איך הגיאולוגים עושים את זה?

משאלה סקרנית דרך תגלית ועד לשינוי במדיניות הציבורית.

לעתים ללמד מדע זה לספר סיפור. אפשר ללמוד הרבה על הדרך שבה עושים מדע מסיפורים על מחקרים וחוקרים.  יתרה מזאת, סיפור תהליך הגילוי של עקרונות מדעיים עוזר להבין אותם.  המעקב של לומד אחר התקדמות החשיבה של הקהילה המדעית בתחום מסוים יכולה לעזור לו לבנות את הידע שלו כמו שהקהילה המדעית כולה הגיעה לאותה הבנה. אני מוקסמת מסיפורים מההיסטוריה של המדע למשל, סיפרתי בעבר על המחקר בפליאונתולוגיה והיום אני מבקשת לספר על גיאולוגיה וללמוד מהסיפור גם על מהלך החשיבה המדעית. מאחר שאינני גיאולוגית אני מזמינה את הקוראים בעלי נגיעה כלשהי לגיאולוגיה, להוסיף לתקן להעיר ולהאיר – אם יש לכם סיפור חקר שתוכלו לשתף פה – אפילו עדיף ואודה מאד.  והנה סיפורינו מתחיל:

יער ארזים מתים בחוף וושינגטון

גיאולוג שעסק במיפוי של חופים במדינת וושינגטון הופתע לגלות יער של ארזים מתים ליד החוף. חלק גדול מהם עדיין עמד, אך נראה היה שהם היו מתים לחלוטין במשך שנים רבות. הוא מצא תופעה דומה במקומות אחרים בחופים של אורגון ווושינגטון. הוא תהה, "מה יכול היה להרוג כל כך הרבה עצים בשטח כה רחב?". הוא חשב על מה שהוא יודע על רעידות אדמה, גבולות של לוחות טקטונים, ותזוזת לוחות לאורך החופים, וחיפש הסברים מתאימים.

  • האם העצים מתו בו זמנית?
  • האם המוות שלהם היה קשור לפעילות געשית סמוכה או נבע ממזיק ביולוגי?
  • לאור המיקום החופי, האם יש קשר בין מי המלח והרס היערות?

מביע סקרנות, מגדיר שאלות, מידע קודם

הוא חקר בעקבות השאלה הראשונה שלו על ידי תארוך הטבעות החיצוניות של עצים בעזרת שיטות רדיומטריה של פחמן 14. הוא מצא שכל העצים מתו לפני 300 שנה. לגבי סיבת המוות, המיפוי שלו לא הצביע על כל עדות למשקעים וולקניים נרחבים באזורי היערות המתים. יתרה מזאת, העצים לא נשרפו, ובדיקה קפדנית הראתה כי אין זכר לחרקים טפילים.

אוסף עדויות תוך שימוש בטכנולוגיה ומתמטיקה

הגיאולוג התחיל לחשוב על התפקיד האפשרי של מי המלח בהרג העצים. הוא נזכר שחלקים גדולים מחוף אלסקה ירדו מתחת לפני הים ב-1964 כאשר הלוח הטקטוני שמתחת רוב האוקיאנוס הפסיפי נדחף מתחת הלוח הטקטוני הצפון אמריקני שאלסקה נמצאת עליו כתוצאה מרעידת אדמה. קילומטרים רבים של יערות חוף באלסקה מתו כאשר קו החוף ירד והוצפו במי מלח עקב רעידת האדמה. הוא ידע שיש אזור שקיעה דומה (subduction zone) מתחת לחופי וושינגטון ואורגן אשר גורם להרי הגעש של רכס ה- Cascade. הוא תהה האם העצים בוושינגטון ואורגון טבעו במי ים כאשר חלק גדול מהחוף נדחף מתחת ללוח השכן במהלך רעידת אדמה לפני 300 שנה.

אזור השקיעה קסקדיה

משתמש במחקר קודם, מציע הסבר אפשרי

כדי לבדוק את ההסבר שהציע הוא אוסף עוד נתונים. הוא בוחן את המשקעים באזור הזה ומוצא שכבה של חול מתחת לאדמה, שונה מהאדמה העשירה בחימר מעליה ומתחתיה. מהיכן הגיע החול הלבן? הוא תהה.

הגיאולוג ידע שרעידות אדמה מסוג זה יוצרות צונמים לעיתים קרובות. הוא חש שיתכן ששכבת החול נסחפה לחוף במהלך צונמי. אם כך, תהיינה עדויות נוספות לרעידת אדמה גדולה בחוף. מאובנים שנמצאו בשכבת החול הצביעו על כי החול הגיע מהאוקיאנוס ולא נשתף מפנים היבשה. עדויות אלו תומכות בהיפותזת הצונאמי.

הוא פירסם מספר מאמרים בעיתונים מדעיים שפיטים (peer reviewed scientific journals) ובהם הציע השערה כי העצים המתים ושכבות החול שנמצאות לאורך החוף היו עדות לכך שרעידת אדמה אירעה לפני כ-300 שנה, בדיוק לפני שהמתיישבים האירופאים הגיעו לאיזור (Atwater, 1987).

מפרסם הסבר המבוסס על עדויות

מספר שנים מאוחר יותר, סיסמולוג יפאני שחקר רישומי גיאות היסטוריים ביפאן כדי לתעד צונמים ממקורות רחוקים, זיהה רעידת אדמה לאורך גבולות האוקיאנוס הפאסיפי ב- 17 בינואר, 1700. אבל המקור לרעידת האדמה היה נתון במחלוקת. בעזרת רישומים היסטוריים הוא שלל את האפשרות שאירעה רעידת אדמה גדולה – לגבי רוב אזורי רעידת האדמה המוכרים סביב הפסיפי. הוא שמע על עבודתו של הגיאולוג על היערות המתים בצפון מערב הפסיפי, והציע כי מקור הצונמי היה אזור שקיעה הנמצא היום מתחת אורגון וושינגטון (satake et al., 1996)

שוקל עדויות חדשות

עתה היו לגיאולוג עדויות נוספות התומכות בהסבר שנתן. בדיקה נוספת של משקעי החחוף חשפה שאריות נוספות אבל ישנות יותר של עצים מתים ושכבות חול. הוא חושב עתה שרעידות האדמה יצרו צונמים גדולים מאד, כמו אלו שהוא זיהה בהתחלה ופגעו שוב ושוב בחוף הצפון מערבי של הפסיפי באלף השנה האחרונות כמו שרעידות האדמה הגדולות היכו באזורי השקיעה שמתחת ליפאן, לפיליפינים, אלסקה ורוב מדינות דרום מערב אמריקה. השקיעה החופית שנגרמה עקב רעידת האדמה השקיע את העצים במי מלח, וגרמה למותם. הגיאולוגים פירסמו את עבודתם יחד  (Sawai, 2004; Nanayama, 2003).

מוסיף על ההסברים

כפי שלעיתים קורה עם מחקר מדעי, ממצאי הגיאולוג השפיעו על המדיניות הציבורית. אנשי ציבור שינו את מפרטי הבניה המותרים במדינות וושינגטון ואורגון, בהתבסס על ההבנה העמוקה על רעידות אדמה שעלתה מהמחקר. כיום בניינים חדשים מתוכננים לעמוד ברעידות אדמה בכוחות הגדולים ב- 50% מאשר היה תחת החוק הקודם.

ההסבר משפיע על מדיניות ציבורית

זו דוגמה לעבודה מדעית – ללא ספק היו אנשים רבים אחרים ששמו לב לעצים המתים, אבל הם אולי לא תהו לגבי סיבת המוות שלהם או לא היו בעמדה המאפשרת להם לענות על השאלה. הגיאולוג השתמש בידע שלו בגיאולוגיה ובמה שלמד על עצים ובתי הגידול שלהם ויצר הקשרים בין העצים המתים ומאפיינים אחרים של הסביבה, כמו המיקום החופי. שאלות אלו הנחו את החקירה שלו, אשר כללה זיהוי פחמן 14 כדי לתארך את העצים המתים ואיסוף הידע הזמין על הגיאולוגיה של האזור. הוא פיתח הסבר למותם של העצים והתבסס על העדויות הראשוניות הללו, ואסף עדויות נוספות כדי לבחון את הסברו. אז הוא פרסם מאמרים בהם דן ביחסים בין העדויות שצבר וההסבר שהציע. מאוחר יותר מדען בחלק אחר של העולם קרא את הפרסומים ומאחר שמדענים משתמשים בתיאורים ומדידות אוניברסליים, הוא היה יכול להשוות את הממצאים שלו עם אלו של המדען האמריקני. המדען היפני השיג עדויות נפרדות – על התרחשות צונמי ב-17 בינואר, 1700 – אשר סיפקו תמיכה נוספת להשערה שרעידת אדמה באזור השקיעה התרחשה בתאריך זה והובילה למותם של עצים רבים לאורך החוף הצפון מערבי של האוקיאנוס הפאסיפי.

מקור: Inquiry and the national science education standards: a guide for teaching and learning

בקשה לגיאולוגים: אנא לחצו על "להגיב" ותעשירו אותנו בסיפור חקר שאתם מכירים או שחוויתם, או תעירו ותאירו על הסיפור המתואר.

כמובן שכל תגובה גם מתחומי דעת אחרים תתקבל בשמחה. תודה 🙂

הנה סיפור מחקר נוסף מתחום הפליאונתולוגיה

איך הפליאונתולוגים עושים את זה?

קיימות דרכים רבות וסביבות מגוונות לעיסוק במדע. אולי הכי מיוחדות הן השיטות והאתרים של הפליאונתולוגים.  פליאונתולוגיה הוא תחום מדע העוסק בחקר החיים הקדומים – כאשר הממצאים הנבדקים יכולים להיות בין השאר, מאובנים משכבות גאולוגיות קדומות. ב- 150 השנים שעברו מאז פרסום 'מוצא המינים' של צ'ארלס דארווין התחום נהנה ממסגרת תאורטית שעוד לא נפרצה ומאפשרת מיון וסיווג מאובנים על פי סדר היסטורי ואבולוציוני. מלבד מאובנים, הפלאונתולוגים משתמשים בעדויות נוספות כגון גנים ועוברים.  

ניל שובין, מתאר בספרו 'הדג שבתוכנו'  כיצד פליאונתולוגים מבצעים את מחקרם:  "(פליאונתולוגים) מתכננים משלחות חיפוש מאובנים שנועדו לענות על שאלות מדעיות ספציפיות. תוך הסתמכות על מעט רעיונות פשוטים…יש לנו אפשרות לצפות מראש בסבירות גבוהה היכן עשויים להימצא מאובנים חשובים…אני עצמי בניתי את הקריירה שלי במידה רבה על-ידי כך שעשיתי בדיוק את הדבר הזה: מציאת יונקים קדומים כדי לענות על שאלות בקשר למוצאם של היונקים…ומציאת כמה מן החיות הקדומות ביותר שהיו בעלות גפיים כדי להבין את מוצאן של חיות היבשה…

היום הפליאונתולוג העובד בשדה נעזר במחקרים גיאולוגים שמתבצעים על ידי רשויות מקומיות וחברות לקידוחי נפט וגז. האינטרנט מספק גישה מהירה למפות, למידע מסקרי שטח ולתצלומי אוויר. אני יכול לסרוק אפילו את חצר הבית שלכם בחיפוש אתרי מאובנים מבטיחים, ישר מן המחשב הנייד שלי. ומעבר לכל זה, מכשירי הדמיה וצילום רדיוגרפי מאפשרים לנו להתבונן אל תוך סלעים ולראות את העצמות הטמונות בהם. אך למרות כל השיכלולים האלה, ציד מאובנים עדיין דומה היום במידה לא מעטה למה שהיה לפני מאה שנה. הפליאונטולוגים עדיין חייבים להסתכל בעצמם בסלע – ממש לזחול עליו – ואת המאובנים שבתוכו מוציאים ברוב המקרים ביד. נדרשות כל כך הרבה החלטות בשעה שמחפשים ומוצאים מאובנים, שקשה מאוד לפתחי אוטומציה של כל התהליכים האלה. וחוץ מזה, צפייה בצג של מוניטור כדי למצוא מאובנים אף פעם לא תיתן לכם רבע מן הכיף של לחפור במו ידיכם… כשאנו מחפשים סלעים בני הגיל המתאים, עובדה מרשימה אחת פועלת לטובתנו. המאובנים בסלעים שבכל העולם אינם מפוזרים באקראי. מקום הימצאם, ומה שנמצא מתחתיהם, מסודרים בבירור בסדר מסוים, ויש לנו אפשרות להשתמש בסדר הזה כדי לתכנן את המשלחות שלנו…לאחר שהחלטנו מה תהיה התקופה שנחקור, קבענו בכך מה יהיו שיכבות הסלע בעמוד הגיאולוגי שאנחנו מתכוונים לחקור. האתגר הבא הוא למצוא סלעים שנוצרו בתנאים המאפשרים השתמרות של מאובנים…" ועדיף שהסלעים יהיו חשופים לגמרי, אחרת זה כמו "להשליך חיצים אל לוח מטרה שנמצא מאחורי דלת של ארון".

המחקר המדעי מתבצע בדרכים מגוונות. אחת מהן היא הגישה הנקראת 'השיטה המדעית' המבוססת על דיון טיעוני. בשיטה המדעית עוסקים בביסוס טיעון המנוסח כהשערה על ידי בדיקה מדעית בתצפית או בניסוי מבוקר. הניסוי, בניגוד לתצפית, הוא בדיקה מדעית הכוללת התערבות מכוונת של החוקר.

אפשר לקרוא לשיטה המדעית הזו exploratory search – והיא מזכירה את הפרויקטים הגדולים של הגנטיקה כמו פרויקט הגנום האנושי ואולי גם את פרויקט הקונקטום של מדעי המוח. החוקרים לא מחפשים ביסוס לטענה שהעלו – כלומר זהו אינו מחקר hypothesis driven אלא במובן מסוים, מסע דיג. בשלב הבא, החוקר יכול להעלות השערות ולבדקן במעבדה – אפילו במחקר של יצורים חיים קדומים.

לסקירה על הספר, מומלץ לקרוא את מאמרו של איתן קריין ב-'סיינטיפיק אמריקן בעברית' מספטמבר 2011, או את הביקורת של רן לוי ב'הידען'.

 לקריאה נוספת: 'התשוקה להוביט' מאת דודי גולדמן, אודיסאה.

ולמי שחושב להיות לפליאונתולוג, אפשר לקרוא עוד באתר של המוזיאון הסמיתסוניאן.

סיפור מחקר נוסף מתחום הגיאולוגיה

'חיי הנצח של הנרייטה לאקס' מאת רבקה סקלוט

מוויקיפדיה

בסיפור מרתק מתחקה רבקה סקלוט אחר חייה של הנרייטה לאקס, אשר מגופה נלקחו תאי HeLa המפורסמים. הנרייטה לאקס לקתה בסרטן צוואר הרחם. במהלך ניתוח להסרתו בבי"ח ג'ונס הופקינס שבבולטימור, נלקחו חלקים מהרקמה לניסויים בגידול תרביות תאים – שיטה שלא הייתה מבוססת בתקופה זו. לאקס חתמה על טופס הסכמה לניתוח, אולם לא נאמר לה שיישמרו דגימות מהגידול והיא לא התבקשה להסכים לכך.

סקלוט מספרת גם על משפחתה של הנרייטה ומציירת תמונה עגומה של החיים של שחורים בארצות הברית במחצית הראשונה של המאה ה-20, במיוחד אם הם לקויי שמיעה, לוקים בבעיות התפתחות, אפילפטיים או חולים סופניים.
מתואר בכאב הניתוק בין הרופאים והמדענים שטיפלו בתאים ובמשפחה לבין בני המשפחה. חומה בצורה של חוסר רגישות, שפה שונה ובערות הדדית.

במקביל מספרת המחברת את הסיפור המדעי של התאים. זהו סיפור שכולל פיתוח שיטות לגידול תאים בתרבית, חקר הסרטן, המחקר בביולוגיה של התא, פיתוח תרופות וחיסונים בעזרת שורת התאים ובדיקתם על התאים. התאים היו כל כך מלאי חיים ואגרסיביים עד כדי כך שגדלו בתנאים מאד מגוונים ו"השתלטו" על תרביות תאים אחרות. התברר כי מאמרים רבים מבוססים על תאי HeLa בטעות ולא על תאים שעליהם הם דיווחו. התגלית הזו הביאה לעליה בקפדנות שבשמירה על "נקיונן" של תרביות תאים מ"זיהומים" של תאים אחרים ולהקמת ה-ATCC, מוסד אמריקאי המחזיק ומשווק תרביות תאים בדוקות לשימוש במחקר. מהפכה נוספת שהתרחשה בעקבות השימוש בתאים של לאקס ובשימוש ברקמות ובבני אדם אחרים הביאה למודעות לצורך בהסדרת הניסויים בבני אדם ובכל חומר המגיע מהם, גם אם הם אסירים, שחורים, קטינים או גורמים חלשים אחרים בחברה. כיום ברור ומוסדר בחוק שיש לבקש את הסכמתו של אדם להשתתפותו בניסוי – לא רק אם מנסים עליו טיפול או תרופה, אלא גם אם משתמשים ברקמות הנלקחות מגופו.

לפי החוק, יש לבקש את הסכמתו של כל חולה (או האפוטרופוס שלו) ללקיחת דגימות רקמה, תאים או דנ"א – גם אם אלו רקמות מיותרות המיועדות להשמדה לאחר הניתוח כמו רקמות גידול סרטני. לפני קבלת הסכמה של החולה להשתתפות בניסוי חייב רופא לתת לו/ה הסבר מפורט בשפה שהוא/יא מבינ/ה. לאחר ההסבר, אם החולה מסכים, הוא חותם על טופס הסכמה מדעת בו כתובים פרטי הניסוי באופן המובן לציבור ובשפה אותה החולה דובר. למשל, בארץ בדרך כלל מכינים מספר טופסי הסכמה בשפות שונות לאישור של ועדת הלסינקי המסדירה את הניסויים בבני אדם. עדיין לא ברור מה קורה אם הדגימות מהוות בסיס כלשהו לרווח מסחרי עתידי. בדרך כלל בשלב לקיחת הדגימות מקווים רק להתקדמות מדעית, התקדמות של המדע הבסיסי, ולא לרווח מסחרי. וגם אם נראה בשלב זה שייתכן רווח מסחרי – הכל עדיין רק רעיון של מדען או מדענית, הבהוב של מחשבה מקורית. מימוש הרעיון תלוי באופן משמעותי בכישרונם/ן של המדענים/יות ובעבודה קשה של אנשים רבים, ואם אכן יש השלכה מעשית ישירה מהמחקר, יש צורך בהשקעה של חברה תרופות או ביוטק ועבודה נוספת של פיתוח התרופה או הטיפול. כלומר, הדרך מאד ארוכה. ולכן סביר להניח שבטופסי ההסכמה המודעת יהיה כתוב "לא צפוי רווח מסחרי עתידי" או "במקרה של רווח מסחרי עתידי לא יינתן רווח כלשהו לחולה" כדי לכסות תביעות עתידיות. בכל מקרה, התחשבות בנושאים הללו בשלבים כה מוקדמים של מחקר בסיסי בדרך כלל מרתיעים מדענים מליזום מחקרים כאלו שכן הדבר מעכב את אישור הניסוי באופן משמעותי, וכשהניסוי מאושר לבסוף הוא יכול להיות כבר לא רלוונטי.

מרגש במיוחד היה הסיפור שסקלוט מתארת על המדען הצעיר מבית החולים האוניברסיטאי הגדול, ג'ונס הופקינס שהשתמש במחקר שלו, כמו מדענים רבים אחרים, בשורת תאי HeLa אך בניגוד לאחרים, חש אחריות כלפי המשפחה. הוא יצר אתם קשר והזמין אותם למעבדה שלו. הסביר להם בסבלנות מהו תא, הראה להם תאים מתחת למיקרוסקופ ונתן להם במתנה תמונה שהכין ובה תאי HeLa הצבועים באופן מרהיב בסמנים פלורסצנטיים.

בפעם הראשונה שהזדמן לי לעבוד עם תאי HeLa סיפרו לי כי אלו הם תאים של גידול בצוואר הרחם של אישה בשם הלן. למעשה זו הייתה הפעם היחידה שבה דובר על האדם שתרם את התאים שגידלנו. גידלתי את התאים, הכנסתי להם גנים של חלבון-נשא הנמצא בקרום התא. הכנסתי מוטנטים שונים שהכנתי ובאמצעותם חיפשתי מרכיבים במבנה הנשא החשובים לתפקודו התקין. במהלך השנים הזדמן לי לעבוד עם שורות תאים רבות. הן בדרך כלל מוכרות לפי סוג הגידול שלהן, או מוטציה משמעותית שבו, ולא מוזכר האדם שתרם אותן. כמובן, רק כאשר התאים הוכנו במעבדה שלי ידעתי מי התורם. גם לא ידעתי כלל כי כל השיטות בהן אני משתמשת בגידול תאים בתרבית מבוססות על התאים הראשונים שאי פעם גדלו בתרבית לאורך שנים והם התאים שנלקחו מהנרייטה לאקס.


מה דעתך? עד לאן מגיעה זכותו של אדם על חלקים שנלקחים מגופו? האם אנשים זכאים ליהנות מרווחים שהתקבלו ממחקר בו נעשה שימוש בתאים, רקמות או דנ"א שנלקחים מגופם?


לקריאה נוספת: 

הדור הרביעי

בלוג אישי על המצב החברתי

בלוג האגף למדעים

המזכירות הפדגוגית, משרד החינוך

מחוננים ומצטיינים במחקר - בלוג האגף לתלמידים מחוננים ומצטיינים, המינהל הפדגוגי, במשרד החינוך

בלוג האגף לתלמידים מחוננים ומצטיינים. מיועד ליידע ולעדכן את הקהילה העוסקת בחינוך וייעוץ למחוננים ולמצטיינים בממצאי המחקר בתחום ולחזק את שיתוף הפעולה עם חוקרים בתחום המחוננים והמצטיינים עורכת: דר' גילמור קשת

לומדים עם צחי

אתר ההוראה של צחי שיקמן