חדשות

במחקר, שנערך על ידי צוות מומחים מהמעבדה להידרוכימיה בבית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר, בהובלת הסטודנט למאסטר אופיר ענבר ובהנחיית פרופ' דרור אבישר, בדקו החוקרים באמצעות מתקן ייעודי של חברת ווטרג׳ן הישראלית את איכות המים, שהופקו מאדי המים שבאטמוספירה העירונית המתאפיינת בתעשייה ובבנייה מסיבית, ומצאו כי הם תקינים וראויים לשתייה.

עוד השתתפו במחקר פורץ הדרך צוות המחקר והפיתוח של חברת ווטרג'ן, פרופ' אלכסנדרה צ'​ודנובסקי וחוקרים מובילים מגרמניה. תוצאות המחקר פורסמו בשני כתבי עת מובילים: Science of The Total Environment ו-Water.

מים בטעמים של רוח

"זהו המחקר הראשון בעולם שבוחן את זיהום האוויר מזווית אחרת: השפעתו על מי השתייה המופקים מהאוויר", מסביר אופיר ענבר. "במכוון לא התקנו במכשיר המחקרי כל מערכת סינון וטיפול, כלומר שהמים שהופקו הם המים שהתקבלו מהאוויר".

החוקרים ביצעו במסגרת המחקר מגוון רחב של אנליזות כימיות מתקדמות, ומצאו ברוב המוחלט של המקרים, בעונות שונות ובשעות שונות, כי המים שהופקו מהאוויר בלב תל אביב היו בטוחים לשתייה. בנוסף, בעזרת מגוון טכנולוגיות חדשניות לניטור הרכב האטמוספירה ושימוש בשיטות סטטיסטיות מתקדמות, הצליחו החוקרים לקשר לראשונה באופן כמותי בין המסלול שהאוויר עובר בימים שלפני הגעתו לנקודת הפקת המים לבין ההרכב הכימי של מי הטל.

"המחקר הראה שכיווני הרוח משפיעים מאוד על איכות המים. כך למשל, כשהרוח מגיעה מהמדבר אנחנו מוצאים יותר סידן וגופרה במים, כלומר שיירים של אירוסולים של אבק מדברי במים. לעומת זאת, כשהרוח מגיעה מכיוון הים אנחנו מוצאים ריכוזים גבוהים יותר של כלור ונתרן שמקורם בים", מסביר אופיר. "בנוסף, מצאנו שניתן לזהות במים את המקורות הרחוקים שממנו הגיע האוויר לנקודת הפקת המים. למשל, מים שהופקו מאוויר שהגיע מאזור הסהרה שונים בהרכבם ממים שהופקו מאוויר שהגיע מאזור אירופה".

^{תל אביב. עכשיו גם מקור למים נקיים?}

כדאי לשדרג במנת ויטמינים ומינרלים

החוקרים מציינים כי איכות המים מושפעת גם מזיהום אנתרופוגני (השפעות של פעילות האדם על הטבע), שמקורו בתחבורה ובתעשייה. "בעזרת שיטות מתקדמות מצאנו קשר ישיר בין ריכוזי אמוניה, תחמוצות חנקן וגופרית דו-חמצנית באוויר לבין ריכוז תוצרי הפירוק שלהם במים. מצאנו במים ריכוזים נמוכים של נחושת, אשלגן ואבץ, שמגיעים ככל הנראה ממקורות זיהום מעשי ידי אדם", אומר ענבר.

"מבחינה מחקרית, הקישור הכימי שערכנו בין הפרמטרים המטאורולוגיים להרכב המים מאפשר לראשונה לחקור את האטמוספירה באמצעות המים המופקים ממנה. מבחינה סביבתית, הקישור הזה מאפשר לנו לדעת אילו מינרלים יש להוסיף למים שהופקו מאוויר, כדי לספק מי שתייה איכותיים לתושבים. ככלל, מצאנו שבמי שתייה מאוויר אין מספיק סידן ומגנזיום, ושמוטב להוסיף אותם למים כפי שמוסיפים למי שתייה מותפלים בחלק מהמדינות".

מים זמינים וזולים

חלק משמעותי מהמים שאנו שותים היום בישראל הם מי ים מותפלים. לדברי ענבר, הפתרון הזה חלקי בלבד ולא יכול לספק מי שתייה לרוב מוחלט של אוכלוסיית העולם. "בכדי להתפיל מי ים צריך ים, ולא בכל מקום בעולם קיימת גישה לים", הוא אומר. "יש לזכור כי אחרי ההתפלה צריך לבנות תשתית שלמה שתוביל את המים המותפלים מקו המים ליישובים השונים, ובחלקים נרחבים מהעולם אין את האמצעים ההנדסיים והכלכליים לבנות ולתחזק תשתית כזאת".

"לעומת זאת, מים מהאוויר אפשר להפיק בכל מקום, ללא צורך בתשתית הובלה יקרה ומבלי להתחשב בכמות המשקעים. מבחינה כלכלית, ייצור מים מהאוויר משתלם יותר ככל שהטמפרטורות והלחות גבוהות יותר. החשש היה שמים שיופקו מאוויר בלב אזור עירוני לא יהיו ראויים לשתייה והוכחנו שזה לא נכון", מסכם ענבר. "בימים אלה אנחנו מרחיבים את המחקר לאזורים נוספים בישראל, בהם מפרץ חיפה ואזורים חקלאיים, כדי לחקור לעומק את השפעתם של מזהמים שונים על איכות מים המופקים מהאוויר".

יצוין כי מכשיר להפקת מים מהאוויר עם מערכות לטיהור וטיפול במים כבר נמצא במספר רב של מדינות בעולם, ומספק מי שתייה איכותיים לתושבים באזורי מצוקה.

המחקר נערך בהובלת ד"ר נעמי אופנהיימר מבית-הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר באוניברסיטת תל אביב, ביחד עם ד"ר ריקמוי סמנתה מ-Indian Statistical Institute וחוקרים נוספים מה-Flatiron Institute  בניו-יורק. המחקר פורסם לאחרונה בכתבי העת Physics of Fluids ו-Physical Review Letters.

סדר אחרי הכאוס

במסגרת המחקר הנוכחי, החוקרים החליטו לבדוק האם יש סיבה לסיבוב של החלבונים מעבר לייצור אנרגיה ומה הזרימה שנוצרת כתוצאה מהמערבולות האלו? להפתעתם, התברר שהסיבוב תורם ליצירת מבנים מסודרים, ושהזרימה שנוצרת בעקבות סיבוב חלבונים אלו דומה מאוד לדינמיקה של הוריקנים ושל זרימות אטמוספריות על פני סקלות שונות מאוד (חלבון הוא בגודל של כמה ננומטרים והוריקן הוא בגודל של מאות קילומטרים).

"במהלך המחקר ראינו שחלבונים אשר מבולגנים תחילה, מהר מאוד יצרו גבישים משושים מסודרים, וזה מאוד הפתיע אותנו שכן להבדיל מגבישים מולקולריים, אין משיכה בין החלבונים, ולמרות זאת נוצר סדר בתום הכאוס הראשוני", מסבירה ד"ר נעמי אופנהיימר. "מדובר בחוקי שימור מפתיעים כפליים במערכת החלבונית, מכיוון שהמערכת מחוץ לשיווי משקל וצורכת אנרגיה".

עד היום רוב המחקרים שנעשו על ממברנות ביולוגיות הניחו שהממברנה שטוחה. המחקר הנוכחי מתמקד בזרימה בממברנות כדוריות, ולפיו ישנן השלכות משמעותיות לעקמומיות על הזרימה הנוצרת. למשל, בממברנה כדורית, חוץ מכל חלבון שמסתובב ויוצר מערבולת סביבו, נוצרות באופן ספונטני מערבולות נוספות בנוזל. כלומר, נוצרת מערבולת אפילו כשאין חלבון שייצר אותה. המערבולות החדשות נעות בזרימה ויכולות להתנגש עם ״אנטי מערבולות״ ולהעלם. בנוסף, אם התא קטן מאוד, אפילו חלבון אחד המסתובב על פני התא יגרום לסיבוב כולל של כל התא.

המחקרים מסכמים את התצפיות של המבנים המסודרים הגבישיים שיוצרים חלבוני ATP Synthase בממברנה, והם מתבססים על מחקרים קודמים בתחום אשר התמקדו בתנועה של חלקיק אחד בממברנה כדורית, אך לא על סיבוב החלקיק או חלקיקים נוספים, כמו גם על מחקר שהראה לראשונה כי גביש הוא מצב אפשרי של חלבונים.

הבנה של הזרימה בממברנת התא

"אנחנו מתבססים על מחקרים קודמים ומראים באופן תיאורטי ועל בסיס סימולציות שמעל ריכוז מסוים החלבונים תמיד יתגבשו באופן ספונטני והגביש הזה יהיה יציב," מספרת ד"ר אופנהיימר. "שיטת המחקר היא מידול הבעיה והפשטה שלה. התחלנו ממידול של הממברנה ושל החלבונים בעזרת משוואות. פתרנו את המשוואות אנליטית או בעזרת מחשב, ולאחר מכן כתבנו סימולציות שימדלו את התנועה של עשרות עד אלפי חלבונים כאלו בממברנה שטוחה או כדורית".

הבנה של הזרימה בממברנה עלולה לסייע לתכנן תרופות באופן יעיל יותר. כמו כן, ממצאי המחקר הם צעד חשוב בהבנה של ערבוב אקטיבי בממברנה. ההיווצרות (וההיעלמות) של מערבולות שהתגלו מגדילה את הערבוב בממברנה, מה שתורם לזירוז ריאקציות כימיות בתא.

"אנחנו מקווים שהמחקר שלנו ידרבן חוקרים נוספים לעשות תצפיות נסיוניות בתאים ביולוגיים ולהסתכל על הזרימות שקורות על פני התא. בתחום התיאורטי, אנחנו מתכננים להסתכל על תנועה של סוגים נוספים של חלבונים על פני הממברנה, כמו גם על מקרים נוספים שבהם רואים סדר הנוצר מזרימה של מיקרואורגניזמים," מסכמת ד"ר אופנהיימר.