בין התגליות המדעיות, המרגשות ביותר הן אלה שמפריכות רעיונות קונבנציונליים – כאשר מדענים, לפעמים לגמרי במקרה, הופכים את מה שנראה בלתי מעורער על ראשו.
קחו את מערכת החיסון: במשך עשרות שנים הביולוגים האמינו שהיא מווסתת את עצמה, ללא השתתפות המוח. אבל השנה התגלה שמעגל עצבי בגזע המוח יכול לשפר או לבלום את הייצור של מתווכים דלקתיים. מעניין שהתגלית הזו נעשתה במעבדה שחוקרת לא אימונולוגיה, אלא תחושות טעם.
צעדים חשובים נוספים ננקטו בהבנת מבנה החיים. כלים חדשים הגיעו למדע, כולל בינה מלאכותית, כך שההתקדמות מואצת בהדרגה למהירויות חסרות תקדים.
דרכים חדשות צצו בחקר אורגניזמים רב-תאיים. מומחים מנסים כעת להבין לא רק מהיכן הגיעה הרב-תאית, אלא גם מדוע חלק מהיצורים נותרו חד-תאיים. בנוסף, למדע יש כעת הבנה ברורה יותר כיצד שינויים זעירים במולקולות משפיעים על האבולוציה.
ביולוגים מברכים על מהפכת הבינה המלאכותית
בשנת 2024, לא היה זמן לעקוב אחר הפרסומים המתוקשרים על AlphaFold2 מ-Google DeepMind, רשת עצבית המסוגלת לחזות במדויק את המבנה התלת מימדי של חלבון מקופל על סמך שרשרת חומצות האמינו שלו. ביולוגים בדקו אם הוא יכול למצוא מטרות סמים חדשות ומולקולות פסיכדליות. המודל גם עזר לחקור את התפתחות הנגיפים ולמצוא את החלבון מחבר בין זרע לביצית במהלך ההפריה. ברור שהקשר בין ביולוגיה למדעי המחשב הגיע לרמה חדשה.
במאי, Google DeepMind פרסמה את AlphaFold3, אשר חוזה את צורתם של חלבונים כאשר הם מקיימים אינטראקציה עם מולקולות אחרות. ובאוקטובר, פרס נובל בכימיה הוענק לג'ון ג'מפר ודמיס חסאביס מ-Google DeepMind, יוצרי AlphaFold2, כמו גם דיוויד בייקר מאוניברסיטת וושינגטון.
נקודות מפנה של אבולוציה
"איך הגענו לכאן?" – ביולוגים אוהבים את השאלה הזו. בניסיון למצוא פתרון לתעלומה החשובה ביותר על מקורם של כל החיים, הם מזהים כמה נקודות מפנה בהיסטוריה של האבולוציה.
צוות של מדענים מתחומים שונים איתר לאחרונה את שורשי כל החיים המודרניים אל האב הקדמון המשותף שלנו באמצעות "עצים" אבולוציוניים של גנים וגנומים. תא עתיק זה או קבוצת תאים ידועים בשם LUCA (מאב קדמון משותף אוניברסלי אחרון), שממנו יורדים כל היצורים החיים.
הצוות העריך את הסבירות של כל אחד מאלפי הגנים להימצא ב-LUCA. התברר שמדובר בתא מורכב להפליא: הוא עיבד מימן ופחמן דו חמצני, היה לו יסודות של מערכת חיסון, וככל הנראה חי בקהילה מיקרוביאלית (שרק הוא שרד). המחקר מצא גם ש-LUCA היה קיים לפני כ-4.2 מיליארד שנים, מוקדם ממה שחשבו.
נקודת מפנה נוספת (או ליתר דיוק, סדרה שלמה של רגעים) הייתה הופעתה של הרב-תאית. הביולוג קרל סימפסון קישר את האירוע הזה לתקופה בהיסטוריה של כדור הארץ שבה כוכב הלכת היה מכוסה לחלוטין בקרח. זה מצחיק שהעידן הזה נקרא גם "כדור השלג כדור הארץ".
במחקר אחר, מדענים ניסו להבין מדוע חיידקים ופרוקריוטים אחרים הם מעולם לא עשו זאת אורגניזמים רב-תאיים מורכבים. לדעתם הסיבה עשויה להיות קשורה לתהליך של שינויים אקראיים בגנים – סחף גנטי.
חיידקים למדו לחיות בצורות רב-תאיות פשוטות, כמו במושבות, אבל זה מעולם לא נראה בארכאה – עד השנה התגלה שאם פשוט מועכים את התאים הללו, הם יוצרים מבנים דמויי רקמה רב-תאית. ובסין, מדענים מצאו מאובנים של אוקריוטים רב-תאיים המתוארכים ל-1.6 מיליארד שנים. אז את זמן הופעת הרב-תאי האיקריוטי היה צריך להזיז אחורה עד לפני 600 מיליון שנה.
המוח והתפיסה של לא-בני אדם
אנחנו רגילים לתפוס את העולם בצורה מסוימת: אנחנו רואים בעיניים, שומעים באוזניים וחושבים עם איבר מורכב להפליא של מיליארדי תאים. גם אורגניזמים אחרים מרגישים, תופסים ומגיבים לעולם הסובב אותם, אך יכול להיות קשה לדמיין את החוויה שלהם. אבל מה אם נסתכל על זה קצת יותר רחב?
באפריל חתמה קבוצה של ביולוגים, מדעני קוגניציה ופילוסופים על הצהרה שמכירה ב"תודעה פנומנלית" בבעלי חיים רבים יותר ממה שחשבו בעבר: חרקים, סרטנים, תמנונים, דגים, זוחלים ודו-חיים. ישות עם תודעה פנומנלית עשויה לחוות כאב, עונג או רעב, אך אין זה אומר שיש לה פעילות מוחית מורכבת יותר כמו מודעות עצמית.
לצמחים אין תודעה ככזו, אבל לפעמים הם צריכים לפתור בעיות מורכבות. לדוגמה, כפי שהתברר, אשור אירופאי לדעת לקבוע היום הארוך בשנה. מדי שנה, כאילו על ידי שעון, עצים לאורך 1,500 קילומטרים מאנגליה לאיטליה מתחילים להתרבות באופן סינכרוני (זה נקרא גם פרי המוני). אקולוגים ניתחו נתונים במשך 60 שנה ומצאו כי עצי אשור קושרים תקופה זו לשעון הקיץ ולשיא שעות האור. מחקר אחר בדק את התפיסות של עשב ארבידופסיס . התברר שהשתילים שלו משתמשים במרווחי האוויר בין התאים כדי לפזר פוטונים וליצור שיפוע מבהיר לעמעום – זה עוזר להם להגיע לאור כשהם גדלים.
השנה גם גילו חוקרים שאפילו חיידקים חד-תאיים להרגיש את חילופי העונות . שעוני הגוף הפשוטים שלהם יכולים לעקוב אחר איך הימים מתקצרים לפני החורף, ומאפשרים להם להתכונן למזג אוויר קר – גם אם החורף הזה רחוק דורות רבים.
עולם ה-RNA
מאז גילוי ה-RNA, הם נחשבים למשהו נחות מה-DNA: חד-גדילי, שביר, ובאופן כללי, רק מתווך. אבל מחקרים מראים יותר ויותר שזה ממלא תפקיד הרבה יותר חשוב בחיים. רוב האזורים הלא-מקודדים כביכול של הגנום מומרים למעשה למולקולות RNA, שאינן מבצעות פונקציות ביניים בתאים, אלא, למשל, מווסתות את תפקוד הגנים. רעיון זה קיבל חיזוק על ידי ועדת נובל, שהעניקה את הפרס בפיזיולוגיה או ברפואה לחוקרים שגילו את המיקרו-RNA. מולקולות קצרות מספקות סוג של ויסות גנים שעומד בבסיס חיים רב-תאיים מורכבים.
עוד ועוד מחקרים מראים גם ש-RNA משמש כאמצעי תקשורת. השנה, התגלה לראשונה כי ארכאים מחליפים RNAs לא מקודדים בשלפוחיות זעירות מחוץ לתאים. זהו מעין דואר חירום להעברת מידע דחוף. גם חיידקים ואיקריוטים משתמשים בשליח מולקולרי ייחודי זה.
באחת התגליות הכי יוצאות דופן של השנה, ביולוגים מצאו צורה חדשה של RNA – טבעות שטוחות קטנות יותר מווירוסים המכונים "אובליסקים". הם חיים בחיידקים השוכנים במעיים ובחלל הפה שלנו. עד כה אף אחד לא יודע למה הם נחוצים.
הגוף העיקרי שלנו
אחת התגליות המדהימות של השנה נוגעת לחיבור המוח-גוף. רוב האימונולוגים האמינו זה מכבר שמערכת החיסון פועלת בעצמה. ובשנת 2024 הם מצאו את זה בגזע המוח מעגל עצבי שככל הנראה שולט במערכת הזו. הוא מזהה מולקולות דלקתיות בגוף ולאחר מכן מגדיל או מפחית את רמותיהן כדי להגן על רקמה בריאה.
התקדמנו גם בהבנה כיצד ירי מהיר של אלפי נוירונים (הנקראים גם "אדווה") יוצר זיכרונות. כאשר אנו חווים משהו, נוירונים יורים בסדר מסוים, "כמו לנגן מנגינה בפסנתר", כמו אומר דניאל בנדור מאוניברסיטת קולג' בלונדון. בזמן מנוחה ושינה, ההיפוקמפוס חוזר על הרצף הזה, אבל מהר יותר ואולי מאות או אלפי פעמים, ויוצר גלים חשמליים. לאחר מנוחה, סביר יותר שרצפים כאלה יתגבשו בזיכרון לטווח ארוך. צוות אחר גילה חלבונים מיוחדים המסייעים גם ביצירת זיכרון לטווח ארוך.
מדעני מוח ממשיכים לעבוד כדי ליצור מחדש את נוירון המוח אחר נוירון. השנה, מדעני גוגל השתמשו בבינה מלאכותית כדי לתפור יחד 5,000 תמונות של מילימטר מעוקב של המוח האנושי (מיליון מהמבנה כולו) כדי ליצור מפה תלת מימדית מדהימה. הוא מציג כ-57,000 נוירונים ו-150 מיליון סינפסות, ונפח הנתונים היה 1.4 פטה-בייט. מחקר דומה מיפה לראשונה את כל מוח זבוב הפירות. בערך בגודל של גרגר חול, זהו המוח הגדול ביותר שמופה במלואו עד כה – 140,000 נוירונים (לעומת 86 מיליארד במוח האנושי). השלב הבא לפני חקר בני אדם הוא מוח העכבר, שיש לו בערך פי 1,000 יותר נוירונים מאשר זבוב.
פיזיקאים הוכיחו שהשיטה הקונבנציונלית לייצור חלקיקים במאיץ ההדרונים הגדול (LHC) יכולה ליצור אפקט שנקרא פשוטו כמשמעו "קסם". המונח הזה היה הוצע לראשונה עוד ב-1972, אבל היום זה מקבל משמעות חדשה בהקשר של מחשבים קוונטיים.
מאיץ ההדרונים הגדול, המפורסם בגילוי בוזון היגס מאז 2012, ממשיך להיות כלי חיוני לחקר חלקיקים בסיסיים וחוקי הטבע. הפעם צוות של פיזיקאים, האחים התאומים כריס ומרטין ווייט מאוניברסיטת קווין מרי בלונדון ומאוניברסיטת אדלייד, הציג את העבודה בכתב העת Physical Review D, המוקדש לתופעת ה"קסם" בקווארקים מובילים.
הקווארקים העליונים הם החלקיקים הכבדים ביותר במודל הסטנדרטי, ולתכונותיהם יש חשיבות מיוחדת ליצירת מחשבים קוונטיים רבי עוצמה. כפי שמסביר כריס ווייט, "קסם" מודד את המורכבות של מצב קוונטי, מה שהופך אותו למעשה לבלתי אפשרי לדמות במחשבים קלאסיים. ככל שציון הקסם גבוה יותר, כך גדל הצורך להשתמש במחשבים קוונטיים כדי לתאר את ההתנהגות של מערכות כאלה.
בעבודתם חקרו המדענים את המאפיינים של קווארקים מובילים המיוצרים ב-LHC, כלומר המהירות והכיוון שלהם, אשר מתועדים על ידי גלאי ATLAS ו-CMS. מטרת המחקר היא לענות על השאלה הבסיסית: "האם הטבע יוצר קווארקים עליונים קסומים, ואם לא, מדוע לא?"
מרטין ווייט מציין שהבנת התכונות הקסומות של מערכות קוונטיות פותחת אופקים חדשים בפיתוח מחשבים קוונטיים. מכונות אלו משתמשות ב-qubits, אשר, בניגוד לביטים קלאסיים, יכולים לקבל את הערכים 0 ו-1 בו-זמנית. תכונה זו מאפשרת למחשבים קוונטיים לפתור בעיות שאינן נגישות למקביליהם הקלאסיים.
הטכנולוגיה הקוונטית עשתה התקדמות מרשימה בחודשים האחרונים. במהלך הקיץ, Quantinuum חשפה מחשב שעבר פי 100 את תוצאת "העליונות הקוונטית" של גוגל לשנת 2019. ובדצמבר, גוגל הכריזה על יצירת שבב קוונטי חדש, ווילו, המסוגל לבצע חישובים שייקחו למחשב-על עשרות ספטיליוני שנים.
עבודת ה-LHC נמשכת: לאחר הפסקה של שלוש שנים, החל השלב השלישי של הניסויים בשנת 2022, שיימשך עד 2026. ה-High Luminosity-LHC המשודרג צפוי להיכנס לפעולה עד 2029, ולהגביר את עוצמת הניסויים ב-10 פעמים ומאפשר למדענים לחקור עמוק יותר לתוך בוזון היגס וחלקיקים אחרים. זה ייתן למדענים עוד יותר הזדמנויות לגלות היבטים חדשים של הטבע, אולי אפילו יותר מסתוריים מ"קסם".
