tomron87/hebrew-wikipedia-sentences-corpus huggingface dataset:
כל מערכות ההארה של חיידקים דומות בדיוק מבחינת הביוכימיה, כלומר, כולן מסתמכות על אותן הרכיבים.
בעלי חיים רבים משתמשים במקור ההארה הביולוגית החיידקי וצוברים את החיידקים המאירים בגופם במערכת המשוערת כסימביוטית.
מנגנון ההארה של החיידקים מסייע להיפטר מנגזרות חמצן מזיקות המיוצרות ברקמה המארחת.
החיידקים הסימביוטיים מתקבלים מהסביבה החיצונית, והמארחים מראים מידה מסוימת של סלקטיביות כלפי הסימביונט.
במקרה של חיידקים זוהרים היוצרים סימביוזות ספציפיות עם דגים ימיים ודיונונים מסוימים, הערך האדפטיבי של פליטת האור ניכר בדרך כלל בזה שהחיידקים מספקים למארח אור שניתן להשתמש בו כדי למשוך טרף, להתחמק מטורפים או למשוך בן זוג, בעוד המארח מספק לחיידקים סביבת גידול אידיאלית.
עבור חיידקים חופשיים שלא חיים בסמביוזה ובכל זאת פולטים אור, ההשערה המקובלת ביותר היא שחיידקים זוהרים הגדלים על מצעים אורגניים מסוימים עשויים לשמש כחומר משיכה, ולגרום לצריכת החומר על ידי בעלי חיים ובכך להחדיר את החיידקים למעי העשיר בחומרי מזון של בעל חיים.
להארה הביולוגית יש תועלות פונקציונליות רבות מלבד סילוק רדיקלים חופשיים שהוצע כמקור אבולוציוני.
עיקר הפונקציות המשוערות מתחלקות לקטגוריות של הגנה, מציאת טרף ותקשורת.
התועלת הפונקציונלית של התופעה בסביבה הימית קשורה בהתמחויות מורפולוגיות מגוונות החל מאיברים המשמשים כפתיונות ועד סידורים מורכבים של פוטופורים – בלוטות מפיצות אור – המסייעים בהסוואה, הגנה, טריפה ותקשורת.
פונקציית ההגנה היא בעלת השימוש הנפוץ ביותר בבעלי חיים פולטי אור, ההנחה היא שפליטת האור מבהילה את הטורפים.
בעלי חיים מסוימים משחררים את הכימיקלים פולטי האור שלהם למים, ומייצרים עננים או חלקיקי אור המשמשים להסיח את דעתו של טורף או לעוור אותו.
כאשר בעל החיים מפריש את הרכיבים המאירים התצוגה יכולה להופיע במספר צורות כמו מסך עשן, ענן של ניצוצות או נוזל זוהר שמקשה על הטורף לעקוב אחר מיקום הטרף הנמלט שלו.
התנהגות זו נצפית אצל מגוון בעלי חיים כמו חסילונים, דגים מסוימים וסיפונופורות כמו כן גם אצל הדיונון הערפדי שפולט ענן של הפרשות זוהרות מקצות זרועו.
בעלי חיים אחרים מסמנים את הטורפים שלהם בפליטות זוהרות, מה שהופך אותם למטרות קלות לטורפים משניים או לחלופין, כאשר נלכדים על ידי טורף, חלק מהטרף הזוהר מייצר תצוגות בהירות המושכות טורפים משניים שיתקפו את התוקף הראשון, ובכך יעניקו להם הזדמנות לברוח.
דוגמה נוספת לפונקציית ההגנה היא השימוש הנרחב בהארה למטרות הסוואה, בתהליך הנקרא תאורה נגדית, לפיו צללית של בעל חיים מוחלפת באור ביולוגי בעל צבע, עוצמה ופיזור זוויתי דומים לאור הסביבה שמעליהם.
שימוש מסוג זה באור ביולוגי נפוץ בקרב דגים, סרטנים ודיונונים המאכלסים את מעמקי האזור המזופלאגי של האוקיינוס, שם לטורפים רבים יש עיניים הפונות כלפי מעלה המותאמות לאיתור צלליות הטרף.
צורה זו של הסוואה כוללת שימוש בפוטפורים גחוניים כדי להתאים לאור העמום המגיע מעמודות המים העליונות ובכך לטשטש את הצללית הפוטנציאלית ואף להעלים אותה.
הפקת אור עשויה לשמש גם כאזהרה לטורפים על ידי תצוגה בולטת.
ביבשה, מקובלת ההשערה על פיה צבע בהיר יכול להכריז על רעילות של אורגניזם ולהרתיע טורפים.
מנגנון דומה הוצע עבור אורגניזמים ימיים רבים, כולל תולעים, מדוזות וקווצי עור אם כי מנגנון זה הוצע בעיקר בניסיון להסביר את ההארה הביולוגית שנפוצה מאוד במחלקת הצורבים שמכילה הרבה מינים ארסיים.
משיכה של טרף באמצעות פליטה של אור כפיתיון נפוצה בעיקר בדגים, במיוחד בדגי חכאי, המשתמשים בחיידקים זוהרים כדי לייצר זוהר ארוך הנשלט על ידי שינוי התנאים באיבר האור שבו נמצאים החיידקים.
לסוגים רבים של דגים ממשפחת הלועיתיים יש גם פתיונות דמוי מחוש זוהר באזור הלסת התחתונה, אם כי מקור ההארה הוא אנדוגני ולא מערב חיידקים כמו בדגי חכאי.
לדיונון מסוג Chiroteuthis יש איברי אור מיוחדים העשויים לשמש כפתיונות המשתלשלים בקצה של מחושים ארוכים התלויים כמו חוטי דיג אסטרטגיה דומה גם מוצעת בצורבים, למספר מינים של הסיפונופורה Errena במעמקי הים יש זרועות שעברו שינוי רב עם פתיונות זוהרים שמתנפנפים למעלה ולמטה ליד זרועות הארס שלהם.
במין אחד, הפיתיון הביולוגי מאיר באור אדום דוגמה נוספת לפונקציה של השגת טרף היא שימוש בהבזקי אור בהיר על ידי אורגניזמים כדי להמם או לבלבל טֶרֶף.
למשל הדיונון ממין Taningia danae שפולט אור מהבהב תוך כדי תקיפה של טרף.
הלועיתיים הם דוגמה נוספת לשימוש בהארה ביולוגית למטרות טריפה.
משוער שהם משתמשים בבלוטות פולטות אור אדום מתחת לעיניים שלהם כדי לסייע בחיפוש חזותי אחר טרף שלא מסוגל לראות את האור האדום.
מיקומו של איבר האור ממש מתחת לעין והרגישות הבלתי רגילה של העין לאורך הגל תומכים בהשערה זאת.
כך נוצר מצב ייחודי בו הטורף משתמש בהארה כדי לאתר את הטרף שלו אבל הטרף לא מסוגל להבחין באור.
פונקציה נוספת היא שימוש באור למטרת תקשורת בתוך מינים.
מחקרים מסוימים קישרו את סוג התקשורת הזה למטרות רבייה.
מספר מחקרים על צדפונאים הראו דפוסי איתות ספציפיים למין, והתנהגות חיזור מורכבת המעורבת בפליטת אור.
קיימות דוגמאות ממחקרים אחרים שמצאו תצוגות פליטת אור קבוצתית מסונכרנת אצל אורגניזמים פולטי אור.
המחקרים הללו התבצעו למשל על תולעים ימיות ותמנונים פלאגיים ממין Japetella ו-Eledonella .
מחקרים אחרים הראו דימורפיזם זוויגי מבוסס זוהר בדגים עם יכולות הארה ביולוגית.
נוכחות של דפוסי פוטופור ספציפיים למין ודימורפיזם מיני מרמזים על כך שהאורגניזמים משתמשים בתכונות אלה כדי להבחין זה בזה ולתקשר זה עם זה ולאתר אחד את השני למטרות רבייה.
רכיבי הארה ביולוגית משמשים באופן שגרתי עבור מבחני גנים, זיהוי של אינטראקציות חלבון-חלבון, גילוי תרופות, בקרת גנים, ניתוח זיהום במערכות אקולוגיות.
הדגשים העדכניים יותר של יישומי הארה ביולוגית בביו-רפואה כוללים בין היתר שיטות לא פולשניות באבחון מצבים פתולוגיים כמו איתור סרטן.
"אש השועל" (מוכרת גם בשמות "זוהר הפיה ו"אש הפיה") היא תופעת טבע שבה מפיקים מיני פטריות מסוימים אור עמום בגווני ירוק וכחול.
זו מופקת מהריקבון העצים עליהם הן שוכנות (הן מופיעות גם על גבי הקרקע או גזעים ישנים באזורים הלחים של היער).
דינופלגלטים – באזורים הסובלים מרעשים ססמיים נצפו גלים בוהקים, מערבולות זוהרות ו"זיקוקים" על פני הים' ובאזורים טרופיים דיווחו ספנים על "ים זוהר"/ הגורמים לתופעות הללו, הם דינופלגלטים, אצות חד תאיות, שפולטות אור בתגובה לטלטול ולערבול של המים.
"ים של כוכבים" – היא תופעה שבה פִיטוֹפְּלַנְקְטוֹנים (סוג של פלנקטון) הנקראים לינקולודיניום פוליידרום (Lingulodinium polyedrum), מפיקים אור כשהם פוגשים בחמצן או כשמופעל עליהם לחץ על ידי הגלים.
תופעה זו קורית בחופי ים ותועדו באיים המלדיבים, סאן-דייגו בקליפורניה, ארצות הברית ועוד.
התופעה זכתה לכינוי "ים של כוכבים" משום שבעיני רבים, הנקודות הזוהרות הזעירות המופיעות בלילה נראות כהשתקפות של הכוכבים בשמיים.
האורות הירוקים שבמערות ואיטומו – מדובר בתולעים מאירות.
התולעים הזוהרות והזעירות הללו הן בקושי בעובי של אטרייה.
התולעים, שאורכן הוא כ-3 סנטימטרים, מפרישות מעין קורים המזכירים קורי עכביש.
החומרים שהן מפרישות מגופן מאירים ויוצרים את האור הקסום.
מטרת התאורה הזו היא למשוך חרקים זעירים שנלכדים בקורים ומזינים את התולעים הזורחות.
"ביום מסה" הוא שיר שנכתב על ידי המשורר משה טבנקין, הופיע בקובץ "שירים" שפורסם בשנת 1943. בשנת תשכ"ח, בערב שמחת תורה, 26.10.1967 התפרסם השיר בגיליון מס' 45 של "משא" - דו-שבועון ספרותי שיצא עצמאית וגם במסגרת עיתון 'למרחב'.
השיר הולחן על ידי מתי כספי ונכלל באלבומו הראשון שיצא בשנת 1974.
משה טבנקין היה בנו של מנהיג הקיבוץ המאוחד יצחק טבנקין, שניהם היו מעורבים מאוד בהוויה הפוליטית של התנועה והמדינה.
הפרסום החוזר של השיר היה כחמישה חודשים לאחר פרסומה ברבים של תוכנית אלון, של סגן ראש הממשלה, יגאל אלון, שעסקה בחלוקת שטחים שנכבשו במלחמת ששת הימים.
לאור הפולמוס הציבורי סביב התוכנית, מעורבותם הפוליטית של האב והבן טבנקין, והעיתוי של הפרסום החוזר של השיר, שררה במשך שנים סברה שגויה כי השיר נכתב כנגד תוכנית אלון ומולידה יגאל אלון.
השיר ידוע בביצועו של מתי כספי שגם כתב את הלחן.
ביצוע ידוע נוסף של השיר נעשה על ידי כספי ויהודית רביץ.
השיר בביצוע השניים הופיע באלבומו של כספי "דואטים".
בשנת 2020 חידש את השיר זאב טנא, השיר הופיע באלבומו "זה שר".
בשנת 2022 הוציאה ג'ני פנקין גרסת כיסוי לשיר, במסגרת פרויקט "זיכרון אחר".
"ביום ובלילה" הוא שיר שנכתב על ידי דני סנדרסון ומליסה קונל.
השיר הולחן על סנדרסון והופיע באלבומה של להקת כוורת באלבומה הראשון סיפורי פוגי.
השיר נכתב על בסיס שיר בשם "The Cold Shoulder" שנכתב על ידי סנדרסון כשהיה בן 15 ומליסה קונל ידידתו.
השיר בוצע לראשונה על ידי להקתם של סנדרסון וקונל, בשם "הקטקומבות", אותה הם הקימו יחדיו כשלמד בתיכון בארצות הברית.
השיר נכלל באלבומם של כוורת, סיפורי פוגי שיצא בשנת 1973.
השיר צעד במצעדי הפזמונים השבועיים של הגל הקל בתחילת ספטמבר 1973 וצעד בין שבועיים לשלושה שבועות.
הוא הגיע בשיאו למקום ה־18.
ב-2013 הוקלט השיר מחדש על ידי להקת מרסדס בנד במסגרת פרויקט מחווה לאלבום סיפורי פוגי לרגל 40 שנים ליציאתו.
המונח ביולוגיה של אוכלוסיות משמש במשמעויות שונות.
בשנת 1971 אדוארד א' וילסון השתמש במונח במובן של יישום מודלים מתמטיים על גנטיקה של אוכלוסיות, אקולוגיה קהילתית ודינמיקה של אוכלוסיות.
אלן הייסטינגס השתמש במונח בשנת 1997 ככותרת ספרו על המתמטיקה המשמשת בדינמיקה של אוכלוסיות.
השם שימש גם עבור קורס שניתן באוניברסיטת קליפורניה בדייוויס בסוף שנות ה-2010, שמתאר זאת כנושא בינתחומי המשלב את תחומי האקולוגיה והביולוגיה אבולוציונית.
הקורס כלל מתמטיקה, סטטיסטיקה, אקולוגיה, גנטיקה וסיסטמטיקה.
סוגים רבים של אורגניזמים נחקרים במסגרת הניסיון לגבש ממצאים, מסקנות ותובנות בנושא.
כתב העת Theoretical Population Biology עוסק בביולוגיה של אוכלוסיות.
ביולוגיה התפתחותית אבולוציונית היא תחום מחקר ביולוגי המשלב את תחומי הביולוגיה האבולוציונית והביולוגיה ההתפתחותית, במטרה לחקור את הקשר בין אבולוציה לבין תהליכים ומנגנונים התפתחותיים .
כלומר איך תהליך התפתחות העובר ביצורים שונים קשור לשינוי אבולוציוני או במילים אחרות באופן שבו שינויים גנטיים המתרחשים במהלך האבולוציה משפיעים על תהליכי ההתפתחות של אורגניזמים.
מחקרים בתחום הביולוגיה התפתחותית אבולוציונית] הראו כי מזבוב הפירות (דרוזופילה) ועד לאדם, ואף ביצורים פשוטים כמו תולעים, רוב בעלי החיים חולקים "ערכת כלים גנטית" דומה – קבוצת גנים עתיקים המכוונים את בניית הגוף.
רוב ההבדלים בין המינים אינם נובעים מהופעת גנים חדשים, אלא מבקרת גנים - הזמן, המקום והאופן שבו גנים אלה מופעלים במהלך ההתפתחות.
אחד הממצאים המרכזיים הוא גילוי גני ה-Hox, הפועלים כ"מפת גוף" וקובעים היכן יתפתחו איברים שונים לאורך ציר הגוף.
דוגמה בולטת היא Pax6, גן המשמש כגורם מפתח בתהליכי ההתפתחות של העין בעוברים במגוון רחב של יצורים – מזבובים ועד לאדם – אף על פי שהצורה ותפקוד העין שונה מאוד בין המינים .
ממצאים אלו ממחישים כיצד שינויים עדינים במנגנוני בקרה גנטיים עשויים להוביל להבדלים גדולים בצורת הגוף ובמבנה האיברים במהלך האבולוציה.
השאלות לגבי התפתחות אוברים ואבולוציה הופיעו כבר במאה ה-19 אך למרות רעיונות נכונים כמו גנטיקה ומוצא משותף לא הושגה הותקדמות משמעותית בתחום במשך יותר ממאה שנים.
המחקר החל להתפתח בשנות ה-70 של המאה ה-20 בשני שלבים: השלב הראשון היה תחילתו של השימוש בטכנולוגיות DNA רקומביננטי על מנת לחקור את המנגנונים הגנטיים השונים אשר מגדירים את המגוון הפנוטיפי ביצורים.
השלב השני היה הסתעפות של חקר הביולוגיה ההתפתחותית לשדות נוספים, כגון אבולוציה, אקולוגיה, גנטיקה ורפואה תוך שימוש בטכניקות של DNA רקומביננטי וביואינפורמטיקה.
שילוב זה הוביל לגיבושו של תחום הביולוגיה ההתפתחותית האבולוציונית כשטח מחקרי בפני עצמו.
כבר במאה ה-18 ובתחילת המאה ה-19 חוקרים תיארו דמיון בין עוברים של מינים שונים.
וילהלם בלומנבאך שהיה אנטומיסט גרמני מהמאה ה-18, נחשב לאחד מאבות האמבריולוגיה ההשוואתית.
הוא חקר את ההתפתחות העוברית במגוון בעלי חיים והציע את רעיון ה"עיצוב הפנימי" (Bildungstrieb), שלפיו יש כוח פנימי המנחה את ההתפתחות.
הוא גם היה בין הראשונים להשתמש במונח "אמבריולוגיה השוואתית" והדגיש את החשיבות של חקר השוואתי להבנת האבולוציה.
תוניקטים (מיתרני זנב), הם יצורים ימיים זעירים, שחיים לרוב צמודים לסלעים והם חסרי עמוד שדרה בבגרותם.
אלכסנדר קובאלבסקי , ביולוג רוסי מהמאה ה-19, גילה שבשלב העוברי שלהם יש להם חוט שדרה וסדקים גרוניים, כמו אצל חולייתנים (כמו דגים, ציפורים ובני אדם).
עוד הוא הבחין שמבנים אלה נוצרים מאותן שכבות בתא העוברי כמו אצל חולייתנים אחרים.
בספרו "מוצא המינים" (1859), צ'ארלס דרווין חיבר בין תצפיות על דמיון בין עוברים של מינים שונים לבין תיאוריה אבולוציונית רחבה.
דרווין הציע שהדמיון הזה נובע ממוצא משותף לכל המינים.
רעיון זה היה חדשני, שכן חוקרים אחרים ציינו דמיון כזה עוד קודם לכן, אך לא קשרו אותו באופן ברור לתהליך האבולוציוני.
עם זאת באותה תקופה עמדו חוקרי אמבריולוגיה בפני תעלומה: זואולוגים לא ידעו כיצד נשלטת ההתפתחות העוברית ברמה המולקולרית.
עד שנות ה-1970 התחום כמעט ולא התפתח, משום שחוקרים נתקלו בכמה בעיות מרכזיות: קשה היה להשוות בין סוגי בעלי חיים שונים בשל הבדלים מורכבים במבנים ובשלבי ההתפתחות, והכלים הגנטיים והמולקולריים להבנת מנגנוני ההפעלה של גנים עדיין לא היו זמינים.
כתוצאה מכך, הקשר בין תהליכי התפתחות לעוברים לבין האבולוציה נותר בעיקר תאורטי ולא מדויק.
החוקר הגרמני ארנסט הקל ניסח את החוק הביוגנטי - השערה שגויה לפיה כל שלב בעובר משחזר במדויק שלב אבולוציוני קודם של התפתחות המין.
הקל, שקיבל השראה מדרווין הציע בספרו "מורפולוגיה כללית של היצורים" (General Morphology of the Organisms) כי התפתחות העובר מחקה את ההתפתחות הפילוגנטית של אותו היצור וכי יש דמיון מבני בין עוברים של בעלי חיים שונים בשלבים מוקדמים של ההתפתחות.
בספרו "צורות אמנות בטבע" (1866), הוא הדגיש את הקשרים בין שלבי ההתפתחות השונים של היצור לאבולוציה על ידי הצגת דוגמאות של שלב הגסטרולה (שלב התפתחותי מוקדם שבו נוצרות שכבות הנבט של העובר) של סרטנון פרימיטיבי, ופגיות של סרטן ממין הנאופליקוס, שמציגות את תהליך ההתפתחות של סרטנים פרימיטיביים.
הקל צדק בכיוון – יש דמיון בין עוברים של מינים שונים – אך הטענה שלו הייתה מוגזמת: רוב השלבים העובריים אינם שחזור מלא של האבולוציה, אלא משקפים דמיון חלקי בלבד ומנגנונים משותפים, ולא את ההיסטוריה האבולוציונית המלאה.
החוקר פריץ מולר גילה לראשונה, שמחזור החיים של סרטנים משלב הפגית ועד לשלב הבוגר משקף מגוון רחב של אסטרטגיות התפתחותיות, ושניתן להשתמש בשינויים התפתחותיים של הפגית כדי לבנות עץ פילוגנטי (אבולוציוני) של הסרטנים.
כלומר, צורת התבוננות זו אפשרה להבין את הקשרים והקרבה האבולוציונית בין מיני הסרטנים השונים.
התקדמות לקראת פיתוח התחום כתחום מחקר
במה שנקרא כיום הסינתזה מודרנית של תחילת המאה ה-20, בין 1918 ל-1930 הפגיש רונלד פישר את תורת האבולוציה של דרווין, הכוללת את רעיון הברירה טבעית, תורשה ושונות, ואת חוקי הגנטיקה של גרגור מנדל למבנה קוהרנטי של ביולוגיה אבולוציונית.
ביולוגים הניחו בתקופה זו שאורגניזם הוא השתקפות ישירה של הגנים המרכיבים אותם: הגנים מקודדים לחלבונים, שבנו את הגוף של האורגניזם.
הם שיערו כי מסלולים ביוכימיים ומינים חדשים התפתחו באמצעות מוטציות בגנים הללו.
זו הייתה תמונה פשוטה, ברורה וכמעט מקיפה: אבל היא לא הסבירה את האמבריולוגיה.
שון ב' קרול העיר שאילו התובנות של evo-devo היו זמינות באותה תקופה, אמבריולוגיה בהחלט הייתה משחקת תפקיד מרכזי בסינתזה.
בשנת 1961 גילו ז'אק מונו, ז'אן-פייר צ'נג'ו ופרנסואה ז'קוב את אופרון הלקטוז בחיידק E.coli.
זהו מקבץ של גנים (אופרון), מסודר בלולאת בקרת משוב כך שהתוצרים שלו ייצרו רק כאשר "מופעל" על ידי גירוי סביבתי.
אחד המוצרים הללו היה אנזים שמפצל סוכר, לקטוז; והלקטוז עצמו היה הגירוי שהפעיל את הגנים.
זה היה חידוש, שכן הוא הראה לראשונה שגנים, אפילו באורגניזמים קטנים כמו חיידק, נתונים לשליטה מדויקת.
המשמעות הייתה שגם גנים רבים אחרים היו מווסתים בקפידה.
מונו וז'קוב, זכו בשל כך בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה בשנת 1965.
ב-1977 החלה מהפכה בחשיבה על אבולוציה וביולוגיה התפתחותית, עם פיתוחה של טכנולוגיית DNA רקומביננטי בגנטיקה.
DNA רקומביננטי נוצר באופן טבעי או במעבדה כתוצאה מצירוף מחדש (רה-קומבניציה) של מקטעי DNA ממקורות שונים, לרוב ממינים שונים של אורגניזמים.
הביולוגיה ההתפתחותית החלה בתקופה זו לעשות שימוש בטכנולוגיות של-DNA רקומביננטי כדי להסביר את המנגנונים שבאמצעותם הוראות גנטיות ציינו פנוטיפים המורכבים מסוגי תאים שונים או איברים שונים.
המדע החדש הזה זיהה את התמלול של גורמים המעורבים בשני התהליכים המרכזיים ביותר של ביולוגיה התפתחותית - התמיינות תאים והַשׁרָאָה אמבריולוגית (תהליך שבו נוכחות של רקמה אחת משפיעה על התפתחותן של אחרות).
שלב מתמשך זה של המהפכה נותרה אחד הפרויקטים הגדולים של ביולוגיה התפתחותית.
גורמים נוספים במהפכה היו הספר Ontogeny and Phylogeny מאת סטיבן ג'יי גולד והמאמר
גולד הניח את הפרשנות של האקל לאמבריולוגיה אבולוציונית, בעוד ג'ייקוב הציג תיאוריה חלופית.
דבר זה הוביל לסינתזה נוספת - הסינתזה האבולוציונית המורחבת, שכללה אמבריולוגיה וכן גנטיקה מולקולרית, פילוגניה וביולוגיה אבולוציונית ליצירת evo-devo.
ב-1983 הופיע לראשונה המונח ביולוגיה התפתחותית אבולוציונית בפרסומו של פיטר קאלו.
במחקרו של קאלו על מחזור החיים של סרטנים ופרוקי רגליים הוא הדגים את חשיבותו של חקר ההתפתחות העוברית להבנת התהליכים האבולוציוניים של היצורים.
מחקרו השפיע על חוקרים רבים שבאו אחריו, אשר החלו לחקור את הנושא.
מאז, תחום הביולוגיה ההתפתחותית האבולוציונית נתפס כתחום מחקר עצמאי עם ייצוג משמעותי בכתבי עת מדעיים ואקדמיים.
ביולוגיה התפתחותית אבולוציונית והמגוון הביולוגי של המינים
התאוריה הגנטית של אבולוציה מורפולוגית מתמקדת בחקר האופן שבו שינויים ומוטציות בבקרת הגנים (רצפים רגולטוריים), ולא ברצפי הגנים עצמם, מובילים לאבולוציה מורפולוגית ביצורים.
בשנות ה-50 וה-60 של המאה ה-20 פיתחו פרנסואה ז'קוב וז'אק מונו את המודל של ויסות הגנים ואופרון לקטוז בחיידקי E.coli.
מונו ועמיתיו הציעו ששינויים ברצפי הבקרה של גנים, כמו מוטציות באתרים פרומוטוריים, יכולים לגרום לשינויים בדפוסי הביטוי של גנים אלה ולהוות בסיס חזק וחשוב לגיוון המורפולוגי והאבולוציוני ביצורים גבוהים יותר כמו היונקים.
לדוגמה, החלבון רודופסין מעורב בהתפתחות העין של דרוזופילה.
הגן המקודד לרודופסין מבוקר על ידי גורם התיעתוק Pax-6, שבתורו מקודד על ידי הגן Eyeless.
גן זה איננו רק אחראי להתפתחות העין בדרוזופילה אלא גם מעורב בבקרת ההתפתחות של חלקים במוח ובמערכת העצבים המרכזית.
מוטציות ברצפים בקרתיים של גן זה המצויים בסמיכות אליו בגנום (מצויים בציס), יכולים לשנות את דפוסי הביטוי של הגן Eyeless בעין.
שינוי זה עלול לגרום לחוסר בעיניים, להופעת עיניים נוספות או לשינוי במורפולוגית העיניים בדרוזופילה.
גני HOX: תובנות על ביולוגיה התפתחותית אבולוציונית
דוגמה מובהקת לחקר הביולוגיה ההתפתחותית בגישה אבולוציונית היא משפחת גני ה-HOX.
גני HOX משחקים תפקיד מרכזי בקביעת ציר הגוף הקדמי-אחורי (anteroposterior axis) והכתבת המבנה האנטומי התקין של הגוף מהראש ועד לזנב במהלך ההתפתחות העוברית.
גנים אלה התגלו לראשונה בדרוזופילה, אולם מחקרים שנערכו מאוחר יותר הראו שהם שמורים אבולוציונית וכי הם נמצאים כמעט בכל היצורים המורכבים, מחסרי חוליות ועד לחולייתנים.
ממצא זה מצביע על כך שגנים אלה הופיעו מוקדם באבולוציה של היצורים הרב-תאיים ועל החשיבות המכרעת שלהם בהתפתחותם של היצורים.
גני HOX מסודרים בגנום באופן המקביל לסדר הביטוי שלהם לאורך הציר הקדמי-אחורי של הגוף, מהראש ועד לזנב.
כלומר, הגנים הראשונים בסידור מבקרים את ההתפתחות של החלקים הקדמיים ביותר של הגוף, והגנים האחרונים בסידור מבקרים את החלקים האחוריים ביותר.
הסידור הזה של גני HOX נשמר במהלך האבולוציה גם בין חסרי חוליות כמו חרקים וגם בחולייתנים כמו בני אדם.
בחולייתנים, גנים אלה מסודרים באשכולות (clusters), שכן במהלך האבולוציה של החולייתנים התרחשו הכפלות של גני HOX אשר הובילו לעלייה במורכבות הבקרה והתפקיד של גנים אלה והעותקים שלהם; כמו כן, תואר קשר בין אירועים אלה לבין הופעת תכונות גופניות חדשות אצל החולייתנים.
בשנות ה-60, השוואות של חלבונים כמו גלובינים וציטוכרומים ממינים שונים הראו, שהחלבונים צוברים שינויים לאורך הזמן במינים השונים, אך תפקודם נשמר.
זה סתר את הדעה, שכל שינוי אבולוציוני ביצורים בטבע הוא שינוי אדפטיבי (מותאם) לתנאים שהיצור חי בהם.
לדוגמה, בגנום של דג הזברה מצוי הגן כורדין (chordin) אשר אחראי להתפתחות תקינה וארגון תקין של מיקומו של הגב מהצד העליון ומהצד התחתון (dorsal-ventral) במהלך ההתפתחות העוברית המוקדמת.
מוטציות בגן זה גורמות לשינוי תכונות מורפולוגיות שונות בזנב של הדג.
בדגי זהב בעלי זנב מפוצל, קיימים שני הגנים chdA ו־chdB שהם פאראלוגיים לגן כורדין; מוטציות בגן chdA גורמות להופעת תכונת זנב כפול או מפוצל אצל דגי זהב.
ההשוואה בין הגנים הללו בגנום דג הזברה לדג הזהב מדגימה שינוי מורפולוגי שלא בהכרח קשור לאדפטציה של יצור לסביבתו.
עם זאת, הבנת הבסיס המולקולרי של השינוי תורמת להבנת המנגנונים שעומדים בבסיסם של שינויים מורפולוגיים.
ביולוגיה התפתחותית אבולוציונית אקולוגית (Eco-Devo)
ביולוגיה התפתחותית אקולוגית, הידועה בקיצור כ-Eco-Devo, היא תחום העוסק במחקר של תהליך התפתחותו של אורגניזם בסביבה או בבית הגידול שלו מעבר לתנאי מעבדה סטנדרטיים.
חקר המנגנון ההתפתחותי ומנגנון ביטוי ובקרת הגנים באורגניזם בהקשר האקולוגי שלו יכולים לספק הבנה מעמיקה יותר של השפעת הגירויים הסביבתיים השונים על המגוון הפנוטיפי של אורגניזם (פלסטיות פנוטיפית) ועל האבולוציה שלו.
הפרפר Precis Octavia עשוי להוות מודל טוב להדגמת הרעיון המרכזי של הביולוגיה ההתפתחותית האבולוציונית האקולוגית בשל הפלסטיות הפנוטיפית שלו כתגובה לתנאי סביבה משתנים כמו טמפרטורה ולחות, אשר מלווים בשינויים בביטוי הגנים שמבטאים את הפיגמנטים בכנפיים.
פרפר זה מפתח מופע כנפיים עם צבע כהה שאינו בולט, מה שמקנה לו את היכולת להשתלב בסביבה יבשה בעלת צבע חום אשר יש בה פחות צמחייה, וכך להסתוות מפני טורפים.
לעומת זאת, בסביבה רטובה שמכילה יותר צמחייה ופרחים, הפרפר מפתח מופע עם צבע בהיר וצבעוני, מה שמעניק לו יכולת להשתלב בין הצמחים ולהתחמק מטורפים, וכך עולים סיכויי הישרדותו.
לאורך הזמן, תנאי סביבה משתנים יכולים להוביל לשינויים אבולוציוניים במגוון הפנוטיפי, כאשר פנוטיפים מסוימים נעשים נפוצים יותר בסביבה בשל הברירה הטבעית.
ביולוגיה התפתחותית אבולוציונית בצמחים (plant-Evo-Devo)
תחום הביולוגיה ההתפתחותית האבולוציונית בבעלי חיים ובצמחים הן שתי דיסציפלינות שונות, בשל ההבדלים באופן ההתפתחות של צמחים ובעלי חיים.
בצמחים, בשונה מבעלי החיים, תהליך ההתפתחות אינו מסתיים בשלב העוברי אלא ממשיך ביצירת איברים חדשים גם בבוגר.
בצמחים, תחום הביולוגיה ההתפתחותית האבולוציונית עוסק באבולוציה של התפתחותם ובקרבה הפילוגנטית שבין הצמחים על ידי השוואת גנים הומולוגיים ודפוסי הביטוי שלהם באיברים השונים ובצמחים השונים.
בנוסף לזה, השוואות בין מנגנוני ההתפתחות אצל הצמחים לבין מנגנוני ההתפתחות אצל האצות הירוקות מראה שיש קרבה פילוגנטית בין סוג אצות זה לבין צמחים יבשתיים.
מחקרים על קרבה פילוגנטית זו מראים כי האצות הירוקות הן האב הקדמון של הצמחים היבשתיים העילאיים, בשל המעברים שלהם ממים ליבשה שלוו בהתאמות מורפולוגיות ופיזיולוגיות נרחבות.
ביום שזה יקרה הוא סרט מתח ומדע בדיוני אמריקאי משנת 2008, שנכתב, בוים והופק על ידי מ.
הסרט עוסק באירוע קטסטרופלי שמתרחש ללא הסבר ברור שגורם להתאבדות המונית.
הסרט עוקב אחר מורה למדעים, בגילומו של מארק וולברג, שמנסה להבין את הסיבה לאירועים ולהציל את משפחתו.
הסרט הוקרן בבכורה בניו יורק ב-10 ביוני 2008, ויצא לאקרנים בארצות הברית על ידי אולפני המאה ה-20 ב-13 ביוני.
הוא קיבל לרוב ביקורות שליליות מהמבקרים והכניס 163 מיליון דולר ברחבי העולם.
הסרט מתחיל בניו יורק, כאשר אנשים ברחבי העיר מתחילים להפגין התנהגות מוזרה ולאחר מכן מתאבדים באופן בלתי מוסבר.
התופעה מתפשטת במהירות לאזורים נוספים בצפון מזרח ארצות הברית.
הדמויות הראשיות בסרט – מורה למדעים בשם אליוט מור (מארק וולברג), אשתו אלמה (זואי דשנל), חברו הטוב ג'וליאן (ג'ון לגוויזאמו), ובתו ג'ס – מנסים להימלט מהאזור המושפע ולשרוד את האירוע המסתורי.
מארק וולברג בתור אליוט מור
זואי דשנל בתור אלמה מור, אשתו של אליוט
בטי באקלי בתור גברת ג'ונס
אשלין סאנצ'ז בתור ג'ס, בתו של ג'וליאן
רוברט ביילי ג'וניור בתור ג'ארד
ג'רמי סטרונג בתור טוראי אוסטר
נייט שאמלאן בתור ג'ואי (קול בלבד)
הסרט זכה לביקורות שליליות בעיקר, כאשר רבים מהמבקרים מתחו ביקורת על התסריט, הבימוי והמשחק.
הציון של ביום שזה יקרה באתר Rotten Tomatoes עומד על 18% בלבד, מה שמעיד על קבלת פנים קרירה מצד המבקרים.
באתר Metacritic הסרט קיבל ציון ממוצע של 34 מתוך 100, מה שמסווג אותו כסרט עם ביקורות מעורבות עד שליליות.
בנוסף, קהל הצופים העניק לסרט ציון CinemaScore של "D", מה שמעיד על חוסר שביעות רצון כללית מצד הצופים.
ביום בהיר רואים את דמשק הוא סרט קולנוע ישראלי, בבימויו של ערן ריקליס שיצא לאקרנים בשנת 1984, עם מוחמד בכרי ואלי דנקר בתפקידים הראשיים.
זהו סרט הביכורים של הבמאי ערן ריקליס והיה סרט הגמר שלו במסגרת לימודיו בבית הספר הלאומי לקולנוע וטלוויזיה באנגליה.
הוא נועד להיות במקור סרט קצר באורך שעה, ומאמץ משותף עם השחקנים במהלך הפקתו הפך אותו לסרט באורך מלא.
את התקציב בסך 16 אלף ליש"ט (40 אלף דולר) והציוד תרם בית הספר.
השחקנים והצוות הטכני, כולל הצלם, עבדו כולם בהתנדבות.
מיכאל שרפשטיין סייע גם בהתנדבות כמפיק בפועל של הסרט.
התסריט נכתב בהשראת פרשת אודי אדיב כמותחן ריגול אידאולוגי שדמויותיו מגלות בהדרגה שהן משמשות כלי משחק בידי כוחות גדולים מהם.
צילומי הסרט נערכו בתל אביב (בין השאר בקפה כסית), על ספינת קול השלום של אייבי נתן, ברמת הגולן ובלונדון
הקרנת הבכורה של הסרט נערכה בפסטיבל הקולנוע ירושלים הראשון במאי 1984.
אורי שרון (דניאל וקסמן) הוא קיבוצניק שנדון למאסר, לאחר שהואשם בריגול לטובת סוריה.
אחרי מעצרו, חייהם של שני חבריו הטובים משתנים.
רון (אלי דנקר), מוזיקאי בן קיבוץ שאינו מעורב בעשיה פוליטית, עוקר לתל אביב וגר יחד עם ג'וזף, מתנדב יהודי מאנגליה שעזר לאורי בעבר.
רון מגלה שהמתנדב האנגלי שימש סוכן שב"כ שתול שחשף את אורי.
ג'וזף עובר לאנגליה שם הוא משמש כסוכן מוסד ועוסק בחשיפת קבוצות טרור ערביות בלונדון.
רון מצדו מתעניין במוזיקה ערבית ומתידד עם מוזיקאי פלסטיני (מוחמד בכרי).
הסרט מסתיים בסצנה דרמטית בה נפגשים השלושה ליד גבול סוריה.
בִּיּוֹפִיזִיקָה או פיזיקה ביולוגית היא ענף של מדע בין תחומי העוסק בחקר תופעות פיזיקליות ביצורים חיים ובהפעלת כלים מתחום הפיזיקה, המתמטיקה, הכימיה ומדעי המחשב לחקר מערכות ביולוגיות.
לאחרונה, פותחו שיטות ביופיזיקליות המשלבות גם ננוטכנולוגיה, כמו גם שיטות המאפשרות לחקור מולקולות בודדות.
העיסוק בביופיזיקה החל כבר בתקופה מוקדמת בהתפתחות המדע.
דוגמה לכך היא הניסוי המפורסם של גלווני ב, בו הראה שמערכת העצבים פועלת על בסיס תופעות חשמליות.
באותה תקופה לא הייתה הבחנה ברורה בין תחומי המדע השונים.
למעשה, כמעט כל התפתחות משמעותית בביולוגיה קשורה בטכנולוגיות פיזיקליות, כמו השימוש הנרחב במיקרוסקופים אופטיים ואלקטרוניים.
רוברט הוק, מגדולי המדענים ב, פיתח אחד מהמיקרוסקופים האופטיים הראשונים ובעזרתו גילה שהרקמה הביולוגית מורכבת מתאים.
הוא גם היה הראשון שטבע את המונח "תא חי" בספרו "מיקרוגרפיה".
עם התפתחות המדע והתמקצעות המדענים, הפכו התחומים מובחנים יותר.
הביולוגיה, העוסקת במערכות מורכבות ומסובכות, התפתחה לכיוון תיאורי, תוך מתן דגש לפרטים, ואילו הפיזיקה התפתחה לכיוון כמותי, תוך שימוש במודלים פשוטים שנועדו להבין את עקרונות היסוד של הטבע, ללא התמקדות תמיד בפרטים.
באמצע המאה ה-20 התחזקה ההבנה כי הביולוגיה יכולה להפיק תועלת רבה גם מיישום שיטות פיזיקליות.
פיזיקאים ומדענים נוספים סברו כי אחת הבעיות העיקריות בגישה המחקרית בביולוגיה היא התמקדות עודפת בפרטים, תוך היעדר שימוש במודלים מתמטיים ושיטות מחקר כמותניות.
בשל כך, החלו פיזיקאים לעסוק גם במחקר ביולוגי, בניסויים ובתאוריה, תוך יישום הכלים המוכרים להם מתחום עיסוקם.
גילוי מבנה ה-DNA הוא דוגמה בולטת ליישום שיטות פיזיקליות בחקר מערכות ביולוגיות.
המבנה פוענח על ידי ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק, שנעזרו בצילום 51 שביצעה רוזלינד פרנקלין באמצעות קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן, טכנולוגיה המשמשת גם כיום לפענוח המבנה האטומי של חומרים ביולוגיים.
מודל הודג'קין-האקסלי נחשב להישג מרכזי של הביופיזיקה הקלאסית.
המודל מתאר את התגובה החשמלית של תאי עצב ומסביר כיצד נוצרים אותות עצביים, שהם הבסיס לתקשורת במערכת העצבים.
המודל פורסם בשנת 1952 על ידי אלן הודג'קין ואנדרו הקסלי, בעקבות מחקריהם על סיבים עצביים של דיונונים.
מחקר זה זיכה אותם בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה בשנת 1963.
המעבר של פיזיקאים למחקר ביולוגי התחזק בסוף המאה ה-20, וב ישנם חוקרים רבים העוסקים בביופיזיקה באוניברסיטאות רבות.
בדרך כלל אין מחלקות נפרדות לביופיזיקה, אלא חוקרים המשולבים במחלקות אחרות בהתאם לתחום ההתמחות שלהם.
בישראל קיימים מסלולי לימוד בביופיזיקה באוניברסיטת בר-אילן ובאוניברסיטת חיפה, ובאוניברסיטת תל אביב קיים מסלול משולב של פיזיקה ומדעי החיים.
בנוסף, במכון ויצמן מוענק תואר מוסמך בפיזיקה ביולוגית.
הביופיזיקה עוסקת בנושאים רבים ומגוונים, ביניהם ניתן למנות את הנושאים הבאים:
חקר קרום התא, תעלות קרומיות ותהליכי הולכה דרכם.
מבנה חלבונים, אופן קיפולם והדינמיקה שלהם.
מבנה ופעילות של תעלות יוניות.
תנועת בעלי חיים (תנועה מקרוסקופית); למשל, מודלים של תנועת טורפים (ים, יבשה ובאוויר).
תנועה של תאים ואובייקטים מזוסקופים; למשל תנועה של ווירוסים וגידול מושבות של חיידקים.
תנועה של מולקולות ביולוגיות בתוך התא; למשל, תנועת אנזימים, מולקולות של RNA + DNA וכו'.
גרביטציה ביולוגית – חקר השפעת הגרביטציה על צמחים ובעלי חיים.
המערכות הביולוגיות מאופיינות בהיותן מבוססות על תמיסות בסביבה מימית.
כל מערכת מורכבות בדרך כלל ממספר רב של חלקיקים, ולכן הטיפול הפיזיקלי במערכות אלו דורש בדרך כלל שימוש בשיקולים סטטיסטיים.
בנוסף, המערכות מאופיינות בכך שתחומי האנרגיה המעניינים תואמים לאנרגיה התרמית בטמפרטורת החדר.
בטמפרטורות וברמות אנרגיה אלו, השיקולים הקוונטים בדרך כלל אינם משמעותיים.
בין הנושאים העיקריים המהווים את הבסיס לפיזיקה של מערכות ביולוגיות ניתן למנות:
משוואת לנז'בן המהווה הרחבה לחוק שני של ניוטון לתנועת חלקיק בתמיסה
הידרודינמיקה ומשוואות נאוויה-סטוקס המתארות את תנועתו של נוזל בעל צמיגות
משוואת פואסון-בולצמן המתארת את האינטראקציה החשמלית בין מולקולות הנמצאות בתמיסה יונית
כפי שתואר למעלה, שיטות המחקר המשלבות ידע פיזיקלי ומשמשות למחקר של מערכות ביולוגיות התפתחו מאז ומתמיד ותרמו רבות להבנה הביולוגית.
שיטות רבות מתפתחות גם היום, ולמעשה, כל שיטה פיזיקלית חדשנית מוצאת במהרה יישום גם לחקר מערכות ביולוגיות.
הרשימה הבאה מפרטת את השיטות השימושיות ביותר:
מיקרוסקופיה של שני פוטונים (Two photon microscopy)
שיטות מדידה ברמת המולקולה הבודדת
שיטות מיקרוסקופיות למדידת תאים חיים
באקולוגיה, ביומסה היא המסה הכוללת של כל החומר האורגני הלא מאובן באזור ובזמן מסוים.
לדוגמה, צמחים (כולל עצים) ובעלי חיים הם ביומסה, וכמו כן גם החומרים שהם מייצרים, כגון גללי בעלי חיים ועץ.
מקובל למדוד ביומסה של יצור מסוים, או של כלל היצורים החיים באותו אזור.
ניתן למדוד ביומסה ממוצעת, ביחידות של מסה ליחידת שטח (למשל, גרם למטר מרובע או טון לקילומטר מרובע), ואפשר למדוד ביומסה כוללת, כגון כלל הביומסה באגם מסוים.
ניתן למדוד ביומסה "ברוטו" או "נטו" בדרגות שונות.
למשל, אם רוצים לחשב ביומסה של דגי סלמון באגם מסוים, ניתן לכלול בחישוב את:.
המסה הכוללת של כל הדגים הנמצאים באגם, כפי שהם.
המסה הכוללת של החומר האורגני שבדגים, לא כולל מים (כלומר, המסה של הדגים כשמייבשים אותם, שזה בערך 30% מהמסה הטבעית).
המסה הכוללת של החומר האורגני הביולוגי שבדגים, לא כולל שיניים, עצמות וצדפות.
המסה הכוללת של אטומי פחמן הנמצאים בחומר האורגני.
אופן המדידה תלוי ביישום שלשמו מודדים.
ישנן הערכות שונות וסותרות לגבי הביומסה הכוללת על כדור הארץ.
לפי אחד המקורות, הביומסה הכוללת על כדור הארץ היא 75 מיליארד טון, ומתוכם:
הקריל האנטארקטי (Euphausia superba) - 500 מיליון טון (0.67%); זו הביומסה הגדולה ביותר למין יחיד.
מדידה זו נעשתה, כנראה, בשיטת ה"ברוטו" - משקל ממוצע של אדם אחד מוערך בכ-40 ק"ג, כפול כ-6.6 מיליארד בני אדם.
אם מודדים בשיטת ה"נטו" (כלומר, משקל יבש בלבד), יש להכפיל מספרים אלה בשליש בערך (זה, בקירוב, שיעור החומר היבש).
לפי שיטה זו, הביומסה של בני האדם היא כ-100 מיליון טון.
הקבוצה של יצורים עם הביומסה הגדולה ביותר היא כנראה הסרטנאים ממשפחת השטרגליים.
הביומסה הכוללת של חידקים מוערכת כשווה לזו של צמחים.
הביומסה הכוללת של הדגים מוערכת בין 0.8 ל-2 מיליארד טון.
ביוספירה (מיוונית: βίος – בִיוֹס, "חיים" ו־σφαῖρα – ספֵירה, "כדור"), המכונה גם אֶקוספירה (מיוונית οἶκος – אוֹיקוס, "סביבה" ו־σφαῖρα, "כדור"), היא סך כל המערכות אקולוגיות בכדור הארץ.
הביוספרה היא מערכת סגורה (מלבד קרינה סולארית, קרינה קוסמית וחום מפנים כדור הארץ), ובמידה רבה מווסתת את עצמה.
על פי השערת גאיה הכללית ביותר, הביוספרה היא המערכת האקולוגית העולמית המשלבת את כל היצורים החיים ואת קשריהם, כולל את האינטראקציה שלהם עם יסודות הליתוספירה, הגאוספירה, ההידרוספרה והאטמוספירה.
יש להניח כי הביוספרה התפתחה בתהליך של היווצרות חיים (חיים שנוצרו באופן טבעי מחומר שאינו חי, כגון תרכובות אורגניות פשוטות) או בתהליך היווצרות ביולוגית (חיים שנוצרו מחומר חי), לפני כ־3.5 מיליארד שנה לפחות.
המגוון הביולוגי הגדול ביותר נמצא בקרבת קו המשווה, והוא הולך ופוחת ככל שמתרחקים מקו המשווה ומתקרבים אל הקוטב הצפוני והדרומי.
הסיבה לכך נעוצה בכך שכדור הארץ הוא בעל צורה כדורית, כך שקרינת השמש (אור וחום) אינה מתחלקת על פניו בצורה שווה.
משתי סיבות עניין זה גורם להתחלקות המגוון הביולוגי כפי שתואר: ראשית, המערכת האקולוגית תלויה באנרגיה מן השמש הנקלטת על ידי צמחים, ולכן ככל שרמות הקרינה גבוהות יותר כך המערכת תהיה עשירה יותר.
מסיבות אלו מחלקים אקולוגים את הביוספירה לאזורי משנה, כשכל אחד מאופיין באקלים ייחודי ובעקבות כך בהרכב ובמגוון מינים שונה.
חברת שיא היא חברה ביולוגית המתקיימת לאורך זמן ללא שינוי ניכר במגוון הביולוגי שלה או בבית הגידול בו היא מצויה, והיא מהווה את השלב הסופי של התפתחות החברה.
בִּיּוֹפִידְבֵּק או מָשׁוֹב בִּיּוֹלוֹגִי הוא שיטת טיפול באמצעות מערכת ממוחשבת המנטרת מדדי גוף, שנועדה לאפשר למטופל שליטה טובה יותר על גופו ועל תגובות פיזיולוגיות ורגשיות במצבים של כאב, לחץ וחרדה, ובמצבי גיוס משאבים משמעותי, פעילות ספורטיבית או חשיבתית.
הטיפול בביופידבק מבוסס על הרעיון שמערכת העצבים האוטונומית יכולה להיות נשלטת מבחינה רצונית על ידי התניה אופרנטית.
השיטה פותחה החל משנות ה-40 של המאה ה-20 והיא נמנית עם שיטות הרפואה האלטרנטיבית והטיפול הקוגניטיבי-התנהגותי.
הביופידבק פועל על עקרון הלמידה דרך משוב (פידבק) מיידי.
הוא כולל שלושה תהליכים שונים המנוהלים על ידי המכשור האלקטרוני המשמש לטיפול:
איתור והגברה של מגוון אותות ביולוגיים או אלקטרו-ביולוגיים מתוך גופו של האדם על ידי מערכת המנטרת מדד אחד או יותר בגופו.
למשל דופק, נשימה, מתח שרירים, מוליכות חשמלית של העור, חום גוף, היבטים מסוימים של אלקטרואנצפלוגרם ועוד.
מדדים גופניים אלו אינם נמצאים בשליטתו המודעת של האדם, אלא שייכים למערכת העצבים האוטונומית.
המרה של האותות הללו למידע נוח לעיבוד, לרוב על ידי תצוגה חזותית או שמיעתית כלשהי, לרוב על-גבי צג מחשב.
הצגת המידע לאדם באופן כמעט מיידי, המשמש כמשוב בזמן אמת.
המשוב יכול להינתן בצורה פשוטה של גרף המתעדכן בזמן אמת.
עם זאת, פעמים רבות נעשה שימוש במערכת ייצוג מידע מתוחכמת יותר.
מערכת כזו מציגה את השינויים באופן מוחשי כמו צלילים שגובהם משתנה בהתאם, או ייצוג חזותי שמבטא את התקדמות המטופל.
הטיפול בביופידבק לרוב נמשך מספר שבועות או חודשים (10–15 מפגשים או יותר), לאחריהם המטופל אמור להיות מסוגל ליישם את מה שלמד גם מחוץ למסגרת הטיפול, בכל עת שהדבר נדרש.
במפגש הראשון נערך על ידי המטפל איבחון פסיכופיזיולוגי באמצעות ערוצים שונים במכשור, ובהתאם לתוצאות הפרופיל נבנית תוכנית טיפול ולמידה מותאמת למטופל ולבעייתו הרפואית או הפסיכולוגית.
המטופל מקבל הסבר על תוצאות האיבחון והוא שותף פעיל לתוכנית הטיפולית.
השיטה היא סוג של רפואה אקטיבית המבוססת על תרגול הנלמד בקליניקה ויישום במצבי חיים יומיומיים.
הטיפול מתבצע על ידי איש מקצוע בעל הכשרה וניסיון קליני מוסמכים ומוכחים בביופידבק.
תרגיל לדוגמה יכול להיות ביצוע טכניקות נשימה שניתן לנטרן באמצעות המכשור; נשימה נכונה ומותאמת למצב חיים משפרת את יכולת ההתמודדות של המטופל עם בעייתו, יוצרת תחושה של נינוחות והרפיה וגורמת לאיזון התפקוד הפסיכופיזיולוגי של המטופל.
המטופל לומד כיצד לשלוט בצורה רצונית בתגובות בלתי רצוניות למצבי לחץ שונים, לכאבים וכדומה.
התצוגה המיידית של הנתונים מאפשרת למטופל לראות על צג המחשב כיצד אכן הוא מצליח לשנות בצורה רצונית את הנתונים הפיזיולוגיים של גופו.
תפקיד המטפל הוא להדריך, לתווך ולהסביר למטופל את המוצג על גבי מסך המכשיר.
הביופידבק הוא חלק מתוכנית עבודה טיפולית מלאה, אשר כוללת על פי רוב גם הקניית טכניקות הרגעות, הנחיה בנוגע לתרגום וליישום המיומנויות שנרכשו, מסירת מידע בנוגע למקור הקשיים ומערכות האיברים המעורבים בהם ולעיתים גם טיפולים קוגניטיביים ממוקדים.
ביופידבק משמש לסיוע בטיפול במגוון רחב של בעיות רפואיות, נוירולוגיות ורגשיות.
הוא משמש להקלה על תסמינים של מחלות אורגניות כגון כאבי ראש, קשיי שליטה על הסוגרים, אפילפסיה, בעיות במערכת העיכול, הזעת יתר, הפרעות בתנועה, הפרעת קשב ריכוז והיפראקטיביות, מחלות כלי דם, קשיי נשימה, שיקום שרירים, שיתוק מוחין, כאבים כרוניים ועוד.
כן הוא משמשת בהפרעות פסיכולוגיות כגון הפרעות חרדה, הפרעות אכילה, הרטבת לילה, התמכרויות ועוד.
פיזיותרפיסטים, יכולים להשתמש בשיטה על מנת לסייע לנפגעי שבץ מוחי לחדש את התנועה של איברים משותקים.
בתחומים כגון ריפוי בעיסוק ופיזיותרפיה, פועלת השיטה באמצעות אלקטרודות המוצמדות לשרירים, והמערכת מספקת נתונים חזותיים המשקפים את פעילות השריר שאמור לפעול.
באמצעות הביופידבק ניתן להשוות בין מנחים שונים וצורות עבודה שונות ומביניהם לאתר את צורת העבודה היעילה ביותר, בעלת מינימום עומס על השרירים, ולסייע להטמעת הרגלי עבודה נכונים.
באמצעות הביופידבק ניתן לחזק שרירים חלשים, להרפות שרירים ספסטיים ולהרפות תוך כדי פעילות.
בנוסף ביופידבק נועד לתרום לשיפור אורח חיים של אנשים בריאים, בשל שיפור יכולת הקשב והריכוז, התמודדות עם מצבי דחק ומתח בחיי היום-יום, ועוד.
הטיפול מתאים לכלל האוכלוסייה, אך מומלץ לבעלי קוגניציה תקינה ולגילאי שש ומעלה, מכיוון שהוא דורש יכולת הבנה של השיטה ומודעות עצמית.
השימוש במונח ביופידבק החל בשנת 1969 במפגש מקצועי של חוקרים, אשר ייסדו את ה-Biofeedback Research Society.
השיטה נחקרה במסגרת הפסיכולוגיה והרפואה הקונבנציונלית, והיא מוצעת על ידי פסיכולוגים, פסיכיאטרים ומרפאים בעיסוק לשילוב במסגרת טיפולים קונבנציונליים.
במשך יותר משלושים שנה השתנה המושג ביופידבק ממונח המציין עניין כללי במחקר אודות השפעת משוב חיצוני על שליטה בתגובות פיזיולוגיות, למערכת של הליכים קליניים המשמשים לטיפול שגרתי בסוג מסוים של מטופלים ובמגוון מצבים קליניים.
הנוירופידבק התפתח מאוחר יותר מתוך המדידות הראשוניות של האלקטרואנצפלוגרם שהתבצעו במסגרת טיפולי הביופידבק.
האגודה הבין-לאומית לפסיכופיזיולוגיה יישומית ומשוב ביולוגי AAPB פיתחה קריטריונים לקביעת מידת העדות ליעילות הטיפול (Moss & Gunkelman, 2002; LaVaque et al, 2002).
קריטריונים אלו דומים מאוד לסכֶמת הדירוג שפותחה על ידי ארגונים אחרים ובהם אגודת הפסיכולוגים האמריקניים.
יעילות של טיפול נקבעת באמצעות הערכה של מחקרים פורמליים שנעשו על כל אחת מההפרעות.
כאשר נערך מחקר, יוצרים בקרה על אופן הניסוי.
המטפלים העוסקים בהתערבות נדרשים למומחיות בסוג הטיפול ובתחום ההפרעה, והמטופלים נבחרים באופן קפדני.
ממצאים תכופים בנוגע לטיפול במשוב ביולוגי מעודכנים ומופצים לקהל הרחב וכן לקהל המקצועי (Yucha & Gilbert, 2004; Yucha & Montgomery, 2008; Tan et al., 2016)
הטיפול בביופידבק או נוירופידבק מוצע לצורך שיפור הריכוז או הפחתת חוסר המנוחה של אנשים עם הפרעת קשב, ריכוז והיפראקטיביות, בטענה שיכול להביא לתוצאות חיוביות בטווח הקצר והארוך.
עם זאת, לאחר עשורים רבים של מחקר, לא נמצאה יעילות טיפולית לנוירופידבק עבור אנשים עם הפרעת קשב.
כמו כן, בעוד שביופידבק יכול לסייע להפחתת רמת החרדה כאשר מצליחים לזהות אותה בשלבים מוקדמים ולהפעיל טכניקת הרגעות יעילה, היא אינה משפיעה על התסמינים של הפרעת קשב.
באופן כללי ביופידבק יכול לסייע לאנשים להתמודד עם מצבי לחץ ואנשים עם הפרעת קשב אינם יוצאי דופן בהקשר הזה.
אך השיטה אינה משפרת את תפקודי הקשב של אף אחד משום שלא לכך היא נועדה.
ממש כמו שהיא לא צפויה לשפר את הכישורים המוזיקליים של אף אחד.
עם זאת, הפרעת קשב נוטה לבוא עם חרדות ראשוניות או ליצור חרדות משניות בעקבות הפגיעה של התסמינים בתפקוד.
במקרים אלו ביופידבק יכול לסייע בהתמודדות עם החרדה ולהקל על התפקוד במובן הזה, גם ללא שינוי בתסמינים של הפרעת קשב.
ביומכניקה היא ענף מדעי בינתחומי החוקר את התכונות המכניות של אורגניזמים חיים ומנתחים את עקרונות ההנדסה הפועלים בתפקוד המערכות הביולוגיות.
היא דנה ביחסים בין מבנים ובין תפקודים בכל רמות הארגון של החומר החי החל ממולקולות כגון הקולגן או האלסטין ועד רקמות ואיברים.
הביומכניקה מתארת את התגובות במרחב ובזמן של החומרים הביולוגיים, מוצקים, נוזלים או ויסקו-אלסטיים, לפעולתה של מערכת כוחות ולחצים פנימיים וחיצוניים.
דוגמאות למחקר ביומכני כוללות חקירה של הכוחות שפועלים על הצלעות, האווירודינמיקה של ציפורים ומעוף חרקים, ההידרודינמיקה של פעולה השחייה של דגים ובאופן כללי פעולת התנועה של כל צורות החיים, החל מתא בודד ועד אורגניזם שלם.
הביומכניקה של בני אדם היא חלק מרכזי במדע הקינסיולוגיה.
הפילוסוף היווני אריסטו יכול להחשב כביומכניסט הראשון.
הוא כתב את הספר הראשון על תנועה של בעלי חיים, וראה את הגוף של בעלי החיים לא רק כמערכת מכנית, אלא חקר שאלות כגון ההבדל הפיזיולוגי בין דמיון של ביצוע פעולה לבין עשיית הפעולה עצמה.
איש הרנסאנס לאונרדו דה וינצ'י עסק אף הוא בביומכניקה וניתח את העקרונות הפיזיקליים והמכניים שבתנועת בני אדם ובעלי חיים.
נושא מחקר ידוע שלו היה תעופת העופות.
בִּיּוֹפְּסִיָּה (מיוונית: בִּיוֹס βίος = חיים, אוֹפְּסִיס οψις = מבט) או דְּגִימַת רִקְמָה היא בדיקה רפואית של רקמה או תאים, ואף של איבר שלם - המוּצאים מהגוף החי.
בדיקת הרקמה נעשית בדרך כלל באמצעות מיקרוסקופ, ולעיתים באמצעות טכנולוגיות כימיות, אימונולוגיות, גנטיות ועוד.
ביופסיית חתך - חיתוך חלק מרקמה, כגון: ביופסיה של העור, ביופסיה של רקמת מעי הנעשית במהלך בדיקת קולונוסקופיה ועוד.
ביופסיית כריתה - כריתה של איבר או של גוש, כגון: כריתה של גוש חשוד בשד או של קשר לימפה.
לעיתים ביופסיה כזו היא תוצאת לוואי של ניתוח, בכל ניתוח בו נכרת איבר או חלק ממנו עקב מחלה - נשלח החלק הכרות לבדיקה היסטופתולוגית.
ביופסיית שאיבת מחט - שאיבת חלקי רקמה או תאים באמצעות החדרת מחט, כגון: ניקור כליה, בדיקת מח עצם, ועוד.
ביופסיה נוזלית / ביופסיה לא פולשנית - ביופסיה הנעשית על ידי ריצוף דנ"א בדגימת דם של המטופל.
במקרים רבים בהם המחלה איננה ידועה עדיין, או היקפה איננו ברור - נהוג לבצע ביופסיות ולבדוק אותן במהלך ניתוח.
לשם כך מקבעים את הרקמה בהקפאה מהירה בשיטה המכונה Frozen Section או Cryosection.
שיטה זו מאפשרת בדיקה מיקרוסקופית מיידית של הרקמות החשודות.
כך ניתן לקבל החלטות מיידיות כיצד להמשיך את הניתוח על פי תוצאות אותן ביופסיות - כגון האם מדובר בגידול ממאיר או שפיר, ואם גידול ממאיר - מאיזה סוג, ומה היקף ההתפשטות שלו בגוף, וכדומה.
טכניקה לשאיבת חלקי רקמה או תאים באמצעות החדרת מחט דקה לרקמה או האיבר שאותו רוצים לבדוק, ושאיבת תאים וחלקי רקמה לבדיקה מיקרוסקופית.
הטכניקה בטוחה יחסית, ויכולה במקרים רבים לחסוך את הסיכונים שבניתוח, אולם לעיתים החדרת המחט עלולה לגרום לנזק כגון דימום פנימי, ולמצב נדיר בו נאלצים לבצע ניתוח לתיקון הנזק.
סיבות לביצוע ביופסיית שאיבת מחט:
בדיקת גוש חשוד - כדי לעמוד על טיבו;
במקרה של גידול שטיבו כבר ידוע - כדי להעריך את יעילות הטיפול שניתן, או עבור בדיקות נוספות;
נטילת דגימה מאיברים כמו כבד או כליה, לשם אבחון מחלות פנימיות.
באזורים שונים בגוף, נהוג להשתמש בשיקוף רנטגן או באולטרה סאונד כדי לכוון את המחט בצורה נכונה אל האיבר הרצוי, מבלי לפגוע באיברים אחרים.
התוכן שנשאב נבדק על ידי ציטופתולוג - פתולוג המתמחה בבדיקת תאים.
לא תמיד ניתן לקבוע אבחנה לפי התאים שנשאבו, ולעיתים לא רחוקות יש צורך בביופסיה חוזרת.
ביון מבוריסתנס היה פילוסוף יווני.
ביון היה בנו של עבד משוחרר מן המושבה היוונית אולביה שבסקיתיה, ששכנה על גדות הנהר בוריסתנס (כיום הנהר דנייפר).
משפחתו נמכרה שוב לעבדות אחרי שאביו לא יכול היה לפרוע את חובותיו.
אולם, ביון שהיה צעיר יפה תואר נקנה על ידי נואם מחונן שנתן לו חינוך מעולה, והשאיר לו את כל רכושו לפני מותו.
ביון הגיע לאתונה כדי ללמוד פילוסופיה, ונפגש שם עם אנטיגונוס השני, מלך מקדוניה שהיה פטרונם של סופרים, משוררים ופילוסופים, ובהם זנון מקיטיון.
ביון למד באקדמיה מיסודו של אפלטון.
לאחר זמן קצר עזב את האקדמיה והפך לתלמידו של הפילוסוף קראטס מתבאי מן האסכולה של הציניקנים.
הוא לבש סחבות והלך עם מקל ושק על גבו כמו קבצן - מה שהיה סימן היכר של אסכולה זו.
עבר ללמוד אצל תאודורוס האתאיסט מקירנה (קירנאיקה שבצפון אפריקה), והיה תלמידו של תאופרסטוס (יורשו של אריסטו בליקיאון).
ביון בילה את מרבית חייו בנדודים מעיר לעיר, והרוויח את לחמו מהרצאות ומהוראה.
כתב את משנתו בשפה קלה להבנה כדי שתהיה מובנת לחוג רחב יותר של קוראים.
ביון שנמנה עם הסופיסטים היה מוכן לשוחח על פילוסופיה עם כל מי שרצה בכך.
הוא הצטיין גם כמשורר וכמוזיקאי.
שיחתו מוכיחה שהיה מתון ואהוב.
הוא השאיר לנו את זיכרונותיו ואת אמרותיו השנונות.
כאשר נשאל למי הכי רע בעולם, השיב: "למי שרוצה מאוד להיות מאושר".
האם טוב הדבר לקחת אישה?
"אם תינשא למכוערת תישא בסבל, ואם תינשא ליפה תהיה לבעל מרומה".
משנדבק במחלה עבר להתגורר בעיר כלקיס שבאי אובויה מצפון לאתונה, אך סבל שם מבדידות ומטיפול לקוי.
משנודע הדבר למלך אנטיגונוס הוא שלח לביון שני משרתים.
אומרים שביון שכל חייו לא האמין באלים, עשה ככל יכולתו להסתייע בהם על מנת לעכב את מותו ההולך וקרב.
הוא נפטר בברכת שלום לאל פלוטו - אל המתים במיתולוגיה היוונית.
ביוסנסור הוא התקן המורכב משלושה אלמנטים:
אלמנט לזיהוי חומר ביולוגי ספציפי (כגון רקמה, מיקרואורגניזם, אברון, קולטן, אנזים, נוגדן, חומצת גרעין וכו') המתקשר ספציפית למולקולה רצויה.
מתמר להמרת הזיהוי הביולוגי לשינוי פיזי במספר אופנים: אופטי, פיאזואלקטרי, אלקטרוכימי ועוד.
אלמנט להמרת השינוי הפיזי לאות חשמלי והצגתו למשתמש.
באפליקציות מסוימות, המתמר שהוזכר בסעיף הקודם ממיר את הזיהוי הביולוגי ישירות לסיגנל חשמלי ומציג את המדידה.
מד הגלוקוז המשמש חולי סוכרת למדידת רמת הסוכר בדם הוא ביוסנסור.
המכשיר משתמש באנזים ומתווך המצויים בתא מדידה אלקטרוכימי.
האנזים גלוקוז אוקסידאז מחמצן את הגלוקוז ובכך גורם לחיזור של הקואנזים המתווך FAD.
חיזור המתווך מוביל לחמצון האלקטרודה היוצרת זרם חשמלי.
כמות הזרם הנמדדת מעידה על ריכוז הגלוקוז.
במקרה זה, האנזים משמש כאלמנט לזיהוי ביולוגי והתא האלקטרוכימי כמתמר מזיהוי ביולוגי ישירות לאות חשמלי.
ההיסטוריה של פיתוח הביוסנסורים שזורה במחקרים החלוציים שביצע ללנד קלארק, ביוכימאי אמריקאי, בשנות ה-50. קלארק פיתח את אלקטרודת קלארק למדידת רמת החמצן בדם.
אלקטרודה זו היוותה את אבן הבניין הבסיסית למדי הגלוקוז הראשונים.
ביוננוטכנולוגיה (לעיתים נקרא גם ננוביוטכנולוגיה) היא ענף של הננוטכנולוגיה העוסק בשילוב בין מערכות ננומטריות לחומרים ביולוגים או למערכות ביולוגיות.
הביוננוטכנולוגיה רותמת את הביולוגיה ועקרונותיה לשם בניית מערכות ננומטריות מעשה ידי אדם, היא מהווה נושא רב-תחומי המאגדת בתוכה את תחומי הביולוגיה השונים ותחומים כמו כימיה, הנדסה ורפואה, ובעלת השקה לנושאים במדע היישומי כמו ננוחיישנים ביולוגיים, תאי דלק ביולוגיים, שבבים ביולוגיים, מעבדה על השבב, Bio-N/MEMS, ננורפואה ופרמקולוגיה.
הבנת המנגנונים הביולוגיים ברמתם המולקולרית משמשת כדגם לבניית מבנים ומערכות מורכבות באמצעות אבני-בניין בגודל ננומטרי תוך שימוש בעקרון ההרכבה עצמית (self assembly).
הביולוגיה מספקת את הכלים לבניית מערכות מורכבות מאבני בניין מולקולריות.
לביוננוטכנולוגיה יש פוטנציאל יישומי נרחב בדיאגנוסטיקה, בטיפול רפואי ממוקד, בשיגור תרופות ליעדים מוגדרים והפעלתן ביעדן, ועוד.
המנגנונים הביוכימיים המתקיימים בתא, שהוא יחידת החיים הבסיסית, פועלים על בסיס מולקולות או מקרומולקולות שגודלן הוא בקנה מידה ננומטרי (רוחבם של שישה אטומי פחמן הוא ננומטר אחד בקרוב).
לכן חומרים ביולוגים ומערכות ביולוגיות הם בעלי יכולת מיזוג במערכות ננומטריות מלאכותיות המשלבות חומרים אנאורגניים בקנה מידה ננומטרי.
מטרת הננוטכנולוגיה היא לחקות את הטבע ולבנות מאבני בניין ננומטריות, מולקולה אחר מולקולה, באסטרטגיה של "מלמטה למעלה".
העובדה היא שהגוף משתמש במספר עצום של "ננו-מכשירים" ניידים, אומנם כאלה שבנה הטבע ולא האדם.
בהם הנויטרופילים, הלימפוציטים ותאי דם לבנים אחרים.
במונחים ננומטריים מדובר בגופים גדולים למדי, שרוחבם כ-10,000 ננומטר, אך הם מתפקדים כננורובוטים טבעיים שמשוטטים בקביעות בגוף, מתקנים רקמות פגועות, ותוקפים ובולעים פולשים וחלקיקים זרים.
"תרופות חכמות" הפועלות באופן בררני, רק על תאים מסוימים (כמו למשל תאים סרטניים) תוך שפעולם בעת הצורך.
תרופה חדשנית שכזו פותחה על ידי הפרמקולוג יושיהיטה סוזוקי (Suzuki) מאוניברסיטת קיוטו ביפן.
תרופה זו משחררת חומרים אנטיביוטיים רק באזור דלקתי.
מנוע חלבון שקוטרו שמונה ננומטרים המונע על ידי פירוק של אדנוזין תלת-זרחתי (ATP) שהיא מולקולה עתירת אנרגיה לאדנוזין דו-זרחתי (ADP).
בטבע המנוע המכונה ATP Synthase משמש בדרך כלל לתפקיד ההפוך, אנזים המייצר את מטבע האנרגיה ATP מ-ADP וקבוצה זרחתית.
ככל אנזים, פעולתו של ה-ATP Synthase הפיכה, ובנוכחות ATP הוא מפרק מולקולות תוך העברת האנרגיה הכימית המופקת בתהליך לאנרגיה מכנית הגורמת לסיבוב החלבון, סיבוב אחד לכל שלוש מולקולות המתפרקות ATP.
ריקי סונג (Soong) ושותפיו ניצלו יכולת זו הם עיגנו את סטטור המנוע לעמוד ננומטרי וחיברו לציר מחט ניקל שאורכה שמונים ננומטרים.
משהזינו את המנוע ב-ATP, החל המנוע להסתובב וסובב את מחט הניקל בתדירות של שמונה סיבובים לשנייה.
בדומה לכך, קרלו מונטמניו (Montemagno) מאוניברסיטת קורנל בניו-יורק בנה ננו מנוע דמוי שוטון בשיטת ההרכבה העצמית.
אבני הבניין של המנוע הן מולקולות חלבון, כולל האנזים המפרק את התרכובת עתירת האנרגיה ATP, שהמלאי שלה בתאים מתחדש על חשבון אנרגיה שמקורה במזון.
מנועים אלה הוצגו בוועידה השנתית בנושא ננוטכנולוגיה מולקולרית שהתקיימה בקליפורניה.
במיצג וידאו שצולם דרך המיקרוסקופ ניתן היה לראות עשרות מכשירים כאלה מסתובבים כשמחוברים אליהם מוטות עשויים צורן-חנקני.
הצעד הבא של מונטמניו יהיה למצוא דרך לעצור את המנועים, כדי שניתן יהיה לשלוט בפעולתם.
הצעות מוקדמות לננו-רובוטים עסקו במכונות שיערכו אבחנה מקפת ומיידית, ויבצעו תיקונים מולקולריים מסובכים בכל תא פגום.
אלא שבמקרים רבים יהיה זה יעיל יותר להוציא את הכרומוזומים הקיימים מגרעין התא הפגוע ולהכניס חדשים במקומם.
הכרומוזומים החדשים ייבנו לפי הזמנה כהעתק מושלם לגֶנוֹם של החולה.
הם יתכנתו מחדש את התאים הפגומים, ואלה יתקנו את עצמם.
הגישה העתידנית הזו תיקרא טיפול בהחלפת כרומוזומים.
אפשר יהיה לבנות כדוריות דם אדומות מלאכותיות הידועות בשם רספירוציטים.
כדוריות הדם האדומות משמשות להובלת חמצן מהריאות לכל רקמות הגוף, הן זעירות ביותר, קוטרן כשמונה מיקרומטר, והן בעלות צורה קעורה משני הצדדים, המגדילה את שטח הפנים.
הרספירוציטים יוכלו להחליף כדוריות קיימות ולספק לרקמות פי 230 יותר חמצן.
מחשב זעיר (מחשב בעל יכולת עיבוד עצמאית, הבנוי משבב אחד בגודל של מיקרומטרים ספורים) וחיישנים שונים יאפשרו התנהגות מורכבת, הניתנת לתכנות מרחוק על ידי רופא בעזרת גלי קול.
רובוטים בגודל כזה עשויים למצוא את עצמם מוזרקים למחזור הדם, זורמים אל הלב, מזהים ומפרקים סתימות בעורקים ובכלי דם קטנים יותר.
ייתכן שיהיו לפעולתם של התקנים ננוטכניים השפעות לוואי שלא נחזו מראש.
לדוגמה, כאשר מדובר בהחדרת התקנים לגוף שממדיהם קטנים בהרבה מאלה של תא יחיד, האם יכולים המדענים לחזות מראש את כל השפעותיהם, ולהגבילן להשפעות רצויות בלבד?
מה יהיו יחסי הגומלין בין חלקיקים אלה לבין רכיבי מערכת החיסון?
כללית, חקר המורכבות ותאוריית הכאוס מלמדים שיכולת האדם לחזות את כל השפעות הגומלין במערכת מורכבת היא מוגבלת.
לבסוף, יכולות להיווצר בעיות חברתיות ופוליטיות, בעיות של חריגה מהתכנות עקב מוטציה והשפעות לוואי לא-רצויות, כמו כן בעיות של שימוש לרעה במתכוון ובאותה המידה ניתן להעלות על הדעת פיתוח אמצעי לחימה ביולוגיים ננוטכנולוגיים.
ביופולימרים הם פולימרים אשר נוצרים על ידי אורגניזמים.
בגלל עצם היותם פולימרים, ביופולימרים מכילים מונומרים אשר קשורים בקשר קוולנטי כדי ליצור מבנה גדול יותר.
בכימיה מתחלקים הביופולימרים לשלוש קבוצות, על פי יחידות המונומר שהם מכילים ועל פי המבנה הכימי שלהם:
– ביופולימרים ארוכים יחסית, אשר מורכבים מ-13 או יותר מונומרים נוקלאוטידים.
פוליפפטידים – ביופולימרים קצרים אשר מורכבים מחומצות אמינו שונות.
רב-סוכרים – בדרך כלל ביופולימרים עם מבנה ליניארי אשר מורכב מפחמימות.
תאית היא הביו פולימר והתרכובת האורגנית הנפוצה ביותר בטבע.
33 אחוז מהחומר שמקורו בצומח הוא תאית.
לדוגמה, בכותנה ישנם 90 אחוז תאית, ואילו בעץ ישנם 50 אחוזי תאית.
ננוצלולוז, או צלולוז מיקרופיברילי הוא ביופולימר המורכב ממיקרופיברילות של צלולוז בגודל ננומטרי.
רוחבו הממוצע נע בין 5–20 ננומטר ואורכו נע בטווח רחב שבין עשרות ננומטרים ועד למיקרונים בודדים.
חומר זה הוא פְּסֵאוּדוֹ-פלסטי ומכך תצורותיו הן מגוונות.
ניתן לייצרו כקצף, אירוג'ל, כשכבות ננוצלולוז קשיחות וחזקות וכפולימרים גבישיים בלתי חדירים לגז.
הבדל גדול אך הגדרתי ברובו, בין ביופולימרים לפולימרים אחרים ניתן למצוא במבנם.
כל הפולימרים עשויים מתתי-מבנים שחוזרים על עצמם הנקראים מונומרים.
ביופולימרים לרוב בעלי מבנה מוגדר, אך זו אינה הגדרה מכלילה (לדוגמה: ליגנו-צלולוז).
במקרה של חלבונים, ההרכב הכימי המדויק והרצף שבו היחידות מסודרות נקרא מבנה ראשוני.
ביוספירה 2 הוא מתקן מחקר מדעי בבעלות אוניברסיטת אריזונה החל משנת 2011. מטרת המתקן היא לחקור, ללמד וללמוד על כדור הארץ, המערכות שעל פניו ומיקום כדור הארץ ביקום.
זהו מבנה בעל שטח של 12,700 מטרים רבועים שנבנה במקור כמערכת אקולוגית מלאכותית סגורה בעיר אורקל (Oracle) במדינת אריזונה בארצות הברית, על ידי יוזמה משותפת של מספר גופים שהמנהל הראשי שלה היה ג'ון פ.
המימון הגיע ישירות מהיוזמה ועלה 200 מיליון דולר משנת 1985 ועד שנת 2007, כולל אדמה, חממות ומגורי הצוות.
במאה ה-19 השטח היה חלק מחווה בשם סמנייגו.
אחרי מספר שינויי בעלות בשנות ה-60 וה-70 של המאה ה-20 שימש המקום כמרכז כנסים של חברת מוטורולה.
בשנות ה-80 נרכש השטח על ידי אוניברסיטת אריזונה והחל לשמש למחקר סביבתי.
במחצית השנייה של שנות ה-80 החלה האוניברסיטה בבניית המתקן הנוכחי למחקר ופיתוח טכנולוגיות שיאפשרו התיישבות בת-קיימא בחלל.
מתקן הזכוכית והחלל נבנה באורקל, אריזונה, למרגלות הרי סנטה קטלינה, כ-50 דקות צפונית לטוסון.
גובהו הוא כ-1,200 מטר מעל פני הים.
יער גשם המתפרש על שטח של 1,900 מ"ר.
אוקיינוס עם שונית אלמוגים בשטח של 850 מ"ר.
ביצות מנגרובים בשטח של 450 מ"ר.
בנוסף קיימים במתקן שני אזורים אנתרופוגניים: מערכת חקלאית בשטח של 2,500 מ"ר ובית גידול אנושי עם חללי מגורים, מעבדות וסדנאות.
מתחת לאדמה היה חלק נרחב מהתשתית הטכנית.
מי חימום וקירור זרם דרך מערכות צנרת עצמאיות וקלט סולארי פסיבי דרך פאנלי מסגרת הזכוכית שכיסו את רוב המתקן.
חשמל סופק לביוספרה 2 מתחנת כוח המבוססת על גז טבעי במתקן.
המתקן תוכנן לחקור את רשת האינטראקציות בתוך מערכות חיים במבנה עם אזורים שונים המבוססים על ביומים ביולוגיים שונים.