברג, של פיתוח מוצרים בהשראת הטבע, קוראים ביומימטיקה, ולפעמים הוא גם מוכר בשם "ביומימקרי", תחום שהולך ומתרחב בשנים האחרונות. במעבדה של אייזנברג, פרופ' לכימיה ולכימיה ביולוגית, לוקחים את הביומימטיקה לעולם הננו ומחפשים את הפתרונות היצירתיים של הטבע ברמות הנסתרות מהעין – בסדרי הגודל הזעירים ביותר.

סיבי ננו המסוגלים לתפוס חלקיקים ולשנע אותם למקום הדרוש
באדיבות פרופ' אייזנברג/אונ' הרווארד

מכון ויצמן – השנים הטובות בחיי

כיצד התגלגלה פרופ' אייזנברג להיות מובילה בעולם בתחומה? מה משך אותה? את דרכה האקדמית התחילה אייזנברג באוניברסיטת מוסקבה, שם למדה כימיה וכימיה פיזיקלית לתארים ראשון ושני. לעולם המרתק של החומרים המגיבים, אלו שמיוצרים על ידי אורגניזמים חיים, היא נחשפה רק מאוחר יותר, כאן בישראל, כשלמדה במכון ויצמן את לימודי הדוקטורט.

"בהכשרתי אני קריסטלוגרפית, כלומר תמיד למדתי על גבישים מסוגים שונים. כשהצטרפתי לקבוצת המחקר במכון ויצמן, המנחים שלי פתחו את עיני לעולם המדהים הזה של קריסטלים ביולוגיים. פתאום הבנתי שזה כל כך שונה מהגבישים הלא אורגניים והמשעממים שגידלתי עד אז. חשבתי שמעכשיו אחפש דברים מעניינים כאלה בביולוגיה".

עם הידע שרכשה במכון ויצמן, ועם ההסתכלות הרעננה על עולם החי, כפי שקיבלה שם, המשיכה אייזנברג לאוניברסיטת הרווארד שבארה"ב, ללימודי הפוסט דוקטורט, ובעצם נשארה עד היום, כשעכשיו היא כבר עומדת בראש מעבדה המונה כ-60 חוקרים.

"אנחנו מנסים לחשוב על חומרים ביולוגיים מיוחדים, חריגים. אולי נוכל ללמוד מהם כמה טריקים חדשים", כשהכוונה מבחינתה היא להצליח לייצר חומרים שמסולגים להגיב לשינויים ולשנות את התכונות שלהם כשצריך: "כשחם – לצנן את הסביבה, כשקר – לחמם", היא מסבירה. ובהסתכלות רחבה יותר, "כיצד ניתן לעצב חומרים שאינם חיים, כך שיוכלו להגיב לסביבה ולהתאים לה את התפקוד שלהם".

למעשה עולם הטבע לא חדש לאייזנברג, כבר כילדה הוא ריתק אותה, "תמיד התעניינתי בטבע ומבמתמטיקה. כילדה השתתפתי וניצחתי באולימפיאדות מתמטיות רבות. בדמיון שלי פעמים רבות ניסיתי להבין כל מיני תופעות, למשל כיצד גלי הים מייצרים את תבניות החול בחוף".

כיום, לא רק המחקר עצמו מרתק את ג'ואנה. היא מספרת שעצם ההובלה של קבוצת חוקרים גדולה שכזאת מעוררת בה עניין רב. "זאת מעבדה ענקית עם טיפוסים שונים לחלוטין ורקעים שונים לחלוטין. יש אצלנו מתמטיקאים, ביולוגים, פיזיקאים, סטודנטים לרפואה, סטודנטים לארכיטקטורה ועוד, כך שיש בתוך הקבוצה שלי תערובת מדהימה של אינטראקציות" בין הדיסיפלינות השונות. מבחינתה של פרופ' אייזנברג לדברים המעניינים ביותר אפשר להגיע בעזרת שיתוף הפעולה והשילוב בין תחומי הידע השונים. ומנקודת המבט האישית, "הדבר המעניין והמרתק ביותר הוא לראות כיצד הצעירים האלו מתפתחים למדענים ולהוגים גדולים".

אני שואלת אותה לגבי האתגרים שהיא צופה להמשך הדרך. "קשה מאוד למצוא את הדרכים שיאפשרו לנו לבנות חומרים שמסוגלים לחיות, שהרי החומרים שמשמשים אותנו הם חומרים סטטיים, לא מגיבים, כמו חומרים מתים. אני חושבת שזה אתגר עצום לפתח חומרים שמרפאים את עצמם וממטבים את עצמם. זה משהו שהטבע מסוגל לעשות ואנחנו עדיין ממש לא. זה כיף לחקור את זה אבל זה אתגר גדול מאוד ואני צופה שזה יהווה אתגר עוד זמן רב".

אייזנברג הגיעה בחודש מארס לביקור בארץ, בתור מרצה מובילה בכנס "ננו ישראל 2014" שנערך בתל אביב והתמקד בתחומי האנרגיה, המים, הסביבה, ננו-חומרים, ננו-אלקטרוניקה, ננו-רפואה ועוד.

הדור הבא של החומר

במים הרדודים של הים הקאריבי, קרינת השמש חזקה ומסוכנת. Ophiocoma Wendtii, קרוב משפחה של כוכב הים שמתגורר שם, פיתח דרכים מעניינות להגן על עצמו מהקרינה החזקה…

שתפו את הכתבה:

כתבות נוספות שעשויות לעניין אותך
הוא נחשב לגאון מתמטי. הבעיה היחידה: כמעט ואין לו מוח

רקפת תבור

מכשיר ה-CT שפותח בראשית שנות ה-70 של המאה הקודמת, אפשר לחוקרים לסרוק את המוח וחולל מהפכה במדע. הגילויים החדשים היו כה...

"איפה אין פרסומות? בחלומות". אז זהו, כבר יש

רקפת תבור

כשנדיר האקרמן, יזם ההייטק הישראלי ומייסד חברת וובוס (WEBOS), נדרש להציג למשקיעים היפנים את המוצר החדש שעליו עובדת...

ההוביטים – דמויות בדיוניות או מין אנושי חי וקיים?

רקפת תבור

המפגש המפתיע אירע לקראת סוף שנות ה-90 באי פלורס שבדרום אינדונזיה – הנמצא לא הרחק מחופיה הצפוניים של אוסטרליה. בארה,...

מדוע מדענים בנאס"א רוצים לשלוח לחוצנים מסר הכולל את מבנה הדי-אן-אי שלנו?

מאיה מזרחי

אם הייתה לכם הזדמנות לתקשר עם חייזרים, מה הייתם אומרים להם? האם הייתם מנסים להתחבב עליהם או...

"מצאנו שיותר מרבע מהבחירות הלאומיות במדינות שונות בעולם הוכרעו על ידי אלגוריתם החיפוש של גוגל. זו עובדה מפחידה"

יאן יקיאלק

ד"ר רוברט אפשטיין, פסיכולוג בכיר ב"מכון האמריקני...

"אתם מה שאתם אוכלים": כיצד מזון יכול להשפיע על המנגנון הגנטי שלנו

רקפת תבור

ברבדוס הוא אי במזרח הקריביים שאוכלוסייתו מתמודדת עם נטייה להשמנה ובעבר התמודדה גם עם רעב. ב-1967...

תמיד חשבנו שאנחנו רואים במדויק את המציאות העכשווית – חוקרי מוח טוענים שהטעו אותנו

רקפת תבור

בשנת 1996 ניתנה לשחקן הפוטבול ארני מילס הזדמנות לנצח משחק בליגת ה-NFL עבור קבוצתו...

"אנחנו עומדים מול משהו ממכר מאוד שסוגר עלינו מכל הכיוונים"

רקפת תבור

כבר מכיתה א' התקשה מתנאל לשבת בשקט במהלך יום הלימודים. בהמשך החלו המורים גם להתלונן שהוא אגרסיבי ומפריע....

שתפו: