tomron87/hebrew-wikipedia-sentences-corpus huggingface dataset:
כיום (2014), מספר קבוצות בעולם מנסות לבנות "מכונות חישוב" שיביאו לידי ביטוי את יתרונן של המולקולות הביולוגיות וקודם כל את המאפיין הבסיסי ש"הסידור" הביולוגי הטבעי מאפשר, כלומר ביצוע של תהליכים רבים במקביל.
תחום יישומים שענינו הדבקת כמויות עצומות של פיסות DNA על מצע זכוכית למשל.
סוג כזה של "מכונה", כאשר חושפים אותו ל"תמיסה" מתאימה של מולקולות ביולוגיות, יכול לבצע במקביל תהליכים רבים.
בין השאר, קבוצת חוקרים מהטכניון בישראל הדגימו יכולת לקדד את סמל הטכניון על סוג כזה של שבב DNA.
התחום נראה מושך מכיוון שניתן כיום לתכנן רצף DNA רצוי ולהזמין את המולקולה עצמה בדואר ובמחיר סביר.
תחום שעניינו ביצוע תהליך שבסופו מתקבלים העתקים זהים, או כמעט זהים של רצפים גנטיים, בהשוואה למקור שעל פיו הם נעשו.
שיבוט יכול להתבצע במגוון שיטות שחלקן מערבות תהליכים של ביולוגיה סינתטית.
באופן מיוחד מעניינת היכולת לשבט מיני בעלי חיים שכבר נכחדו.
בסוף 2009, דווח על שכפול יעל מסוג מסוים, על ידי השתלת קוד גנטי שנלקח מתאי עור של המין הנכחד, אל תוך ביציות של עז בית רגילה.
הפריה חוץ-גופית היא תהליך לטיפול בעקרות.
השיטה העקרונית היא ביצוע של ההפריה בצורה מבוקרת ובמעבדה.
יש לנושא היבטים רגולטוריים ורבי משמעות, כמו למשל, עצם היכולת לשמור כמויות גדולות של עוברים לתקופות זמן ארוכות.
הוכח כבר, כי ניתן לגדל אדם מעובר (ביצית מופרית) שהיה בהקפאה 12 שנים ולפחות תאורטית, אין מגבלה פיזיקלית לזמן האחסון של עוברים בהקפאה, על כל מה שמשתמע מכך.
אחת מהמגמות החשובות בניסיון לצמצם את זיהום כדור הארץ, היא המגמה של להימנע משימוש באריזות מחומרים מלאכותיים שאינם מתכלים גם במשך אלפי שנים, לאחר ש"זורקים אותם לפח".
פתרון אפשרי לנושא הוא ייצור אריזות מתכלות המבוססות על חומרי אריזה שהם תוצרים של ביולוגיה סינתטית.
לדוגמה, לחברת TIPA, מישראל, יש את היכולת לייצר אריזת מזון שמתכלה לאחר שלושה חודשים – במגוון גדול של פורמטים.
ישנן מספר טכנולוגיות מפתח אשר חיוניות לצמיחת הביולוגיה הסינתטית.
הקונספטים העיקריים כוללים סטנדרטיזציה ויצירת היררכיה מופשטת של חלקים ביולוגים על מנת לאפשר שימוש בחלקים הללו ליציאת של מערכות סינתטיות מורכבות.
הישגים אלו מאופשרים באמצעות טכנולוגיות בסיסיות של קריאה וכתיבת DNA אשר משתפרות כל הזמן במושגים של מחיר/איכות (Kurzweil 2001).
מדידות תחת תנאים שונים הן חיוניות לצורך יצירת מודלים של עיצוב באמצעות מחשב (תיב"ם).
ריצוף DNA הוא תהליך קביעת סדר הנוקלאוטידים במולקולת DNA או RNA.
בהפשטה מסוימת "ריצוף DNA" עוסק ביכולת "לקרוא" את ה-DNA.
אוסף הטכנולוגיות המטפלות ב"אנליזת ה-DNA" לכן, מהווה את התשתית לביולוגיה הסינתטית.
טכנולוגיות אלו משתפרות בהתמדה, הן ברמת הדיוק (שיעור השגיאות) והן ברמת המחיר, כפי שאפשר לראות בגרף משמאל.
סינתזת DNA היא התהליך שעוסק בבניית מולקולות DNA על בסיס שימוש בתהליכים "טבעיים" או באופן מלאכותי לגמרי.
במהלך השנים האחרונות, מתפתח מגוון גדול של שיטות לסינתוז DNA, כאשר, בדרך כלל, שיטות אלו משלבות כמה טכנולוגיות ל"כתיבת" ה-DNA ובהמשך להן, "תיקון שגיאות" במגוון טכנולוגיות נוספות.
"תיקון השגיאות" מתבסס בדרך כלל על היכולת לפסול רצפים לקויים שהתקבלו.
תכנון ועיצוב של מולקולות ביולוגיות
בשנים האחרונות נעשים מאמצים לפשט את התהליך על ידי כתיבת סוג של מהדר (Compiler) שיהיה מסוגל לתרגם תכונות רצויות למבנה מולקולרי, תוך שהוא מאפשר "לדבג" את התוצר.
לאחר שמסתיים תהליך ה"תכנון/ עיצב" ניתן לשלוח את הקידוד הסופי לאחת מהחברות שיודעות לסנתז מולקולות DNA ואז, במעבדה יחסית פשוטה, "לגדל" את אותו דבר בו היינו מעוניינים מלכתחילה.
אחת הטכנולוגיות המבטיחות שהחלה להתפתח משנת 2006 ואילך נקראת DNA אוריגמי.
טכנולוגיה זו עושה שימוש ברצפי DNA חד גדיליים שעל ידי שילוב של טכניקות "קיפול" ניתן לבנות מהם ננורובוטים המסוגלים לבצע מספר גדול של "משימות" בתוך זרם הדם של בעלי חיים.
אחת הדוגמאות המובילות בהקשר זה הם ננורובטים שיכולים לשאת תרופה מסוימת, לשחות בזרם הדם, לזהות תאי יעד מסוימים ו"לשחרר את המטען המועיל" שלהם רק לתוך אותו תא יעד שהוגדר כמטרה על ידי מתכנן הרובוט.
טכנולוגיה זו עשויה להוות פריצת דרך במערך הפתרונות ללחימה במחלות סרטן מסוגים שונים.
אחת המעבדות היחידות בעולם, שעוסקות בתחום הננורובוטיקה של חברת Augmanity Nano המנוהלת על ידי החוקר הישראלי ד"ר עידו בצלת.
ביולוגים מעוניינים ללמוד על התפקוד של מערכות טבעיות.
דרך פשוטה וישירה לבחון את ההבנה של מערכת טבעית חיה היא לבנות מודל או גרסה של המערכת בהתאם להבנה הנוכחית שלנו.
דוגמה לגישה כזו היא עבודתו של מיכאל אלוויץ' על רפרסילטורים (Repressilator).
המהווה מודל כיצד גנים מתבטאים בתוך תאים חיים.
על מנת לבחון את המודל שלו, הוא לקח פיסת דנ"א בהתאם למודל שלו והחדיר אותה לתוך תא חי.
ההתאמה בין החיזוי לתוצאות איששה את המודל שלו.
בעבודה מסוג זה יש שימוש טוב במתמטיקה אשר עוזרת ללמוד ולחזות את הדינמיקה המתרחשת בתוך מערכת ביולוגית.
במהלך השנים נוצרו מגוון רחב של תיאורים מתמטיים ברמות שונות של דיוק, המשתמשים בכלים כגון תורת הגרפים, רשתות בוליאניות, משוואות דיפרנציאליות רגילות, סטוכסטיות ועוד.
מערכת ביולוגיות עשויות מחומרים כימיים שונים.
לקראת סוף המאה ה-20 מדע הכימיה עבר שינוי: מלמידה על כימיקלים טבעיים, ליצירה וסינתוז של חומרים כימיים סינתטיים.
המעבר הזה הוביל ליצירת תחום מחקר חדש בשם כימיה סינתטית.
במובן מסוים, אספקטים שונים בביולוגיה סינתטית יכולים להיבחן כאפליקציה והרחבה של כימיה סינתטית אל הביולוגיה: מיצירה של ביו-כימיקלים אל למידה של מקור החיים על כדור הארץ.
ביולוגיה סינתטית כוללת בתוכה הרחבה והגדרה מחדש של ביוטכנולוגיה, כאשר המטרות נוסחו מחדש: יצירה ועיצוב של מערכות ביולוגיות אשר מעבדות מידע, מבצעות מניפולציה על כימיקלים, מייצרות חומרים ומבנים מורכבים, מייצרות אנרגיה, מספקות מזון וגם שומרות ומחזקות את בריאות האדם.
דוגמה לטכנולוגיות הללו כוללת את העבודה של Chris Vogit, אשר עיצב מחדש את מערכת ההפרשה Type III שמשמשת את Salmonella typhimurium על מנת להפריש את חלבוני משי המשמשים עכבישים לטוויות הרשתות שלהם.
חלבון זה הוא חומר ביולוגי חזק ואלסטי אשר החליף את החלבונים המדביקים הטבעיים של הסלמונלה.
אספקט נוסף של ביולוגיה סינתטית אשר מבדיל אותה מהנדסה גנטית מסורתית הוא הדגש הכבד על פיתוח טכנולוגיות יסודיות אשר יאפשרו הנדסה של יצורים ביולוגים בצורה פשוטה ואמינה יותר.
דוגמה טובה להנדסה בביולוגיה סינתטית כוללת את העבודה החלוצית של טים גארדנר וג'ים קולינס על מתג גנטי ומסדי נתונים לדוגמת Registry of Standard Biological Parts ו-International Genetically Engineered Machine competition (iGEM).
מחקרים בביולוגיה סינתטית יכולים להיות מחולקים לתחומים שונים בהתאם לגישה בה הם ניגשים לבעיה או השאלה שבה הם מתמקדים: עיצוב photocell, הנדסה ביו-מולקולרית או הנדסה גנומית.
הגישה ה-photocell כוללת פרויקטים ליצירה של מערכות המשתכפלות בצורה עצמאית ועשויות כולן מרכיבים סינתטיים.
הנדסה ביו-מולקולרית כוללת גישות שמטרתן יצאת ארגז כלים של יחידות פונקציונליות אשר ישמשו ליצירת מולקולות עם פונקציונליות שלמה בתוך תאים חיים.
הנדסה גנטית כוללת גישה של יצירת כרומוזומים סינתטיים לאורגניזמים מינימליים או שלמים.
עיצוב ביו-מולקולרי מתייחס לרעיון הכללי של עיצוב דה-נובו וקומבינציה של רכיבים ביו-מולקולריים.
המשימה של כל אחת מהגישות הללו היא דומה: יצירה של מכונה סינתטית ברמה גבוהה יותר של מורכבות באמצעות מניפולציה של רכיבים ביולוגים טבעיים או סינתטיים קיימים.
אחד החששות הגדולים בתחום הביולוגיה הסינתטית הוא היווצרות מצב בו רק תאגידי ענק יעסקו בו תוך שהם חוסמים את הציבור הרחב ו/או חברות קטנות על ידי יצירת מחסומים סביב הקניין הרוחני – למשל על ידי הגנת הפיתוחים השונים באמצעות פטנטים.
כמו כן גורמים שמרניים מביעים חשש מ"התערבות במעשה הבריאה".
בשנים האחרונות מתפתחת "תנועה" של חוקרים הגורסים שיש לאפשר את מחקר הנושא בארכיטקטורה פתוחה – כך שחלקים נרחבים מהמידע ושיטות העבודה יהיו זמינים לציבורים רחבים של חוקרים ומפתחים ותיווצר "דינמיקה מאיצה" שתאפשר התפתחות חופשית של התחום.
הניסיון לפתח "מהדר" (גנום קומפיילר), פרסום חופשי של הגנום האנושי, הקמת מעבדות ביולוגיה פתוחות לציבור וכדומה – הם צעדים משמעותיים בכיוון זה.
ביולוגיה ימית היא תחום של מדעי הטבע החוקר את האורגניזמים בסביבה ימית, מאגמים ועד אוקיינוסים.
הדיסציפלינה מתבססת על מיון ענף הביולוגיה לפי בית גידול במקום לפי טקסונומיה.
הביולוגיה הימית חוקרת את האורגניזמים עצמם.
תחום הדעת העוסק בחקר יחסי הגומלין המערכתיים בין האורגניזמים נקרא .
הביולוגיה הימית עוסקת במגוון רב יותר של אורגניזמים מאשר כל תחום אחר בביולוגיה.
הימים מכסים מעל 70% משטח כדור הארץ, ובשל עומקם, כמות האורגניזמים בהם גדולה פי 300 מזו שבשטח היבשתי.
למרות ההשפעה הגדולה שיש לימים והסביבה הימית על היבשה כמות המחקרים שנעשו עד כה בסביבה הימית קטנה עשרות מונים מאלו שנעשו בסביבה היבשתית.
בשנת 1832 ז'אן וילפרו-פאוור בנתה לראשונה אקווריום לצורכי חקר יצורים ימיים.
הביולוג הימי משלב עבודה במעבדה עם עבודת שטח הנעשית בצלילה או שיט ופעמים רבות ביולוגים ימיים הם בעלה הכשרה במיומנויות אלה.
בתחום הביולוגיה הימית התפתחו שיטות מחקר חדשניות, שנועדו לבצע מחקר מבלי לפגוע בסביבה הרגישה, בעיקר שונית אלמוגים, כגון מחקר המתבסס על אקוסטיקה תת-מימית.
הביולוגיה הימית מבחינה בין מספר בתי גידול ימיים, הנבדלים זה מזה בפרמטרים כגון אור, חום, הרכב כימי (תכולת חמצן, מליחות וכו'), לחץ אטמוספירי ופרמטרים נוספים וכן רגישות פרמטרים אלה לשינויים בסביבות משיקות.
השוני בין בתי הגידול מוביל לקיום אוכלוסיות שונות של אורגניזמים.
האזור הפלגי (הים הפתוח), על חלוקותיו לפי עומק
שכבת מתח הפנים של פני המים, השכבה הדקיקה הבאה במגע ישיר עם האוויר
נביעות הידרותרמיות, ובפרט מעשנות שחורות
תהומות או מצולות – הבקעים העמוקים כגון תהום מריאנה
ב-1968 הקים היינץ שטייניץ מהאוניברסיטה העברית בירושלים את המעבדה לביולוגיה ימית באילת.
ב-1986 נבנה על בסיס המעבדה המכון הבין-אוניברסיטאי למדעי הים באילת, בו משתתפות כל האוניברסיטאות בישראל, כמכון מחקר רב תחומי העוסק במדעי הסביבה הימית ובכלל זה בביולוגיה ימית.
לימודים לתואר ראשון מתקיימים במרכז האקדמי רופין, במסגרת החוג לביוטכנולוגיה ימית וכן החוג למדעי הים והסביבה הימית, כמו כן, פועלת מגמה לביולוגיה וביוטכנולוגיה ימית באוניברסיטת בן-גוריון במסגרת לימודים לתואר ראשון במחלקה למדעי החיים, הלימודים מתקיימים בשנה הראשונה והשנייה בקמפוס באר שבע של האוניברסיטה ובשנה השלישית בקמפוס אילת של האוניברסיטה.
הלימודים כוללים הן קורסים בקמפוסים והן התנסויות פרקטיות בשטח לרבות צלילות וסיורים בחופי הארץ.
חוגים ייעודיים לנושא המקיימים לימודים לתואר שני מתקיימים בשלוחת אוניברסיטת בן-גוריון בנגב באילת ובאוניברסיטת חיפה.
ביום מן הימים הוא סיפור מדע בדיוני קצר שנכתב בידי אייזיק אסימוב בשנת 1956, ותורגם לעברית ב-1976 בקובץ 'גדול ורחב הוא העולם' ושוב ב-2009 תחת השם 'בבוא היום' בקובץ 'כתבי אייזיק אסימוב כרך 1'.
הסיפור הוא חלק מסיפורי מולטיוואק.
הסיפור מתרחש בעתיד בו המחשבים מהווים חלק מרכזי בחברה.
בני אדם מפעילים את המחשבים, אבל המחשבים מבצעים את כל השאר.
תכנות בינארי נלמד בבתי הספר, וקריאה וכתיבה נעשות מיושנות.
הסיפור הוא על שני נערים שמשדרגים מחשב ישן שנועד ליצור מעשיות עבור ילדים.
הנערים מורידים ספר על מחשבים לזיכרון של המחשב הפייטן כדי להרחיב את אוצר המילים שלו, אבל הפייטן פשוט משלב מחשבים לתוך המעשיות הרגילות שלו.
הסיפור מסתיים לאחר שהנערים עוזבים בהתרגשות את החדר לאחר שהחליטו ללכת לספרייה כדי ללמוד כתיבה כאמצעי להעברת מסרים סודיים.
כשהם עוזבים, אחד הנערים בועט בטעות במספר ומפעיל אותו.
לבד בחדר, המספר מתחיל לספר סיפור על מחשב עני בשם "הבארד", שסובל מהתעלמות והתעללות מהאנשים החורגים שלו, שדורשים ממנו כל הזמן ליצור מעשיות.
הסיפור מסתיים במילים: "המחשב הקטן ידע שהמחשבים יגדלו ויהיו חכמים וחזקים יותר ויותר; וביום מן הימים- ביום מן הימים-".
ביוליין אר אקס בע"מ (.BioLine RX Ltd) היא חברה ישראלית העוסקת בפיתוח תרופות.
מטרת החברה היא לגלות תרכובות שיסייעו לטיפול במגוון מחלות, ולפתח אותן למוצר שניתן לשיווק.
מניות החברה נסחרות בנאסד"ק ובבורסה לניירות ערך בתל אביב, שם היא כלולה במדד ת"א טק-עילית.
ביוליין נוסדה בשנת 2003 כיוזמה משותפת של טבע, קבוצת גיזה, קבוצת פיטנגו, הדסית ביו-הולדינגס, והרשות לפיתוח ירושלים.
בשנת 2004 זכתה במכרז להקמת חממה לביוטכנולוגיה בתמיכת המדען הראשי במשרד התעשייה והמסחר.
החממה משמשת מסגרת הן פיזית והן ארגונית ועסקית לפרויקטים של החברה, ונהנית מתמיכה ממשלתית.
בדצמבר 2011 חתמה ביוליין על הסכם שיתוף פעולה עם קומפיוג'ן לצורך פיתוח תרופות.
לפי ההסכם, קומפיוג'ן תשתמש במערכות הממוחשבות שברשותה על מנת לאתר תרופות בעלות פוטנציאל, בעוד ביוליין תעביר תרופות אלו את תהליכי הפיתוח הקליניים ואת תהליכי השיווק.
בדצמבר 2014 נכנסה החברה לשותפות אסטרטגית עם חברת התרופות העולמית נוברטיס, במסגרתה ישתפו החברות פעולה בפיתוח ובשיווק תרופות.
במסגרת ההסכם רכשה נוברטיס 12.8% ממניות החברה תמורת 10 מיליון דולר.
בשנת 2007 ביצעה החברה הנפקה ראשונה לציבור בבורסה בתל אביב, בה גייסה סכום של 211.4 מיליון ש"ח - הסכום הגדול ביותר שהצליחה חברת ביוטק לגייס בהנפקה ראשונה עד לאותו זמן.
ביולי 2011 נרשמה החברה למסחר בנאסד"ק כמניה דואלית.
במרץ 2014 הנפיקה לראשונה מניות בנאסד"ק תמורת 24.1 מיליון דולר.
במרץ 2015 ביצעה הנפקה נוספת בנאסד"ק, תמורת 28.75 מיליון דולר.
ביוני 2015 נכנסה החברה לראשונה למדד תל אביב טק-עילית.
החברה מפתחת תרופות למגוון רחב של סוגי מחלות.
בין המחלות והתסמינים שהחברה פיתחה או מפתחת תרופות עבורם: כאב נוירופתי, פגיעה חריפה בכליות, מחלת מעי דלקתית, סוכרת מבוגרים, איבוד משקל בקרב חולי סרטן, זיהומים חיידקיים, דלקת מפרקים שגרונית, צליאק, פסוריאזיס, גידולים סרטניים מוצקים, אוטם שריר הלב, סכיזופרניה, סרטן הערמונית ועוד.
שיטת הפעולה של החברה, כפי שהיא מתוארת בדוחותיה, היא כדלהלן:
החברה תחילה מחפשת תרופות פוטנציאליות שהתגלו על ידי מוסדות מחקר אקדמיים או על ידי חברות ביוטכנולוגיה.
לאחר איתור התרופות, החברה בודקת אותן ומסננת אותן באמצעות מערכת ממוחשבת הנקראת MedMatrx.
לאחר מכן בוחנת החברה את הפוטנציאל של התרופה, מבחינה מדעית, מבחינה עסקית ומבחינה משפטית (רישום פטנטים).
תרופות שהחברה החליטה שכדאי להשקיע בפיתוחן, עוברות לשלב הפיתוח, הכולל את השלבים הבאים:
שלב הפיתוח הפרה-קליני - שלב זה כולל ניסויים שאינם בבני אדם, שנועדו לבחון את מאפייניה של התרופה, השפעותיה האפשריות על בני אדם, ופיתוח תהליכי ייצור מבוקרים של התרופה.
שלב זה הכרחי על מנת לקבל אישורים לביצוע ניסויים בבני אדם.
שלב הפיתוח הקליני - שלב זה כולל ניסויים ראשוניים מבוקרים בבני אדם.
שלב קליניקה מתקדם - שלב זה כולל ניסויים קליניים נרחבים בבני אדם.
בתום שלב זה יכולה החברה לקבל אישורים לשיווק של התרופה.
לאחר תום שלבי הפיתוח והשגת האישורים, החברה פועלת לשיווק המוצר המוגמר.
את שלבי הניסויים הקליניים המתקדמים, ההתנהלות מול הגופים הבירוקרטיים להשגת האישורים הסופיים, וכן שיווק התרופה, מבצעת החברה בדרך כלל בשותפות עם חברות תרופות גדולות, אשר להן ידע וניסיון המתאימים לפעילויות אלו.
ביום של הפצצה (באנגלית "Rami 1") הוא אלבום הבכורה של הזמר רמי קלינשטיין, שיצא בשנת 1986.
הפריצה של קלינשטיין הגיעה עם הוצאת האלבום שיצא בחברת התקליטים החדשה של רוני בראון, הליקון והגיע במהירות למעמד "אלבום זהב".
האלבום נחשב לאחד האלבומים המצליחים ביותר של קלינשטיין.
קלינשטיין הלחין ועיבד את כל שירי האלבום, שביניהם הצליחו מאוד: שיר הנושא וכן "את שרה ברדיו", "אש", "הניחי לי", והדואט "שבועה" עם ריטה.
ההרכב הבסיסי בהקלטות כלל בין היתר את: נאור דיין בגיטרות וקולות, צוף פילוסוף בבס וקולות, ואלון הלל בתופים וכלי הקשה, והם גם ליוו את קלינשטיין בהופעותיו הטלוויזיוניות, בהן הוא משך תשומת לב מיוחדת כשניגן בקלידים שלו כשהם תלויים על צווארו כמו גיטרה חשמלית.
בשירת קולות באלבום הצטרפו גם ריטה, דן תורן, מיקי שביב ואחרים.
הרבה שירים שולבו בתוכניות פופ שונות בטלוויזיה, כשלחלקם, למשל: "זמן גשום", "אש" ו-"שיר מִדְבָּר" יצרו אהרון קפלן ואמיר מלמד גם קליפים.
בעקבות הצלחת האלבום יצא קלינשטיין לסיבוב הופעות בשם "אש על הבמה".
שירים: "אורה" ו-"ככה את רצית אותי" נכללו בהוצאת התקליטור ולא נכללו בהוצאת התקליט.
עיבודים והפקה מוזיקלית: רמי קלינשטיין.
סייעו בהפקה: נאור דיין, צוף פילוסוף, ראובן שפירא וריטה.
פסנתר, אורגן, סינתיסייזר, קלידים, שירה, קולות: רמי קליינשטיין.
תופים וכלי הקשה: אלון הלל.
כלי הקשה ב-"במקום שבו אני עומד": אלון הלל, איגי דיין ורמי קלינשטיין.
גיטרה בס ב-"זמן גשום": מיקי שביב.
קולות: ריטה, נאור, הוד ואיגי דיין, מייקל בנסון, דן תורן, מיקי שביב, צוף, אהרן וירמי קפלן, מתי גודמן ורמי קלינשטיין.
מפיקות: תמי סטמרי ומיכל ברנט.
הוקלט באולפני "טריטון", "די.בי.", "סינטרון".
טכנאי הקלטה, מיקס ועריכה: ראובן שפירא.
עוזר טכנאי: פבלו ושלר, עודד פרח, דרור פלנצמן, תימורה גיל, גיל סמנטה.
הכנה דיגיטלית לחיתוך: אולפני "קולינור" - אמיל בר, דודו רודן.
עיצוב עטיפה: דוד גרוסמן + יקי מולכו.
ביולוגיה קוונטית עוסקת בתופעות קוונטיות בצמחים ובבעלי חיים, ומחפשת תשובות לשאלה האם התופעות הקוונטיות כדוגמת סופרפוזיציה קוונטית, מנהור, ושזירה קוונטית (entanglement) מתרחשות בתא החי, ואם כן, מה השפעתן.
מכניקת הקוונטים עוסקת בחלקיקים היסודיים ביותר ובמובן טריוויאלי זה נמצאת בכל דבר וגם בתא החי, אך הביולוגיה הקוונטית תרה אחרי התופעות נוגדות האינטואיציה של מכניקת הקוונטים, ומנסה לראות אם הן מעניקות לאורגניזם יתרון, והאם האבולוציה דחפה אותן.
קיימות תופעות ביולוגיות, כגון פוטוסינתזה, שמעבר האנרגיה בהן הוא כה מהיר, שההסבר היחיד הקיים להן היום הוא קוונטי.
השתתפות של אפקטים קוונטיים בתהליכים ביולוגיים היא לכאורה מפתיעה משום שאפקטים קוונטיים זקוקים לקוהרנטיות, כלומר סביבה ללא הפרעות.
הם מוכרים לנו רק בתנאי מעבדה קיצוניים של ואקום וטמפרטורות קרובות לאפס המוחלט.
בסביבה המורכבת והרועשת של התא החי הדבר דומה לגלים שנוצרים מזריקת אבן למים, בבריכה סוערת הם ייעלמו במהירות.
כשחלקיק מוקף בשלל חלקיקים אחרים האינטראקציה עם הסביבה מפרקת את הסופרפוזיציה והאפקט הקוונטי מתבטל.
על אף זאת נמצאו ראיות שתהליכים אלה אכן קיימים בתא החי ויש להם השפעה ביולוגית.
תחום מדעי זה הוא בראשיתו.
בחלק מהמקרים ייתכנו הסברים קלאסיים לתופעות, וגם במקרים שהניסויים האמפיריים הוכיחו אפקט קוונטי, לא ברור עד כמה השפעתו משמעותית והאם האבולוציה דחפה את התהליכים האלה.
המבשרים המוקדמים של הביולוגיה הקוונטית
באוגוסט 1932 נשא נילס בוהר הרצאה בכותרת "אור וחיים" (Light and Life) בכנס על טיפול רפואי בעזרת אור.
בוהר היה פיזיקאי ולא היה קרוב לתחום הביולוגיה, אך בהרצאה הוא העלה מחשבות על מה שתורת הקוונטים החדשה, אותה עזר לנסח עשור קודם, יכולה לומר על החיים.
הוא סבר שהתובנות הפיזיקליות החדשות של מכניקת הקוונטים מספקות בסיס חדש להבנת תהליכים ביולוגיים.
בקהל היה פיזיקאי צעיר בשם מקס דלבריק.
דלבריק פרש את רעיונותיו של בוהר כקריאה לחקר הגנטיקה בצורה פיזיקלית.
באותו זמן מולקות הדנ"א טרם פוענחה ולא היה ידוע הקשר שלה לגנטיקה.
דלברוק חקר תורשה של נגיפים וביסס את הגנטיקה כמדע העוסק בהעברת אינפורמציה, עבודה שזיכתה אותו בסופו של דבר בפרס נובל.
מחקריו עוררו עניין באחרים, אחד מהם הוא ארווין שרדינגר, שגם הוא בין האנשים שניסחו את תורת הקוונטים.
בספר הוא מעלה השערה שמוטציות הן שינוי במבנה המולקולרי של "גן" – אף שאז עוד לא הובן מהו גן – השינוי נשלט על ידי החוקים של מכניקת הקוונטים, והגנים מסודרים במבנה שאותו כינה גביש אפריודי, כלומר מבנה מסודר ומאורגן אך לא מחזורי שמכיל פריטים רבים של מידע.
הוא גם מעלה בספר השערה שמוטציות נגרמות על ידי "קפיצות קוונטיות" כלומר מעבר אטומים ממקום אחד לשני.
פיזיקאי נוסף שנמשך לתחום בעקבות דלברוק הוא פרנסיס קריק, שב-1953, יחד עם ג'יימס ווטסון הראה ששרדינגר צדק, גנים בנויים מאבני בניין מולקולריים לאורך הסליל הכפול.
בשנת 1962 הוענק להם פרס נובל על גילוי מבנה הסליל הכפול של ה-DNA.
ב-1963 כתב פר אולוב לואודין () על מנהור פרוטונים כמכניזם נוסף למוטציות בדנ"א.
במאמר שכתב בנושא הוא גם טבע את שמו של התחום שהיה אז עתידי – "ביולוגיה קוונטית".
מתחילת המאה ה-21 התחום זוכה להתעניינות רבה, הוא נחקר בעזרת מודלים ובצורה אמפירית, ונמצאו ראיות לקיומם של תהליכים קוונטיים.
תהליך הפוטוסינתזה מתחיל כשפוטון באורך הגל המתאים פוגע במולקולת כלורופיל.
מולקולת הכלורופיל פולטת חלקיק אנרגיה שנקראת אקסיטון, האקסיטון מגיע למרכז הריאקציה () שהופך את אנרגיית האור למטען חשמלי כימי על ידי כך שהוא פולט אלקטרון שנשמר במאגר.
אלקטרונים אלה משתתפים בשלב הבא בתהליך חמצון-חיזור שבסופו מים ו-CO2 הופכים לסוכר.
אך כדי להגיע למרכז הריאקציה על האקסיטון לפלס את דרכו בין מולקולות הכלורופיל הצפופות האחרות.
אם הוא יעשה זאת במסלול אקראי, הדרך תהיה ארוכה והרבה מהאנרגיה ילך לאיבוד בגלל התנגשויות עם המולקולות האחרות.
בפועל מדידות מדויקות הראו שנצילות הפוטונים היא כמעט מאה אחוז, כמעט כל פוטון שנקלט מגיע למרכז הריאקציה והוא עושה זאת תוך פיקושנייה, שהיא מיליונית של מיליונית שנייה.
מהירות כזאת ונצילות כזאת אי אפשר להסביר באמצעות פיזיקה קלאסית.
ההסבר הקוונטי גורס שהאקסיטון נמצא בסופרפוזיציה קוונטית, אין לו מקום מסוים אלא הוא מתפשט כגל עד שפונקציית הגל קורסת.
כך הוא בפועל עובר בבת אחת דרך כל המסלולים האפשריים, ומובטח לו להגיע למרכז הריאקציה בדרך הקצרה ביותר.
לשם כך הסביבה צריכה לשמור על קוהורנטיות לפרק זמן יחסית ארוך במובנים קוונטיים.
עדיין לא ברור איך זה נעשה, ייתכן שנוצר סוג של מיסוך להפרעות שמצליח לשמר את הקוהרנטיות לזמן קצר.
על פי מכניקת הקוונטים חלקיק לא נמצא במקום מסוים, המיקום שלו מוגדר על ידי פונקציית גל שמתארת את ההסתברות שלו להיות במקום כלשהו.
ההסתברות היא גבוהה סביב אזור מסוים, וקטנה יותר אך לא אפס בנקודות מרוחקות, גם אם הן מעבר למחסום אנרגטי.
באנלוגיה הדבר דומה לכדור שנזרק אל קיר ומיד מופיע מצידו השני.
בעולם היומיום התופעה אינה מוכרת לנו, אך בתחום החלקיקים היא קורית, והיא נקראת מנהור קוונטי.
מנהור קורה בטבע, למשל ללא מנהור השמש לא הייתה זורחת.
מנהור גם מנוצל במכשירים כגון מיקרוסקופ מנהור, אבל מכשירים אלה עובדים רק בתנאים מחמירים של ואקום וטמפרטורה קרובה לאפס המוחלט.
בסביבה מרובת חלקיקים ורועשת, הסופרפוזיציה קורסת מיד, לכן מנהור בממלכת הביולוגיה לא היה צפוי.
אחת הסברות היא שמנהור מסייע לזירוז פעולת האנזימים.
בתהליך כימי דרושה השקעה של אנרגיה ראשונית בצורת חום שנקראת אנרגיית שפעול, כדי להחליש את הקשרים הקיימים בין האטומים ולהעביר את המולקולה למצב ביניים.
במצב הביניים האנרגיה של המולקולה היא הגבוהה ביותר, וזהו מצב רגעי שלאחריו היא מתפרקת.
אנזימים הם חלבונים שמזרזים תהליכים כימיים על ידי כך שהם מורידים את הרמה של מצב הביניים ולכן את כמות האנרגיה שצריך להשקיע.
כך הם מסייעים לחיבור או פירוק של מספר חומרים "מגיבים" כדי ליצור חומרים חדשים שנקראים "תוצרים".
העתקת אטום המימן כרוכה בהשקעת אנרגיה, ומנהור מאפשר לפרוטון (אטום המימן) לעבור את המחסום האנרגטי ללא צורך בהשקעת אנרגיה.
כדי לבדוק זאת אמפירית החליפו את המימן בדאוטריום, שהוא איזוטופ של מימן עם תוספת של נייטרון אחד בגרעין ולכן כבד פי שניים ממימן.
בתחום הקוונטי ככל שהחלקיק כבד יותר הסיכויים שלו לעבור מנהור קטנים יותר.
כצפוי, אכן שיעור המעבר לתוצר היה נמוך פי 100. אחד החוקרים, סיבארד, אף העלה סברה שאם כל אטומי המימן בגוף שלנו היו מוחלפים בדאוטריום היינו מתים, משום שהתהליכים הביולוגיים היו פשוט איטיים מדי.
ניסויים שנעשו על האנזים אלכוהול דהידורגנאז (שמשתתף בהתססה של יין ובירה), מצאו שקצב העברת הפרוטון הוא שונה עבור דאוטריום, בשיעור שמתאים למה שהיה צפוי לפי החישובים משינוי המסה.
המסקנה אושרה עבור מספר אנזימים נוספים.
אנזימים מאיצים תהליכים ביוכימיים בשיעור כה גבוה, שאין ספק שהם נעזרים במגוון מנגנונים כדי לעשות זאת.
ככל הנראה המנהור תורם רק מעט להאצת התהליך.
לא ברור אם האנזימים התפתחו אבולוציונית כדי להפיק תועלת ממנהור, או שמנהור פשוט קיים כתופעת לוואי שקורית בתהליך.
ציפורים נודדות למרחקים עצומים על פני כדור הארץ, והן עושות זאת בין היתר באמצעות חישה של השדה המגנטי על כדור הארץ.
השדה המגנטי על כדור הארץ הוא חלש מאוד והשינויים ממקום אחד לאחר הם זעירים, ולא ברור איזה מנגנון מאפשר חישה של שינויים כה קטנים.
קיימות שתי תאוריות על מנגנון החישה המגנטית () של הציפורים ובעלי חיים אחרים.
תאוריה אחת גורסת קיומם של חלקיקי מגנטיט בראשה של הציפור.
לפי הסברה השנייה המנגנון מבוסס על אחת התכונות הקוונטיות של האלקטרון – הספין.
ספין, בהפשטה, הוא הסחרור של האלקטרון עם כיוון השעון או נגד כיוון השעון.
בגלל הסחרור האלקטרון הוא מגנטי ורגיש לתנודות מגנטיות בסביבה.
במולקולות אלקטרונים נוטים להתחבר לזוגות של ספינים הפוכים כך שהמגנטיות שלהם מתבטלת, אך קיימים תהליכים שמפרידים בין האלקטרונים, ויוצרים זוג רדיקלים חופשיים.
ברשתית של אדום-החזה וכן בבעלי חיים אחרים כולל האדם, נמצא החומר קריפטוכרום שרגיש לאור.
כשפוטון פוגע בקריפטוכרום הוא גורם לשליפת אלקטרון מאחד האטומים והעברתו לאטום אחר.
כששני חלקיקים קיימים יחד באופן שהתכונות שלהן קשורות, למשל אם הם נוצרו בבת אחת מתוך אנרגיה, סכום הספינים שלהם חייב להיות אפס, והם "שזורים" קוונטית.
משמעות הדבר היא שאם נמדד הספין של אחד מהם והוא בכיוון השעון, הספין של השני יהיה בוודאות נגד כיוון השעון, אך כל עוד לא נמדד הספין של אחד מהם, הספין של שניהם איננו מוגדר והוא סופרפוזיציה של כל האפשרויות.
מדידת הספין של אחד האלקטרונים "בוחרת" את הספין של החלקיק הנמדד, ובו בזמן נקבע הספין של החלקיק המרוחק.
ההשערה ליכולת חוש כיוון שנוצרת משזירה קוונטית מבוססת על הרעיון הבא: עירור האלקטרון למצב אנרגטי גבוה יותר על ידי הפוטון שנספג בקריפטוכרום, מבוטא באלקטרון שהוא חלק מזוג בהעברת הזוג ממצב סינגלט-מצב היסוד של מערכת זו- למצב טריפלט.
כיוון שהמצבים הללו בעלי ספין אפקטיבי כולל שונה, הם מושפעים בצורה שונה תחת שדה מגנטי חיצוני בכך שרק הטריפלט מנסים להסתובב כדי להתיישר לפי קווי השדה החיצוני, ההשערה אומרת שלפי היחס בכמות של הזוגות שבמצבי הטריפלט לסינגלט הציפור יכולה לפענח את כיוון השדה המגנטי של כדור הארץ.
{ההשערה היא ששני האלקטרונים שהופרדו בקריפטוכרום הם שזורים קוונטית.
הם מגנטיים ורגישים לשדה המגנטי של כדור הארץ, ובגלל המרחק שנוצר ביניהם יש הפרש זעיר בתגובה שלהם לשדה המגנטי, והפרש זה מתפרש במוח ככיוון השדה המגנטי של כדור הארץ.
שזירה קוונטית, כמו שאר התופעות הקוונטיות, נעלמת מהר מאוד בגלל דה-קוהורנטיות, גם במעבדה קשה לשמור על שזירה קוונטית, ונשארת השאלה האם בתא החי היא יכולה להחזיק מעמד די זמן כדי שתהיה לה השפעה ביולוגית.
מולקולת דנ"א בנויה משתי שרשראות של נוקלאוטידים (בסיסים) בהן כל זוג בסיסים מחובר בקשרי מימן – אדנין ותימין מחוברים בשני קשרי מימן, וגואנין וציטוזין מחוברים בשלושה קשרי מימן.
קיימים שני בורות פוטנציאל לאורך קשר המימן וביניהם מחסום אנרגיה.
מקובל לחשוב שהבורות אינם סימטריים ובור אחד עמוק יותר מהשני, לכן פרוטון המימן יימצא בו ולא בבור הרדוד.
על פי תאוריית הקוונטים קיימת הסתברות שפרוטון המימן יעבור לצד השני דרך מנהור.
אם מנהור כזה מתרחש בזמן שכפול הדנ"א כשהסליל הכפול מופרד לשני גדילים, תקרה מוטציה, משום שמעבר פרוטון המימן לצד השני יגרום לכך שהבסיס לא יתחבר אל בן הזוג הרגיל שלו אלא לבסיס אחר.
ביומולקולה או מולקולה ביולוגית הן מולקולות המרכיבות את האורגניזמים החיים או את החומר החי ו/או משתתפים בחילופי החומרים שלו ומאפשרים את קיומו.
פרט למים הנחשבים חומר אנאורגני, כל היתר הן מולקולות אורגניות.
ששת היסודות הכימיים או ביו-יסודות המצויים בכמות הגדולה ביותר ביצורים החיים הם הפחמן, המימן, החמצן, החנקן, הזרחן והגופרית (C, H, O, N, P, S).
יסודות אלה הם המרכיבים העיקריים של הביומלקולות, מכיוון ש:
מאפשרים יצירת קשרים קוולנטיים על ידי שיתוף אלקטרונים, הודות להבדל הקטן ביניהם באלקטרושליליות.
קשרים אלה הם היציבים ביותר, כשכח הקישור הוא ביחס ישיר למסות האטומים המקושרים.
מאפשרים לאטומי הפחמן ליצור מבנים תלת-ממדיים –C-C-C- תוך יצירת תרכובות בעלות מספר משתנה של אטומי פחמן.
מאפשרים יצירת קשרים מרובים (כפולים ומשולשים) בין C ל-C, בין C ל-O, בין C ל-N, וכן במבנים קויים, ענפים, ציקליים (מעגליים), הטרוציקליים, וכו'.
מאפשרים ליצור מתוך יסודות מעטים מגוון עצום של קבוצות חומרים בעלי פונקציות, תכונות כימיות ופיזיקלות שונות:כהלים, אלדהידים, קטונים, חומצות, אמינים וכו')
פרט לששת היסודות הכימיים שהוזכרו, נמצאים בביומולקולות גם כמויות קטנות של יסודות כימיים נוספים:מתכות והלוגנים.
בסוגים אחדים של חלבונים המתכות מעניקות להם את תפקודם הספציפי.
דוגמה של ביומולקולה שבה משולב יון מתכת היא החלבון המוגלובין שבו משולב יון ברזל.ההמגלובין נמצא בתאי דם האדומים ובאמצעות הקטיון של ברזל מקשר את החמצן.
זה מאפשר הובלת החמצן דרך הדם מן הראות אל תאי הרקמות השונות בגוף.
דוגמה אחרת של ביומלקולה המשלבת יון מתכת היא הפיגמנט הביולוגי כלורופיל שבמולקולה שלו משולב יון מגנזיום.
ביומולקולות יכולות להיות מקרומולקולות כמו חלבונים, פחמימות, שומנים וחומצות גרעין, וכן מולקולות קטנות כמו מטבוליטים ראשוניים, מטבוליטים שניוניים, ו.....תוצרים טבעיים.
מונח כללי זהה לקטגוריה זו הוא "חומרים ביולוגיים".
הביומולקולות הן בדרך כלל אנדוגניות אך יכולות להיות גם אקסוגניות.
למשל, תרופות יכולות להיות תוצרים טבעיים או חצי-סינתטיים (ביופארמקה) או להיות סינתטיות לחלוטין.
הביולוגיה וענפיה - הביוכימיה והביולוגיה המולקולרית - חוקרות את הביומולקולות ותגובותיהן.
מרבית הביומולקולות הן תרכובות אורגניות.
אחידותם של סוגים שונים של מולקולות או של דרכים מטבוליות מסוימות בקרב צורות חיים שונות נקראת "אוניברסלים ביוכימיים" או "תורת האחדות החומרית של היצורים החיים", מושג מאחד בביולוגיה, יחד עם תורת התא ותורת האבולוציה.
ישנן סוגים שונים של ביומולקולות:
מספר הביומולקולות הקטנות יחסית מועט והן כוללות עד עשרות ומאות אטומים:
הם מולקולות אורגניות עם מספר אטומי פחמן נושאים פונקציות של כוהל (OH), אלדהיד או קטון.
המונוסכריד גלוקוז הוא מהותי לצורכי האנרגיה של התא, למשל כדי להבטיח תפקודם הראוי של החלבונים, בנוסף מונוסכרידים מהווים חומרי הבנייה הבסיסיים של חומצות הגרעין כמו DNA (דאוקסיריבוז) וRNA (ריבוז).
מונוסכרידים רבים מתחברים כדי ליצור פוליסכרידים.
הם נכנסים למבנה קיר התא, הצלולוז, המחסנים, ומהווים מרכיב מהותי בתזונה.
שומנים - מורכבים בעיקר מחומצות שומן וכהלים.
הם יוצרים את הקרום התא; משמשים גם כדלק חשוב לצורכי אנרגיה; בנוסף משמים לביוסינתזה של ההורמונים הסטרואידים ושל האיקוסנואיד
טריגליצרידים - המורכבים מגליצרול (גליצרין) המתחבר לשלוש חומצות שומן
פוספוליפידים - אסטרים של גליצרול שבהם שתי פונקציות כוהל עברו אסטריזציה בדי חומצות שומן והשלישית בידי חומצה זרחנית
סטרואידים - המורכבים ממבנה של 4 מעגלי פחמן
20 חומצות אמינו סטנדרטיות, הן אבני יסוד של בבנייתם של:
פוליפפטידים - ביומלקולות המורכבות ממעל 50 חומצות אמינו או מונומרים
הורמונים אחרים מסונתזים באורגניזם מפפטידים (הורמונים פפטידיים) או חלבונים (הורמון חלבוני)
8 נוקלאוטידים - אבני בנייה של חומצות הגרעין
ויטמינים - 13 במספרם - חומרים ללא ערך אנרגטי.
הצורך היומיומי בהם הוא מזערי.
הם ממלאים תפקיד חיוני במטבוליזם ומאפשרות תגובות כימיות רבות.
את רובם האורגניזם אינו מסוגל לסנתז ועליו לייבאם דרך המזון.
יש מונים 30 ביומולקולות יסודיות (primordial biomolecules) כאלה.
הן זהות בכל היצורים החיים.
נוצרות בדרך כלל על ידי פוליקונדנסציה של ביומולקולות יסודיות.
סינתוז המקרומולקולות - עד ממדים של מאות אלפי אטומים - מתחולל תוך חסכון מרבי בחומרים ואנרגיה.
ביומונומרים ביו-אוליגומרים ביופולימרים תהליך פילמור קשר קוולנטי בין מונומרים חומצות אמיניות אוליגופפטידים פוליפפטידים, חלבונים (כולל המוגלובין) פוליקונדנסציה קשר פפטידי מונוסכרידים אוליגוסכרידים פוליסכרידים פוליקונדנסציה קשר גליקוזידי איזופרן טרפנים פוליטרפנים: cis-1,4-polyisoprene ה - הגומי ו- trans-1,4-polyisoprene גוטה-פרקה פוליאדיציה נוקלאוטידים אוליגונולקלאוטיד פולינוקלאוטידים, חומצת גרעין (DNA, RNA) קשר פוספודיאסטרי
ביום שהאדמה רעדה היא סדרת טלוויזיה ישראלית בכיכובם של נדב נייטס, שלום מיכאלשווילי וליאנה עיון.
היא נוצרה ובוימה עומרי גבעון.
הסדרה שודרה בערוץ קשת 12 בין ה-23 באוקטובר 2019 ועד ה-28 בנובמבר 2019 והייתה לדרמה השנייה הנצפית ביותר מאז פיצול ערוץ 2, אחרי בשבילה גיבורים עפים.
היא גם הייתה הסדרה הישראלית המחופשת ביותר בגוגל ב-2019.
הסדרה, המוגדרת כסדרת מדע בדיוני, משתעשעת ברעיונות מדעיים תאורטיים, בעיקר בתחום היקומים המקבילים, גשר איינשטיין-רוזן ומרחב-זמן, וכוללת אזכורים שונים של אנשי מדע ושל עקרונות פיזיקליים כגון לודוויג בולצמן ועקרון הבלתי נבדלים של לייבניץ.
הייתה כוונה שהסדרה תוקרן בבכורה עולמית בפסטיבל הסדרות הבינלאומי של קאן (Cannes Series.
דבר שלא קרה בסופו של דבר בעקבות ביטול הפסטיבל עקב מגפת הקורונה.
למרות נתוני הרייטינג הגבוהים, הסדרה התקבלה בביקורות צוננות ששיבחו את הצילום האומנותי ומשחקו של נדב נייטס, אך ביקרו את התסריט המבלבל וקצב העלילה האיטי.
בתחילת הסדרה, רעידת אדמה בצפון הארץ חושפת בור גדול בשמורת טבע.
בבור מתגלים שלושה שלדי אדם, והעלילה מסתבכת כאשר באמצעות בדיקות DNA מתברר שה-DNA של שלוש הגופות זהה ל-DNA אותו נושאים שלושה אנשים חיים.
הראשון הוא יואל רוסו (בגילומו של נייטס), פקח שמורת טבע שמגדל את בנו היחיד נוח 9 שנים לאחר שאיבד את אשתו הילה (דניאל גל) בתאונת דרכים.
השני הוא נועם זייד (שלום מיכאלשווילי), הידוע יותר בשם "ניקו", אמן חושים מפורסם אשר קיבל חיזיון עתידי דרך אחת המתנדבות, קרן (אורטל בן שושן), במופע יום הגיבוש של חברת הייטק.
בחיזיון הוא רואה את עצמו רוצח אותה ומשליך אותה לנחל.
השלישית היא אסירה צעירה בשם אביגיל לביא (ליאנה עיון), שמואשמת ברצח ומרצה מאסר בכלא נשים.
החוקר המשטרתי גבריאל (צחי הלוי) והבלשית חווה פופר (מיכל קלמן) חוקרים את נושא השלדים שנמצאו בבור, ככל שהחקירה מתקדמת עולות יותר ויותר שאלות שלא נמצא להן הסבר הגיוני.
לבסוף מתגלה שההסבר לכל האירועים בסדרה הוא קיומו של יקום מקביל, אשר גרסאותיהן המקבילות של גיבורי הסדרה מצאו דרך להגיע ממנו אל היקום המוכר לנו.
זאת במטרה לחטוף את נח, בנו של יואל, אשר מתגלה כבעל כוחות מיוחדים.
אביגיל לביא (ליאנה עיון) – אסירה הכלואה באשמת רצח.
בתה של עמליה שנטשה אותה בילדותה, בעלת DNA זהה ל-DNA של אחת הגופות.
מספרת שראתה כפילה שלה כמעט נרצחת.
נפגשת עם אימה הביולוגית וחוזרת לכלא.
מתברר כי אביגיל מהיקום המוכר לנו מתה בהיתקלות אליה אל הייתה עדה אביגיל המקבילה, והאחרונה החליפה אותה ביקום הנוכחי.
לבסוף מצליחה לחמוק מהכלא ולחטוף את נוח אל היקום המקביל בשליחותה של הילה.
יואל רוסו (נדב נייטס) – פיזיקאי לשעבר ופקח שמורת הטבע נחל עדן.
אלמן מזה 9 שנים ומגדל לבדו את בנו נוח.
בעל DNA זהה ל-DNA של אחת הגופות.
היה בעברו מאושפז במוסד פסיכיאטרי.
נעלם אחרי התאונה שקרתה לו ולהילה אשתו שאיבדו את בנם.
גרם בפועל לתאונת הדרכים בה מתה אשתו כאשר עבר בטעות עם רכבו מסע בזמן אל נקודת התאונה.
יואל מהיקום המקביל נשלח לקחת את נוח מהיקום המוכר מאחר שאיננו קיים ביקום המקביל, אך לא היה מסוגל להפריד את הילד מאביו ועל כך ככל הנראה שילם בחייו.
לבסוף יואל מהיקום המוכר נשאר לבדו לאחר שחטפו את בנו.
נועם "ניקו" זייד (שלום מיכאלשווילי) – אמן חושים.
מקבל חזיונות מחייו של המקביל שלו.
ביקום המקביל פלט כדור בטעות ובכך רצח את חברתו קרן לאחר שאיימה עליו באקדח.
המקביל שלו נורה על ידי גבי.
הילה רוסו (דניאל גל) – רופאה.
אמא של נוח, ואשתו של יואל.
נהרגה בתאונת דרכים בכביש 66. ביקום המקביל חיה לבדה, רופאה שטיפלה באביגיל בכלא ושכנעה אותה לחטוף את נוח לאחר שהבינה שיואל לא יעשה זאת.
נוח רוסו (דניאל שובה) - בנם של יואל והילה, בעל כוחות מיוחדים אשר יכול לתקשר, להחזיר את הזמן לאחור ולעבור בין זמנים.
ביקום המקביל מת בתאונה כשהילה אמו עשתה תאונה.
הזיז את הזמן לאחור לאחר שנתקע בלב שדה מוקשים.
הוא המטרה שלשמה הגיעו האנשים מהיקום המקביל.
לבסוף נחטף והתאחד עם אימו ביקום המקביל.
פרופ' עמנואל בניטה (ריימונד אמסלם) – פרופסורית לחקר המוח, יש לה עבר עם יואל.
ביקום המקביל היא מחפשת את השלב הבא באבולוציה.
מתוודעת לנוח מהיקום המוכר לנו על ידי אלה בה היא מטפלת.
ומנסה לשים עליו את ידה.
חווה פופר (מיכל קלמן) – חוקרת ובלשית משטרה.
ביקום המקביל משמשת כשוטרת בכירה.
שתי הגרסאות של חווה מתניעות את החקירה כל אחת ביקום שלה.
סיוון רוסו (איילת רובינסון) – אחותו של יואל.
אלון מילר (עודד לאופולד) – נשוי לנעמי ואביהם של גיא ואלה שנמצאת בתרדמת.
מוכן לעשות הכל כדי להציל את בתו ובשל כך שכנעה אותו פרופסור בניטה לממן את פרויקט אוקהאם שמטרתו להביא את נוח ליקום המקביל.
קרן (אורטל בן שושן) – עובדת במחלקת משאבי אנוש בחברה של אלון מילר.
ביקום המקביל ניקו רצח אותה.
אדם (אדם קארסט) – אביה של מאיה.
המשלחת הראשונה שנשלחה מהיקום המקביל.
הביא עמו טכנולוגיה שאיננה מוכרת ביקום שלנו ומכר אותה לתעשייה ביקום המוכר לנו.
מכיר את אביגיל, ומתקשר איתה לאורך כל העונה.
בסוף העונה חוזר איתה ועם נוח ליקום המקביל.
יוסף (גלעד קלטר) – פתולוג מהמכון המשפטי של המשטרה.
ככל הנראה היה חבר בפרויקט זאוס.
גבריאל (צחי הלוי) – חוקר משטרה, אב טרי לבתו יהלי.
מנהל רומן מחוץ לנישואין עם הרופאה שלו.
מתברר כי ביקום המקביל גבי הוא שוטר מושחת שרצח שלושה אנשים, ולאחר מכן הפך לחבר במשלחת אוקהאם עם יואל, אביגיל, ניקו ואירנה.
הוציא להורג ביריה את ניקו ויואל מהיקום המקביל, כנראה בעקבות חילוקי דעות לגבי המשימה.
נורה בחזהו על ידי גבי מהיקום המוכר לנו.
רונית (אביב כרמי) – המורה של נוח וחבריו לכיתה.
נהרגה בשדה המוקשים כשרצה אחרי נוח, אך הודות לכוחותיו הזמן שב לאחור והיא נותרה בחיים.
שי (תום גרציאני) – סנגור ציבורי, המייצג את אביגיל ומאוהב בה.
גלית (אביגיל הררי) – חוקרת במשטרה ועובדת לצד חווה.
יעקב סולימאני (אורי גבריאל) – היה חבר במשלחת הראשונה מהיקום המקביל יחד עם אדם והפתולוג.
נעמי מילר (נעמה פרייס) – אשתו של אלון ואמם של גיא ואלה שנמצאת בתרדמת.
אלה מילר (לאה פרידמן) – בתם של אלון ונעמי, אחותו של גיא.
מתקשרת עם נוח ומבקשת ממנו לומר להוריה לנתק אותה ממכשירי ההחייאה.
בעת רעידת האדמה האחרונה, היא מנותקת מהמכשירים ומתה.
פרופסור אריק בולצמן (ולדימיר פרידמן) – פיזיקאי.
המרצה של יואל מימיו באוניברסיטה.
במהלך מפגש איתו, יואל שב אחורה לתקופה בה היה מאושפז במוסד פסיכיאטרי למשך זמן קצר.
עמליה לביא (אסנת פישמן) – אמם של אביגיל ומיכל, נטשה את אביגיל כשהייתה תינוקת.
דרייפוס (סיני פתר) – בכיר במוסד.
מארגן המשלחת מהיקום המקביל, במסגרת פרויקט זאוס, ליקום הידוע לנו, על מנת להביא את נוח.
מיכל לביא – בתה של עמליה ואחותה של אביגיל.
מספר הפרק(בסדרה)מספר הפרק(בעונה)שם הפרקתאריך שידור מקורי 11פרק הבכורה23 באוקטובר 201922הזהות נחשפת23 באוקטובר 201933פרופיל ד.נ.א30 באוקטובר 201944החקירה המשטרתית30 באוקטובר 201955התאוריה7 בנובמבר 201966ההסתבכות14 בנובמבר 201977המרדף24 בנובמבר 201988פרק סיום העונה28 בנובמבר 2019
"בְּיוֹם קַיִץ, יוֹם חֹם" - הוא שיר של חיים נחמן ביאליק, שנכתב בסתיו 1896, ונדפס לראשונה בקיץ 1900 ב"לוח אחיאסף" בכותרת שונה: "רעות והתבודדות".
לאחר זמן מה החזיר המשורר את הכותרת המקורית לשיר.
השיר מספר על אירוחו החם והמפנק של הדובר את רעו בתקופות השונות של השנה, אך מסתיים בתחושת עצב ודיכאון של המשורר, המעדיף להישאר לבד בתקופת הסתיו.
השיר, המשדר בחלקו הגדול אווירה של רעות אמיצה ומזמינה, מצטיין בדימויים, בחרוזים ובמקצב מוזיקלי קליט, וכבש מיד עם פרסומו את לב קוראיו.
השיר הולחן הן בידי משה וילנסקי, וזכה לביצוע של נחמה הנדל, והן בידי משה דפנא, בביצועיהם של טובה פירון וליאור ייני.
"ביום קיץ יום חום" מורכב משמונה בתים, המסודרים לכאורה על פי עונות השנה.
בששת הבתים הראשונים מזמין הדובר את רעו לביתו וגנו, שם יבלו את זמנם בנעימים.
אריאל הירשפלד מבחין בשיר שלושה חלקים: שלושת הבתים הראשונים ה"קייציים" מדברים על ההזמנה והאיחוד המענג עם הרע.
החלק השני שמתרחש בחורף מורכב גם הוא משלושה בתים ומאחד בין החום הנעים והמזמין של המארח לבין הקור והשחור שאורבים בחוץ.
"הבית הרביעי מוצף כולו אונומטופאות חזקות המקיפות את המילים בסערת צלילים ו'מתארות' באורח קולי את קולות החורף.
קריאה שהויה יותר של הבית הזה תגלה כי אין מדובר רק באונומטופאה וירטואוזית, אלא ברקמה עשירה ומגוונת ביותר של צלילים: צלילי הרעד הנקשרים למילים "קור" ו"כפור" אך חבויים גם במילים "חורף" ו"שחור."
שני הבתים האחרונים של השיר מעניקים לו את המסר של "שיר מתהפך" כלשונו של החוקר מנחם פרי.
הם מעמידים, כביכול, את כל המסר של הבתים הקודמים לדבר והיפוכו - בחלק הזה של "עונת הסתיו" נחשף רצונו הפנימי של הדובר להישאר לבדו.
אין זה שיר טבע במשמעות הרגילה, אלא שיר אלגורי, אליבא דהירשפלד, המצטיין לפרקים במצלול עדין ופתייני, ולפרקים במצלול מאיים וקודר ושופע מילים וצלילים ייחודיים בשפה העברית המתחדשת.
"זהו שיר מניפסטי בדבר יכולתה של הלשון השירית העברית להציב קורלטיב לשוני הולם ויעיל למנעד [...] של מצבי הרוח".
לאחר מותו של אורי ניסן גנסין, פרסם יוסף חיים ברנר, רעו הקרוב עוד מימי שהותם יחד בישיבה בפוצ'פ, הספד לזכרו.
חלק גדול מההספד הוא מקדיש לשיר "ביום קיץ יום חום" אשר פורסם בדיוק באותם ימים בהם אירח ברנר את גנסין בביתו בורשה.
ניתן להתרשם מחוויית ההתרגשות העזה שאחזה בשני החברים למקרא השיר, שהם מייחסים אותו כאילו למערכת היחסים ביניהם.
ואכן, מספר מבקרים אינם מנתקים את החוויה הזו מהדרך שבה הם מפרשים את השיר.
פישל לחובר כתב על השיר, שהוא מן היפים ביותר שכתב ביאליק בתקופת ההתבגרות שלו.
יעקב פיכמן התרשם ש"זהו אחד מאותם השירים אשר זיו האדם שבהם לא יועם לעולם".
אבנר הולצמן, לעומתם, מתמקד יותר בשני הבתים המסיימים של השיר, ש"הופכים במידה רבה את הקערה על פיה" ומצביעים על הלך נפש עמוק של המשורר, המכיל גם יגון, בדידות וייאוש.
אריאל הירשפלד ומנחם פרי הביאו פן נוסף בפרשנותם את השיר.
הם מתרשמים מהאווירה ה"פתיינית" שקיימת ברוב בתי השיר, בביטויים שלקוחים מהעולם הארוטי, כמו למשל: "לי יש גן" שמתקשר לשיר ארוטי אחר של ביאליק ("יש לי גן") או לפסוקים משיר השירים.
"אצלי שב והתחמם") וכדומה, ומגיעים למסקנה משלהם: השיר, לדעתם, מרמז לחוויה הומו-ארוטית כביכול של המשורר.
מסכם אריאל הירשפלד: "השיר איננו, כמובן, "שיר טבע", אלא שיר אלגורי כרוב שיריו של ביאליק, משום שלא הטבע הוא עניינו אלא אפשרות מגעיו של ה"אני" עם ה"עולם, והוא עשוי שלושה מצבים המדגימים שלוש רמות של פתיחות אל העולם ואל הזולת.
הקיץ מקביל לפתיחות הגמורה, הנאיבית והארוטית, המזוהה עם עידן הילדות, [...] החורף מקביל לפתיחות החלקית, המוסרית והאירונית, והספוגה ידיעה בדבר חלקיות המגע, התועלת שבו והסכנות המרחפות עליו .
[...] הסתיו מקביל להסתגרות הגמורה, לבדידות הסותרת כל ארוס, למיאוס העצמי, לתחומה של הבושה המאכלת כול, ובראש ובראשונה — את הארוס"
מבקרים אחרים, כמו למשל, מנחם בן ויהודה ויזן, הביעו התנגדות עזה לכיוון שאליו נטתה ללכת פרשנותם של פרי והירשפלד.
בִּיּוּם אויב (או דימוי אויב) הוא כוח שתפקידו לדמות אויב במסגרת אימון או תרגיל צבאי.
כוחות ביום האויב ידמו כוחות צבאיים או פרה־מילטריים הפועלים בעולם המציאותי תוך שימוש בתורת לחימה, טקטיקות, ארגון וציוד המאפיינים את הכוח אותו מדמים.
צבאות שונים ברחבי העולם מפעילים יחידות ייעודייות לביום אויב, חלקם תוך ניסיון לשכפול מדויק של אויבים אמיתיים, כדי לספק חוויה מציאותית יותר להכשרת כוחות הצבא ולאמן את הכוחות באופן שידמה קרב בצורה המדויקת ביותר.
טייסת 115 של חיל האוויר הישראלי משמשת כטייסת ביום אויב אווירי שמטרתה לאמן את טייסות חיל האוויר האחרות וכן כוחות זרים ידידותיים.
לטייסת גף קרקעי המדמה כוחות קרקעיים שונים ותרחישים שונים.
יחידת "ביום אויב קורן" הפעילה מערכות נ"מ זרות לצורך אימוני חיל האוויר.
לאחר מכן עברה ההפעלה לרפאל – מערכות לחימה מתקדמות.
המרכז לאימונים באש – מפעיל במהלך תרגילי זרוע היבשה כוחות דימוי אויב על בסיס סגל המרכז, ואמצעי לחימה דמויי אויב.
היחידה האדומה – יחידת ביום אויב של זרוע היבשה שהפכה מבצעית במהלך 2020. היחידה מבוססת על חיילות וצוות פיקוד מעורב.
החיילות לובשות מדי ב' ייחודיים לדימוי אויב ודרגותיהן אדומות.
חברות פרטיות כדוגמת אלטל המעסיקה עובדים לדימוי כוחות אויב ועושה שימוש ברכבי דימוי וכן באמצעים המדמים רק"מ, משגרי טילים, נ"ט.
רגימנט הפרשים ה־11, שבסיסו במרכז האימונים הלאומי בפורט ארווין, משמש כיחידת ביום אויב לאימוני צבא ארצות הברית וחיל הנחתים של ארצות הברית.
הגדוד הראשון של רגימנט החי"ר ה־509, משמש כיחידת ביום אויב במרכז האימונים המשותף בפורט פולק
הגדוד הראשון ברגימנט החי"ר הרביעי שבסיסו במרכז המוכנות הרב־לאומי המשותף בהוהנפלס שבגרמניה, משמש כיחידת ביום אויב לאימון כוחות פיקוד אירופה של ארצות הברית.
טייסת ביום האויב ה־18 שבסיסה באלסקה ומפעילה מטוסי F-16 פייטינג פלקון
טייסת ביום האויב ה־64 הפועלת מבסיס נליס ומפעילה מטוסי F-16 פייטינג פלקון
טייסת ביום האויב ה־65 הפועלת מבסיס נליס הפעילה מטוסי F-15 איגל.
הטייסת מתוכננת לעבור הסבה למטוסי F-35 לייטנינג II.
טייסת ביום אויב 26 וטייסת ביום אויב 527 – טייסות ביום אויב בתחום החלל, העושות שימוש במשבשי GPS ולוויינים גאוסינכרונים
טייסת חיל הנחתים VMFT-401 הפועלת ביומה ומפעילה מטוסי כפיר ונורת'רופ F-5
טופ גאן – חניכי בית הספר מבצעים אימוני טיסה מול מדריכי בית הספר המדמים אויב
קבלנים פרטיים הפועלים עבור מחלקת ההגנה של ארצות הברית, למשל חברת AIR USA המפעילה בין השאר מטוסי מיג־29
טייסת חיל האוויר המלכותי ה־100 – מפעילה מטוסי BAE סיסטמס הוק
טייסת הצי המלכותי 736 – מפעילה מטוסי BAE סיסטמס הוק
יחידות ביום אויב עושות שימוש בכלי נשק מבוססי כדורי סרק, פיינטבול, מערכות מבוססות לייזר (כגון מיילס ), אמצעים פירוטכניים כגון רימוני עשן.
לעיתים יעשה שימוש באמצעי לחימה אמיתיים בהם משתמש האויב, על בסיס נשק שנלקח שלל או הושג מבעלות ברית.
במקרים אחרים נעשה שימוש במערכות הזרות לכוח המתאמן על מנת לדמות אויב, למשל שימוש אמריקאי במטוס הכפיר כדי לדמות מטוסים סובייטים, שימוש של צה"ל במדים מנומרים אמריקאיים על מנת לדמות כוחות גרילה.
כוחות ביום האויב עושים שימוש במדים, הסוואה ומאפיינים חיצוניים אחרים המזכירים או זהים לאלו של האויב האמיתי.
לעיתים יאמצו היחידות כינויים והווי הלקוח מעולם המושגים של הכוח אותו מדמים.
ביולנטה (ביפנית: ビオランテ, באנגלית: Biollante) היא קאייג'ו מוטאנטית המופיעה בסדרת סרטי גודזילה.
ביולנטה הופיעה לראשונה במהלך 16 בדצמבר 1989, בסרט גודזילה נגד ביולנטה, מבית היוצר של טוהו.
ביולנטה מתוארת כבת כלאיים מפלצתית בין ה-DNA של גודזילה ל-DNA של צמח ולכן בניגוד לגודזילה שנוצר כמטפורה עבור חששות מנשק גרעיני, ביולנטה נוצרה כמטפורה עבור חששות מהנדסה גנטית.
5 שנים לאחר שובו של גודזילה ב-1984, בסרדיה הערבית - מנסה ד"ר גנשירו שיראגמי להשתמש ב-DNA של גודזילה (המכונים בפיו כ"תאי G") כדי להעצים גנטית את יכולותיהם של צמחים שונים על מנת ליצור יבולים עמידים בפני מזג אוויר קשה.
ניסיונותיו נכשלים כאשר פצצה מחרבת את מעבדתו והורגת את בתו אריקה.
שיראגמי משלב בין DNA של ורד לבין ה-DNA של בתו, אך בגלל רעידת אדמה הניסוי כמעט נגמר באסון.
בתקווה לעשות את הצמח כאלמותי, הוא מחבר בינו לבין תאי G וכתוצאה מכך נוצרת מוטציה היברידית שאותה הוא מכנה כ"ביולנטה".
היצור משרש את עצמו לאגם אשינו, שם הוא קורא לגודזילה.
גודזילה מגיע ושורף את ביולנטה באמצעות הקרן האטומית שלו, אך נבגיה מתפוררים באוויר ונוחתים מאוחר יותר באוסקה, שם ביולנטה משנה לצורה יותר מפלצתית להפחיד ונלחמת בגודזילה עד שהאחרון שורף אותה והיא נמלטת לחלל.
לאחר שנמלטה לחלל, ה-DNA של ביולנטה מתערבב עם הקרינה של מות'רה ומקרינה של חור שחור וכתוצאה מכך נולדת מחדש כספייסגודזילה.
ביולנטה גם מוזכרת בקצרה באותו סרט, שם משערים כי ה-DNA שלה (המורכב גם מתאי G) תרמו ליצירתו של ספייסגודזילה.
בִּיּוֹלוּמִינֵסֶנְצִיָּיה (אוֹרוּת בִּיּוֹלוֹגִית, הארה ביולוגית או נהורנות ביולוגית; באנגלית: Bioluminescence, מורכב מהמילים ביו-לומינסנציה, מהמילה היוונית bios שפירושה חי והמילה הלטינית lumen שפירושה אור) היא ייצור ופליטת אור על ידי אורגניזם חי כתוצאה מתגובה כימית שבה אנרגיה כימית הופכת לאנרגיית אור.
תופעה זו היא גורם מרכזי באינטראקציות אקולוגיות ובעיקר תכונה אקולוגית חשובה באורגניזמים החיים בעומק הים.
אורגניזמים ימיים משתמשים בהארה הביולוגית כבסיס לתפקודים פיזיולוגיים חשובים ואסטרטגיות שונות שעיקרן קשורות להגנה, מציאת טרף ותקשורת.
קיים שימוש ביוטכנולוגי נרחב במגוון שדות מחקר החל מכימיה, מדעי הסביבה ועד לרפואה בחלבונים הקשורים בתגובת ההארה הביולוגית.
הארה ביולוגית מיוצרת על ידי תגובת כמולומיניסנציה , שבה הפיגמנט לוציפרין מחומצן על ידי האנזים לוציפראז.
ביולומינסנציה היא צורה של פליטת אור או יצירת "אור קר"; פחות מ-20% מהאור מיוצר על ידי קרינה תרמית.
באורגניזמים ימיים, רוב פליטת האור שייכת לחלקים הכחולים והירוקים של ספקטרום האור, שלהם יש את החדירה הטובה ביותר במים.
עם זאת, ישנם דגים מסוימים שפולטים אור אדום ותת-אדום.
אין לבלבל תופעה זו עם תופעות אור דומות:
פלורסצנטיות – תופעה בה אנרגיה ממקור אור חיצוני נקלטת, ומשוחררת מיד באורך גל ארוך יותר.
פוספורסצנציה – תופעה בה אנרגיה ממקור אור חיצוני נקלטת, ומשוחררת זמן מה לאחר מכן באורך גל ארוך יותר.
ניתן למצוא אורגניזמים עם יכולות הארה ביולוגית בבתי גידול יבשתיים כמו גם במים.
ביולומינסנציה נפוצה בעיקר באורגניזמים שחיים במים עמוקים יותר בהשוואה לרמות נמוכות במינים בינתיים או רדודים.
בערך 76% מהאורגניזמים הימיים בים העמוק, כולל סרטנים, צורבים, ראש-רגלאים, תולעים שונות, דגים וחיידקים הם בעלי יכולות הארה ביולוגיות.
התופעה כמעט לא קיימת בסביבת מים מתוקים (פרט ללרוות של חרקים מסוימים) ויחסית נדירה בסביבה יבשתית שם מספר מוגבל של אורגניזמים מפיקים אור כשהידועים בהם הן גחליליות.
אך בסביבה הימית קיים מגוון עצום של אורגניזמים מפיקים אור.
הרוב המכריע של האורגניזמים המאירים ביולוגית חיים באוקיינוס; מתוך יותר מ-700 סוגים הידועים כמכילים מינים זוהרים, כ-80% הם ימיים.
מינים אלה תופסים מגוון רחב של בתי גידול, ממי הקוטב, מים טרופיים ועד קרקעית הים.התופעה נפוצה מבחינה אבולוציונית וגאוגרפית בכל האוקיינוסים, ומופיעה אצל דגים, טוניקטים, קווצי עור, פרוקי רגליים, צורבים, תולעים ימיות ממחלקות שונות, רכיכות וחיידקים בסביבות פּלאגיות ובסביבות חופיות.
עם זאת, הארה ביולוגית בים בדרך כלל נפוצה יותר באורגניזמים החיים בסביבת הים העמוק ובעלי חיים פלנקטוניים ופלאגיים מאשר במינים בנטיים או רדודים.
בקרב חולייתנים התופעה התפתחה רק בדגים סחוסיים וגרמיים המאכלסים סביבות ימיות, כאשר יותר מ-80% מהם מוגבלים לים העמוק.
התופעה התפתחה באופן עצמאי באבולוציה מספר רב של פעמים באורגניזמים שונים במנגנון של אבולוציה מתכנסת.
קיימות מגוון השערות על הבסיס האבולוציוני של התופעה.
חלקן מציעות שהמקור קשור לחילוף חומרים או לסילוק נגזרות חמצן מזיקות בתאי האורגניזמים וההארה הייתה תופעה נלווית לתהליך.
משוער שבסביבות מסוימות כמו הים העמוק להארה היה יתרון, ולחצי סלקציה ותחרות בסביבה הייחודית עודדו פיתוח אסטרטגיות שונות ומגוונות ופיתוח מורפולוגיות מתמחות למטרות הארה.
אף על פי שהארה ביולוגית היא תהליך אנרגנטי יקר לאורגניזם התופעה נפוצה בקרב מגוון אורגניזמים.
הארה ביולוגית התפתחה שוב ושוב על פני עץ החיים, החל מחיידקים חד-תאיים ודינופלגלטים ועד פטריות, מדוזות, חרקים וחולייתנים.
קיימים מספר מקרים של התפתחות התופעה במספר אורגניזמים החל מחיידקים ועד דגים.
כל המקרים עצמאיים לחלוטין זה מזה, ומראים דפוס של אבולוציה מתכנסת.
ההשערה הרווחת היא שמערכות הארה ביולוגית חיידקיות היו בין הראשונות להתפתח בטבע.
מחקרים בגנומיקה השוואתית הראו כי כל החיידקים הזוהרים חולקים רצף גנים משותף: אופרון הלוקס המקודד לביוסינתזה של לוציפראז שמור מאוד ומופיע בחיידקים מנישות אקולוגיות שונות מאוד, דבר המרמז על יתרון סלקטיבי חזק למרות העלויות האנרגטיות של הפקת אור.
מספר מאפיינים של הסביבה הימית אפשרו את האבולוציה של ההארה הביולוגית: הסביבה הימית היא ייחודית, עם תנאי סביבה יחסית יציבים לאורך זמן, דבר שאפשר היסטוריה אבולוציונית ארוכה ללא הפרעה.
צלילות מי האוקיינוס מאפשרת חדירות טובה של אור מבחינה אופטית בהשוואה לנהרות ואגמים, וחלקים נרחבים מבית הגידול מקבלים אור עמום עד חלש מאוד או שרויים בחשיכה מתמשכת ויציבה ללא חדירות של אור שמש.
בנוסף, בית הגידול הענק מאפשר אינטראקציות בין מגוון עצום של אורגניזמים ממערכות ומחלקות שונות, כולל אינטראקציות טורף, טפיל וטרף.
הארה ביולוגית היא צורת תקשורת בולטת בים, עם השפעות אקולוגיות נרחבות וזרימת החומר דרך רשת המזון.
התנאים הייחודים הללו עודדו תחרות ולחצי סלקציה שאפשרו התפתחות של פונקציות ואסטרטגיות שונות שהבסיס להן הוא הארה ביולוגית.
לתופעת ההארה הביולוגית מגוון של צבעים, עוצמות וקינטיקה.
מדידות של ספקטרום פליטת אור ביולוגי חשפו פלטת גוונים המשתרעת על פני כל הטווח הנראה.
מכיוון שרוב התופעה התפתחה באוקיינוס הפתוח, רוב ספקטרום הפליטה הנראה באורגניזמים הוא אורות כחולים, אור כחול הוא בעל אורך הגל העובר הכי רחוק במי הים.
ירוק הוא הצבע הנפוץ הבא, והוא נמצא לעיתים קרובות יותר במינים חוף רדודים וקרקעיים, אולי בגלל שעכירות מוגברת של חלקיקים במים מפזרת אור כחול ויוצרת עדיפות להעברת אורכי גל ארוכים יותר.
סגול, צהוב, כתום ואדום מתרחשים רק לעיתים רחוקות, וברוב המקרים הללו תפקידם נותר מעורפל אך קיימת השערה שמינים מסוימים של בעלי חיים בים העמוק לא מסוגלים להבחין באור אדום לכן ייתכן שיש יתרון למינים מסוימים שמפיקים אור זה, בעיקר כדי להימנע מטורפים או לחפש טרף.
קינטיקה של פליטת האור נעה בין זוהר מתמשך אצל חיידקים לבין הבהובים קצרים עד 43 אלפיות השנייה מאיברי אור של דג ממשפחת האורנוניים.
סוגי הארה ביולוגית ומנגנונים ביוכימיים
הארה ביולוגית מתרחשת כאשר החמצון של המולקולה לוציפרין מזורז על ידי האנזים לוציפראז ליצירת מצב מעורר הפולט אור.
לזוגות הלוציפרין-לוציפראז השונים יש אורכי גל שונים של פליטת אור.
ישנן יותר מ-40 מערכות הארה ביולוגיות ידועות, אך המבנים של לוציפרין ולוציפראז הובהרו רק עבור 11 מהן.
אחד ממבני הלוציפרין המוקדמים ביותר שהובהרו היו אלה של D-luciferin שנמצאו בגחליליות, שדווחו במאה ה-19. גילוי זוגות לוציפרין-לוציפראז חדשים הוא תחום מחקר פעיל.
האור המופק ביולוגית מקורו משני סוגים עיקריים של מערכות: מערכות ביולוגיות המורכבות מאנזימי לוציפראז וסובסטרט לוציפרין, ופוטופרוטאינים שבהם הכרומופור פולט האור הוא חלק מהחלבון עצמו ופליטת האור מופעלת על ידי שינויים בסביבת החלבון.
מערכות מסוימות דורשות גם אנרגיה בצורה של ATP או NADH.
מבין שני המרכיבים העיקריים בתגובה הכימית של ההארה הביולוגית, הלוציפרינים שמורים אבולוציונית על פני מחלקות וקבוצות.
ידועים ארבעה לוציפרינים שאחראים לרוב ייצור האור באוקיינוס.
בעוד שלוציפרינים הם שמורים, לוציפראזים ופוטופרוטאינים הם ייחודיים ונגזרים משושלות אבולוציוניות רבות.
התגובה הכימית המעורבת בהארה הביולוגית חייבת להיות אנרגטית מספיק כדי לייצר מצב מעורר של המולקולה שיצור פוטון כשהמולקולה חוזרת בחזרה למצב הלא מעורר שלה (בניגוד לפלורסצנטיות ופוספורסצנציה התלויות בספיגה של פוטונים).
ברוב המקרים, הארה מיוצרת על ידי האורגניזמים עצמם על ידי תגובה ביוכימית שמתרחשת אנדוגנית בתאי בעלי החיים למשל בדגי גרם מקבוצת הכליל-גרמיים.
קיימים גם בעלי חיים מאירים שמקור ההארה שלהם מושג על ידי חיידקים סימביונטים שמאוחסנים ברקמות שלהם, למשל, בדגים ממשפחת החכאים המשתמשים בהארה כפיתיון.
בהארה ביולוגית בחיידקים, שני סובסטרטים פשוטים FMNH2 ו - RCHO מתחמצנים על ידי חמצן מולקולרי ולוציפראז.
האלדהיד נצרך במהלך התגובה אך מסונתז ברציפות על ידי החיידקים, וכתוצאה מכך נוצר זוהר מתמשך.
בנוסף, קיימים בעלי חיים שמשתמשים בשני סוגי ההארה האנדוגנית והחיידקית, למשל Linophryne oronate.
חיידקים מאירים שייכים בעיקר לקבוצת Gammaproteobacteria, והם מוגבלים לשלושה סוגים Vibrio ,Photobacteriu ו-Xenorhabdus .
מבין אלה, Vibrio ו-Photobacterium נמצאים בעיקר במערכות אקולוגיות ימיות, ואילו Xenorhabdus מאכלס בתי גידול יבשתיים.