Page 11 - מגזין הטכניון | סתיו 2011

11 ÁÂ˙ÈÙ ¯˜ÁÓ
ירה את מוליכותם
כאל גלים, ופתר את משוואת שרדינגר עבור
אלקטרונים הנעים במבנים מחזוריים.
החישוב של בלוך הניח את היסודות להבנה של
תנועת אלקטרונים בגבישים, אלא שגם התיאור
של בלוך לא היה מלא, ואף שהתאים לניסויים
רבים, הוא לא הצליח להסביר תופעות רבות
אחרות. ”שתי הנחות מרכזיות לא נלקחו בחשבון“,
מסבירים החוקרים. ”ראשית, התיאוריה של בלוך
מתבססת על מבנה מחזורי מושלם - מבנה שקיים
רק בתיאוריה, שכן בכל מערכת בטבע קיים
גם אי-סדר כלשהו. לכן, על מנת לתאר הולכה
בחומרים שונים, עלינו להניח שלמרות שמוצקים
בטבע הם מבנים מחזוריים בבסיסם, יש בהם
מידה מסוימת של אי-סדר - חורים, חלקיקים
שאינם נמצאים במקומם, ואפילו חלקיקים מסוג
שונה, המפוזרים באופן אקראי ובצפיפות נמוכה
בתוך המבנה המחזורי.
בשנת 8591 פרסם המדען האמריקאי פיליפ
אנדרסון פתרון ראשון לשאלת הולכת גלים
)לרבות חלקיקים המתנהגים כגלים( במבנים
מחזורים )גבישים(, שיש בהם גם מידה מסוימת
של אי-סדר. בניגוד לדעה הרווחת עד אז, שגרסה
כי אי-סדר אמנם מפריע להולכה אך אינו מבטל
אותה, הראה אנדרסון שהוספה של אי-סדר
למבנה מחזורי בו נעים החלקיקים עשוי לבטל
את המוליכות לגמרי. אנדרסון הראה שבתנאים
מסוימים, האי-סדר ממקם את החלקיקים
בתחום שממנו הם אינם יכולים לצאת. תופעה
Andersonזאת נקראת ”לוקליזציית אנדרסון“ )
.(Localization
אנדרסון קיבל את פרס נובל לפיסיקה ב-7791,
אולם רק כעבור שלושים שנה בוצע הניסוי
הראשון ששיחזר את התנאים המדויקים שאליהם
התייחס אנדרסון - הולכה במבנים מחזוריים
בנוכחות אי-סדר.
הניסוי האמור בוצע במסגרת עבודת הדוקטורנט
של טל שוורץ וגיא ברטל, בהנחייתו של פרופסור
שגב ובשיתוף פרופסור שמואל פישמן, גם הוא
מהפקולטה לפיסיקה. החוקרים הצליחו להרכיב
מערכת אופטית המממשת את התנאים מהמאמר
שפרסם אנדרסון בשנת 8591, ולהראות לראשונה,
בניסוי, את תופעת לוקליזציית אנדרסון.
פרופסור שגב מסביר כי ”הניסוי הנוכחי, שפורסם
, הוכיח שבחומריםScience בכתב העת המדעי
קוואזי-מחזוריים יכול אי-סדר לגרום להגברת
ההולכה, וזאת בניגוד מוחלט לתרומת אי-סדר
בחומרים מחזוריים )גבישים רגילים(, שם הוא
גורם להקטנת ההולכה ואף לעצירתה המוחלטת.“
כיצד מתאפשר דו-קיום ארוך טווח בין חיידקים לבין הווירוסים שמדביקים אותם? קבוצת
חוקרים בטכניון בחנה את הסוגייה הזו בהקשר של מיקרו-אורגניזמים ימיים.
( הן חיידקים ימיים המבצעים פוטוסינתזה, בדומה לצמחים. Cyanobacteriaהכחוליות )
חיידקים אלו חיוניים מבחינה אקולוגית, שכן הם מייצרים חמצן וקולטים פחמן דו-חמצני
(. בנוסף לכך הם מייצרים סוכרים, שהם יסוד חיוני בשרשרת המזון הימית.CO2)
במשך מיליוני שנים ”סובלות“ הכחוליות מווירוסים שמדביקים אותן. באופן תיאורטי היה
אמור תהליך זה להביא לכליונה של אוכלוסיית הכחוליות.
ד“ר דבי לינדל והדוקטורנטית שרית אברני מהפקולטה לביולוגיה בחנו את שאלת עמידותן
של הכחוליות לווירוסים, וזאת באמצעות טכנולוגיה חדשה המאפשרת לרצף מחדש את
הגנום. החוקרות עבדו בשיתוף עם ד“ר איתי שרון, פוסט-דוקטורנט מהטכניון, ועם ד“ר
. Nature רותם שורק והדוקטורנט עמרי וורצל ממכון ויצמן. המחקר פורסם בכתב העת
החוקרים עירבבו זנים שונים של וירוסים וכחוליות, גידלו אותם יחד ולאחר מכן בדקו את
הכחוליות ששרדו. באמצעות הטכנולוגיה האמורה הם זיהו את המוטציות שהפכו אותן
לעמידוֹת ואת מיקומן בגנום. ”רוב המוטציות נמצאו בגנים שאחראים לייצור חלבונים
המשפיעים על מבנה פני השטח של החיידק,“ מסבירה אברני. ”המוטציות הללו מנעו,
למעשה, את כניסת הווירוס לתוך החיידק.“
החוקרים מצאו שמרבית המוטציות )ולכן גם מרבית הגנים ההכרחיים להדבקה( נמצאו
באחד מחמישה ”איים גנומיים“ הקיימים בחיידקים אלה. האיים הגנומיים הם אזורים
שבהם תכולת הגנים שונה בין פרטים שונים. לפיכך, כתוצאה מהשונות באי הגנומי האמור,
כל פרט )חיידק( חשוף להדבקה של וירוסים מסוימים, ועמיד לווירוסים אחרים. כתוצאה
מכך, מפגשים רבים בין וירוס לחיידק מסתיימים ללא הדבקה, וכך ”ניצלת“ אוכלוסיית
הכחוליות מהכחדה מוחלטת.
וירוסים וחיידקים -
דו קיום בתנאי עימות
וירוס הדבוק לתא החיידק
)צולם במיקרוסקופ אלקטרונים סורק
על ידי שאולוב וסבחי(
מחקר בפקולטה לביולוגיה
מסביר את יחסי הגומלין
בין חיידקים לבין הווירוסים
המדביקים אותם
ד“ר דבי לינדל )משמאל(
והדוקטורנטית שרית אברני
מתבוננות בתרבית של כחוליות