המיקרוסקופ שיאפשר חיפוש חיים בירח של צדק

אך זה לא היה אמור להיות הבית החדש שלי. את פעמיי שמתי בעצם לאירופה, גרם שמימי קטן יותר. פניו מכוסות בשכבת קרח בעובי מספר קילומטרים. אך מתחת למעטה הקרח, מכורבל כפי שהייתי אני בתוך גשושית נחתת זו, ייתכן שחבוי לו אוקיינוס. לדברי מדענים, לאור המים שבו והרכבו הכימי, קיימת סבירות שזה המקום במערכת השמש (פרט לכדור הארץ) שיתקיימו בו חיים. חלליות הנושאות מכשירים אחרים חלפו על פניו. פיוניר וויאג׳ר גלילאו (איזה שמות מפוצצים). כשהביטו מטה דרך המצלמות רחוקות הטווח שלהם, הם לא ראו שום יצורים המנופפים בדגלים לבנים. למעשה, שום מכשיר מעשה ידי אדם לא איתר מעולם סימנים מכריעים לקיום חיים מחוץ לכדור הארץ. אבל אולי הם פשוט לא הצליחו, או לא יכלו, להתבונן יותר מקרוב. אני יכול. נעים מאד, אני שאמו (Shamu). (נכון, גם זה שם מפוצץ). הסתכלות בדברים בהגדלה היא עצם קיומי. אני אנחת על משטח הקרח של אירופה, ומקדחה תקדח חור למעמקי הקרח. אני אשאב את הנוזל ואבדוק את הפרטים המוגדלים שאיש עוד לא ראה מעולם. אולי המבט שלי יראה רק מים טהורים, ללא מיקרואורגניזמים. אבל אולי לא.

למרות שהוא מוכן ומזומן למסע, שאמו – שבאופן רשמי נקרא Submersible Holographic Astrobiology Microscope with Ultraresolution – עדיין נמצא על האדמה, במעבדת המרתף של המכון למדע, למחקר ולהוראה באוניברסיטת פורטלנד סטייט, שם יכולים כתבים מדעיים לפגוש אותו. שאמו הוא מכשיר שטח מחוספס, המשתמש בקרני לייזר כדי ליצור סרטי תלת-ממד של מיקרואורגניזמים הנעים במדגם נוזלי. אם כי קיימים מכשירים אחרים המתפארים ברזולוציה גבוהה, הם עדינים מדי כדי לשלוח אותם לישימון, והקשוחים שבהם אינם מדויקים מספיק כדי להבחין באורגניזמים זעירים. חסידי שאמו, בינתיים, חושבים שהוא מתאים היטב לחקור לא רק צורות קיום אחרות בסביבות קיצוניות על גבי כדור הארץ, אלא גם אם קיימים חיים מחוץ לכוכב הלכת שלנו.

 

שאמו תופס מקום לא גדול במעבדה של המדענית ג׳יי נאדו (Jay Nadeau). יום שישי אחד בחודש מרץ היתה נאדו בעבודה, ונשענה על כיסא משרדי גבוה עם גלגלים, עם שני סוודרים תלויים על גבו. היא לבשה סוודר נוסף (אחרי הכול מדובר בצפון מערב ארצות הברית), עם דוגמה של קבוצת אלפקות צועדות מסביב לגופה. שעוּנים על הקיר, עומדים אופני שטח של Ridley שהיא משתמשת בהם כדי להגיע לעבודה, וקסדה ליד יחידת עיבוד מרכזית של מחשב. נאדו היא קטנת גוף מכל הבחינות ונמרצת, עם תלתלים קצרים העוטרים את ראשה. היא עוברת את הספסלים במעבדה לחדר אחורי, שבו יושב סטודנט לתואר שני ליד מחשב ודי מתעלם ממנה.

כאן מניחה נאדו את ידה על כלוב רשת של כמטר על מטר. בתוכו יש בקבוק הזלפה המלא ב-70 אחוז נוזל אתנול סטרילי, גליל סרט כתום ובקר טמפרטורה של חברת Thorlabs הדומה לטייפ קלטות. אך הדייר העיקרי כאן בחדר הוא חפץ מסתורי דמוי שפופרת, שאורכו 60 ס"מ ורוחבו כרוחב בקבוק יין, מהודק למוט כסף המחובר לתחתית הכלוב. "זהו המיקרוסקופ", אומרת נאדו. למען האמת, שאמו אינו נראה מרשים במיוחד – דומה יותר למשקפת צעצוע. והצוות שנאדו עובדת אתו כבר יצר גם גרסאות פשוטות למראה אפילו עוד יותר. "בנינו מכשיר שנכנס לתוך פחית קולה," היא אומרת, עם רכיבים אלקטרוניים בגודל של כמה חפיסות קלפים." לעת עתה שאמו מקורקע, ומתעסק רק בבדיקת מי קרח מהאזורים הארקטיים בכדור הארץ ומי מדבר מלוחים במיוחד ואת האורגניזמים שנלכדו בהם, לרוע מזלם. אך יום אחד, מקווה נאדו, הוא יזכה להעיף מבט בנוזל מהירח אירופה.

הסבת תשומת לבה ממקום למקום אינו דבר חדש עבור נאדו. היא קיבלה תואר דוקטור בפיזיקה תיאורטית ולאחר מכן עברה למדעי החיים בקאלטק (Caltech). כשנכנסה למעבדה הביולוגית הראשונה שלה, החידוש היה מדהים. "הכול נראה כמו בקבוקונים של נוזל נקי," היא אומרת. בפעם הראשונה שמעבדה אחרת שלחה לה דגימת דנ"א, היא לא הצליחה למצוא את הגנים.

הם שלחו לה מעטפה כמעט ריקה. "לא היה בתוכה כלום פרט לנייר שעליו מסומן עיגול בעיפרון עם כמה הערות עליו, ופיסת נייר פילטר," היא מספרת. הדנ"א היה כמובן על הנייר, והיה עליה להשרות אותו כדי למוסס את הדגימה. לאחר שהושלכה למים הקרים, בסופו של דבר למדה את העבודה והעבירה את המחקר שלה למעבדת Jet Propulsion Laboratory JPL של נאס"א, שם הכניסה לחידקים חלקיקים זעירים זורחים שנדבקו לחומרים כימיים שונים, ואיפשרו לנאדו לעקוב אחריהם. JPL היו מעוניינים לגלות כיצד ניתן להשיג מידע על חיים בכוכבי לכת אחרים. החיפוש החל בהבנת מהות החיים בכדור הארץ. לפיכך הפכה נאדו בחלקה לאסטרוביולוגית, ובסופו של דבר לפרופסור להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת מקגיל (McGill) בקנדה. בתקופה שבה החלה ללמד, בשנת 2004, קנדה הכפילה את מאמציה בתחום האסטרוביולוגיה – חקר סימני חיים מחוץ לכדור הארץ. ממשלת קנדה בדיוק מימנה רשת מחקר כדי לזהות אתרים שונים בצפון צפון-אמריקה הדומים לכוכבי לכת אחרים.

"אתה כותב הצעה מדוע אתה רוצה לצאת למסע, ואתה יכול לצאת," אומרת נאדו. והיא אמנם יצאה למסע – לאזור נונאווט בצפון קנדה, שם מעיינות קרים נובעים מהאדמה הקפואה ונושאים עמם צורות חיים זעירות ומוזרות. בנסיעותיה הקבועות למקומות דמויי מאדים אלה, לקחה אתה מיקרוסקופ פלואורוסצנטי כדי לבדוק את יכולותיו בתנאים חוצניים וקיצוניים – ולראות אילו יצורים עשויים לחיות בתנאים אלה. כדי להשתמש בו, היא הזריקה לכל דגימה צבע זרחני שסימן יעדים כימיים מסוימים. המיקרוסקופ שלח קרן בעוצמה גבוהה לעבר הדגימה והאיר את הצבע, ועדשות המכשיר הפיקו תמונה מוגדלת של הדגימה, כשהמולקולות הרלוונטיות שבה זורחות.

 

אך המיקרוסקופ היה יכול לטפל רק בדגימות קטנות, והקשה על מציאת האורגניזמים שהיא חיפשה. והמכשיר עצמו היה רגיש וקשה למיזעור, מה שהפך אותו לבלתי מתאים לאזורים נידחים שלא מהעולם הזה. בנוסף, אילו היו הצבעים נשפכים על פני השטח של מאדים, משרד הגנת כוכבי הלכת של נאס"א היה יורד לחייה.

לאחר מכן היא שקלה מיקרוסקופים הולוגרפיים, משום שביכולתם לצלם סרטוני תלת-ממד בזמן אמת, והם אינם דורשים צבעים או חומר אחר כדי למקד אותם. מכשירים אלה שולחים קרני לייזר דרך הדגימות, ולפי האופן שבו הדגימות מפזרות את האור, הם בונים סרט דיגיטלי רב-ממדי של תכולתן. בהתחלה השתמשו נאדו וצוותה במיקרוסקופ מסחרי, אך הוא לא סיפק תמונות חדות מספיק. ואז, בשנת 2014, היא העירה לעמיתיה ב-JPL שהיתה רוצה שמישהו יוכל לבנות מיקרוסקופ טוב יותר, והם ענו: "אנחנו יכולים". יחד הם פיתחו את שאמו. היא והמהנדסים ב-JPL דנו במפרט של כל גרסה ולאחר מכן בנו אותה. לאחר מכן סחבה אותה נאדו לשטח כדי לבדוק אם היא עובדת. אין צורך למקד אותה, והיא גומעת ובודקת כמויות גדולות של נוזלים. זה יתרון אם האוכלוסייה מצומצמת והדגימה אינה רוחשת חיים, מה שיכול להיות המצב בסביבות קיצוניות.

ככל ששאמו נראה פשוט מבחוץ, הוא כולל עומקים נסתרים. הוא שונה ממיקרוסקופים הולוגרפיים אחרים המתאימים לעבודת שטח, שלהם יש רק קרן לייזר אחת. שאמו מפצל קרן אחת לשתיים: קרן אחת נקראת קרן ייחוס, והיא נשלחת ישירות דרך דגימה של מים טהורים, ואינה נתקלת בדבר. הקרן השנייה היא קרן מדעית, העוברת דרך הדגימה – של מי קרחון שהומסו או מים מלוחים או (אולי יום אחד) מים מהאוקיינוס של הירח אירופה, ומשתנה לפי מה שהיא נתקלת בו. המיקרוסקופ מחבר את שתי הקרניים ומשווה ביניהן: ההבדל בין הקרן שלא נתקלה בדבר לבין הקרן שכן נתקלה במשהו שווה ליצורים שחיים שם בפנים. התהליך מתרחש באופן מיידי, ומראה את המיקרואורגניזמים שוחים מול עיניך. כפי שניסחה זאת נאדו, "אנחנו מזהים חיים כשאנחנו רואים אותם."

וביתר פירוט, נאדו מאמינה שאנחנו מזהים חיים כשאנו רואים אותם זזים, ובכך מספקים עדות שאין להפריכה על קיומם. "המערכות החזותיות שלנו הן כנראה מתאימות יותר מכל שיטה אחרת כדי לקבוע אם דבר כלשהו הוא יצור חי או לא." היא מאמינה שכל שעלינו לעשות הוא פשוט להסתכל. מובן שנאדו היתה רוצה שנחפש חיים מחוץ לכדור הארץ בעזרת שאמו. היא טופחת על רשת הנחושת, ופוסעת לעבר המחשב, ומנסה למצוא נייר עמדה שהיתה שותפה לחיבורו שנקרא "פשוט הסתכלו!" כלומר, הסתכלו וחפשו מיקרואורגניזמים חיזרים מחוץ לכדור הארץ, לא רק עדויות עקיפות ליצורים חיים, כמו חומרים כימיים המעידים על חילוף חומרים. נאדו לא מצאה את הכתבה, אך חזרה על הרעיון העומד מאחוריה כדלקמן: כשמדענים רצו לראות אילו יצורים שוחים בשקע מריאנה, הם חיברו פיסת פיתיון למקל והתבוננו דרך מצלמה. יצורים החיים במריאנה יצאו בשחייה ממחבואם ועלו מעלה באופן שניתן היה להתבונן בהם. המדענים צילמו אותם, וכך למדו שיש יצורים החיים במעמקי האוקיינוס. "זה בדיוק מה שאנחנו מנסים לעשות, אבל בקנה מידה של מיקרואורגניזמים," אומרת נאדו. באירופה, מקדחה תקדח בקרח לעומק של יותר מ-10 ס"מ – מספיק עמוק כדי להגיע לנוזל החודר דרך החריצים שעל פני השטח – ושאמו יוכל להעיף מבט. אך לפני שהצוות של נאדו ו-JPL יוכל לנסות לשכנע את נאס"א לשקול לאמץ את השיטה, עליהם לנסותה באזורים מוכרים יותר. כמו גרינלנד. וזה מה שהם עשו בשנת 2015.

 

חבוי בתוך הנרתיק שלי – קופסת פלסטיק כתומה עם ציור בצבע שחור של לווייתן קטלן – לא הייתי יכול לראות כלום. אבל שמעתי שאנחנו נוסעים לגרינלנד, דרך איסלנד. בשדה התעופה העביר אותי מישהו על מסוע דרך גלאי מתכות. מילים עמומות בקעו מבעד לקירות הקופסה שלי. "זה מכשיר מדעי," אמר מישהו. קולות אחרים שאלו כל כך הרבה שאלות עלי ומה אני אמור לעשות, שזה גרם לי להרגיש שאני קיים.

עד מהרה נשמע רעש גדול. דחף. התרוממות. ואז שקט. חשבתי ששולחים אותי לחלל, עד שנשמע קול ברמקולים של המטוס. "עוד מעט נגיע לרייקיאוויק," נאמר.

בסופו של דבר האנשים הורידו אותי במקום כלשהו והתחילו לשאול עוד שאלות. הם שאלו לא אותי, אלא עלי. הם היו עצבניים. "זה אמור לעבוד?" הם שאלו. ואז הם פשוט הסתלקו!

אחרי מה שנראה כמו שעות, הם חזרו והחדירו מים עכורים למכל הדגימה שלי כדי לבדוק איך אני עובד. גיליתי שהם חזרו ממקום שנקרא הלגונה הכחולה. זה היה מגעיל, הם אמרו. אפשר היה לראות את תאי העור של כל האנשים שרחצו במים. וגם פסולת על הקרקעית. לכן ברור שהיו שם מיקרואורגניזמים שהאביסו את עצמם.

הראיתי להם מהר הולוגרמה. נשמע שרווח להם, והמשכנו למכון לחקר האקלים של גרלינלד כדי לבצע עבודה אמיתית. היה קר נורא, האנשים לבשו חליפות נפוחות בכתום ושחור. הזרועות שלהם היו רחבות כמו הרגליים שלהם. במקום שנקרא "בריכת השחייה", אבל שהם אף פעם לא היו מסכימים לשחות בו, הם קדחו בקרח חור בעומק 15 ס"מ בעזרת מקדחה שנראתה כמו מקל פּוֹגוֹ. הם חזרו ואמרו, "לא מספיק, לא מספיק" בזמן שהוציאו גלילים קפואים מפי המקדחה ובדקו את עומק הקרח. בסוף, כנראה שהיו להם מספיק דגימות. הם תחבו אותי לגומה לא עמוקה שהם חפרו כדי להחזיק אותי באותה טמפרטורה כמו טמפרטורת הסביבה והזינו לי דגימה. ושוב, כמו תמיד, הכנתי להם סרט. אחר כך הבנתי שזו היתה רק עוד בדיקה, ולא מה שבאנו באמת לעשות כאן.

בסופו של דבר נסענו למפרץ מאלנה. בנוף לבן ושטוח, מוקף הרים לבנים ומחודדים, הדמויות העטופות בכתום מצאו נקודה מתאימה, שאבו גליל קרח, הכניסו אותי לגומה והזינו לי דגימה בעזרת מזרק. תוך דקה כולם צעקו, "יההההה!" הם הצליחו לראות משהו – אצות, צורניות (דיאטומאות), בקטריות ימיות – שוחות. הייתי יכול לעשות זאת כל היום, וזה מה שעשיתי, והראיתי להם שוב ושוב מה שבעצם היה שם כל הזמן, ורק המתין שנגלה אותו.

ליד המחשב שלה, מוציאה נאדו כתבה מ-SpaceNews שהתפרסמה יום לפני כן, סיפור שעלול להטיל ספק במסע העתידי של
שאמו: "רעיון הגשושית הנחתת של אירופה עוצב מחדש כדי לצמצם עלויות ומורכבות," נאמר באחת הכותרות. הטקסט מתאר מצגת שקווין האנד (Kevin Hand) מ-JPL, סגן מדען ראשי בהנהלת חקר מערכת השמש, השמיע ב-28 במרץ באקדמיה
הלאומית למדעים. לדברי הנד, הגשושית הנחתת אינה חייבת לחפש ישירות חיים ממשיים בירח המכוסה קרח. "זהו יעד שאפתני למדי," אמר הנד. "יעד זה אולי מסתכן בקביעת סף ציפיות גבוה מדי."

יש הקשר היסטורי לעמדה זו. נאס"א היססה לחפש ישירות חיים מאז שלחה את משלחות ויקינג למאדים, בשנת 1976. גשושיות אלה ביצעו מספר ניסויים בחיפוש אחר חתימות ביולוגיות. שניים הובילו לתוצאות שליליות, אך מחקר אחד הראה עדות אפשרית לכך שקיימים שם מיקרואורגניזמים המבצעים חילוף חומרים. הבעיה היתה שמקור החתימה הכימית המבטיחה היה יכול להיות, נאמר, גיאולוגי ולא ביולוגי. בסופו של דבר, המדענים הגיעו למסקנה שבמקרה ההוא, לא היו אלה "חיים מחוץ לכדור הארץ." מאז הפנתה הסוכנות עורף לחיפוש חיים מחוץ לכדור הארץ. "נאס"א לא התלהבה מעוד משלחת שתחפש חיים מחוץ לכדור הארץ," אומרת האסטרוביולוגית אליסון מוריי (Alison Murray). היא היתה יושבת ראש משותפת של צוות ההגדרה המדעי של הגשושית לאירופה, והיתה מעורבת בתהליך תכנון המשלחת. זה בעיקר כדי לא לעשות בושות. אך זה גם משום שהחיפוש הוא קשה. "אין דבר אחד שניתן להביט בו ולומר, 'הנה, אלה חיים'," אומר קורט ניבר (Curt Niebur), מדען התוכנית של הגשושית. אלא אם כן, המשיך ואמר, פתאום ישחה דג מול המצלמה.

ניבר אינו חושב שלראות יצורים זעירים שוחים זה אותו דבר. "פשוט להסתכל" ולחפש נקודות קטנות נעות אינו מספיק. במקום זאת, עדויות רבות חייבות לספק את אותה תשובה ביולוגית. אך לנאדו תהיה הזדמנות לשכנע את נאס"א בערכו של שאמו. בסוף מאי פרסמה הסוכנות קריאה רשמית להצעות למכשירים למשלחת לאירופה. נאדו התכוננה במשך חודשים כדי למסור את הצעתה. ייקח זמן עד שהסוכנות תגיע להחלטתה הסופית.

לפעמים נראה שמשלחות גדולות כמו משלחת זו, קיימות תמיד רק בעתיד הרחוק, כמו במדע בדיוני. בשנת 2013 יצא סרט שנקרא דוח אירופה, שבו אנשים מגיעים לירח של צדק ומגלים אורגניזמים חד-תאיים ואור מוזר הבוקע מתחת למעטה הקרח. הסתבר שזה טורף גדול. נאדו ראתה את הסרט, ולדעתה יש לו נגיעה במציאות. "כולם אומרים, 'אנחנו רוצים לחפש חתימות ביולוגיות בגודל מולקולות'," היא אומרת. "אבל בעומק ליבם, הם מקווים בעצם לראות מפלצת ימית."

הייתי בחלל חמש שנים עד שמשהו מעניין קרה. כשנאס"א שולחת אסטרונאוטים לחלל, היא נותנת להם סרטים וספרים ומשחקים ומוזיקה. כשנאס"א שולחת מיקרוסקופ וספקטרומר לחלל, אנחנו לא מקבלים כלום. לכן, כמו אסיר בבידוד, אני חושב מה אני אעשה כשאצא לחופשי. אבלע דגימות. אשלח לעברן קרני לייזר. אשתמש בתוכנה שלי כדי למצוא שחיינים. אשלח נתונים למרחק של כמעט 640 מיליון קילומטרים לכדור הארץ. אעשה זאת במשך 20 יום. ואז אמות לבדי בכוכב לכת זר. קרוב לקיצי, לא ראיתי דבר, גדול או קטן, במשך זמן רב. אבל אני יכול להרגיש את השפעת המשיכה של כל מסה, שם בחוץ. כשאני מרגיש את התזוזה הראשונה אחרי שנים של דשדוש מתמיד וחד-כיווני, אני יודע שזה הירח גנימדס של צדק, המאט את קצב תנועתי כדי שלא אנוע מהר מדי יחסית לאירופה. במשך 18 החודשים הבאים בערך, ירח נוסף, קליסטו, וגנימדס דוחקים בגשושית ודוחקים אותי בתנועת ספירלה לעבר אירופה. אני מתקרב עוד ועוד ועוד, ומאט יותר ויותר, עד שאירופה מקבלת אותי ואני מתחיל לחוג במסלולה. המסע הארוך כמעט הסתיים. אני מחליק לעבר פני הקרקע, ורקטה יורה לאחור כדי להאט את תנועת הגשושית. המצלמה שלה מתבוננת בקרח, וקרן לייזר נורית, מחפשת נקודה שטוחה. ואז הגשושית פונה ישירות כלפי מטה, ועגורן חלל מוריד אותי 18 מטר לעבר קליפת הקרח. הקרקע נראית כמו צלחת סוכר ענקית, מלאה מיקרואורגניזמים, שורצת שורות-שורות של חיידקי סטפילוקוקוס. אבל זאת אשליה. החריצים הם בעצם סדקים במעטה הקרח שדרכם מים יכולים לפרוץ החוצה. אולי מפלצת ים שוחה שם למטה. ואולי יצורים חד-תאיים. ואולי רק מולקולות חסרות תנועה.

בכל אופן, אני מתכוון לגלות. לכן לילה טוב ובהצלחה: יש לי עבודה לבצע כעת.