בשבחי השיבושים

מאת: חיים שמואלי

פורסם ב"כמעט 2000" 11, עמ' 12-10, קיץ 1996.

באחד מימי ספטמבר בשנת 1928 חזר אלכסנדר פלמינג (Fleming) למעבדתו בבית-החולים "סנט מרי" בלונדון, לאחר שבוע חופשה. לפני צאתו לחופשה דאג פלמינג להכין כמה תרביות חיידקים בצלחות פטרי, ועם שובו נחפז לבדוק האם אכן צמחו התרביות לפי התכנון. לצערו הוא ראה מיד כי חלקן הזדהמו ולא היו ראויות לשימוש. הוא בחן צלחת אחת כנגד האור הנשקף מן החלון. גם היא הייתה מקולקלת.

ממש לפני שעמד להשליכה לפח יחד עם כל השאר, הבחין פלמינג בדבר-מה מוזר. הוא השתהה לרגע. עיכוב זה היה גורלי, לא רק למחקרו כי אם גם לחייהם של מיליוני בני-אדם בעתיד. פלמינג בחן שוב את הצלחת מול האור. אכן, היה בה עובש, אך הוא גם שם לב לדבר מה שלא הבחין בו קודם: סביב העובש היה עיגול שקוף ברור - תחום שלא היו בו כל חיידקים, כאילו משהו "המיס" את החיידקים ומנע מהם להתפשט הלאה.


זו הייתה רק תחילתו של סיפור ארוך, מייגע ומוצלח. נדרשו עוד 14 שנות עבודה מאומצת, עד שפלמינג הצליח לבודד את החומר שהיה אחראי להמתת החיידקים, כפי שראה באותו יום באותה הצצה חטופה בצלחת. כיום, החומר הזה מוכר בשם פניצילין - אחת התרופות החשובות ביותר והיעילות ביותר שהפיק מדע הרפואה מאז ומעולם. על תגליתו זו זכה פלמינג בפרס נובל לרפואה לשנת 1945 ובתואר האצולה סר ממלכת בריטניה.




היינריך רוהרר (Rohrer) והדוקטורנט שלו, גרד ביניג (Binning) עבדו כמה שנים על רעיון מהפכני: הם ניסו לבנות מכשיר שיאפשר להבחין באטומים יחידים. מכשיר זה פעל על העיקרון הפיסיקלי הקרוי אפקט (תוצא) המנהרה: כאשר מקרבים מחט מתכת דקיקה למשטח של חומר מתכתי או חומר מוליך-למחצה, ומפעילים ביניהם מתח חשמלי, זורמים אלקטרונים במרווח הזעיר שבין המחט למשטח. זרם זה (הקרוי זרם מנהרה - ראו "כמעט 2000" 3, "פנים", עמודים 24-23) משתנה במידה רבה אם משנים במעט את המרווח שבין המחט למשטח. בדרך זו ניתן להבחין באטומים בודדים שמהם מורכב המשטח. הצרה היחידה הייתה, שעל אף כל מאמציהם, לא הצליחו רוהרר וביניג ליצור מחט שתהיה חדה דיה, כלומר מחט שהחוד שלה עשוי מאטום יחיד, או משניים-שלושה אטומים לכל היותר, כפי שנדרש מהמכשיר כדי שיהיה מסוגל להשיג כושר הפרדה גבוה דיו.

לילה אחד, בחודש מרס 1981, הם סיימו עוד יום עבודה מתסכל, כשהם מותשים לחלוטין. מרוב עייפות שכחו לכבות את המכשיר בטרם עזבו (חשוב היה להפסיק את פעולת המכשיר, כדי לא לחשוף את המחט לרעידות אקראיות, שהיו עלולות למחוץ אותה כליל כשהיא מצויה בקרבה כה רבה למשטח, במרחק של פחות ממיליונית המילימטר. למעשה, כל רעידה מקרית חלשה שנגרמה עקב מעבר מכונית בקרבת מקום או אפילו בגלל פסיעה או דיבור בקול רם בחדר הייתה עלולה לגרום לתקלה כזאת). כאשר שבו השניים למעבדה למחרת בבוקר, הם הופתעו לגלות את המכשיר דולק. תדהמתם גברה שבעתיים כשהתברר כי לא זו בלבד שהמחט לא נמחצה במשך הלילה, אלא שבמכשיר נרשם אות - עדות להיווצרות זרם מנהרה בין המחט למשטח, בפרק הזמן שבין שעת עזיבתם לשעת חזרתם.

כיצד קרה הדבר? אמנם לכאורה לא הייתה המחט חדה כנדרש, אבל התברר שבאופן טבעי היו בה "זיזים" חדים מאוד, בגודל שניים-שלושה אטומים, שנוצרו באופן טבעי, וצמד החוקרים לא היו מודעים כלל לקיומם. במשך הלילה נעה המחט באקראי בגלל שינויי טמפרטורה, עד שבשלב מסוים נוצר במקרה זרם מנהרה. כעת, משהשתכנעו השניים בכך שהמכשיר שלהם עובד באופן עקרוני, החלו לשפרו ולשכללו במשנה מרץ, עד שלבסוף השלימו את בנית המכשיר, הנקרא "מיקרוסקופ מינהור סורק" (STM), והצליחו להפיק תמונות של אטומים בודדים. כעבור זמן קצר אף זכו על המצאה זו בפרס נובל לפיסיקה לשנת 1986.





מטרת שני הסיפורים אינה להסביר את אופן פעולתם של הפניצילין או של מיקרוסקופ המינהור הסורק, אלא לציין עובדה פשוטה, שעל-פי רוב חומקת מן התודעה ואינה נלמדת כלל בשיעורי המדע: פעמים רבות אנו נעזרים דווקא בדברים שהשתבשו, ומצליחים להפיק מהם תועלת. ייתכן שמדען אחר, במקום פלמינג, היה זורק לפח את צלחות הפטרי הנגועות בעובש, היות שבמצבן זה לא היו ראויות לשימוש במחקר השגרתי שנעשה אז במעבדתו. פלמינג לא עשה זאת אלא התעניין דווקא ב"שיבוש", הודות לחושיו המדעיים המחודדים, שאנו חייבים להם תודה עמוקה. למעשה, השיבוש התרחש בשלב הכנת הדוגמאות. אילו היה פלמינג יותר קפדן וזהיר, סביר להניח שהצלחות כלל לא היו מזדהמות בעובש, והיה ניתן להשתמש בהן למחקר שנועדו לו. במקרה כזה היה גילוי הפניצילין נדחה למועד בלתי ידוע, או שלא היה קורה לעולם. במקרה זה היו מתים עשרות ואולי מאות מיליוני בני-אדם, שניצלו בעזרת הפניצילין. בדומה, גם מחקרם של ביניג ורוהרר היה מתעכב חודשים או שנים, אילולא התרשלו בתפעול המערכת שעסקו בה.

האם זהו מקרה נדיר ביותר במחקר מדעי, שבו שיבוש לא רק שאינו גורם נזק אלא אף מביא תועלת מרובה, או אולי זהו מקרה נפוץ, שמתרחש לעתים קרובות מאוד, למען האמת, אין לי צל של מושג מהי התשובה הנכונה. לא חסרים סיפורים על תגליות מדעיות שנעזרו במזל, בתקלות מבורכות, בשגיאות מצחיקות ובשיבושים למיניהם, אולם קשה מאוד לקבוע באורח סטטיסטי עד כמה הדבר נפוץ, ולא אתיימר לנסות לעשות זאת. לעומת זאת, אפשר לפנות לכיוון שונה לחלוטין, למקום שבו שיבושים משמשים באופן שיטתי לשינויים, מהם "לחיוב" ומהם "לשלילה". זהו מנגנון האבולוציה בטבע.

יצורים כגון חיידקים או אמבות מתרבים בדרך זו: תחילה משוכפל המטען התורשתי (DNA) שלהם (ראו גיליון 6 "שכפולים", עמודים 18-14) ואחר-כך הם מתחלקים, ולכל יצור חדש עוברות במדויק התכונות הביולוגיות המקוריות.

בבעלי-חיים עילאיים יותר, ובכללם בני-אדם, כל יצור מקבל מחצית מתכונותיו מהורה אחד ומחציתן מההורה השני. התכונות התורשתיות של שני ההורים "מתערבבות", אך הדבר אינו משנה שינוי מהותי את העובדה הבסיסית, שהתכונות התורשתיות מועברות מדור לדור. כך נשמר מאגר הגנים של הפרט לאורך דורות רבים. כיצד אם כן מתרחשת האבולוציה? איך התפתחו יצורים שונים, בחלקם מורכבים יותר. עם הזמן, התשובה לכך טמונה בשיבושים שמתרחשים מעת לעת בתהליך השכפול.

מדי פעם חלה טעות במבנה ה-DNA באחד הבסיסים או במקומו בשרשרת, או בתהליך השכפול עצמו, וכתוצאה ממנו חל שינוי גנטי בדור הבא (ראו בגיליון זה: "סרטן - שיבושים גנטיים בגוף האדם"). למען האמת, העניין מסובך קצת יותר: שיבושים חלים לעתים קרובות ביותר, ובתא קיימים מנגנונים שתפקידם לתקן שיבושים כאלה ולמנוע את הנצחתם. אולם לעתים נכשלים גם כל מנגנוני ההגנה הללו. למעשה, לא כל שיבוש הוא בעל משמעות מבחינה גנטית. חלק גדול של ה-DNA אינו מקודד ליצירת חלבונים, ולכן (כנראה) אין שום משמעות לשיבושים באזורי DNA כאלה. ובכל זאת חלים מדי פעם שינויים בעלי משמעות ברצף ה-DNA של היצור החי. שינוי מעין זה נקרא מוטציה.

רוב המוטציות מתרחשות באקראי, ואין לתוצאותיהן משמעות חשובה, או שהן אף מהוות חיסרון לבעל-החיים הנושא אותן (ואכן, סביר מאוד להניח שהסיכוי לכך שתיווצר באופן מקרי מוטציה מועילה הוא קטן ביותר). ובכל זאת, לעתים נדירות, באקראי לחלוטין, גורם השיבוש למוטציה המקנה לנושא אותה יתרון כלשהו בהתאמה לסביבה מסוימת. תכונה זו, המועברת לצאצאיו של היצור, מקנה להם עדיפות כלשהי לעומת שאר בני אותו המין במלחמת הקיום ומגבירה את כושר הישרדותם. זהו הבסיס לאבולוציה. פירושו של דבר: תהליך התפתחותם של יצורים חיים המותאמים לסביבתם מקורו במנגנון של שיבושים אקראיים, המוגברים בתהליך של ברירה טבעית. זוהי תורת דארווין על רגל אחת.

האם גם המדע מתפתח בתהליך של ברירה טבעית כזאת או אחרת? בספרו "חפצים שימושיים" (נסקר בגיליון הקודם של "כמעט 2000", 9, "תעשיות" עמ' 21), מציג המחבר הנרי פטרוסקי (Petroski) השערה, שחפצים שימושיים "מתפתחים" בדרך אבולוציונית, וכי שיפורים בהם נעשים לא עקב צורכי החברה, אלא עקב כשלים המתרחשים בחפצים הקיימים (או, בלשונו, "הצרות צרות את הצורה"). בעצם, מה שפטרוסקי אומר הוא, ששיבושים הם המתכון הבדוק ביותר ליצירת חפצים, המצאות ופטנטים. ניתן להמשיך את השערתו של פטרוסקי, לצעוד צעד נוסף ולהניח שגם תיאוריות מדעיות כפופות לחוקים דומים. להשערה זו אין ראיות ברורות, אבל היא בהחלט ראויה לבדיקה, ובוודאי עוד יהיו חוקרים שייחדו לה תשומת לב.

כמובן, כל מה שנכתב כאן אינו בגדר המלצה להרבות בשיבושים במתכוון. הדבר בעצם כמעט מובן מאליו, שהרי גם בתהליך האבולוציוני בטבע מרבית השיבושים אינם תורמים תרומה חיובית, והנושאים אותם נידונים להכחדה. כלומר, ברמת הפרט לא "משתלם" בדרך כלל שיקרו שיבושים. הדבר עשוי להשתלם רק ברמה הסטטיסטית, ברמת החברה. כמובן, כאשר חל כבר שיבוש, כדאי ורצוי להפיק ממנו תועלת, כפי שעשו פלמינג, ביניג ורוהרר - אם רק מצליחים להיות מוכשרים וחדי ראייה כמותם...

לפני שנים רבות כתב הפיסיקאי ההולנדי קאזימיר (Casimir) מאמר שכותרתו "בזכות השגיאות" (תורגם לעברית ב"פי האטום" ב-2, 1984), וסיים אותו במילים: "עלינו לשאוף להצלחה, אך אם כל תוכניותינו בוצעו בהצלחה, סימן שהיינו מנהלי מחקר גרועים!". דומני שמשפט זה, פרדוכסלי לכאורה, הוא מוטו מוצלח גם למאמר זה: עולם בלי שיבושים הוא עולם צפוי מדי, משעמם ועקר. שיבושים הם צרה צרורה, ועם זאת - מקור לעניין ולאתגר.