ביומימיקרי

משמעות המונח ביומימיקרי היא חיקוי החיים (Biomimicry: Bio=life; mimesis=imitate). ביומימיקרי היא דיסיפלינה רב-תחומית המקדמת חיקוי ולמידה מהטבע לפתרון בעיות בדרכים מקיימות.

חדש(נ)ות מהטבע דצמבר 2014

קוראים יקרים שלום,

שנת 2014 היתה שנה מלאת פעילויות, כנסים, הרצאות וסדנאות. אלפי ילדים במערכת החינוך הפורמלית והבלתי פורמלית נחשפו לתחום הביומימיקרי והתנסו בחשיבה יצירתית ביומימטית. פרט לפעילות במערכת החינוך, יותר ויותר חוקרים בוחרים בביצוע מחקר ישומי ביומימטי ומספר חברות ישראליות פרצו לתודעה בעקבות פיתוח טכנולוגיה ביומימטית.
 
ב- 23.02.15  יפתח המחזור השלישי של הקורס "מבוא לביומימקרי", לראשונה בפורמט חדש הכולל מספר ימי לימוד מרוכזים וסיור שטח. הקורס תוכנן לספק חווית למידה מהנה המבוססת על מפגש בינתחומי ושיטות הוראה מגוונות, ולהקנות את מיטב המתודולוגיות והכלים הקיימים כיום למתכננים. לפרטים וסילבוס אנא פנו למייל: Info@biomimicry.org.il

החודש, בחרנו להתמקד בתופעות טבע מעניינות ומעוררות השראה. לקראת נשיקת הסילבסטר נספר לכם על מתנות החיזור שבעלי חיים מעניקים בתהליך החיזור, נתאר התנהגויות מעוררות השראה המסייעות לבעלי חיים להתמודד באסונות טבע, על האפשרויות הטמונות בחוש הריח של הזבוב (!) לאיבחון מחלת הסרטן, ארס הצרעה כחומר אנטי-סרטני ועל הרעיון התכנוני המשוגע של פרח ה"שלד" שעליו נעשים שקופים במגע עם מים.
 
בברכת קריאה מהנה ושנת 2015 מלאת השראה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

מתנות, סקס ומה שביניהם


מאת ד"ר דפנה חיים-לנגפורד

מחקרים רבים מצביעים על כך שמתנות בממלכת החי הינה תופעה נפוצה למדי, כאשר רוב המתנות ניתנות כחלק מטקסי החיזור לצורך הזדווגות. המתנות, ברובן אכילות ולעיתים מזעזעות בעיניים אנושיות, ניתנות על ידי הזכר לנקבה במטרה שהנקבה תתרשם מהמתנה ותבחר בזכר כבן זוג. זו אולי תחבולה ישנה וזולה, אבל מסתבר שגם אחרי מילארדי שנות אבולוציה זה עדיין עובד...

חנקן אפור (צפור שיר) לדוגמא, לא יסתפק בסרנדה לאהובתו, אלא ישפד טרף על ענפים חדים ויציג אותו לנקבה. הנקבה תבחר את הזכר שהציג את ה"שיפודים" המרשימים והאיכותיים ביותר כאב לצאצאיה.
זבוב הפירות (הדרוזופילה המפורסמת), לא תסתפק בפחות מתכולת הקרביים של הזכר לפני שתסכים להיכנס איתו למיטה. הזכר יעלה את תכולת הקיבה שלו כמנחה לנקבה, יותר מפעם אחת, לפני שזו תיאות להזדווג איתו.
רוב העכבישים מעניקים טרף מת. הם אפילו עוטפים את המתנה בקורים כך שהנקבה חווה את התרגשות פתיחת המתנה. חלק מהעכבישים אפילו מבשמים את העטיפה כך שהמתנה כולה הופכת לכזו שקשה לסרב לה...
אצל גחליליות לעומת זאת, הגודל כן קובע..אחרי שהן זוכות למופע מרשים של נצנוצים, הן מופרות על ידי הזכר שסיפק את הספרמטופור (מתנת כלולות) הגדול ביותר. ספרמטופור הוא כמוסה המכילה תאי זרע וחלבונים רבים ואצל הגחלילית ככל שהספרמטופור עשיר יותר בחלבונים הסיכוי שהוא יפרה את הנקבה גדול יותר. אצל בעלי החוליות כמו הסלמנדרה, הנקבה תבחר בספרמטופור של הזכר שהציג את מופע החיזור המרשים ביותר.
העש מגדיל לעשות, ומתנת הכלולות שלו כוללת ציאניד, שהוא רעל קטלני ביותר. הציאניד לא הורג את הנקבה, אלא מהווה הרתעה משמעותית מפני טורפים. הנקבה מעבירה חלק מהציאניד לביצים ובכך מגנה עליהם.
"קח לך אישה ובנה לה בית...." מכל הרשימה הנ"ל קשה ביותר להתחרות בסוכיים, ציפורי שיר אוסטרליות. הזכר בונה סוכה מפוארת, ממש סוויטת ירח דבש ומציג אותה לנקבה. פתח הסוכה מפואר ומושך את העין בעיצובים שונים תוך שימוש בנוצות, קונכיות ואלמנטים עיצוביים נוספים.הנקבה תבחר בזכר שבנה את הסוויטה היפה ביותר.
מחקר על שימפנזים המעניקים מתנות לאורך זמן בתקופת החיזור, מגלה לנו את מה שאנחנו כבר יודעים. מתן מתנה חד פעמית לא תמיד מספיק, אך מצד שני, מתן רצוף של מתנות עלול להפוך את מקבל המתנה לקצת מפונק ולהעלות את רף הציפיות.

החוש השישי - מזיהוי תאי סרטן ועד חיזוי רעידות אדמה


מאת ד"ר דפנה חיים-לנגפורד

בעקבות תצפיות אנקדוטליות לאורך השנים, קיימות סברות שונות לגבי יכולתם של בעלי חיים לחזות אסונות טבע, לאבחן מחלות ועוד. חוקרים שונים הרימו את הכפפה וחקרו אנקדוטות אלו על מנת לבחון את אמיתותן מצד אחד ולנסות לחקותן מצד שני.

חיזוי אסונות: Hanry Streby מברקלי שבקליפורניה, הבחין שכ- 24 שעות לפני שסופה מגיעה, סבכון זהוב כנף (ציפור קטנה ממשפחת הסבכי) משנה את המיקום שלה. באחת התצפיות, 24 שעות לאחר נדידת הציפורים פגעה באזור סופת טורנדו שגבתה לפחות 35 קורבנות. בזמן שמטאורולוגים דיווחו על הגעת הסופה, הציפורים כבר התכוננו לעזיבן את האזור.
התמונה באדיבות Bmajoros

לעומת הציפורים ש"בורחות" לפני סופות, במחקר שבוצע באוניברסיטת מיאמי, נמצא כי כרישים דוקא "רודפים" אחרי סערות. מסתבר שכרישים שונים נמשכים למקומות שיש בהם שינויי טמפרטורה מהירים –בדיוק המקום בו סערות מתעצמות. על כן, מעקב אחרי תנועת הכרישים יכולה לסייע בניבוי התפתחות של סערות בים/אוקינוס.
רעידת האדמה הקטלנית שהייתה ביפן בשנת 2011 שימשה כר פורה לסקרים רטרוספקיביים לגבי התנהגות בעלי החיים לפני הרעש. הרעש גבה מעל 15,000 הרוגים, אלפי נעדרים ופצועים והסב נזקים אדירים לתשתיות ביפן, והוא נחשב לרעש הרביעי בעוצמתו בעולם מאז החלו המדידות. בסקרים שונים על התנהגות בעלי חיים נמצא שפרות, חתולים וכלבים הציגו התנהגויות חריגות מספר ימים לפני הרעש. בסקר על התנהגות חתולים, נמצא ששישה ימים ויותר לפני רעש האדמה הקטלני, חתולים הפגינו התנהגות חריגה ומתוחה. החוקרים משערים שחתולים זיהו את הרעידות לפני הזמן עקב חוש השמיעה המפותח שלהם בשילוב עם יכולתם לאבחן שינויים בלחץ האטמוספירי, כח הכבידה ועיוותי קרקע.
עוד נמצא במחקרים שנעשו בעקבות רעש האדמה ביפן, כי תנובת הפרות ירדה כשישה ימים לפני הרעש וכי כלבים הפגינו התנהגות לא רגועה בימים שלפני הרעש, התנהגות שכללה נביחות חריגות ואי שקט אצל כלבים שבדרך כלל אינם נובחים.
חיזוי מזג האויר: דבורים נעלמות לפני הגשם, הן חשות שינויים בלחות האויר וחוזרות למחסה בקן. ואילו לפני מזג אויר חם במיוחד, ניתן להבחין בהתכנסות של חיפושיות משה רבנו – במטרה לצמצם את איבוד הנוזלים בחום הצפוי.

זיהוי מחלות: כלבים יכולים לזהות סרטן הפרוסטטה בדיוק של 98%, כך פורסם השנה בכנס השנתי של ארגון האורולוגיה האמריקאי. לכלב כמאתיים מליון תאי ריח, לעומת חמישה מליון בלבד באף אנושי. יכולת ההרחה שלהם יכולה להסביר את היכולת לזהות סרטן. במחקר אחר נמצא שכלבים יכולים, לפי ריח הנשימה, לזהות אם לחולה סכרת רמת סוכר גבוהה או נמוכה. כמו כלבים, גם זבוב הפירות יכול לזהות סרטן, אפילו כאשר רק מספר קטן של תאים נגוע. במחקר שבוצע באוניברסיטת קונסטנז בגרמניה נמצא שזבוב הפירות יכול לזהות הבדל בין תא סרטני לתא בריא באמצעות חוש הריח בלבד. המחקר התמקד בסוגים שונים של סרטן השד אך החוקרים מאמינים שזבוב הפירות יכול לזהות סוגי סרטן נוספים. לא רק היכולת להבדיל בין רקמה סרטנית לרקמה בריאה הרשימה את החוקרים, אלא גם היכולת של הדרוזופילה, זבוב הפירות, להבחין בין סוגים שונים של סרטן השד.
גם לבני אדם יכולות חישתיות מרשימות, כמו היכולת לאקולוקציה (זיהוי מקום באמצעות קול), אך יכולות אלו באות לידי ביטוי בדרך כלל כשחושים אחרים נפגעים והמוח מפצה על הפגיעה בחוש אחד על ידי פעילות יתר מוחית של חושים אחרים.

תרגיל עוקץ לסרטן

מאת שמעון בוגן
ארס הצרעה הוא תערובת משוכללת מרובת מרכיבים. הארס הזה מיוחד ויוצא דופן בכך שהוא מכיל ריכוז גבוה של רעלים עצביים ביחד עם ריכוז גבוה של רעלנים פרוטיאוליטיים (אנזימים מפרקי חלבונים).

(רעל – חומר כימי בעל השפעות פיזיולוגיות מזיקות. רעלן – חומר ביוכימי שמסוגל לגרום להשפעות פיזיולוגיות מזיקות.)
  
התמונה באדיבות
Richard Bartz
מדענים ממכון המחקר הביו רפואי בברצלונה (IRB Barcelona) מפתחים תהליך ריפוי חדשני נגד סרטן השד, שמבוסס על חלבון מארס צרעה. עד כה (אוגוסט 2014) הוכתרו בהצלחה ניסויי מבחנה, שבהם בוצע חיסול ממוקד של תאים סרטניים באמצעות האנזים החלבוני שבארס. מדובר בלא פחות ממהפכה בטיפולים הכימותרפיים, מאחר שלראשונה מסתמן סיכוי לתהליך קטילה / חיסול / השמדה של תאים סרטניים שאינו פוגע בתאים בריאים, שאין לו תופעות לוואי ושאינו מאפשר לתאים הסרטניים לפתח עמידות.
ראש קבוצת המחקר, פרופ' מיגל מורנו, מסביר שהחלבון הנ"ל / המדובר / המוזכר גורם להיווצרות חללים ופתחים בקרום התא, חודר דרכו ומתערבב בנוזל התא וגורם למותו המידי (necrosis) או לתהליך השמדה עצמית (apoptosis).
עם זאת יש לזכור שלא ניתן להשתמש בנשק עוצמתי זה בצורתו הטבעית המקורית, עקב רעילותו הגבוהה וחוסר האבחנה בין תאי המחלה לבין תאים בריאים. כדי להשיג בידול מרבי שידרגו החוקרים את הרעלן לדרגת "סוס טרויאני". בכך מתאפשרת הכוונה והגעה של החומר אל התאים הסרטניים בלבד, כך שיצטבר ויפעל על תאי המטרה בלבד.
בתרגיל עוקץ כזה מנצלים החוקרים את תכונתם הבולטת ואת כוחם המודגש של התאים הסרטניים, לבצע פעולת ניתוק קשרים חלבוניים באמצעות אנזימים פרוטאוליטיים עצמיים ייחודיים שקשורים לדופן החיצונית שלהם. תכונה זו חלשה או לא קיימת בתאי גוף בריאים בכלל, ובתאי דם אדומים בפרט.
החוקרים במעבדה סינתזו את הרעלן - מיטופאראן - שבארס הצרעה אחרי שקבעו את סדר חומצות האמינו שלו, והצמידו אותו לשלד של פולי-L-חומצה גלוטאמית (PGA). בכך הפכו אותו לחומר תמים ולא פעיל ביוכימית. כמובן שתרבית התאים הסרטניים לא זיהתה את התכשיר כאויב שיש להתגונן מפניו, אלא כמתנה שמהווה מטרת מזון נאותה לפעולה ההרסנית השגרתית של החלבונים הפרוטאוליטיים שלהם.
ברגע שאלה גרמו לניתוק הקשר שבין הפולימר הנושא לבין הרעלן חזר האחרון לצורתו הפעילה, חדר מיידית דרך קרומי התאים הסרטניים, חורר אותם, פירק אותם והביא למותם.
כדי להגביר את האפקט ואת ההצלחה ציידו החוקרים את הרעלן, בצורתו הלא פעילה והתמימה, בתוספת של חלבון הנחייה, שמתביית ומתקשר בלעדית לקולטנים שמאפיינים במיוחד תאים של סרטן שד. בכך מיקדו עוד יותר, במיקום ובתזמון, את השחרור הסלקטיבי של הרעלן בתאים סרטניים ואת חיסולם. 

טיפת שקיפות

מאת יעל הלפמן כהן ויפעת יאיר
 

חדשנות ביומימטית מתחילה במקרים רבים ברגע של פליאה ממנגנון יוצא דופן ובולט בייחודו בטבע. תופעות שונות בטבע מדגימות רעיונות תכנוניים שונים מהמוכר והידוע לנו כמתכננים, רעיונות המכונים Crazy concepts , רעיונות "משוגעים", בספרות ההנדסית.

רעיון "משוגע" כזה מודגם למשל בפרח ה"שלד"  (Diphylleia Grayi :Skeleton flower )  אשר התגלה לאחרונה באזור מזרח אסיה ויפן. התפרחת של הצמח הרב שנתי הזה מתנשאת לגובה של כארבעים ס"מ ולרוחב של כמטר, ופורחת מאמצע האביב עד תחילת הקיץ, בתנאי צל.

במבט ראשון, פריחת הפרח נראית רגילה, אך לאחר מגע עם טיפות הגשם, עלי הכותרת של הפרח הופכים שקופים ונוצצים כמו זכוכית. כאשר הגשם פוסק, עלי הכותרת מתייבשים וחוזרים לצבעם הלבן. את התופעה תוכלו לראות בסרטון הבא:

 
 

הפרח כמעט ולא נחקר ואין תיעוד לגביו בספרות. ניתן רק לשער מה יכולות להיות הסיבות לתופעה המדהימה הזו. למשל:

1.      האבקה יעילה יותר  - עלי כותרת הפתוחים לרווחה במבנה המכונה "פרח צלחת" (בדומה לכלנית) מאפשרים האבקה על ידי חרקים. יתכן שהשקיפות מעלימה את עלי הכותרת ממאביקים פוטנציאלים שלא רצוי שיגיעו אל הפרחים בגשם, אז ההאבקה פחות יעילה בשל הרטיבות.  יתכן והשקיפות קשורה להעלמות של "מסלולי הנחיתה"  אשר מכוונים מאביקים אל האבקנים והצוף אשר במרכז הפרח. 

2.      הפחתת פגיעה ממזיקים - אולי הגשם מעודד חרקים מזיקים להגיע אל הצמח והשקיפות לא מאפשרת להם לראות היכן לנחות.

3.       מניעת מצבורי מים - יתכן שמי הגשמים נספגים בעלי הכותרת ופרט לשקיפות גורמים לתופעות נוספות כמו מידת החיספוס של פני השטח או מידת הקעירות שלהם. עלי הכותרת השקופים נראים שטוחים יותר ואולי זה מונע הצטברות מים בתוך הפרח אשר פוגעת באבקה. 

הפרח נמכר כיום כפרח נוי עם "גימיק" ייחודי, אך אם נבין את מנגנון השקיפות הזמנית של הפרח נוכל לפתח חומרים ביומימטיים חדשניים ההופכים שקופים במגע למים. ניתן לזהות יישומים אפשריים לחומרים כאלו, לדוגמא שקיפות עציצים כמדד ללחות הקרקע. אולי נוכל גם להשתמש במנגנון בצורה הפוכה ולפתח חומרים שקופים ההופכים לבנים במגע של מים, אידיאלי למקלחונים במקומות ציבוריים.