אופס, גיליתי מדע!

השיטה המדעית מכתיבה את האופן שבו מושגת התקדמות מדעית. אנחנו מדמיינים את המדענית בחלוקה הלבן, שוקדת במעבדה על ניסוי שתכננה בקפידה כדי להפריך השערה שנולדה על בסיס תובנות וידע רב שנצברו לאורך השנים. ואכן חלק ניכר מההתקדמות המדעית היא כזאת בדיוק. אבל מחקר מדעי הוא לא פעם כאוטי, מתקדם בקפיצות ובאופנים בלתי צפויים, ולפחות חלק מהתגליות החשובות בהיסטוריה התרחשו די במקרה. 

אחת התגליות המקריות המפורסמות ביותר, וכנראה גם בין המוקדמות שבהן, היא חוק ארכימדס. מסופר כי המלך היירון השני, ששלט בסירקוסאי שבסיציליה במאה השלישית לפני הספירה, חשד שהצורף שממנו הזמין כתר מפואר שיוכל להקדיש לאלים, רימה אותו, והחליף חלק מהזהב במתכת זולה יותר. כדי להכריע אם הייתה פה הונאה פנה המלך לגדול חכמי העיר, ארכימדס, וביקש שיקבע ממה מורכב הכתר בלי לפגוע בשלמותו. מדובר באתגר לא פשוט כיוון שלא הייתה ידועה דרך למדוד את נפח הכתר. 

האגדה מספרת כי באחד הימים הלך ארכימדס לבית מרחץ ציבורי. כשנכנס לטבול באמבט הוא ראה שמפלס המים עלה כשהוא נכנס לתוכם. ארכימדס הבין שהעלייה בנפח המים באמבט שווה לנפח הגוף שלו, והסיק מיד שבאותה דרך הוא יכול לטבול את הכתר במים ולגלות את נפחו. אחוז התלהבות הוא רץ החוצה, עירום כביום היוולדו, לשתף את העולם בתגליתו, כשהוא צועק: “מצאתי! מצאתי! אאוריקה! אאוריקה!” ההארה הזאת הביאה לפיתוח של חוק הציפה.

חוויית ההארה הזאת, שמכונה “Eureka moment” היא חלק משמעותי מהתגלית המדעית. תגליות כאלו, שמבוססות על מזל ומגיעות בשעה שאדם מחפש דבר אחר, מכונות בעברית “תגליות אגב”. אבל התגלית המקרית אינה הכול. הביולוג והכימאי עתיר ההישגים לואי פסטר (Pasteur), אמר “בתחום התצפיות המדעיות, המזל מעדיף את המוח המוכן לקראתו” וכך הגדיר במדויק מה נחוץ כדי לקחת טעויות, תאונות או צירופי מקרים ולהוציא מהם תגלית מדעית או מהפכה מדעית של ממש.

סיפור עבש

אלכסנדר פלמינג שירת ארבע שנים בחיל הרפואה הבריטי במהלך מלחמת העולם הראשונה, שם נחשף למוות המוני, שחלק ניכר ממנו היה אפשר למנוע. רבים מהחיילים הפצועים שבהם טיפל לא מתו מהפציעה עצמה אלא מזיהומים שנוצרו בעקבותיה – אפילו אם הפציעה שלהם נחשבה קלה. בתום המלחמה שב פלמינג למשרתו הקודמת, כמדען חוקר בבית החולים סנט מרי בלונדון, חדור רצון לגלות חומר שימנע ביעילות התפתחות של זיהומים קטלניים. אומנם כבר היו אז תרופות נגד חיידקים, אך יעילותן הייתה מוגבלת והן יצרו תופעות לוואי קשות. 

בשנת 1921 הגיע פלמינג למעבדה כשהוא מצונן, וטיפת נזלת ניתזה מחוטמו על צלחת פטרי שהייתה מכוסה בתרביות חיידקים. עד מהרה מושבות החיידקים שהתפתחו על המצע המזין של הצלחת הידלדלו, נהיו שקופות והחיידקים מתו. פלמינג זיהה את חשיבות השינוי המוזר והתברר לו שהוא גילה לגמרי במקרה את הליזוזים – אנזים שנמצא בנוזלי גוף כמו דמעות ונזלת, וברקמות מסוימות, ומסוגל לגרום לפירוק של דופן התא של חיידקים. אך התגלית המפתיעה התחלפה במפח נפש כשהתברר לו שהליזוזים אומנם פעל היטב על חיידקים תמימים, שאינם מסוכנים לאדם, אך לא הועיל נגד חיידקים גורמי דלקת מסוכנים כמו סטרפטוקוקים וסטפילוקוקים. 

המאמרים שפרסם בנושא לא עוררו הדים רבים בעולם המדע. בהמשך, כשהזדמן לו לדווח על התגלית בפורום מדענים, הרצאתו התקבלה באדישות ואיש לא ייחס לה חשיבות. נראה שלמרות מעלותיו כחוקר, פלמינג פשוט לא היה מרצה טוב. הסבריו היו סתמיים ומשעממים והקהל לא הצליח לזהות את חשיבותם.

אף שלא היה מרצה מעורר השראה, היו לפלמינג כישרונות אחרים – במיוחד באמנות. הוא צייר בצבעי מים והיה אחד החלוצים באמנות מיקרוביאלית: זרם נישתי במקצת שמתמקד בציור בעזרת מושבות חיידקים על צלחות פטרי. זוהי אמנות יוצאת דופן שמנצלת את התכונות של מושבות חיידקים ואת צבעיהן העזים לצורך הבעה אסתטית. פלמינג אהב לבודד חיידקים צבעוניים ולזרוע אותם על הצלחת באופן שייצור כעבור יממה, תמונה מרהיבה. 

בשנת 1928 חקר פלמינג חיידק בשם סטפילוקוק זהוב (Staphylococcus aureus), שצבע המושבות שלו היה צהוב עז. אולי בגלל נפש האמן, המעבדה שלו הייתה מבולגנת תמיד וכך היא נשארה גם כשיצא לחופשת קיץ ארוכה. בשובו למעבדה הוא היה חייב לסדר את הבלגן, לרבות צלחות פטרי משומשות רבות שנותרו מפוזרות ברחבי המעבדה. הוא הקפיד להביט לרגע בכל צלחת פטרי, ואז רחץ אותה היטב והכין אותה לשימוש חוזר.

אחת הצלחות שהרים הייתה מזוהמת בעובש. הזיהום עצמו לא היה אירוע חריג כלל, אבל משהו בצורתו נראה מטריד. במבט נוסף הבחין פלמינג שסביב מושבת העובש היה שטח ריק, שלא גדלו בו בכלל חיידקים. פלמינג הבין מיד את משמעות הדבר: העובש הפריש לצלחת חומר כלשהו שמפרק חיידקים. זה היה הפניצילין – האנטיביוטיקה הראשונה.

גילוי הפניצילין הפך כמעט למיתוס: צלחת פטרי מלאה חיידקים שהושארה פתוחה במקרה, נבג העובש שנחת עליה באוויר הלונדוני המזוהם, ורגע ההארה של פלמינג בשובו מהחופשה כשהבין מה הוא רואה בצלחת. אך המציאות הייתה עוד פחות סבירה, וגדושה צירופי מקרים משונים.

נתחיל בכך שהעובש שנחת בצלוחית היה פניציליום נוטאטום (Penicillium notatum), מין עובש נדיר למדי, שבדיעבד התברר שמקורו היה במעבדה אחרת בבניין. גם התזמון היה משמעותי: הנבג נחת על צלחת הפטרי זמן קצר אחרי שנזרעה. בשלב הזה מושבות החיידקים עוד לא התפתחו ולא יכלו להפריע לעובש עצמו להתפתח. בהמשך התברר גם שהפניצילין פועל על חיידקים צעירים כשהם מתרבים, כך שהתזמון המוצלח גם אִפשר לפניצילין לבוא לידי ביטוי מלכתחילה. אם פלמינג היה מסודר יותר, או שהמעבדה הסמוכה הייתה שומרת טוב יותר על העובש שלה, או שהנבג היה נוחת על צלחת הפטרי בעיתוי אחר, יכול להיות שלעולם לא היינו מגלים את הפניצילין. 

התגלית עצמה הייתה רק תחילת הדרך. פלמינג ניסה להפיק את החומר מהעובש ולבדוק אם אפשר להשתמש בו כתרופה, אבל חסרו לו הכלים המקצועיים לכך והוא נכשל. כמו כן, גם הוא וגם מדענים אחרים ששמעו על התגלית חשבו בתחילה שמדובר רק בעוד סוג של ליזוזים והתייחסו לתגלית כאל אנקדוטה בלבד.

מי שהצילו את התגלית היו צמד מדענים מאוניברסיטת אוקספורד, הווארד פלורי (Florey) וארנסט בוריס צ’יין (Chain), ששמו המקורי היה חן. פלורי היה פיזיולוג ופתולוג וצ’יין היה ביוכימאי, מדען יהודי שנמלט מגרמניה הנאצית. הם חקרו את ההשפעה של ליזוזים על דופן החיידקים וב-1938 החליטו להרחיב את המחקר שלהם. בין השאר הם נתקלו במאמר שבו דיווח פלמינג על הפניצילין וביקשו לבדוק אם זה באמת ליזוזים. 

צ’יין, הביוכימאי, המשיך במקום שבו פלמינג ויתר ושקד להפיק כמות מספקת של החומר. זה לא היה פשוט, כי העובש הפריש מעט מאוד פניצילין. בנוסף, נבגי העובש חייבים להיחשף לאוויר כדי לגדול ולכן צמד המדענים נזקקו לכלים רחבים בעלי שטח פנים גדול. בינתיים פרצה מלחמת העולם השנייה והמשאבים היו דלים מאוד, אז כדי לגדל את העובש הם אלתרו מכל הבא ליד, כולל סירי לילה, תבניות פשטידה וקופסאות ביסקוויטים. כמעט שנתיים נדרשו לצ’יין כדי להפיק כמות מספקת של פניצילין טהור דיו לצורך הניסוי הראשון שלהם. הניסוי נערך על עכברים שהודבקו בחיידק סטרפטוקוק. שלושה מארבעת העכברים שקיבלו פניצילין שרדו, ואילו כל העכברים בקבוצת הביקורת מתו. הניסוי הוכתר בהצלחה.

למרות הקושי להשיג כמות גדולה מספיק של פניצילין, הם עברו לערוך ניסויים בבבני אדם, אך נכשלו שוב ושוב משום שלא היה להם די פניצילין לטיפול לאדם מבוגר. מאחר שילדים בדרך כלל זקוקים למינון נמוך יותר של תרופות, הם עברו לטפל בילדים שסבלו מזיהומים קשים, ואכן הצילו את חייהם.

פלורי מאוד חשש שהגרמנים יצליחו לכבוש את בריטניה והפניצילין ייפול לידיהם, כך שבשיא המלחמה נמלטו הוא וצ’יין לארצות הברית עם דוגמיות של העובש. הממשל האמריקאי השתכנע בקלות לסייע להמשך המחקר והם הופנו למכון מחקר חקלאי באילינוי, שם הושקעו משאבים גדולים בחידוש מפעל ייצור העובש של אוקספורד. 

פריצת הדרך הייתה, שוב, עניין של מזל. מרי האנט, עוזרת מחקר במכון, ראתה בשוק מלון רקוב מכוסה עובש והביאה אותו למעבדה, שם התברר שזהו זן אחר של פניציליום שמפריש כמות פניצילין גדולה פי 3,000 יותר מאשר הזן המקורי. בזכות זה היא נודעה עד סוף ימיה בכינוי מרי העבשה (Moldy Mary). מכאן נפתחה הדרך לייצור מסחרי של התרופה ולניסויים קליניים מוצלחים בה. עידן האנטיביוטיקה יצא לדרך, 16 שנים אחרי התגלית של פלמינג, עם הרבה מזל ואגביות.

קרינה בלתי נראית

בשנת 1895 חקר הפיזיקאי הגרמני וילהלם רנטגן את הקרינה שנפלטת משפופרת קרן קתודית – אותן שפופרות שבאמצעותן פעלו מסכי הטלוויזיה והמחשב עד למעבר למסכים השטוחים של ימינו לפני כעשרים שנה. אחד הניסויים שלו התבצע בחדר חשוך. כשכיסה את השפופרת בנייר אטום קרה משהו מוזר – מסך פלואורסצנטי סמוך התחיל לזהור, אף על פי שלא נראה שם מקור אור.

רנטגן הבין מיד שהשפופרת שלו פולטת סוג בלתי מוכר של קרינה. בתום כמה שבועות אינטנסיביים של מחקר הוא הבין שהקרינה החדשה שגילה עוברת דרך שלל חומרים שנראים אטוּמים באור הנראה הרגיל. הצילום הראשון שצילם היה כף ידה של אשתו, אנה ברתה, ואפשר היה לראות בו בבירור את עצמות ידה ואת טבעת הנישואין שלה. מספרים שאנה ברתה הגיבה בבהלה ואמרה, “ראיתי את המוות!”

התגלית האגבית התקבלה בהתלהבות רבה ואומצה עד מהרה כאמצעי אבחון רפואי, במיוחד של רקמות קשות כמו עצמות. גם הציבור הרחב התלהב מהאפשרויות שקרינת הרנטגן, שנקראת גם קרינת X, פתחה בפניו, והקהל נהר לירידים שבהם מצלמות רנטגן אפשרו להם לראות את עצמותיהם. בשלב ההוא עוד לא היה ידוע דבר על הסכנה הכרוכה בחשיפה רבה לקרינת רנטגן. 

שנה אחרי הגילוי ביקש הפיזיקאי הצרפתי אנרי בקרל (Bacquerel) לבדוק אם התכונות של קרינת הרנטגן קשורות לתופעת הפוספורסצנציה – מצב שבו חומרים שנחשפו לאור פולטים כעבור זמן מה אור באורך גל אחר. בקרל יצר ערכת ניסוי שכללה לוח צילום מכוסה בנייר אטום לאור, ועליו הוא הניח גבישים של מלח אורניום פולט אור וכמה עצמי מתכת. הוא ציפה שבעקבות חשיפה ממושכת לאור השמש מלח האורניום יפלוט קרינה. אם הקרינה הזו דומה לקרינת הרנטגן, היא תחדור את הנייר האטום ותשחיר את לוח הצילום בכל מקום שלא היה עליו עצם מתכתי שחסם את הקרינה. הניסויים היו מוצלחים ולוחות הצילום הגיבו כצפוי. 

באחד הימים הכין בקרל את הערכה והוציא אותה לאוויר הפתוח, אבל היה זה חודש פברואר בפריז והשמש הסתתרה מאחורי העננים. בקרל חזר למעבדה והניח את ערכת הניסוי במגרה לשימוש ביום אחר, שמשי יותר. כעבור כמה ימים החליט לפתח בכל זאת את לוח הצילום. להפתעתו הוא ראה שהלוח השחיר והצללית של צלב המתכת נראתה עליו בבירור. כשהוסיף והתעמק בתופעה, הוא גילה תהליך שבו גרעיני אטומים שאינם יציבים, למשל צורות מסוימות של אורניום, מתפרקים והופכים ליסודות אחרים, ובתוך כך נפלטים מגרעין האטום חלקיקים וקרינה. כיום אנו קוראים לזה רדיואקטיביות. כך שאפשר לומר שבקרל גילה את הרדיואקטיביות בזכות מזג אוויר גרוע.

אותות מהחלל

מקריות עמדה גם בבסיסה של תגלית פורצת דרך אחרת בפיזיקה – ובאסטרונומיה. בשנת 1967 עבדה הדוקטורנטית ג’וסלין בל, לימים בל-ברנל (Bell-Burnell), במעבדתו של המנחה שלה אנתוני יואיש (Hewish) באוניברסיטת קיימברידג’ בבריטניה. מחקרה התמקד בקווזארים – כוכבים פולטי קרינת רדיו שהתגלו זמן קצר קודם לכן, והיא הייתה יושבת במעבדה ועוברת על כמויות עצומות של תדפיסים שהפיק טלסקופ הרדיו המשוכלל של האוניברסיטה. 

באחד הלילות היא הבחינה במקור קרינה שפולט אות זהה המופיע בתדירות קבועה של 1.337 שניות. הגילוי היה מקרי לחלוטין, כי בל-ברנל חיפשה דגם אחר לגמרי של אותות ורק תחושה אינטואיטיבית של “כבר ראיתי משהו כזה” אפשרה לה לזהות את הדגם הקצרצר הזה שחזר על עצמו שוב ושוב מאותה נקודה בשמיים. היא המשיכה לעקוב אחריו ואישרה שמדובר באות שמגיע ממקור קבוע בשמיים, ואינו מעשה ידי אדם. בתחילה היא קראה לו LGM-1, ראשי תיבות של Little Green Man – איש ירוק קטן – למקרה שמדובר במסר ששלחו חייזרים. 

יואיש חשש לפרסם את הממצאים ובל-ברנל המשיכה במחקר. היא גילתה עוד מקורות דומים של קרינת רדיו בשמיים וכך פסלה את סברת החייזרים. בתחילת 1968 פרסמו יואיש וצוות המעבדה שלו מאמר ראשון על הממצאים הללו, ושיערו שמדובר בכוכבי נייטרונים. כוכבים כאלה הם שרידים שנותרים אחרי פיצוץ של כוכב גדול (סופרנובה) שמסתיים בקריסה מהירה של החומר שנשאר. התוצאה היא כוכב דחוס מאוד. 

בהמשך זכתה התגלית לשם פולסאר (Pulsar), קיצור של “כוכב פועם” (Pulsating Star), והתברר שמדובר בכוכב ניטרונים שמסתובב במהירות עצומה. במהלך סיבוביו הוא יורה אלומות קרינה עזות מהקטבים שלו. מאחר שציר הסיבוב של הכוכב נטוי יחסית אלינו, האלומות האלה לא מצביעות באופן קבוע לאותו כיוון. כשהפולסאר מסתובב, האלומה חולפת שוב ושוב מול כדור הארץ, והיא נקלטת כפעימות בעלות קצב קבוע. אלה היו הפעימות שבל-ברנל זיהתה.

כפי שקורה לא פעם בעולם המדע, התגלית של בל-ברנל לא זיכתה אותה במלוא ההכרה הראויה לה. ב-1974 קיבל יואיש את פרס נובל בפיזיקה “על תפקידו המכריע בגילוי הפולסארים”. בל-ברנל אפילו לא הוזכרה בהכרזת הפרס, למרות התפקיד המכריע שהיא מילאה בתגלית: החל בגילוי האותות וכלה באימותם ואפילו במאמציה לשכנע את יואיש לפרסם את התגלית. בהמשך הקריירה שלה הפכה בל-ברנל למודל השראה עבור נשים מדעניות, והוויכוח על האפליה שלה מילא תפקיד חשוב בביסוס מעמדן של נשים במדע.

מקריות מתוקה

לא כל תגלית-אגב היא אירוע מכונן במדע. רבות מהן קשורות פשוט להמצאות, תרופות ופיתוחים טכנולוגיים שלא היו פורצי דרך, אך גם הם התגלו מתוך שילוב של טעות, מקריות או תאונה. תרומתם לחיינו תלויה אף היא בתבונה של מי שזיהו והבינו את המשמעות. בזכות תגליות כאלה יש כיום זריקות אינסולין לחולי סוכרת, כדורי ויאגרה לאין-אונות, תנורי מיקרוגל ביתיים, קוצבי לב, וגם המצאות יומיומיות כמו מחבתות טפלון, סקוצ’ים (צמדן זיפים או ולקרו) או פתקיות דביקות. 

אחת ההמצאות היומיומיות הללו הייתה הסכרין – הממתיק המלאכותי הראשון שהתגלה לגמרי במקרה ב-1879, פשוט בגלל חוסר זהירות ואי-הקפדה על כללי בטיחות בעבודה עם חומרים כימיים. מאחורי התגלית עומד הכימאי הרוסי קונסטנטין פאלברג (Fahlberg), בשעה שעבד במעבדתו של איירה רמסן (Remsen) באוניברסיטת ג’ונס הופקינס שבארצות הברית. 

“זה היה בחלקו במקרה ובחלקו באמצעות מחקר”, הסביר פאלברג לאחר מכן. “עבדתי זמן רב על רדיקלים מורכבים ועל נגזרות של זפת פחם. ערב אחד שקעתי בעבודה שלי במעבדה וכמעט שכחתי לעצור ולאכול ארוחת הערב. כשנזכרתי לבסוף כבר היה מאוחר, אז מיהרתי לאכול בלי שטרחתי לשטוף לפני כן ידיים. בצעתי חתיכת לחם והכנסתי אותה לפי. טעמה היה מתוק להפליא, וחשבתי שאולי לקחתי בטעות עוגה או ממתק. שטפתי את פי במים וייבשתי את שפמי במפית, והנה זה פלא, לפתע פתאום המפית הייתה עוד יותר מתוקה מהלחם. הייתי מבולבל. הרמתי שוב את הכוס שלי כדי לשתות, ולמזלי הנחתי את שפתיי במקום שבו אצבעותיי נגעו קודם לכן. המים היו מתוקים כמו סירופ. טעמתי את קצה האגודל שלי וגיליתי שהוא מתוק יותר מכל ממתק שאכלתי אי פעם”. 

פאלברג רץ בחזרה למעבדה וטעם בזה אחר זה את התכולה של כל מכל, כוס ובקבוק שהיו על שולחן העבודה שלו, ולא עצר עד שמצא את התרכובת המתוקה. הסכרין הפך ללהיט ענק ופאלברג התעשר מהפטנט שהוציא על תהליך הייצור שלו. 

כמו הרבה סיפורים אחרים של תגליות מדעיות, גם כאן לא חסרו משחקי אגו וכעס. הפעם הנעלב היה ראש המעבדה רמסן, שאומנם היה שותף להמשך המחקר והיה חתום על המאמר שפרסם את התגלית, אבל לא זכה בנתח מהפטנט. מבחינת הציבור הרחב התגלית הייתה “הסכרין של פאלברג” והוא לא נהנה מהקרדיט. כמובן לא הוא היה זה שליקק כל כלי וכלי במעבדה כדי לזהות את התרכובת המנצחת, אבל התסכול מובן.

מזל ותבונה

אין לדעת כמה תגליות והמצאות הוחמצו בגלל ניסויים שהתנהלו חלק מדי, כישלון של מדענים לזהות את הפרטים יוצאי הדופן שצצו בעקבות טעות או צירוף מקרים כלשהו, או שהמדען שהיה שם לא היה ערני או פיקח מספיק להבין את המשמעות. סיפורי התגליות המקריות הללו חושפים צד של המדע שהוא הרבה פחות מתוכנן ושיטתי מכפי שהיינו רוצים להאמין. אבל הם גם מראים לנו שלא די בתגלית המקרית לבדה. נחוצים גם יכולת אבחנה, ידע קודם, תבונה ויכולת שיפוט. בלעדיהם אי אפשר להבין את המשמעות של התגלית המקרית ולהמשיך איתה הלאה.