הפרס הישראלי היוקרתי יוענק לשלושה חוקרים על פיתוחים חשובים שהובילו לפיתוח תרופות חדשות, למדענית שפיתחה זני אורז עמידים לשיטפונות ולזיהומים, ולשלושה פיזיקאים שפיתחו דרכים לחקור תהליכים מהירים שמתרחשים בתוך אטומים ומולקולות

פרס וולף - פרס בינלאומי שניתן בכל שנה במדעים ובאמנות, הוא הפרס היוקרתי ביותר המוענק בישראל. השנה יחולק הפרס לשמונה מדעניות ומדענים בתחומי הכימיה, הפיזיקה, המתמטיקה והחקלאות, והפרס באדריכלות יחולק לשלושה זוכים. הזוכות והזוכים בפרס הוכרזו בטקס בבית הנשיא בירושלים. הפרסים עצמם, בסך 100 אלף דולר בכל תחום, יוענקו בחודש יוני בטקס במשכן הכנסת, שאליו יוזמנו גם הזוכות והזוכים בפרסי וולף בשנתיים האחרונות, שבהן הטקס לא התקיים בשל מגפת הקורונה.

חשיבות רבה בשלל תהליכים, מאלקטרוניקה ומחשבים ועד ביולוגיה ופיתוח תרופות. לייזר מהיר | צילום אילוסטרציה: Doug McLean, Shutterstock
חשיבות רבה בשלל תהליכים, מאלקטרוניקה ומחשבים ועד ביולוגיה ופיתוח תרופות. לייזר מהיר | צילום אילוסטרציה: Doug McLean, Shutterstock

פיזיקה: לראות אלקטרונים בתנועה

פרס וולף בפיזיקה יוענק לשלושה מדענים פורצי דרך העוסקים בחקר תהליכים מהירים מאוד שמתרחשים בסדרי גודל של אטו-שניות (attoseconds), כלומר 10-18 שניות, או מיליארדית של מיליארדית השנייה. תהליכים שמתרחשים במהירויות כאלה כוללים למשל תנועה של אלקטרונים בתוך מולקולות, שינוי המטען החשמלי של חומרים, תופעות קוונטיות ועוד. לתהליכים כאלה יש השפעה עצומה בכל תחומי החיים, מיצירה ופירוק של קשרים כימיים בין אטומים ומולקולות, דרך תהליכים ביולוגיים כמו שכפול DNA או קשירה של נוגדן לנגיף, ועד יישומים פיזיקליים הקשורים לזיכרון של מחשבים, ייצור אנרגיה סולרית ועוד. כדי למדוד וללמוד את התהליכים האלה, אנו זקוקים להבזקי לייזר קצרים ומהירים מאוד.

במשך זמן רב נחשבה יצירת הבזקי לייזר של אטו-שניות, ואפילו הבזקים ארוכים יותר כמו פמטו-שניות (10-15 שניות, כלומר מיליונית של מיליארדית השנייה), למשימה בלתי אפשרית. הפתרון התגלה בזכות תופעה בשם הרמוניות גבוהות: כשמקרינים לייזר חזק על חומרים מסוימים, הם פולטים קרינה בתדירות שהיא כפולה שלמה (הרמוניה) של התדירות המקורית.

החוקרת הראשונה שהצליחה להפיק הרמוניות גבוהות כאלה באופן מבוקר הייתה אן ל'הולייר (L’Huillier) מצרפת, שעבדה אז במכון צרפתי לאנרגיות גבוהות ולאנרגיה גרעינית. בהמשך עברה ל'הולייר לשוודיה, והמשיכה לפתח שיטות ליצירת הבזקי לייזר קצרים יותר ויותר בתחום האטו-שניות.

כדי לשלוט טוב יותר בתהליך ההפקה של הבזקי לייזר קצרים כאלה, יש להבין את המנגנון של היווצרות הרמוניות גבוהות. הפיזיקאי הקנדי פול קורקם (Corkum) הציע ב-1993 את המודל הראשון המסביר את התהליך באמצעות התופעות הקוונטיות המתרחשות בו. לפי המודל הזה, הלייזר גורם לשחרור של אלקטרון מהאטום שהוא פוגע בו. האלקטרון מואץ בעזרת הלייזר שפגע בו, ובסופו של דבר מתנגש שוב באטום שאותו עזב, וההתנגשות הזאת מניבה את אותה קרינה הרמונית. המודל שהוא המשיך לפתח מאז בעבודתו באוניברסיטת אוטווה ובמועצה הלאומית של קנדה למחקר הפך לבסיס להפקת הבזקים לייזרים קצרים.

הראשון שיצר בפועל הבזקי לייזר באטו-שניות היה הפיזיקאי האוסטרי-הונגרי פֶרֶנְץ קראוס (Krausz), בעבודתו בשנת 2001 באוניברסיטה הטכנית של וינה. בשנות עבודתו שם, ובהמשך במכון מקס פלנק בגרשינג שבגרמניה, הצליח קראוס להראות כי ההרמוניות הגבוהות אכן מפיקות הבזקי לייזר קצרצרים, ואף למדוד באמצעותם תופעות כמו יינון של אטומים, כלומר פליטה או קליטה של אלקטרון שמשנה את המטען החשמלי של האטום.

עבודותיהם של שלושת החוקרים ייסדו למעשה בשלושת העשורים האחרונים את מדע האטו-שניות, שמאפשר כיום להבין לעומק את התהליכים הבסיסיים ביותר המתרחשים באטום. בעתיד, בזכות מחקריהם, הוא עשוי לאפשר גם לשלוט בתהליכים האלה ולקדם שלל פיתוחים שייעשו באמצעותם, מאלקטרוניקה מתקדמת ועד שיטות חדשות לייצור תרופות.

מימין: קראוס, קורקום ול'הולייר | צילומים: Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Bengt Oberger, Wikipedia, Ottawa University
לייזרים סופר-מהירים שמאפשרים לראות את הנעשה בתוך האטומים. מימין: קראוס, קורקום ול'הולייר | צילומים: Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Bengt Oberger, Wikipedia, Ottawa University

כימיה: תקשורת בין תאים

פרס וולף בכימיה יוענק לשתי חוקרות וחוקר מארצות הברית, על תרומתם החשובה להבנת התהליכים הכימיים שבהם תאים חיים מתקשרים זה עם זה, ועל פיתוח שיטות לחקר תפקידן של המולקולות המעורבות בתהליכים אלה.

בוני באסלר (Bassler) מאוניברסיטת פרינסטון תקבל את הפרס על מחקריה הקשורים לחישת צפיפות של חיידקים (quorum sensing, ובעברית "חישת מניין"). בתהליכים כאלה חיידקים חשים עד כמה צפופה אוכלוסייתם באמצעות הפרשת מולקולות מסוימות וזיהוי המולקולות שמפרישים החיידקים האחרים בסביבתם. המידע הזה משפיע בין השאר על קצב ההתרבות של החיידקים ועל החומרים שהם מייצרים.

בין השאר גילתה באסלר כי החומרים שמפרישים חיידקים ממין אחד משפיעים על חישת הצפיפות של חיידקים ממינים אחרים. עוד היא גילתה כמה מהחומרים שבהם חיידקים משתמשים לחישת צפיפות. הבנת המנגנונים האלה סללה את הדרך לתחום עיסוקה המדעי של באסלר בשנים האחרונות, פיתוח חומרים המשפיעים על התקשורת בין החיידקים, בין השאר לשימוש כתרופות המשבשות את התרבותם של חיידקים מזיקים.

קרולין ברטוצי (Bertozzi) מאוניברסיטת סטנפורד תקבל את הפרס על מחקריה בגליקוביולוגיה – חקר ההשפעות של סוכרים על תהליכים ביולוגיים, ומעורבותם של חומרים המכילים סוכר בתהליכים תאיים. מחקריה מתמקדים בתהליכי גליקוזילציה – קישור קבוצת סוכר לסוכר אחר, לחלבון או לשומן – המתרחשים על פני התא, משפיעים על תפקודו ומעורבים לפעמים במחלות. בין השאר היא גילתה שאפילו RNA עובר גליקוזילציה. היא גילתה תהליכים כאלה שמעורבים בשורה ארוכה של מחלות, מסרטן, דרך מחלות דלקתיות ועד מחלות זיהומיות כמו שחפת. כמו כן מחקריה שיפרו את ההבנה של הגליקוקליקס (glycocalyx) – שכבה של חלבונים סוכריים ושומנים סוכריים הצמודה לתאים מסוימים וממלאת תפקיד חשוב בהתפתחות מחלות.

ברטוצי ייסדה את תחום הכימיה הביו-אורתוגונלית (bioorthogonal chemistry) העוסק בחקר תהליכים ביוכימיים במערכות חיות בלי לשבש את התהליכים המקומיים. מחקריה סוללים את הדרך להשפעה מתוכננת על התהליכים והחומרים על פני התא, ושימוש בה לפיתוח תרופות וטיפולים נגד מחלות.

חלקו השלישי של הפרס יוענק לבנג'מין קרוואט (Cravatt) ממכון סקריפס בקליפורניה, על מחקרים שהובילו להבנת תפקידים של חלבונים בתהליכים פיזיולוגיים, בעיקר כאלה שמעורבים בתהליכי מחלה. הוא פיתח שיטות לחקר התפקוד של אנזימים, ובראשן השיטה החשובה לזיהוי ואפיון של חלבונים על פי פעילותם, שבה משתמשים בגלאים כימיים כדי למדוד ולכמת את התפקוד הבו-זמני של אנזימים רבים במערכות חיות.

פיתוח השיטה איפשר לקרוואט ולעמיתיו לאפיין מחלות נוירולוגיות נדירות שלא הובנו קודם לכן, למפות את החלבונים הנקשרים למולקולות שומן בתא ולהבין טוב יותר את תפקודה של המערכת האנדו-קנביואידית במוח, המעורבת בשורה ארוכה של תהליכים, מכאב ועד ויסות תיאבון. המחקרים האלה סוללים את הדרך לפיתוח תרופות שמשפיעות על תפקודם של האנזימים.

מימין: באסלר, ברטוצי וקרוואט | צילומים: National Science Foundation, Armin Kübelbeck, Wikipedia, Scripps Institute
הבנת התקשורת בין תאים עשויה להיות המפתח לתרופות חדשות. מימין: באסלר, ברטוצי וקרוואט | צילומים: National Science Foundation, Armin Kübelbeck, Wikipedia, Scripps Institute

מתמטיקה: עושים הצגות

פרס וולף במתמטיקה יוענק השנה לג'ורג' לוסטיג (Lusztig) מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT). לוסטיג, יליד רומניה, עשה את הדוקטורט שלו במכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון, בהנחיית ויליאם בראודר ומייקל עטייה. הוא ידוע במיוחד בזכות תרומותיו לתורת ההצגות, המאפשרת לחקור מבנים אלגבריים באמצעות ייצוגם בדרכים מתמטיות חברתיות. בין השאר הוא פיתח כלים מתמטיים חדשניים לטיפול בקבוצות המתמטיות הקרויות "חבורות רדוקטיביות סופיות", והטכניקות שהוא פיתח נמצאות כיום בשימוש נרחב בתחומים רבים של המתמטיקה. כמו כן הוא פיתח כלים חשובים, עם המתמטיקאי הישראלי דוד קשדן, ותרם רבות לפיתוחה של תורת החבורות הקוונטיות. לפיתוחיו יש השלכות רבות על תחום הקומבינטוריקה ותחומים נוספים.

ג'ורג' לוסטיג | צילום: MIT
כלים מתמטיים חדשניים בעלי שימושים רבים. ג'ורג' לוסטיג | צילום: MIT

חקלאות: אורז לכולם

פרס וולף בחקלאות יוענק לפמלה רונלד (Ronald) מאוניברסיטת קליפורניה בדיוויס, על פיתוח זני אורז עמידים בפני מחלות ושטפונות. ב-1995 בודדו רונלד ועמיתיה את הקולטן XA21, הממלא תפקיד חשוב במערכת החיסון של הצמח ומסייע לו להתמודד עם זיהומים. בהמשך התגלו קולטנים דומים מאוד בבעלי חיים, ובהם זבובים ועכברים, שממלאים גם אצלם תפקיד חשוב בהגנה החיסונית. עמיתה של רונלד בעבודה זו, ברוס ביוטלר (Beutler), היה בין מקבלי פרס נובל ברפואה בשנת 2011, על תרומתו להבנת מערכת החיסון המוּלדת. בהמשך זיהתה רונלד את המולקולה המפעילה את הקולטן – חלבון של חיידק הפוגע בצמח האורז.

רונלד ועמיתיה גם בודדו ואפיינו את הגֵן שמאפשר לצמחי אורז להתמודד עם הצפות ושיטפונות, הגורמות לפגיעה קשה ביבולים. הם אף פיתחו זן אורז עמיד יותר להצפה, המגדיל את יבול האורז ונמצא כיום בשימוש נרחב בהודו ובבנגלדש.

מחקריה של רונלד סוללים את הדרך להתמודדות עם אחד האתגרים הגדולים של תקופתנו – אספקת מזון לאוכלוסייה האנושית הגדלה והולכת בעולם, תוך התמודדות עם השינויים הסביבתיים הנובעים משינויי האקלים ומהתחממות כדור הארץ.

פמלה רונלד | צילום: Pax Ahimsa Gethen, wikipedia
זני אורז שכבר מאכילים מיליונים בדרום מזרח אסיה. פמלה רונלד | צילום: Pax Ahimsa Gethen, wikipedia

אדריכלות: בנייה חברתית

הפרס בשדה האמנות יוענק השנה בתחום האדריכלות, ויחולק בין שלושה אדריכלים פורצי דרך.

אליזבת דילר, אמריקאית ילידת פולין המרצה באוניברסיטת פרינסטון, מתמחה בתכנון מבני תרבות וחללים ציבוריים גדולים. בין השאר היא תכננה את פארק High Line בניו יורק ואת בניין Blur בנוישאטל שבשווייץ.

ממומויה קאיג'ימה (Kaijima) מהמכון הטכנולוגי של ציריך ויושיהארו צ'וקאמוטו (Tsukamoto) מהמכון הטכנולוגי של טוקיו יקבלו את הפרס על עבודותיהם המשותפות, שבהן הם מתאימים מבנים, ובעיקר מבני מגורים, למאפיינים הסביבתיים, התרבותיים והאנושיים של המקום ושל הדיירים המיועדים. הם טבעו את המושג אדריכלות ביהביוריסטית (התנהגותית) המשלבת את ההיבטים החברתיים בתכנון המבנים.

אדריכלות שמשקללת את הממד האנושי של הבניינים. מימין: דילר, קאיג'ימה וצ'וקאמוטו | צילומים: קרן וולף
אדריכלות שמשקללת את הממד האנושי של הבניינים. מימין: דילר, קאיג'ימה וצ'וקאמוטו | צילומים: קרן וולף

הפרס שמנבא נובל

ריקרדו וולף נולד ב-1887 בהנובר שבגרמניה, ולפני מלחמה 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 ואמנים 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. הדוגמה האחרונה היא ג'ורג'ו פריזי (Parisi) מאיטליה, שקיבל בשנה שעברה פרס נובל בפיזיקה, חודשים ספורים אחרי שהוענק לו פרס וולף.