לא תאמינו, אבל מתקרב היום שבו חיידקים יוכלו לפתור את הסכסוך במזרח התיכון

מה אפשר ללמוד מסימנים שמשאירות נמלים על ניווט של בני אדם בעיר, ואיך חיפושית בנמיביה יכולה לפתור בעיה של אגירת מים? • ד"ר סייפן בורגיני וד"ר אלעד שגב מהמכון הטכנולוגי חולון בונים עם הסטודנטים שלהם מעבדת מחקר שבוחנת את הממשק בין הטבע לאדם

ד“ר אלעד שגב וד“ר סייפן בורגיני./  צילום: מריה וקולנקו
ד“ר אלעד שגב וד“ר סייפן בורגיני./ צילום: מריה וקולנקו

האם ניסיתם פעם לגדל צמח בתוך צנצנת סגורה, בלי להשקות ולדשן אותו? לא נעשה ספוילר לאופן שבו הוא יתפתח, אבל נגלה שניסויים מהסוג הזה הם שיעורי הבית שנותנים ד"ר סייפן בורגיני וד"ר אלעד שגב לתלמידים שלהם, פרחי עיצוב וטכנולוגיה במכון הטכנולוגי חולון. הם רוצים שנתחיל להסתכל על הטבע באופן אחר מזה שהורגלנו בו.

"מאז המהפכה התעשייתית אנחנו רואים את הטבע בעיקר כמשאב או כאיום", אומרת בורגיני. "אנחנו משתמשים בו או שומרים עליו, נשמרים ממנו או משתמשים בו כפח הזבל שלנו. אבל זו לא התייחסות בת קיימא. אנחנו בני אדם רבים מכדי להתייחס לטבע באופן כזה. ביומימיקרי הוא תחום שמאפשר לנו לשנות את הגישה ולגשר על הפער בין בני אדם ל'טבע', ולראות בו עולם של פתרונות, עולם שבעצמו מתפתח ולומד, ולא עולם סטטי".

ההגדרה הרשמית של ביומימיקרי היא "קבלת השראה ליצירתיות ולהמצאתיות על ידי התבוננות בפתרונות שנתן הטבע". לדברי בורגיני, דרך ביומימיקרי אנחנו לומדים להסתכל על האורגניזמים והטבע כמאגר של אינטליגנציה ופתרונות שפותחו על ידי האבולוציה לאורך מיליוני שנים, ואולי יכולים להיות רלוונטיים לפתרון האתגרים של האנושות.

"כל המערכות בטבע הן מערכות פתוחות שמצליחות להתמודד עם שינויים. לעומת זאת, בני האדם בונים לרוב מערכות שלא תומכות בשינויים, אומר שגב. "כדי לשנות צריך לתכנן מערכת חדשה. כמו כן, למערכות בטבע לרוב יש כמה שימושים, למשל העור שלנו גם מגן עלינו מהסביבה, גם מווסת חום וגם מכיל את חוש המישוש. בני האדם, לעומת זאת, לרוב בונים מוצר אחד לשימוש אחד".

"בני האדם חושבים שהם נקודת השיא של האבולוציה, אבל לא כך בנויה האבולוציה", מוסיפה בורגיני. "כל המינים מתפתחים עדיין ואנחנו מתפתחים עם כולם. גם הגענו יחסית בסוף. חיידקים מתפתחים כבר במשך יותר מ-3 מיליארד שנה. אם הם שרדו כך, הם כנראה מצאו דרך מתקדמת לעשות זאת".

לימודים בהשראת הסוריקטות

הרקע של שני החוקרים עשוי להפתיע. בורגיני הגיעה בכלל מתחום הפיזיקה. "התמחיתי במערכות מורכבות מנקודת המבט של הפיזיקה, ובשנים האחרונות אני עוסקת בחקר מערכות מורכבות בממשק שבין הכוחות הטכנולוגיים והחברתיים", היא אומרת.

ההתמחות שלה היא בעיקר במרחב העירוני ובממשק שלו עם רשתות חברתיות וירטואליות או פיזיות, וכן בחוכמת הקולקטיב הנובעת מהממשקים הללו. במכון הטכנולוגי היא חוקרת את הקשר בין התהליכים הללו לבין עולם העיצוב. היום היא מרצה בתוכנית לתואר שני בעיצוב משולב ובמחלקה ללימודים רב-תחומיים, והיא חברה בקבוצות מחקר בינלאומיות. אחת מהן היא קבוצת חקר המורכבות האבולוציונית באוניברסיטה החופשית בבריסל.

"חשבתי שאני יודע מה היא רב-תחומיות, עד שפגשתי את סייפן", אומר שגב. "התואר הראשון שלי היה בכימיה, השני בביולוגיה, השלישי בכימיה פיזיקלית והפוסט-דוקטורט במתמטיקה. באמצע עוד עבדתי כאלגוריתמיקאי בתעשייה והיום אני עוסק בתחום כריית המידע. באחת העבודות שלי, פיתחתי אלגוריתם שבוחן עבור מדענים אם הטקסט שכתבו מובן לציבור הרחב".

ביומימיקרי היה הקורס הראשון של הלימודים הרב-תחומיים במכון הטכנולוגי, מספרת בורגיני. "המפגש ביני לבין אלעד החל בתוכנית להקים סטודיו או מעבדה בקמפוס, שיהיו רלוונטי לכל חמש הפקולטות במכון אך ייחודי לנו".

בורגיני השתתפה אז בפרויקט חדשנות באיחוד האירופי, שבנה מעבדות חדשות בתחום החדשנות האקדמית ברחבי אירופה וישראל. "כך קיבלנו את מעט הציוד שיש לנו לשחק איתו", היא אומרת.

הקורס עצמו מעוצב על פי עקרונות הביומימיקרי, כלומר, הוא מעין מעבדת מחקר שבה בוחנים את הממשק בין האדם לטבע.

"התחום הזה מאפשר לנו לעשות אקדמיה קצת אחרת", אומר שגב. "ראו למשל את הסוריקטות, שאוכלות בין היתר עקרבים ארסיים. איך הן מלמדות את צאצאיהן כיצד לאכול עקרב ארסי? עבודה של הסטודנט צביקה פרנקל הראתה שכישלון הוא לא ממש אופציה. לכן הן קודם כול מביאות לצאצא עקרבים מתים ומאפשרות לו להתעסק איתם. אחר כך הן מביאות לו עקרבים חיים, בלי עוקץ, ובשלב הבא עקרבים חלשים. זה בעיניי מודל מאוד נכון לאופן שבו אני רוצה ללמד את הסטודנטים שלי, כך שבהדרגה יוכלו להתמודד עם המציאות".

החיידק שיביא את השלום

בורגיני ושגב מרותקים שניהם מחיידקים, שכמו נמלים וחרקים שונים יוצרים קהילות הגדולות מסך חלקיהן. אחת השאלות המעניינות היא אם גם הקהילות שבני אדם יוצרים הן גדולות מסך חלקיהן. האם עיר או רשת חברתית הן ישות שאוצרת בתוכה חוכמה קולקטיבית כמו קן נמלים או מושבת חיידקים, שהאינטליגנציה שלהם גדולה מזו של כל יצור זעיר בנפרד.

"שיתפנו פעולה עם המעבדה של פרופ' אשל בן יעקב ז"ל, שחקר את התקשורת בין חיידקים", מספרת בורגיני. "הפגשנו את הסטודנטים עם צוות המעבדה ועם האמנית נורית בר-שי, והקמנו יחד תערוכה שבה משתתפי הקורס יצרו צלחות פטרי בארכיטקטורות שונות, כדי לראות אם צורת הצלחת שינתה באופן משמעותי את האופן שבו החיידקים יצרו את המושבות שלהם ואיך הצורה השפיעה על התקשורת ביניהם. היו צורות של צלחות שהיו פחות או יותר מועדפות על החיידקים לצמוח בהן".

שגב: "במשך שנים חקרתי חיידקים במעבדה ותמיד זה היה בצלחת פטרי עגולה. למה? ככה. בקורס שלנו יש תמהיל של סטודנטים מכמה דיסציפלינות באופן מאוד ברור ומכוון, ואלה היו הסטודנטים מתחום העיצוב שפתאום אמרו לי - למה עגול דווקא? מדוע הצלחת שטוחה? זה המפגש בין התחומים שיוצר את הרעיונות החדשים הללו. כשהפכנו את צלחת הפטרי לתרגיל בקורס, הם בנו כלים מדהימים - פרשו חוטים ונתנו לחיידקים לגדול עליהם, קיפלו נייר ושפכו את האגר (חומר ההזנה של החיידקים) עליו, יצרו כדורי ג'לי שמקורו במשחק ילדים וניסו לבנות את המושבה על הכדור. במשך שנים הייתי עם הצלחת העגולה וזה מעולם לא עלה בדעתי".

האם חיידקים יכולים להיות מודל לפתרון הסכסוך במזרח התיכון? לדברי בורגיני, "אלפי חיידקי מעי חיים יחד בלי שאחד מהם ישתלט על השני. בצלחת פטרי לא כולם שורדים. הם חיים יחד במעי כי לכל אחד יש הנישה שלו. הנישות השונות מאפשרות את החיים יחד בשלום".

בורגיני לא מתחייבת על שלום אזורי, אבל אומרת שמעניין לציין בהקשר הזה שהחיידקים כל הזמן מציגים את עצמם אחד לשני. "הם מודיעים מראש על ההבדלים ביניהם, כדי שבמפגש אקראי לא יהיה צורך בתקיפה".

אחד הגילויים המעניינים במעבדה נקשר באופן שבו אורגניזמים חד תאיים חוברים לזה באופן הצפוף ביותר על פני שטח מסוים, או מוצאים את הדרך הקצרה ביותר במבוך אל המזון שלהם, אף שאין להם מערכת עצבים מרכזית.

"כאשר הם במצוקה, הם מפרישים הורמון שמוביל אותם להתחבר למעין תולעת גדולה המורכבת מחד תאיים רבים או לחד תאי אחד גדול", אומרים בורגיני ושגב. "אז ראינו שהיצור-יצורים הזה מצליח לגדול על גבי כדור וליצור קשר בין התאים משני עברי הכדור, תוך כדי הקפתו".

הראיתם את זה לראשונה? האם כתבתם מאמר בנושא?
בורגיני: "בקורס הזה אנחנו לא כותבים עבודות ומאמרים, אלא רוצים לעבוד פיזית עם החומרים החיים. אנחנו רוצים שמעצב יחוש באופן עמוק שהוא לא לבד במשחק. החומרים החיים שאיתם הוא עובד יכולים לעשות משהו לא צפוי ומאוד שונה ממה שחשבת".

שגב: "אני מאמין שאכן יש לתרגיל הזה גם ערך מחקרי, אך זה לא מתפקידנו".

בורגיני: "אנחנו כן יכולים להפיק מהתרגילים עקרונות מעניינים וליישם אותם בתחום העיצוב, הקהילה והחדשנות החברתית. למשל, כאשר חקרנו חרקים חברתיים, שפועלים באופן שנראה כמו חוכמת המונים, על ידי העברת סיגנלים מאוד פשוטים, יישמנו זאת במרחב הציבורי".

אינטליגנציית הניווט נעלמה

באחד הפרויקטים שיצאו מהמעבדה, סטודנט השליך מהאופן שבו נמלים מוצאות מסלולים קצרים יותר ויותר במרחב על האופן שבו עושים זאת ילדים. "הנמלים משאירות על האדמה סימן, והנמלה הבאה עשויה ללכת באותה הדרך כי זו דרך טובה שנמלים רבות הלכו בה, וכך הנמלים מתכנסות בסוף לדרך הטובה ביותר, אף שאין להן תמונה של מתחם המחיה שלהן מלמעלה. באופן דומה, כשבני אדם הולכים בשדה, הם בדרך כלל ילכו בשביל שכבר עברו בו רגליים אחרות, כי הם יודעים שהוא מוביל למקום כלשהו.

בורגיני: "בעיר חלק משמעותי מהאינטליגנציה הניווטית שלנו נעלם משום שאנחנו לא משאירים סימן".

שגב: "כאשר ילדים חוזרים מבית הספר, הם לרוב יחפשו את הדרך הנוחה והקצרה ביותר. העירייה עשויה לסלול להם דרך בטוחה, מוארת, לבנות גשרים מעל כבישים גדולים, אבל הילדים לרוב ילכו בדרך הכי קצרה. בפרויקט של אורלי אביטל, היא בנתה דגם של כביש שבו משולבות מרצפות בעלות חיישנים שחשות את ההליכה של הילדים ויכולות לשנות צבע אם הלכו עליהן הרבה. מרצפות כאלה אפשרו לילדים 'להשאיר סימן' לילדים אחרים כדי לעודד אותם ללכת באותה דרך, וגם סימנו לעירייה מה היא הדרך שהם באמת הולכים בה".

חשיבות הסימנים התבררה גם בעבודה שבו הייתה שותפה בורגיני בתחום תכנון הערים ביישובים בדואים בנגב, שאמורים להפוך להתיישבות קבע לאוכלוסיות נודדות או כאלה שישבו במבנים ארעיים. "הגישה הקלאסית אומרת שהיישובים הבדואים הם כאוטיים ואין להם מבנה", היא מספרת. "העבודה שלנו אפשרה לראות שישנו למעשה מבנה שרשום בסימנים שהשאירו תושבי היישוב בסביבתם, והם קריטיים לתפקוד החברתי של הקבוצה. למשל, הם נוסעים שוב ושוב במכוניות על פיסת אדמה מסוימת כדי להגדיר שזהו הגבול בין חלקות. כל מי שרוצה לסלול שם כביש אספלט, צריך להביא זאת בחשבון. ואלה רק חלק מן האתגרים. כמובן, אין מנוס מלשלב את תושבי המקום בתכנון".

"אף אחד לא יכול לחיות בבידוד"

נחזור לתרגיל הצמח בצנצנת. אם הוא חי בתיאום עם סביבת החיידקים שלו, הוא אמור לצרוך את מה שהם פולטים ולהפך, כך שהוא ימשיך לצמוח לנצח ללא התערבות, אומרת בורגיני.

"יש לנו מכלים כאלה שבהם צמחים חיים ללא הפרעה אפילו חמש שנים. פתאום אתה באמת מבין שהחיים הם לא עניין אינדיבידואלי. אף אחד לא יכול לחיות בבידוד. אתה צריך את כל התשתית האדירה הזו שהיא הטבע כדי לחיות את החיים שלך. אם התשתית תקרוס, אנחנו נקרוס איתה".

התרגיל הזה הוליד פרויקטים שאפתניים ופרובוקטיביים יותר, כמו פונצ'ו (שכמייה) שעליו מורכבות צנצנות עם צמחים שעושים פוטוסינתזה, מעין "בלון חמצן" נייד בר קיימא, ליום שבו לא נוכל יותר לנשום בכדור הארץ. מי שאחראיות על הפרויקט הן אינה סטלמך ואיילת טרלובסקי.

פרויקט נוסף, בתחום של עיצוב ספקולטיבי, היה ליצור מערכת המאפשרת סימביוזה בין אדם לחזזית כך שכאשר האדם רעב, הוא יכול לעמוד בשמש ולקבל את המזון מהחזזית

התבוננות בטבע יכולה להוליד רעיונות כיצד להתמודד עם בעיות מעולמם האישי של הסטודנטים. כך, אחת הסטודנטיות ביקשה לפתור בעיה של זיהום במכלי דלק גדולים. הזיהום נוצר ממים שמצטברים בתחתית המכל, חיידקים מצטברים במים והם מתחילים לאכול ולפרק את הדלק ולפלוט לתוכו רעלים. אז צריך לזרוק את כל הדלק.

בהשראת הקיבה האנושית - "גוף שהוא כמו כלי שמצטברים בו סוגים שונים של נוזלים שהוא מסנן לפי מבנה באמצעות שסתומים שונים" - הסטודנטית בנתה מכל שיש בו שסתומים כאלה, שמעבירים רק את המים למכל תחתון. "היא אפילו בנתה פרוטוטייפ בסיסי מאוד, שגרסה מסחרית שלו יכולה להתאים תיאורטית לשימוש בחיל האוויר או בכל תחנת דלק", אומר שגב.

יש מחשבה למסחר את המוצרים הללו?
"זה היה פרויקט מאוד מאוד ראשוני, אבל בעתיד בהחלט ייתכן שחלק מהפרויקטים הללו יהפכו מסחריים".

השראה מרשת של פטריות

פרויקט אחד, שנולד בהשראת רשתות פטריות ביער, זכה ליישום מיידי. הרשתות האלה הן נתיב להעברת אוכל מעצים גדולים לעצים קטנים מהם.

"הפטריות הללו נמצאות באינטראקציה מטורפת עם העץ", אומר שגב. "הן יכולות לקחת ממנו אוכל או להעביר לו אוכל, כתלות במצב של אותו עץ. כשהפטרייה מאכילה את העץ, הוא גדל ובהמשך הוא יאכיל אותה. המשאבים מחולקים כך לא רק בין עצים גדולים לצאצאיהם הצעירים, אלא גם לעצים מסוגים אחרים, כך שאפשר במידה רבה לומר שהפטריות בונות את היער, וככל הנראה הן מופקדות על חלוקת המשאבים בו". 

שגב מספר על הסטודנט אנטון גלשווילי שהשתמש בתופעת הטבע הזאת כדי לפתור בעיית מחשבים: "הוא הציג בעיה שבה רשת של מחשבים ביצעה עיבוד נתונים, ותמיד היה ברשת מחשב אחד עמוס יותר או איטי יותר שסיים את המשימה אחרון, וכולם היו צריכים לחדול מפעילות ולחכות לו. זו לא הדרך הטובה ביותר לנצל זמן מחשוב. הפתרון היה לבנות רשת תקשורת כמו זו שמתקיימת בין הפטריות לעצים - היא כל הזמן בודקת לאיזה מחשב יש הרבה עבודה ולאיזה מעט, ומשווה את העומס בין כל שני מחשבים צמודים, כך שבסופו של דבר הוא נחלק שווה בשווה בין כל המחשבים ברשת, והעבודה נעשית הרבה יותר מהר".

בורגיני: "זו דוגמה לשאילת קונספט מעולם החי לעולם שאיננו חי. הפתרון כבר בהחלט מיושם במשרד של אותו סטודנט".

מערכת השקיה בהשראת חיפושית

חיפושית מדברית שחיה בנמיביה מפנה את אחוריה כלפי השמים בבוקר, והם מושכים לחות מהאוויר, ומעבים אותה לטיפת מים שזולת היישר לפה שלה. סטודנטית מהודו, ווג'ני בוויקה, שהשתתפה בקורס מצאה שהחיפושית בנויה בשילוב של שכבות דוחות מים ומעבירות מים, וזה מאפשר אגירת מים מהלחות באוויר. בהשראת המנגנון הזה, היא בנתה מתקנים שכאלו מעץ ומחימר, שיאפשר לחקלאים בהודו להשקות צמחים באמצעות הלחות באוויר בעונות לא גשומות.

צלחות פטרי בצורות משתנות

שיתוף פעולה עם מעבדתו של פרופ' אשל בן יעקב ז"ל והאמנית נורית בר-שי, שמטרתו לבדוק מה קורה לחיידקים בצלחת פטרי שאינה עגולה דווקא או שטוחה. בצורות מסוימות, החיידקים סירבו להתפתח. 

כלי לטיהור דלק בהשראת הקיבה האנושית

כדי לפתור בעיית זיהום דלק במכל, הסטודנטית אלכסנדרה סבוסטיאנוב בנתה מכל בהשראת הקיבה, כלומר עם שסתומים שונים שמעבירים רק את המים למכל תחתון. "היא בנתה פרוטוטייפ בסיסי מאוד, שגרסה מסחרית שלו יכולה להתאים תיאורטית לשימוש בחיל האוויר או בכל תחנת דלק"

יומן קורונה:
ניוזלטר יומי על כל מה שצריך לדעת
הרשמה
הרישום נכשל
✓ הרישום בוצע בהצלחה!
צרו איתנו קשר *5988