רוזלינד פרנקלין

אם לא שמעתם עד היום את השם רוזלינד פרנקלין אתם בחברה טובה, ואם השם זכור לכם במעורפל כמישהי עם תפקיד לא ברור בסיפור שקשור לדי.אנ.איי, אתם גם בחברה טובה. במאמר קצר זה ננסה להציג את דמותה של רוזלינד פרנקלין שהייתה חוקרת ומדענית מבריקה ושמותה המוקדם קטע את מסלול חייה בגיל 38 בלבד. לשם התודעתי לראשונה בקריאה של הספר "הסליל הכפול" מאת ג'ים ווטסון, חצי מהצמד ווטסון וקריק, מגלי מבני ה-DNA בשנת 1953. הספר שעודנו רב מכר מזכיר את רוזלינד בצורה שלילית ביותר, תחת התואר המפוקפק "רוזי", כינוי שהיא ראתה בו כינוי גנאי.

במהדורת היובל לספר, בשנת 2003, היה כבר ווטסון מפויס הרבה יותר ואף כי לא שינה את הספר הוסיף התנצלות ודברים על תפקידה החשוב של רוזלינד בגילוי ה-DNA, ספר שיצא לפני מספר שנים (רוזלינד פרנקלין - הגברת האפלה של ה-DNA מאת ברנדה מדוקס בהוצאת ידיעות אחרונות וספרי עליית הגג) מיטיב לתאר את הסיפור ומעלה בסופו שאלות פילוסופיות מרובות. הספר מהווה ביוגרפיה עשירה של רוזלינד החל מילדותה (ולמעשה עוד הרבה קודם) ועד לפולמוסים הגדולים שקרו הרבה לאחר מותה וליוו את ספרו של ווטסון (כאשר כמעט לכל הגיבורים הסיפור היו תלונות על דרך הצגתם בספר), הספר מעלה נקודות חשובות בפילוסופיה של המדע (אליהן עוד נחזור בהמשך) אולם אינו מפתח אותן וחבל. למי שקרא את הספר הסליל הכפול, ספרה של מדוקס הינה בבחינת השלמת חובה לקריאה.

חייה של רוזלינד היו נינוחים למדי, היא נולדה למשפחה יהודית אמידה (אם כי לא עשירה) באנגליה, שגם הייתה בעלת השפעה, אחי סבה היה סר הרברט סמואל, הנציב העליון הראשון בארץ ישראל. חלקו הראשון של הספר עוסק בקורותיה ובמחקריה המוקדמים שעסקו בתצורות שונות של פחם עד שחזרה לאנגליה ועסקה  בחקר ה-DNA. חלקו השני של הספר עוסק בשנה הגורלית של 1952 כאשר רוזלינד עסקה בעיקר בצילום DNA בקרני X, והפיקה צילומים שהיו איכותיים ביותר (ומהם ניתן להסיק על מבנה ה-DNA). למעשה רוזלינד צילמה שתי תצורות שונות של DNA שכיום אנו יודעים שהן סליל סגור וסליל פתוח שעומד להיות משוכפל. ווטסון וקריק (שספרו לא נותן שום קרדיט לרוזלינד), למעשה קיבלו את כל הנתונים שהיו חסרים להם לבניית הדגם המפורסם שלהם מהמחקרים של רוזלינד, לפני שהם הובאו לפרסום בצורות שונות.

תצלום הידוע בכינוי מספר 51 נתן לווטסון וקריק את התובנה כי מדובר בסליל כפול, ונתונים מדוח מחקר שלה שטרם פורסם גילו את המרחק בין הבסיסים. חמושים בידע זה, ווטסון וקריק בנו דגם מרהיב של ה-DNA שהתחבר בצורה נפלאה ולמרות שלא היה מגובה במחקרים מצדם על נכונותו, זה היה מספיק.

תצלום 51 מתוך המאמר של רוזלינד למגזין Nature. מאמרה פורסם שלישי בלבד ולא הראה על חשיבותו הרבה של הצילום בתגלית המבנה. מן הראוי היה שמאמרה יפורסם שני אם לא לרשום את שמה במאמר הראשון של פרנסיס וקריק.

רוזלינד אפילו לא ידעה שנתונים אלו הגיעו לידיהם ולכן לאחר שבנו את הדגם, ובתוספת למאמר המפורסם של ווטסון וקריק במגזין Nature, צורף גם מאמר של רוזלינד פרנקלין המאשר כי הדגם מתאים תוצאות ניסוייה (דבר המובן מאליו מאחר והוא נבנה לפי תוצאות ניסוייה). כנראה שעד יומה האחרון היא לא ידעה כלל על תפקידה המהותי בפרשה, וכנראה שגם לא חשה נפגעת מכך כלל שכן המשיכה לשתף פעולה גם עם קריק  (והייתה בקשרים מצוינים איתו) וגם עם ווטסון. בעייתה של רוזלינד הייתה שבאנגליה היא לא מצאה עם מי לעבוד. ווטסון עבד עם קריק, והיא עבדה בעיקר לבדה ולא הצליחה להתחבר למח נוסף שיפרה אותה. ד

ווקא לאחר הפסקת עבודתה בקינגס קולג' ומעבר לקולג' בירקבק חברה לארון קלוג ועבדה עימו בשיתוף פעולה (היא הייתה בכירה ממנו) והקימה לעצמה צוות מחקר מצוין. גם כשהייתה כבר על ערש דויי דאגתה העיקרית הייתה לצוות המחקר שלה, ולהשגת מימון להמשך פעולתו. בצוואתה השאירה את רוב הונה לארון קלוג, החלטה גורלית עבורו ששינתה את מהלך חייו. חוסר הדאגה הכלכלית איפשר לו להצטיין בעבודתו, לזכות בתואר אצולה ובעיטור כבוד מהמלכה, לקבל בשנת 1982 את פרס נובל לכימיה ובסופו של דבר הגיע לדרגה המדעית הבכירה ביותר באנגליה: נשיא החברה המלכותית.

ארון קלוג הזכיר את רוזלינד בהרצאת הפרס שלו במילים חמות מאד: "הייתה זו רוזלינד שהראתה לי איך לגשת לבעיות גדולות ומורכבות. אם חייה לא היו נקטעים באופן כה טרגי, היה אפשרי ביותר כי היא הייתה עומדת פה הרבה לפני". לשאלה אם אכן רוזלינד הייתה מקבלת פרס נובל, אין תשובה ברורה, ונקודות אלו מעלה ברנדה מדוקס בספרה. פרס נובל מוענק רק לשלושה אנשים, וחוץ מווטסון וקריק יש רק עוד מקום פנוי אחד. היותה של רוזלינד אישה, ומחוץ למעגל הגברים האקדמי (מאחר וגם לא הייתה לה מישרת הוראה), הייתה כנראה מונעת ממנה את קבלת הפרס בשנה זו, אולם ייתכן והייתה מקבלת אותו בשנים אחרות. על הבעיתיות בפרס נובל כותבת ברנדה מדוקס (באחרית דבר המתארת את קורות הסיפור לאחר מותה של רוזלינד):

"הפרס, שנוסד ב 1901, הוא הפרס האינטלקטואלי הנחשק ביותר בעולם, אבל הוא גם שרירותי, בלתי הוגן מעצם טבעו ואולי אף מזיק. רבים הראויים לו לא זכו בו ורבים שאינם ראויים - זכו. הפרס לספרות מספק דוגמאות זועקות לעין: תומאס מאן, טולסטוי וגיימס ג'ויס לא זכו (שתי הערות שלי: תומאס מאן זכה בפרס ב-1929, הטעות היא במקור. פרס הנובל לשלום מספק דוגמאות זועקות ותמוהות  אף יותר ). במדע, פגיעתו של הפרס רעה במיוחד משום שהמדע בנוי על שיתוף פעולה. יתר על כן, ככל שהמחקר הולך ונעשה יקר יותר, קשה לייחס תגליות מדעיות לאנשים מסוימים, פרס נובל מסתיר את העובדה שכולם, אם לצטט את אימרתו המפורסמת של ניוטון, עומדים על כתפי ענקים וגם איש על כתפי רעהו... השמטות והזנחות כאלה אולי לא היו חשובות, אלמלא העובדה שפרס נובל משנה את חיי הזוכים, ויוצר פילוג בין עמיתים בכך שהוא מרעיף על הזוכים סוג של קסם שהפרס הכספי הנדיב הוא רק חלק ממנו"

רוזלינד פרנקלין 1920-1953. רוזלינד נקברה בבית הקברות היהודי המאוחד בווילסדון לונדון. על מצבתה כתוב: "מדענית: מחקרה על נגיפים תרם תרומה נצחית לאנושות"

את ההשוואה בין דמותה של רוזלינד לדמותה של הנרייטה לוויטה אני משאיר לכם לעשות בעצמכם.

לקריאה נוספת:
רוזלינד פרנקלין - הגברת האפלה של ה-DNA - ספרי עליית הגג

50 שנה לגילוי ה-DNA באתר המגזין Nature
עדה יונת (זוכת פרס נובל לכימיה) על רוזלינד פרנקלין

מדידת מרחקים ביקום והנרייטה ליוויט

איך יודעים כמה כוכב רחוק?

אתה נוסע בכביש החוף ורואה שני אורות, איך אתה יודע אם זו משאית או שני אופנועים? כך שואלים הגששים במערכון. יכולות להיות הרבה יותר אפשרויות, זו יכולה להיות מכונית או משאית יותר רחוקה, או מכונית רחוקה כל כך ששני הפנסים נראים כאחד ואופנוע קרוב, או בכלל שני אופנועים שאחד מתקרב והשני מתרחק. איך יודעים מה זה מה? איך אפשר להעריך את המרחק?

מאמר זה ידון בשיטות לקביעת מרחקים לכוכבים ויזכיר את עבודתה של הנרייטה ליוויט. המאמר מבוסס בחלקו על הספר Miss Leavitt's Stars מאת ג'ורג ג'ונסון. הספר מספר את קורות חייה העצובים של הנרייטה, את תרומתה למדע ואת נושא מדידת המרחקים ביקום לאורך האנושות כולה.

בשמים יש את אותה בעיה שהגששים מתלבטים בה. איך יודעים מה המרחקים לכוכבים. תורות קדומות שמו את כדור הארץ במרכז ואת כל הכוכבים במרחק שווה ממנו אולם במהלך הזמן הובן שהכוכבים אינם נמצאים במרחקים שווים.

ההנחה הראשונה הייתה שככל שהכוכב בהיר יותר הוא קרוב יותר. הנחה זו הגיונית מהמציאות הארצית, אם נסתכל על שתי מנורות זהות ממרחקים שונים, נוכל להעריך את ההבדלים בבהירות, אבל הכוכבים אינם מאירים בעוצמה שווה.

מתקדמים עם פרלקסה

שיטה שנייה הייתה שיטת הפרלקסה. אנחנו משתמשים בה כל הזמן בלי לשים לב אפילו. המוח רואה תמונת עולם אחת המורכבות משתי תמונות שונות (עין ימין ועין שמאל). המוח עושה חיבור ומנצל את נקודת המבט השונה במעט כדי לבנות תמונה תלת ממדית בה ברור מה נמצא לפני מה וגם הערכה כלשהי של המרחק. היכולת להעריך מרחק אובדת בחושך, ואין דרך לדעת אם נקודת אור היא פנס קרוב, מכונית רחוקה, מטוס מרוחק מאד או כוכב. אבל הגדלת בסיס המדידה (מהמרחק בין שתי העיניים שהינו כעשרה סנטימטרים) יכולה להראות תזוזה במיקום היחסי של שני האובייקטים וכך לאפשר באמצעות טריגונומטריה פשוטה את מדידת המרחקים (זו בדיוק שיטת הטריאנגולציה המשמשת לרוב במדידות ארציות וגם במכשירי GPS המקבלים נתונים מכמה לווינים במקומות שונים). 

השימוש הראשון בשיטה זו התבצע על ידי היפארכוס היווני כמאתיים שנה לפני הספירה. בזמן ליקוי חמה מלא, הוא חישב את ההפרש בין מיקום הירח בעירו הלספונט ובין אלכסנדריה, והגיע לערך שמרחק הירח שווה ל-30 פעם קוטר כדור הארץ (ערך מדויק להפליא לערך הידוע בימינו). ניסיונות ליישום אותה שיטה לכוכבי לכת או כוכבים נכשלו עקב אי דיוק המדידות. תצפית המונית במעבר נוגה על פני השמש נערכה ב-1769 בעשרות מקומות שונים בעולם, ולמרות בעיות כיול, המרחק לשמש נמדד בדיוק רב סביב ה-100 מיליון קילומטרים, אולם המרחק לכוכבים נשאר בלתי מדיד.

מדידת פרלקסה
קנה המידה מוגזם
מקור: ויקיפדיה

גלילאו הציע עוד ב-1600 שיטה למדידת המרחק לכוכבים. כוכבים רבים נראים בעין ככוכב בודד, אבל במבט בטלסקופ מתגלים שני כוכבים או יותר. אלו מכונים כוכבים כפולים. אם המרחק ביניהם הוא גדול מאד, כלומר אלו לא כוכבים כפולים אמיתיים, אלא רק נראים לנו ככאלו, הרי שבשינוי מקום הצופה, תתגלה פרלקסה קטנה ואפשר יהיה לחשב מרחק. המרחקים בכדור הארץ קטנים ולכן גלילאו הציע לבצע את המדידות בהפרש של חצי שנה כשהארץ נמצאת בכיוון המנוגד מהצד השני של השמש, מרחק עצום של 300 מיליון קילומטרים.

אמצעי המדידה במאה ה-18 לא היו מספיק מדויקים ולמעשה הטיעון האחרון שהחזיק את התורה הגיאוצנטרית בה הארץ במרכז היקום היה שלא מודדים שום פרלקסה לכוכבים ולכן הארץ במרכז ולא מסתובבת סביב השמש). אנשים לא יכלו להאמין שהיקום הוא כל כך גדול. אבל בתחילת המאה ה-19 פרידריך בזל שם לב לכוכב שהוא קרוב לכדור הארץ (בגלל תנועה שהייתה לו בשמים – תנועה קטנה מדי להרגיש בעין, אבל ניתנת למדידה בטלסקופים) והוא גם היה כוכב כפול (כוכב זה הוא חיוור וחסר שם ומכונה 61 ברבור). ב-1838 הוא חישב את המרחק לכוכב כ-721 אלף פעמים מהמרחק בין הארץ לשמש או 11.4 שנות אור. במונחים אסטרונומים כוכב זה הוא ממש שכן שלנו, ומדידות לכוכבים רחוקים יותר לא הצליחו.

כאן נכנסת לתמונה הנרייטה ליוויט

הנרייטה נשכרה לעבודה במצפה הכוכבים הרווארד ועשתה עבודת חישוב. תפקידה היה לעבור על לוחות צילום ולסוג את הכוכבים הנראים בהם לפי בהירות. עבודה שחורה, רוטינית ומייגעת שהיום מחשב עושה (כך גם כונתה העבודה, מחשבת). הנרייטה שמה לב שלחלק מהכוכבים המשתנים יש תכונה מיוחדת, אורך המחזור שלהם (משך הזמן בו הם משנים בהירות) הינו ביחס ישיר לבהירות האמיתית שלהם. את זמן המחזור אפשר לחשב באמצעות תצפיות עוקבות וממנו אפשר להסיק על הבהירות האמיתית של הכוכב. החוק ידוע מאז בשום חוק ליוויט, והכוכבים המשתנים מהסוג המסוים נקראים משתנים קפאידים (על שם הכוכב הראשון מסוג זה שהתגלה בקבוצת קפיאוס). החשיבות של החוק עצומה, אולם הוא לא מספיק לחישובי מרחקים, אלא רק באופן יחסי. נניח שמצאתי שני כוכבים בעלי זמן מחזור זהה, אני יודע שבהירותם האמיתית היא זהה, אם מדדתי שההפרש בין בהירותם הנראית היא פי 4, כל מה שאני יודע זה שהפרש המרחקים ביניהם הוא כפול (האור נחלש ביחס ישיר לריבוע המרחק), אבל אני לא יכול לדעת את המרחק לאחד מהם. כוכבים משתנים אלו נקראים גם נרות סטנדרטיים.

כדי לחשב פרלקסה למרחקים עוד יותר גדולים יש להגדיל את בסיס המדידה עוד ועוד. גם המרחק של כדור הארץ מהשמש אינו מספיק. האסטרונום וויליאם הרשל גילה שכל מערכת השמש זזה בחלל, זה נתן שיטת פרלקסה חדשה. ביצוע מדידות לא בהפרש של חצי שנה אלא של כמה שנים וחישוב המרחק שעברה כל מערכת השמש באותו זמן הגדילו את בסיס המדידה עוד יותר. חישובים (על ידי איינר הרצשפרונג) הראו שהעננים המגלניים נמצאים במרחק הבלתי ייאמן של 3000 שנות אור, ערך בלתי נתפס באותם זמנים אולם עדיין נמוך בהרבה מהערך האמיתי.

השלב הבא היה מציאת כוכב קפאיד בגלקסיית אנדרומדה שהגדיל את היקום למימדים עצומים (ששוב מתגמדים לעומת מה שידוע לנו היום) של מליוני שנות אור, גילוי זה על ידי אדווין האבל הוביל להכרעה בויכוח הגדול בין הארלו שייפלי להרבר קרטיס  בנושא מהן גלקסיות (והאבל זכה שטלסקופ החלל המפורסם יותר ממנו יקרא על שמו).

באותו זמן נעשה גם שימוש באפקט דופלר שהתגלה ואופיין במחצית הראשונה של המאה ה-19. אנחנו מכירים אותו בעיקר משמיעה, של אמבולנס הבא לקראתנו לעומת אמבולנס המתרחק מאיתנו, אבל זהו אפקט כללי בתורת הגלים ומתאר שינוי באורך הגל בגלל התנועה בין מקור הגל לצופה. באופטיקה נראית (וגם כזו שאינה נראית), מדובר על הזחה לאדום - אורך הגל עולה כלל שהמקור מתרחק מאיתנו מהר יותר והסחכה לכחול, היא בדיוק ההפיך , הגלים נדחסים. כמובן כדי לדעת מה השינוי יש לבצע מדידות ביחס למצב ללא שינוי, ומהן אפשר להעריך את המהירות. אולם בשביל להשתמש במהירות למציאת המרחק, היה צורך להשתמש גם בעבודתה של ליוויט וב-"נרות התקניים"

נחזור להנרייטה ליוויט. היא לא יכלה להמשיך במחקר שלה, הבוס שלה, אדוארד פיקרינג, היה מעונין במחקר אחר, במציאת הבהירות המדויקת של עשרות כוכבים בשמים (רובם באזור פולאריס) על מנת שישמשו כתקן למדידת כוכבים אחרים. הנרייטה עשתה עבודת מחקר מקיפה שפורסמה ב-1912 ובה הצהירה כי מדדה אותם ברמת דיוק מספקת שישמשו כתקן. עבודה זו , ביחד עם גילוי החוק המשתנים הקפאידים היו תגליות מדעיות ומחקריות חשובות, שאם הייתה רשומה כסטודנטית, הייתה צריכה לקבל עליהם תואר דוקטור אם לא יותר מכך. הנרייטה לא זכתה לעבוד ולחקור עוד זמן רב לאחר מכן, מחלת הסרטן הכריעה והיא נפטרה ב-1921. על שמה קרוי אסטרואיד ומכתש בירח, הכרה מועטה למדי במדענית דגולה זו.