הפרס הישראלי היוקרתי יוענק השנה על מחקרים פורצי דרך בפיזיקה, מלחמה בנגיפים, זירוז תגובות כימיות, גילויים שקשורים במערכת החיסון של צמחים ועיצוב אדריכלי בסין
פרס וולף, הפרס היוקרתי ביותר המוענק בישראל, הוא פרס בינלאומי שנתי בתחומי המדעים ובאמנות. השנה יוענק הפרס למדענית אחת ולשבעה מדענים בתחומי הרפואה, הפיזיקה, הכימיה והחקלאות, והפרס באמנויות יוענק בתחום האדריכלות. סכום הפרס הוא 100 אלף דולר בכל תחום, וטקס הענקת הפרסים יערך בחודש יוני במשכן הכנסת.
פיזיקה: לפענח את השברים
פרס וולף בפיזיקה יוענק לשלושה חוקרים, מארצות הברית ומישראל, שהניחו את הבסיס להבנת אפקט הול הקוונטי השברי (Fractional Quantum Hall Effect) – תופעה פיזיקלית בעלת חשיבות באלקטרוניקה, מחשבים קוונטיים ועוד. אפקט הול המקורי, או ה"קלאסי" התגלה ב-1879, כשהסטודנט אדווין הול הראה שבניגוד לתחזיות, שדה מגנטי ניצב לחומר מוליך משפיע על מעבר האלקטרונים במוליך, ויוצר מתח והתנגדות. בהמשך התגלה אפקט הול הקוונטי, שהראה כי רמות המתח וההתנגדות אינן רציפות, אלא עולות או יורדות רק במדרגות קבועות. לאחר מכן התגלה גם האפקט השִׁבְרִי, שבו האלקטרונים מתנהגים כאילו המטען שלהם אינו שלם, אלא שבר מסוים שלו, למשל 1/5 ממטען האלקטרון, או 1/7 ממנו. שלושה ממגלי האפקט הזה קיבלו על כך את פרס נובל בפיזיקה ב-1998.
ג'ייננדרה ג'אין (Jain) מאוניברסיטת פנסילבניה סטייט בארצות הברית, פיתח את המסגרת התיאורטית להבנת התופעה, כשהראה שאפשר להתייחס לאלקטרונים שמתנהגים כבעלי שברים של מטען כאל חלקיקים שהוא כינה "פרמיונים מרוכבים": מעין חלקיק דמיוני שמתנהג כמו אלקטרון שאליו צמוד השטף המגנטי. ההסבר התיאורטי עלה בקנה אחד עם ממצאים במעבדה, כולל כאלה שהראו בחלקיקים האלה התנהגות המזכירה מוליך-על.
ג'יימס אייזנשטיין (Eisenstein) מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאלטק), היה שותף לגילוי מצב הול הקוונטי השברי המתאים לערך 5/2. עז אז כל הגילויים היו של שבר עם מכנה אי-זוגי, כמו 1/3 או 1/5, והגילוי שלו הראה גם שברים עם מכנה זוגי. הוא פיתח שיטות להפרדת שכבות מגע של אלקטרונים בודדים, מה שאיפשר לו להבין את תנועת האלקטרונים בשכבות, ולצפות בפעם הראשונה בתופעות קוונטיות שמתרחשות בהן. הוא גם גילה התנהגויות ייחודיות של האלקטרונים במערכות כאלה, שמאפשרות להסביר חלק מהתופעות הקוונטיות.
האלקטרונים מתנהגים כאילו יש להם שברי מטענים, ולא מטענים שלמים. אפקט הול הקוונטי השברי | איור: Mari Ishida, University of Tokyo
מוטי הייבלום (Heiblum) ממכון ויצמן למדע, הישראלי היחיד בין מקבלי הפרס השנה, הוביל את חקר החלקיקים הייחודיים במעבדה. הייבלום ועמיתיו פיתחו חומרים מוליכים למחצה בדרגת ניקיון גבוהה במיוחד, ויצרו ביניהם מרווח צר שבו אפשר להוליך אלקטרונים רק בשני ממדים. בעזרת שיטות חדשניות שפיתחו הם מדדו את התכונות של החלקיקים שנעים במרווחים הללו. "ב-1997 מדדנו בפעם הראשונה את אפקט הול השברי, וזה סלל את הדרך להענקת פרס נובל למגליו בשנה שלאחר מכן", אמר הייבלום לאתר מכון דוידסון. "הקבוצה שלנו הצליחה למדוד את מטעני החלקיקים, ועם הזמן גם הצלחנו למדוד מוליכות תרמית, לא חשמלית, וכך לגלות את חלקיק מיורנה, שהיה קשה מאוד לגלותו בדרכים אחרות".
"מרגש מאוד לקבל הודעה על קבלת פרס כזה", הוסיף הייבלום. "מצד אחד זה משמח מאוד, מצד שני זה גם מפתיע. לא ציפיתי לכך, וזו קצת תחושה של קבלת פטיש על הראש. מקווה שהחגיגות יעברו בקרוב ואוכל להמשיך לעבוד עם הסטודנטים. זה מה שמעניין אותי".
לשאלה על היישומים האפשריים של התגליות שלו ושל עמיתיו לפרס, השיב הייבלום "זה מדע טהור, לאו דווקא יישומי. בכל טלפון חכם יש מיליוני טרנזיסטורים שבהם האלקטרונים נעים בשכנות דו-ממדיות, אבל בטמפרטורת החדר לא רואים את האפקטים שאנחנו חוקרים, שמתרחשים קרוב מאוד לאפס המוחלט, ובשדה מגנטי חזק. יש כיום הצעות להשתמש בחלקיקי מיורנה כקיוביטים – יחידות החישוב הבסיסיות של מחשב קוונטי, אבל אותי זה פחות מעסיק. אני מחפש להבין את הפיזיקה, כי היא יפהפיה".
יישומים אפשריים במחשוב קוונטי, אבל העיקר הוא הפיזיקה היפהפיה. מימין: ג'אין, אייזנשטיין ומוטי הייבלום | צילומים: קרן וולף
רפואה: מלחמה בנגיפים
פרס וולף ברפואה יוענק לפמלה ביורקמן (Bjorkman) מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאלטק), על פיתוח אסטרטגיות חדשניות להתמודדות עם מנגנוני הגנה של נגיפים.
ביורקמן נולדה ב-1956 באורגון, ועשתה את עבודת הדוקטורט בביוכימיה באוניברסיטת הרווארד, שם התחילה בפענוח המבנה המרחבי של מערכת MHC – מערכת חלבונים שמציגה לתאי T של מערכת החיסון חלקים של מחוללי מחלות, ומאפשרת לה לתקוף אותם ביעילות. בהמשך מונתה לחוקרת בקאלטק, שם המעבדה שלה מתרכזת בחקר התגובה החיסונית שלנו נגד נגיפים, מתוך מטרה לפתח חיסונים יעילים וטיפולים לייעול התגובה החיסונית הטבעית. מחקריה מתמקדים בפענוח המבנה התלת-ממדי של חלבונים שמעורבים בתגובה החיסונית, בעיקר באמצעות קריסטלוגרפיה – גיבוש החלבון והקרנתו ברנטגן כדי לגלות את המבנה המרחבי שלו. בעזרת שיטות אלה ושיטות נוספות היא זיהתה את המבנה המדויק של חלבונים המעורבים בתגובה חיסונית, הן חלבונים של מערכת החיסון, הן חלבונים של מחולל המחלה. ביורקמן ועמיתיה פענחו את המבנה של חלבונים חשובים המעורבים בתגובות החיסון נגד נגיפי שפעת ונגד נגיפי HIV, הגורמים לאיידס. מחקריה על HIV הדגישו את חשיבותם של נוגדנים המזהים מרכיבים קבועים בחלבוני המעטפת של הנגיף.
מאז פרוץ מגפת הקורונה הובילה ביורקמן מחקרים חשובים בפענוח המבנה של חלבון ה-Spike של נגיפי SARS-CoV-2, ופיתחה אסטרטגיות לייצור חלבונים דומים שמעוררים תגובה חיסונית רחבה נגד נגיפי קורונה, כדי לייעל את החיסונים נגדם. כמו כן היא פיתחה גישה חדשנית לבחירת נוגדנים המזהים את אותם מרכיבי חלבון שנשמרים ברוב הווריאנטים של נגיף מסוים, מה שמאפשר לייעל את התגובה החיסונית נגד הנגיף, ולשפר את החיסונים. "מחקריה של פמלה ביורקמן פותחים אשנב לפיתוח חיסונים עתידיים שיתמודדו עם האתגרים הגדולים ביותר של האנושות בתחום החיסונים", נכתבה בהודעת קרן וולף על הזכייה.
פענוח המבנה התלת-ממדי של חלבונים שמעורבים בתגובה החיסונית נגד נגיפים. פמלה ביורקמן | צילום: קרן וולף
כימיה: זירוז תהליכים
הפרס בכימיה יוענק השנה להלמוט שוורץ (Schwarz) מהאוניברסיטה הטכנית של ברלין, על תרומתו להבנת תהליכים קטליטיים ופיתוח שיטות לייצור זרזים מותאמים לתהליכים כימיים מסוימים.
שוורץ נולד ב-1943, ועשה את לימודיו באוניברסיטה הטכנית של ברלין, בטרם חזר אליה כחבר סגל אחרי פוסט-דוקטורט בארצות הברית. תחום המחקר העיקרי שלו הוא קטליזטורים – זרזים – חומרים שמאיצים או מייעלים תגובות כימיות, אך אינם חלק מהתוצרים או מהמגיבים. מחקריו של שוורץ על התנהגות האלקטרונים בתגובות כימיות איפשרו לזהות חלקים מסוימים בקטליזטורים שאחראים לפעילותם בהגברת יעילות התגובה. התובנות האלה סללו את הדרך לפיתוח קטליזטורים מותאמים ספציפית לתהליכים כימיים מסוימים. שימוש בקטליזטורים האלה מאפשר לייצר דלקים וחומרים אחרים בצורה נקייה יותר, מזהמת פחות וחסכונית יותר באנרגיה.
שוורץ התמקד במחקריו בתהליכי קטליזה במצב גזי, ותרומותיו בתחום היו כה מרכזיות עד שחתן פרס נובל בכימיה (וגם פרס וולף בכימיה) גרהרד ארטל (Ertl) כינה אותו "המוצרט של הקטליזה במצב גזי של ימינו". בין השאר הוא פיתח שיטות לקטליזה באמצעות אטום יחיד, ושילב מחקרים נסיוניים עם חישובים קוונטיים כדי לחקור כיצד לייעל תהליכים כימיים.
מחקריו עסקו רבות בקשר בין אטום פחמן לאטום מימן – אחד הקשרים החשובים בטבע. הם הסבירו תופעות הקשורות בהיווצרות הקשר ופירוקו, ואיפשרו לייעל את הניצול של פחמימנים פשוטים, כמו גז מתאן, שהוא גז חממה משמעותי, ולהפחית את הנזק לסביבה. בין השאר הוא פיתח תהליך שמאפשר לייצר ביעילות ציאניד (HCN), שהוא חומר גלם חשוב בתעשייה הכימית, מאמוניה (NH3) ומתאן (CH4) בקטליזה של פלטינה (תהליך DEGUSSA).
שיטות המחקר של שוורץ מבוססות רבות על ספקטרומטריית המסות – טכנולוגיה לקביעת הרכב של חומרים באמצעות היחס בין המסה למטען הכימי שלהם. הוא שכלל ושיפר את הטכנולוגיה ליישומים המאפשרים לחקור את מעבר האלקטרונים בין אטומים בתוך מולקולות, יישומים שעומדים בבסיס רבים מהפיתוחים והממצאים שלו.
שוורץ נחשב לידיד של ישראל ומרבה לשתף פעולה עם חוקרים ישראלים. ביום הולדתו ה-80 פרסם כתב העת הישראלי לכימיה גיליון מיוחד הסוקר את תרומותיו, והוא קיבל במשך השנים תארי דוקטור לשם כבוד מהטכניון, ממכון ויצמן למדע ומהאוניברסיטה העברית בירושלים.
מחקרים שמאפשרים לייצר דלקים וחומרים אחרים בצורה נקייה וירוקה יותר. "המוצרט של הקטליזה במצב גזי", הלמוט שוורץ | צילום: קרן וולף
חקלאות: מערכת החיסון של צמחים
האוכלוסייה האנושית גדלה והולכת, ועמה גדל הצורך לספק די מזון למיליארדי בני האדם. האתגר הזה ניצב בראש ובראשונה לפתחם של החקלאים, והוא מתעצם עוד נוכח שינויי האקלים בכדור הארץ. איום מרכזי על גידולים חקלאיים הן מחלות הצמחים, שנגרמות בין השאר מחיידקים, פטריות ונגיפים. האיום הזה מסוכן עוד יותר ככל שהחקלאות מתמקדת במגוון מצומצם יותר של גידולים, ובזנים מסוימים לכל גידול, מדיניות שהופכת אותה פגיעה יותר למחלות ולמגפות. פרס וולף בחקלאות יוענק השנה לשלושה חוקרים שגילו ופענחו מנגנונים טבעיים שבעזרתם צמחים מתמודדים עם מחוללי מחלות.
בריאן סטצקביץ (Staskawicz) מאוניברסיטת ברקלי בארצות הברית היה הראשון לגלות בחיידק של צמחים גן שמשפיע על האלימות שלו. הגילוי, בשנות ה-90, אישש השערה בת חצי מאה לפיה תוצרי גנים של צמחים מגיבים לגנים אלימים של מחוללי מחלות. הוא גם היה הראשון ששיבט גנים של צמחים שאחראים על התמודדות עם גורמי מחלות.
ג'פרי דאנגל (Dangl) מאוניברסיטת קרוליינה הצפונית בארצות הברית וג'ונתן ג'ונס (Jones) ממעבדת סיינסבורי (Sainsbury) באנגליה גילו בעבודות נפרדות את המנגנונים להפעלת מערכת החיסון בצמחים באמצעות קולטנים לחלבונים של מחוללי המחלות, גם בתוך תאי הצמח וגם בצדם החצוני. שני החוקרים, וגם סטצקביץ, גילו בנפרד כמה קולטנים כאלה, וג'ונס היה הראשון ששיבט גנים המקנים לצמח עמידות בפני מחוללי מחלות מסוימים. בעבודה משותפת מ-2006 הציעו דאנגל וג'ונס מודל מפורט של מערכת החיסון של צמחים ודרכי פעילותה. המודל, והעדכונים שהם פרסמו לו מאז, מסכם את הידע על דרכי ההתמודדות של צמחים עם מחלות, וסולל את הדרך לשימוש בידע הזה להגנה על גידולים חקלאיים מפני חיידקים, נגיפים, פטריות וגורמי מחלות נוספים.
גילו איך מערכת החיסון של צמחים מזהה את מחוללי המחלות ומתמודדת עמם. מימין: דאנגל, סטצקביץ וג'ונס | צילומים: קרן וולף
אדריכלות: שימור ופיתוח כלכלי
הפרס באמנות מוענק השנה לאדריכלית טיאנטיאן שו (Xu) בעלת משרד התכנון Design and Architecture (או בקיצור DnA) בסין. שו, ילידת 1975, למדה אדריכלות בבייג'ינג, המשיכה לתואר שני באוניברסיטת הרווארד בארצות הברית, ועבדה בבוסטון ובהמשך ברוטרדם שבהולנד לפני שחזרה לסין ב-2004 והקימה את משרדה. היא מובילה גישה חדשנית לפיתוח אזורים כפריים, המבוססת על שילוב חומרים מקומיים וטכניקות בנייה מסורתיות בפרויקטים שהיא בונה, תוך התמקדות בנקודות מפתח במקום התערבויות רחבות היקף. עבודתה שמה דגש על קהילתיות וחללים משותפים, כמו גם על קיימות.
משרדה סייע להחיות מחדש כפרים קטנים במחוז סונגיאנג בסין, בין היתר באמצעות בנייה של מבנים ציבוריים כמו גשר המחבר בין שני כפרים שהופרדו בשיטפון או מרכז לשימור מים. פרויקטים רבים של שו חיזקו כלכלות מקומיות ושיפרו תנאי עבודה, בהם מפעל סוכר חום בכפר שינג, מפעל טופו בכפר קאיצ'אי, מרחב התה חוימינג בהר צ'ימו ומפעל ליין אורז. אחד הפרויקטים הכפריים המרשימים שלה הוא השינוי העדין במחצבות אבן נטושות במחוז ג'יניון, שהפכו לתשתיות ציבוריות יוצאות דופן ורגישות לסביבה. פרויקטים אלו לא רק עודדו פיתוח אזורי, אלא גם חשפו את ההיסטוריה התרבותית והכלכלית החשובה של המחוז. "פרס וולף מוענק לשו הן בזכות כישרונה העיצובי יוצא הדופן והן בזכות הרגישות והחדשנות שבהן היא מנצלת את כישרונה לשיפור הכלכלי, החברתי והתרבותי של כפרים ברחבי סין", נכתב בנימוקים לפרס. "עבודתה מאופיינת בעת ובעונה אחת בנצחיות וברלוונטיות, וסוללת דרך לעתיד טוב יותר".
פיתוח אזורים כפריים ברגישות לסביבה, לקיימות, ולחיזוק התשתית הכלכלית שלהם. טיאנטיאן שו | צילום: קרן וולף
הפרס שמנבא נובל
ריקרדו וולף נולד ב-1887 בהנובר שבגרמניה, ולפני מלחמת העולם הראשונה השתקע בקובה. הוא פיתח עם אחיו זיגפריד שיטה יעילה למיחזור הברזל מהפסולת של בתי יציקה. מפעלים רבים בעולם עשו שימוש בהמצאה, שבזכותה הפך וולף לאדם אמיד מאוד. אף שהתעשר בזכות הקפיטליזם, וולף היה סוציאליסט נלהב ותרם רבות לשלטונו של פידל קסטרו בקובה. ב-1960 מינה אותו קסטרו לציר קובה בישראל (נציגות בדרג נמוך משגריר). וולף החזיק בתפקיד עד שקובה ניתקה את קשריה הדיפלומטיים עם ישראל בעקבות מלחמת יום הכיפורים ב-1973, אבל נשאר בישראל עד מותו ב-1981.
בשנת 1975 ייסד וולף את קרן הפרסים הנושאת את שמו, ומעניקה פרסים למדענים ולאמנים מרחבי העולם. הקרן מעניקה גם פרסים למדענים צעירים, וכן מלגות ומענקי מחקר, אך היא מוכרת בראש ובראשונה בזכות "פרס וולף", היוקרתי מאוד בתחומי המדעים והאמנויות. הפרס מוענק בתחומי הפיזיקה, הכימיה, הרפואה, המתמטיקה והחקלאות, ובכמה תחומי אמנות, ברוטציה קבועה. פרס וולף נחשב גם ל"מנבא פרסי נובל" – כרבע מהזוכים בפרס בתחומי הפיזיקה, הכימיה והרפואה זכו לאחר מכן גם בפרס נובל. שני חתני פרס נובל ברפואה בשנה האחרונה, גארי רובקון (Ruvkun) ולוויקטור אמברוז (Ambros) שגילו את המיקרו-RNA, קיבלו ב-2014 את פרס וולף.
