תזנקו על אלומת האור ותחזיקו חזק. אנחנו יוצאים למסע.

“איך נפלת משמים, הילל בן־שחר, נגדעת לארץ, חולש על גויים”. ישעיהו ‏(פרק י”ד, פסוק י”ב‏) בחר ללעוג כאן, מן הסתם, למלך בבל בתקופתו, אם כי יש אומרים כי היתה זו נבואה על נפילת נבוכדנצר, שנים רבות לאחר מכן. מיסטיקנים יהודים מתקופת בית שני, לעומת זאת, פירשו כי “הילל” הוא השטן, המלאך הסורר שגורש מגן עדן, והנוצרים המשיכו במסורת. וכך, בתרגום המלך ג’יימס לתנ”ך, הפך “הילל בן־שחר” ללוציפר, שמו של “כוכב השחר” בלטינית, וקשר בין ישעיהו ללוקאס, עם הפסוק “ראיתי את השטן נופל כברק מן־השמים” ‏(הבשורה על פי לוקאס, י’, 10, תרגום דליטש‏). המטאפורה של כוכב שחר נופל ששימשה נביא מיהודה לביזוי שליט בבלי נשכח הפכה לסמל של כל הרוע בעולם. לוציפר והשטן הפכו לאחד.

טוסו עכשיו על גבי האלומה מבבל של המאה השמינית לפני הספירה אל זירת הניתוח המודרנית במעבדה שבקומה החמישית של מכון סקירבול ‏(Skirball‏) בבית הספר לרפואה באוניברסיטת ניו יורק, ולנוירוביולוג שבחדר, מציץ לתוך מוחו של עכבר. הוא מנמיך את המיקרוסקופ הדו־פוטוני ומקרב אותו לחתך קטן ועגול בקרקפת, מייצב אותו בעדינות מעל קליפת המוח. הלחיצות על כפתורי הסריקה של סורק הלייזר - שפותח במקור ליירוט ראשי חץ גרעיניים בחלל - משגרות קרן ממוקדת וחדה המתחילה לסרוק את המוח תוך כדי שליחת פולסים קצרים ביותר, הרבה פחות מטריליונית השנייה. עד מהרה מתחיל מוחו של העכבר לזהור בירוק בוהק, האקסונים הגבעוליים שלו והדנדריטים המסתעפים מציירים יער כמו מסיפורי האחים גרים. כי זהו אינו עוד עכבר מן השורה: זהו עכבר שהונדס גנטית לתת ביטוי לחלבון פלורסצנטי שהתגלה לראשונה במעמקי האוקיינוס במין נכחד של מדוזות. הוא הונדס גם לגידול מוקדים נקיים ‏(plaques‏) לחיסול תאי עצב במוח, מדבריות משמידות זיכרון. עכברים אינם לוקים באלצהיימר באופן טבעי, אבל העכבר המהונדס הזה כבר התחיל לצאת מדעתו.

במהלך השבועות והחודשים הקרובים, לאורם של חלבונים ירוקים מיניאטוריים, יוכלו המדענים לראות את המוקדים גדלים ואת תאי העצב קמלים, לומדים כל העת על התקדמות מחלה שמוחקת את זהותם של בני אדם עד למצב שאינם מזהים את עצמם במראה. אלצהיימר היא אכן מחלה שטנית. אבל שיגיונות ההיסטוריה, וגם אלה של בני האדם, גרמו לכך שהחלבונים המאירים, שמאפשרים לנו לסייר במוחו של עכבר כדי לנסות למצוא מרפא למחלה האיומה הזאת, לא היו מתגלים לעולם אלמלא לוציפר.

כדי להבין מדוע נטפס שוב על קרן האור שלנו, ונשייט 2,500 שנה אחורה. “יש עצמים שאינם אש ואינם צורות של אש הנראים כאילו הם מייצרים אור מטבעם”, כתב אריסטו בחיבורו “על הצבע”, יוצר הבחנה נכונה בין אור שנוצר מחום ‏(להט או incandescence‏) ואור שנוצר בלעדיו ‏(נהורנות או luminescence‏). כמה מאות שנים לאחר מכן הבחין פליניוס הזקן, שחקר את מימי מפרץ נאפולי ליד ביתו שבצלו של הר וזוב, ביצורים ימיים זוהרים - מדוזה וצדפה - ותיאר כיצד, לאחר שמשח את הפרשתם בקצהו של מקל, הצליח להתהלך בחשיכה כמו עם לפיד. תושבי האיים הקריביים מתקופת האבן הבינו את הטריק הרבה לפני החכם היווני, כשדחפו חיפושיות זוהרות בין בהונותיהם כדי שיאירו להם את שבילי היערות בלילות ללא ירח. לא כולם התפעמו מהפלא בצורה שווה: האיטלקים בימי הביניים, למשל, שגילו את אותה תופעה בגחליליות, האמינו שהן נשמות המתים ופחדו מהן ‏(ב”תופת”, דנטה מציץ למדור השמיני של הגיהנום ורואה “גחליליות רבות מספור מתנוצצות מעל העמק”‏).

היה זה רוברט בויל ‏(Boyle‏), ממייסדי החברה המלכותית, שיישם לראשונה שיטה מדעית חדשה לחקירת הטבע ‏(“interrogation of nature”‏), כשהניח פטרייה זוהרת בפעמון זכוכית אטום במעבדתו שבאוקספורד ב–1667, ושאב את האוויר. אף על פי שהחמצן עוד לא התגלה באותה תקופה, הניסוי של בויל, שפורסם בכתב העת החדש של החברה, “Transactions”, הוביל למסקנה חד־משמעית: אם אין אוויר, אין אור. ולמרות זאת, רק ב–1887, מעבר לתעלה, בליון, השיגו הצרפתים פריצת דרך של ממש. רפאל דובואה ‏(Dubios‏), שטחן במים קרים את אחת החיפושיות שתקעו ילידי הקריביים בין בהונותיהם, מהמין Pyrophorus, הבחין שהתערובת זהרה אך דעכה במהירות, ואילו במים רותחים לא הופיע כל זוהר. לתדהמתו גילה הפרופסור לפיזיולוגיה כי כשהוסיף את התערובת החמה והבלתי זוהרת לתערובת הקרה שדעכה, הבהיק בה לרגע ניצוץ זוהר. ללא ספק, הבין, נדרשו שני חומרים כימיים שונים כדי ליצור את הזוהר, שרק אחד מהם חסין לחום. מאותה מילה לטינית שפירושה כוכב שחר, או נושא האור, גזר דובואה את שמותיהם: לוציפראז לזרז, ולוציפרין לדלק. מרוצה מתגליתו, הוא הכניס שישה בקבוקים גדולים שהכילו חיידקים מייצרי אור לתוך חדר חשוך בתערוכה הבינלאומית בפאריס ב–1900, והזמין את הצופים הנדהמים לקרוא עיתון לאורם.

גחליליות בשירות הצבא

רווחת ככל שתהיה בין הגלים, הנהורנות הביולוגית פורחת לפעמים גם מעל האדמה. האורגניזם המאיר הגדול ביותר בעולם, למעשה, חי בהרים הכחולים של אורגון: ה–Armillaria ostoyae היא פטרייה השולחת מעין קורים לתוך האדמה, והיא משתרעת, ומאירה, על פני קרוב לעשרה קילומטרים רבועים. איש אינו יודע לשם מה הפטרייה זקוקה לאור הזה; הנחה אחת גורסת שהאור מושך אליה מאביקים, אחרת שהוא מספק הגנה נוגדת חמצון. בגויאס שבברזיל חיים זחלי חיפושית זוהרת בקני טרמיטים ענקיים, שגובהם יותר מגובה אדם, והם מנצנצים כמו עצי חג המולד. הזחלים ניזונים מהצואה שמייצרים הטרמיטים, והבוהק שהם מפיצים מושך עוד טרמיטים מעופפים לקנים - בבחינת ארוחה בעד בית, והכל באדיבות האור.

אבל היה זה באוקיינוס, בכל זאת, שצ’רלס דרווין נתקל עצמו בתופעה. באחד הלילות ללא כוכב, כשהפליג במימי הדרום של הפלאטה, הוקפה לפתע האונייה "ביגל" בנחילים של דינופלגלטים, אורגזנימים חד־תאיים שביניהם מינים שהם חצי חי־חצי צומח. “היתה רוח קלה, וכל השטח... זהר כעת באור חיוור”, כתב. “הספינה פילחה את המים לשני נחשולים של זרחן נוזלי, ולשובלה נלווה זנב לבנבן. ככל שיכולתי לראות, ראשו של כל גל היה בוהק, והשמים מעל קו האופק, בשל הבוהק המוחזר מאותן להבות כחלחלות, כבר לא היו כה אפלים כמקודם”.

בימיו של דרווין, רוב המלחים האמינו שאת הנקודות הזוהרות פיזר אלוהים כדי לעזור לקברניטים לנווט בחשיכה. בין אם היה זה חסד אלוהי ובין אם לאו, עד מהרה התברר שהזוהר הימי נושא עמו גם סכנה. ב–9 בנובמבר 1918 בלילה, במימי הים התיכון של גיברלטר, הבחינה אוניית Q בריטית בבוהק ירוק ונרחב מתחת לפני המים. היא ירתה שלושה טילי 76 מ”מ וסדרת פצצות עומק, והטביעה את הצוללת 34-U - הצוללת הגרמנית האחרונה שהוטבעה במלחמת העולם הראשונה. במקום ובזמן אחר, סמוך לחופי כוויית בחורף 1991, שחה צוות של יחידת אריות הים האמריקאית לעבר החוף ומשך אחריו חבל שישמש למילוט. כשהגיעו לחוף והסתכלו לאחור, גילו הלוחמים לחרדתם שהחבל זהר בכחול. הצי האמריקאי מנסה מאז לגלות ולנטרל את הנהורות הביולוגית במים, שלא תסכל בטעות את המבצע החשאי הבא.

איך כל זה עובד? כדי לגלות את התשובה, היה צריך לבודד את אותן מולקולות ביצורים שונים האחראים לקרינה המסתורית. במשך יותר מ–30 שנה, החל בשנות ה–20 של המאה הקודמת, אדמונד ניוטון הארווי עשה בדיוק את זה, והראה שלוציפראז ולוציפרין מיצורים שונים אינם ניתנים להחלפה. מכאן הסיק נכונה שהביולומינסנציה נולדה פעמים רבות באופן עצמאי בטבע ‏(היום מעריכים שהומצאה 50 פעם במהלך האבולוציה לפחות‏). אך הפרופסור המעונב מפרינסטון לא הצליח לבודד את מרכיבי התגובה הקרה בטרם הלך לעולמו, מובס. בשביל זה היה צריך מלחמת עולם.

כיצד הצליח שימומורה לטהר לבסוף את שמו של לוציפר, על כך מסופר בספר קטן וקסום מאת וינסנט פיירבון ודיוויד פוסטר, “Aglow in the Dark”. כמו באגדות רבות על תגליות מדעיות, מעורבים בסיפור מיומנות, נחישות והרבה מאוד מזל. למרות ששימומורה עצמו לא לגמרי דייק בכל הפרטים, בעזרתן של גחלילית הים ומדוזה יפהפייה בשם Aequorea victoria, הצליח לבסוף לזקק ולגבש מספיק לוציפרין כדי לחשוף את סוד הזוהר של הטבע. כאשר רמות הסידן של המדוזה נמוכות, הלוציפרין נקשר היטב לחלבון אחר. אך כשרמות הסידן חוצות סף מסוים, החלבון משנה את צורתו מעט וגורם ללוציפרין לעבור ריאקציה כימית פנימית הפולטת אור. כך המדוזה יכולה לווסת את רמות הסידן בגופה כדי להפיק פולסים של אור בעת הצורך - כדי למשוך בן זוג, למשל, או להפחיד בהבזק כל דבר שנוגע בה. החלבון הוא כמו אקדח שפטישו דרוך; הסידן עוזר לשחרר את ההדק.

זו היתה תגלית נהדרת. בעקבותיה פיצח שימומורה לא רק את סוד האור הטבעי; הוא גם הבין שניתן להשתמש באור הזה כגלאי סידן רגיש. לא עבר זמן רב ושני חוקרים, אליס רידג’וויי ‏(Ridgway‏) וכריסטופר אשלי ‏(Ashley‏), החלו להזריק את תרכובת החלבון והלוציפרין שהופקה מהמדוזה לתאי שריר של בלוט ים ולהמריץ את התא בזרמי חשמל. אז חיכו לראות מה יקרה. בכל התכווצות של התא, הופיע הבזק של אור כחול; בין פולס לפולס, התא החשיך. זו היתה המדידה הישירה הראשונה של זרימת ריכוז יונים בתא חי בזמן אמת. הודות לאותם ניסויים חלוציים, אנו יודעים כיום שבבני אדם, פעילות הסידן שולטת בהתכווצות הלב, בשחרור אינסולין לדם, בחלוקת התאים, וגם - מה שחשוב לעסקי הפסיכופרמקולוגיה - בהעברה בין־עצבית במוח. הודות לכימאי יפני נחוש שניצל בעור שיניו ממלחמה ואז עשה שימוש בתוצריה הכביכול זניחים, עלו סרטן ומדוזה שקטים ממעמקי האוקיינוס, לסייע לנו להילחם בהתקפי לב, סוכרת ודיכאון.

מתקן הריגול האולטימטיבי

ולמרות זאת, מעבר למנגנון הבסיסי של הביולומינסנציה, תגלית נוספת היא שזיכתה את שימומורה בתהילת עולם. לצד המערכת שפלטה אור כחול אצל המדוזות, הוא מצא חלבון נוסף, זוהר בירוק בהיר. רוב החומרים בולעים את כל אורכי הגל פרט לזה שלהם: לכן השמים נראים לנו כחולים וכל הצבעים הם כפי שהם נראים. אבל במקרים מסוימים, החומר בולע אור מצבע אחד ‏(אנרגיה גבוהה‏), ופולט אותו כצבע אחר ‏(אנרגיה נמוכה‏). התופעה הזאת נקראת פלואורנות ‏(fluorescence‏), והיא מסבירה מדוע כדורי טניס, עטי סימון זרחניים, עקרבים ואלמוגים זוהרים באור אולטרה סגול. בביולומינסנציה, האור מופק בתוך הגוף, ללא צורך באור מבחוץ. פלואורנות, לעומת זאת, היא המרה של צבע אחד של אור בצבע אחר. מה ששימומורה גילה די במקרה בזמן שחיפש לוציפראזים, הוא שלמדוזה יש שתי מערכות של לומינסנציה, פליטת אור - והיא משתמשת בשתיהן. פנס האיזמרגד הקטן שלו זכה לשם חלבון פלורסצנטי ירוק, או בקיצור GFP.

עד מהרה חולל ה–GFP הקטן מהפכה בעולם הביולוגיה. שיטה קודמת של התבוננות בתאים, שנקראה אימונו־פלורסצנטיות, היתה להיט בשנות ה–70, ואף הובילה לייצור של מיקרוסקופי אור משוכללים, המאפשרים לבצע סריקה פלורסצנטית. אבל האימונו־פלורסצנטיות היתה מבוססת על תיוג נוגדנים, והנוגדנים גדולים מכדי לחדור לתאים מבלי לפגוע בהם; השיטה יכולה לשמש רק בתאים מתים. כעת, לשמחתם של שימומורה וכל הקהילה, התברר שאת הגנים של חלבוני ה–GFP דווקא אפשר לשתול בתוך תאים חיים ונושמים, בכל מקום שבו יבחר הביולוג לשים אותם.

לא שהדרך להארה היתה קלה: מרטין צ’אלפי ‏(Chalfie‏) מאוניברסיטת קולומביה היה צריך קודם “לשכנע” תולעת באורך מילימטר לקלוט את גן המדוזה ל–GFP בגנום שלה לצורך הפקת החלבון הירוק. רוג’ר צ’ן ‏(Tsien‏) מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו היה צריך להתעסק עם התכונות הפיזיות של GFP טבעי כדי לייצר מוטציות שלו בצבעים שונים, שהאור שלהן יהיה חזק ואמין יותר. אבל מהרגע שמשימות אלה הושלמו, לראשונה בהיסטוריה, יכלו מדענים לראות את הגנים בפעולה, ללמוד איך יצורים מתפתחים בזמן אמת, לשתול גנים מאורגניזם אחד באחר וממש לראות מה קורה. השלכות התגלית על התעשייה ועל הרפואה היו מדהימות. בתוך שנים ספורות חלבוני GFP בוטאו בצמחים, צפרדעים, דגים, זבובים, עכברים, עזים, חיפושיות, ארנבות וקופים. עסק של מיליארדי דולרים צמח למכירת חלבונים פלורסצנטיים קטנים למעבדות בכל העולם. וב–2008, שימומורה, צ’אלפי וצ’ן חלקו את פרס הנובל לכימיה על תרומתם להמצאת מתקן הריגול האולטימטיבי. בזכות עבודתם, סודות הגדילה והמחלה הולכים ומתגלים לעינינו מתוך החשיכה.

אבל לוציפר עדיין לא אמר את מילתו האחרונה. כבר לא מעט שנים ניתן לייצר צמחים ובעלי חיים בהזמנה, בזכות ה–GFP. חברה בשם יורקטאון טכנולוגיות, לדוגמה, מוכרת דגים טרופיים פלורסצנטיים לאספנים תחת השם המסחרי GloFish. אלה חיות המחמד הראשונות בעולם שפותחו בהנדסה גנטית, והם מפחידים לא מעט אנשים. במדינת קליפורניה, למשל, ובארצות נוספות בעולם, נאסרה מכירת “דגי פרנקנשטיין” מחשש שהם יברחו לחופשי ויעוללו שמות בטבע. בין אם החשש מבוסס ובין אם לאו ‏(אני נוטה לחשוב שהוא מוגזם לגמרי‏), ההחלטה שנקבל כחברה ביחס לרגולציה של טכנולוגיות חדשות כאלה תהיה אבן בוחן להתפתחויות הצפויות לנו עצמנו: בעתיד, ניתן יהיה להרכיב ממשק מוח־מכונה הכולל מצלמה זעירה מתחת לקרקפתו של אדם משותק. מצלמה כזאת תוכל להציג תאי עצב פלורסצנטיים על פני המוח ולתעד שינויים בעוצמת הקרינה הפלורסצנטית שלהם. את התיעוד ינתח מחשב, שעל ידי השוואה בין הפעילות העצבית במוח במצבי תנועה שונים יספק אלגוריתם שניתן לחזור ולהפעילו, למשל כדי להזיז את יד ימין לצורך אחיזה בספל, או כדי להזיז את רגל שמאל ולהתחיל ללכת. זו תהיה ברכה משמים לנכים, נס מודרני של ממש. אבל אם יום אחד ניתן יהיה לקודד מחשבות בשורות של אפס ואחת, להעתיקן ולתמרן בהן - היישר מן המוח - זו עלולה להיות גם קללה בעלת השלכות שאפילו שטן לא יכול לדמיין.

אז תנשמו קצת, לפני שנמשיך לשוט בנפתולי האור. הקרן שלנו לקחה אותנו מבבל העתיקה והג’ונגלים של הקריביים עד לתערוכה העולמית של פאריס ב–1900 ולמעבדות מצוידות במיקרוסקופים דו־פוטוניים בני זמננו; מאריסטו ובויל עד לדנטה ודרווין, וממעמקי הים, שם חולפות מדוזות זוהרות בחשיכה, לגבהים של פרס הנובל בסטוקהולם. כמו תמיד, כשפלאי הטבע פוגשים את כושר ההמצאה של האדם, אין לדעת לאן זה יוביל. בין אם לוציפר נפל משמים לארץ ובין אם לאו, נושאי שמו חוללו פה מהפכה. ברוכים הבאים, חברים למסע, לעולם חדש ואמיץ.