עשרה חתני פרס קוולי 2024: רוחות גלקטיות, פיתולים קוונטיים והחלבונים שמחווטים מחדש את המוח

פרס האסטרופיזיקה הוענק לשלושה ארכיאולוגים גלקטיים ששחזרו בקפדנות את צמיחתה הסוערת של שביל החלב. פריצת הדרך שלהם הייתה בהוכחה שגלקסיית הבית שלנו לא נוצרה בבידוד שקט, אלא צמחה על ידי בליעת גלקסיות לוויין קטנות יותר במשך מיליארדי שנים, תוך שהיא מותירה אחריה תיעוד מאובן עצום של התנגשויות עתיקות .

באמצעות מדידות מדויקות של מיקומים, תנועות וטביעות אצבע כימיות של מיליוני כוכבים – בעיקר מנתוני לווין גאיה (Gaia) של סוכנות החלל האירופית – הצוות זיהה זרמי כוכבים (stellar streams) מובחנים. זרמים אלה הם שרידים מתוחים ומתפוררים לאיטם של גלקסיות ננסיות שנקרעו לגזרים על ידי כוח הכבידה של שביל החלב . באמצעות מעקב אחר זרמים אלה ברחבי השמיים, הם מיפו את תפוצת החומר האפל בגלקסיה, תוך שימוש בזרמים כגשושיות כבידתיות רגישות . עבודה זו הפכה את זרמי הכוכבים לכלי לשקילה ומיפוי של הילת החומר האפל הבלתי נראית העוטפת את הגלקסיה שלנו .

ננומדע: הקסם שבפיתול קל

חתני הפרס: אווה י. אנדריי (אוניברסיטת ראטגרס, ארה"ב), פבלו ג'אריו-אררו (MIT, ארה"ב), אלן ה. מקדונלד (אוניברסיטת טקסס באוסטין, ארה"ב) .

נימוק: "על עבודה יסודית שהקימה את תחום הטוויסטרוניקה" .

בעולם הננומטרי, פרס 2024 הכיר בתגלית שנשמעת כמעט כמו אלכימיה. שלושת הפיזיקאים הראו כי ערימת שני יריעות בעובי אטום אחד של פחמן (גרפן) וסיבוב האחת ביחס לשנייה ב-"זווית קסם" ספציפית של כ-1.1 מעלות מייצרת התנהגויות אלקטרוניות יוצאות דופן, שאינן קיימות בשכבות הבודדות .

אלן מקדונלד חזה תאורטית בשנת 2011 כי סיבוב גרפן דו-שכבתי בזווית מדויקת זו ישטח את נוף האנרגיה של האלקטרונים, וייצור מגרש משחקים לתופעות קוונטיות אקזוטיות . פבלו ג'אריו-אררו וצוותו הדגימו זאת ניסיונית בשנת 2018, כאשר צפו כיצד ניתן לכוון את החומר כך שינוע בין התנהגות כמבודד לבין התנהגות כעל-מוליך – המוליך חשמל ללא התנגדות כלל – פשוט על ידי שינוי צפיפות האלקטרונים . אווה אנדריי סיפקה עבודה יסודית במיקרוסקופיה מנהור סורק (scanning-tunneling microscopy), שאפשרה לראות באופן ישיר כיצד תכונות אלקטרוניות אלו נובעות מהנוף האטומי המפותל .

תחום זה, הידוע כיום כטוויסטרוניקה, פתח פרדיגמה חדשה להנדסת חומרים. במקום להסתמך על שינוי ההרכב הכימי, מדענים יכולים כעת לאלץ חומרים להיכנס למצבים קוונטיים חדשים על ידי שליטה בפיתולים גיאומטריים, מה שפותח נתיב לעל-מוליכים עמידים יותר ולהתקנים אלקטרוניים חדשניים .

מדעי המוח: לשכתב את חוקי הזיכרון

חתני הפרס: כריסטין הולט (אוניברסיטת קיימברידג', בריטניה), קלסי ס. מרטין (קרן סיימונס, ארה"ב), ארין שומן (מכון מקס פלנק לחקר המוח, גרמניה / UCL, בריטניה), אוסוולד סטיוארד (אוניברסיטת קליפורניה, אירוויין, ארה"ב) .

נימוק: "על גילוי התרגום המקומי של חלבונים בנוירונים וביסוס חשיבותו להתפתחות המוח ולפלסטיות" .

פרס מדעי המוח הפך על פיו מוסכמה ביולוגית קלאסית. במשך עשרות שנים, הדוֹגמה השלטת גרסה כי נוירונים מייצרים את כל החלבונים שלהם בגוף התא המרכזי ולאחר מכן שולחים אותם אל הסינפסות המרוחקות בהן הם נחוצים . רביעיית המדענים הזו הוכיחה שלנוירונים יש מערכת אלגנטית הרבה יותר: הם מייצרים באופן מקומי את החלבונים הספציפיים הדרושים לתפקוד הסינפטי ממש בסינפסה עצמה .

תגלית זו היא יסודית להבנת למידה וזיכרון. כאשר סינפסה מגורה, סינתזת חלבונים מקומית מהירה מאפשרת לאותו חיבור בודד להתחזק או להיחלש מבלי להמתין לפקודות מגרעין התא המרוחק. תהליך זה מספק את הבסיס המולקולרי לפלסטיות המוחית . עבודתם של הולט, מרטין, שומן וסטיוארד הוכיחה באופן קולקטיבי כי ריבוזומים, המכונות התאיות הבונות חלבונים, מוצבים בדנדריטים ובאקסונים, וכי סינתזה מקומית זו קריטית לחיווט הנכון של המוח המתפתח וליכולת של המוח הבוגר להסתגל לחוויות חדשות .

כל אחד משלושת פרסי קוולי מכבד עבודה ששינתה פרדיגמה יסודית – איך גלקסיות נבנות, איך ניתן לשלוט בחומרים, ואיך המוח זוכר. חתני הפרס לשנת 2024 יקבלו את מענק המיליון דולר בטקס באוסלו בספטמבר, במעמד משפחת המלוכה הנורבגית .