כיצד מגיבים יונקים לקור רגעי ולתנאי סביבה משתנים?

מאת חברי סיינס אברוד אמיר נקר וד”ר יוליה שוורץ, ממחברות המאמר, בשיתוף עמותת מדע גדול, בקטנה.

מחקר חדש מאוניברסיטת הרווארד מדגים כיצד יונקים מתאימים עצמם לקור מתמשך. במחקר גילו החוקרים שחשיפה לקור מעודדת צבירה של ההורמון נוראפינפרין בקרבת זקיק השערה. ההורמון מפעיל הן את מנגנון סימור השערות, וגם, באופן מעניין את מנגנון צמיחת הפרווה. כך למעשה גילו החוקרים מנגנון התאמה חדש לתנאי מזג האוויר המשתנים.

נניח כי מאן דהוא נכנס למקלחת, פותח את המים, ונשטף (לא בפעם הראשונה) בזרם קפוא של מים! ואיך הגוף שלך מנסה לעזור? הוא מסמר לך את השיער! איזו תגובה משונה… אבל מה הטעם בה?

סימור השערות, המכונה גם “עור ברווז” (ובאנגלית Goosebumps) הוא תגובה אוטומטית ובלתי נשלטת של הגוף שלנו לקור. למרות שנדמה כי אנו לא א מקבלים שום החלטה ומפעילים שום שריר במצב זה, למעשה, מערכת העצבים הסימפתטית (מייד נסביר) שלנו מורידה פקודה להפעיל שרירים זעירים כדי שימשכו ויעמידו את השערות.

מערכת העצבים הסימפתטית היא מערכת עצבים אוטומטית שאין לנו עליה שליטה. בניגוד לשרירים בידיים שעוזרים לנו להרים חפצים, או השרירים שאנחנו מרגישים אחרי ריצה ארוכה, השרירים הקשורים למערכת הסימפתטית הם חלק מתגובת הילחם-או-ברח (Fight or Flight) האוטומטית, ומופעלים כאשר הגוף שלנו מזהה סכנה או נדחק לתנאי קיצון. אלו הם שרירים קטנטנים מסוג Arrector Pili המחברים בין העור לשיער. כך, בעת מכת קור למשל, השרירים מתכווצים ומושכים אליהם את זקיק השערה.

ביונקים פרוותיים, זקיפת השערות גורמת לכך שיותר אוויר נתפס בין השערות, כך שהאוויר הכלוא משמש כמבודד בין חום הגוף לאוויר הקר שבחוץ. בני אדם הם מחוסרי פרווה, כך שכיווץ השריר ככל הנראה לא יגן עלינו מפני הקור, מה שהוביל חוקרים לתהות אם יש לו תפקיד נוסף חשוב בבני אדם [1].

במחקר חדש בהובלתה של ד”ר יוליה שוורץ מאוניברסיטת הארוורד, מכותבות שורות אלו, בדקו מה מתרחש בזקיקי השיער בתגובה לקור. במחקר, שהתפרסם בכתב העת המדעי Cell, הראו החוקרים כיצד מאותתת מערכת העצבים הן לשרירים והן לזקיקי השערה על נוכחות מכת הקור. החוקרים מצאו שבתגובה לקור מערכת העצבים הסימפתטית משחררת נוראפינפרין (Norepinephrine), הורמון הדומה לאדרנלין וקשור במנגנון ה”הילחם או ברח”.

ברוב היונקים, נוראפינפרין גורם באופן מיידי לכיווץ השרירים הזעירים ולסימור השיער, מה שמוביל להקלה מיידית מפני הקור. אולם, כשהקור נמשך לאורך זמן, סימור השיער לבדו אינו מספק הגנה מספקת מפני הקור, ויש צורך במנגנון הסתגלות נוסף. החוקרים מצאו שישנה תקשורת ישירה בין העצבים הסימפתטים לתאי הגזע של זקיקי השערה הנמצאים בבסיס השערות. העליה המתמדת בנוראפינפרין מפעילה את תאי הגזע ומביאה לגידול השיער. למעשה, החוקרים גילו מנגנון הסתגלותי המאפשר התאמה לתנאי טמפרטורה שונים.

העצבים מלופפים ליפוף צפוף מסביב לתאי הגזע בזקיק השערה, וכך מתאפשרת תקשורת ישירה ביניהם. הליפוף מייצר נקודות חיבור קטנות, דמויות סינפסה, בין תאי הגזע של השערה למערכת העצבים הסימפתטית. סינפסות הן נקודת המפגש בין תא עצב לתא מטרה. הן משמשות להעברת אותות בין התאים והן מוגדרות ומתוארות היטב בספרות המדעית. הממצא הזה הוא מיוחד, כיוון שהוא מצביע על תקשורת של מערכת העצבים ישירות עם תאי גזע, שאינם תאי מטרה רגילים: לרוב, מערכת העצבים יוצרת סינפסות המקשרות בין תאי עצב לתאי עצב אחרים, בלוטות או שרירים ולא עם תאי גזע. יתרה מזאת, החוקרים הראו כי קשר זה חשוב לפעילות התקינה של תאי הגזע ביומיום ולא רק בעתות משבר. למרות זאת, החוקרים גילו שהקשר הישיר בין תאי הגזע למערכת העצבים מסתמך על אותו שריר קטן הגורם לסימור השיער. כאשר החוקרים גדעו בצורה מדוייקת רק את אותו השריר, מבלי לפגוע במערכת העצבים, הם נדהמו לגלות שהעצבוב הסימפתטתי של תאי הגזע נעלם גם הוא. כלומר, השריר דרוש כדי לשמור על העצבוב.

למעשה, גילו החוקרים התאמה חדשה ומורכבת שעוזרת ליונקים להתמודד עם קור. אותו המנגנון פעיל הן בטווח הקצר והן בטווח הארוך. כאשר היונק נחשף לקור זמני (משב רוח חזק או יום קר במיוחד), סימור השיער עוזר לו להתחמם על ידי לכידת האוויר. אבל אם הקור נמשך, לדוגמה במעבר בין קיץ לחורף, הצטברות ההורמון מאותתת ליונק להצמיח פרווה ארוכה יותר. כך, על ידי ויסות ההורמונים מסוגלים יונקים להתאים עצמם באופן יעיל ומתוחכם לתנאי הסביבה המשתנים.

אותו הקשר בין מערכת העצבים לתאי הגזע שמור גם בבני אדם, למרות היותם מחוסרי פרווה. יתרה מזאת, הממצאים מעניינים במיוחד בהקשר להקרחה. אחת מתופעות הלוואי של תרופות החוסמות קולטנים אדרנרגיים (קולטנים של הורמונים כמו נוראפינפרין) הינה איבוד שיער. אנו יודעים שלבני אדם הסובלים מהקרחה בלתי הפיכה יש איבוד של שרירי הסימור בקרקפת [3]. ייתכן שהסיבה לכך שהשער לא צומח היא כי אין למערכת העצבים יכולת להגיע לתאי הגזע שבזקיק השערה ולאותת להם לצמוח. הממצא פותח צוהר לאפשרות לטיפול בהקרחה בלתי הפיכה באמצעות מניפולציה של מערכת העצבים, ואפילו טיפולים בקור.

לסיכום, במחקר התגלה לראשונה קשר ייחודי בין מערכת העצבים לתאי גזע של השערה. החוקרים הדגימו במספר ניסויים כיצד המנגנון שאחראי לסימור השערות בחשיפה לקור, מעודד בהמשך צמיחת פרווה. המנגנון כולו מווסת על ידי הורמון יחיד נוראפינפרין. זו גם דוגמה נדירה לחיבור של מערכת העצבים באופן ישיר לתאי גזע, ולא באמצעות סינפסה. ממצאי המחקר יכולים לסייע בעתיד לטיפולים כנגד הקרחה ולהבנה טובה יותר של הקשר בין מערכת העצבים להתפתחות של רקמות חדשות.

ראיון עם החוקרת – ד”ר יוליה שוורץ

– אשמח שתציגי את עצמך:
אני יוליה שוורץ, פוסט דוקטורנטית במעבדה של Ya Chieh Hsu במחלקה לחקר תאי גזע וביולוגיה רגנרטיבית באוניברסיטת הארווארד. בעיקר אני מתעניינת באינטראקציה בין רקמות שונות ואיך ביחד הן מאפשרות לגוף להגיב לתנאי הסביבה המשתנים.
– איך מצאת את המשרה?
בטעות!
בעלי ואני שנינו מדענים וחיפשנו מעבדות במקביל. התמקדנו בעיקר בבוסטון בגלל הריכוז הגדול של חוקרים מעולים. עשינו ביחד כמה סבבים של ראיונות וארקדי כבר מצא מקום מצויין. אני לא מצאתי אז יצאתי לסיבוב נוסף לבד.
במהלך הסיבוב הראשון אחד מהפרופסורים ממש התאים לי, אבל לא היה לו מקום אז הוא אמר שכשאהיה שוב בסביבה הוא יישמח להפגש לדבר. כשבאתי שוב, הוא סיפר לי על המעבדה של יא (א”נ: Ya Chieh Hsu) – חוקרת חדשה עם המון פוטנציאל.
בערב קראתי קצת על המחקר שלה, וזה נראה לי מרתק, אז שלחתי לה מייל. באופן מפתיע היא ממש ישר חזרה אליי, וקבענו לראיון לעוד יומיים.
– לא חששת להצטרף למעבדה שרק נפתחה?
בזמנו היא הייתה חוקרת ממש חדשה, ולא התאים לי להכנס לסיכון כזה. כשחוקר חדש אתה לא יודע איך הוא יהיה בתור בוס, אין לך את מי לשאול. זה גם זמן מאוד קשה כשרק פותחים מעבדה ובתור פוסט-דוק אין לי את האפשרות “לבזבז” את הזמן הזה.
היה לי חשוב להגיע למקום שיאפשר לי להצליח, מקום שיש בו את כל הסביבה כדי להצליח – תקציבים, אנשים חזקים, חוקר עם מוטיבציה גבוהה. אבל כשנפגשתי איתה כל החששות שלי נעלמו. מיד היה לנו קליק. היא אחד האנשים הכי חריפים שיצא לי להכיר, והיא גם בן אדם נהדר. אכפת לה, היא תמיד מנסה לעזור ולסדר.
– מה משך אותך לפרויקט הזה?
הדוקטורט שלי היה בהתפתחות עוברית. וזה תחום שנורא מעניין אותי – התפתחות, איך כל מיני רקמות משפיעות אחת על השנייה, איך כיווץ של השרירים משפיע על סידור של תאים. אי אפשר להתייחס לכל רקמה “לבד”, ותמיד עניין אותי איך באמת זה מסתדר ביחד, איך הם מתאמים את ההתפתחות המסודרת של כל הרקמות והגוף.
כשנכנסו לפרוייקט נורא עניין אותי איך מתפתח השריר המסויים שחקרנו. מצאנו מוטנט שבו אין את השריר, אז ניסינו להבין בעצם – איך השריר הזה מתפתח? מה שולט במה ולמה זה משפיע על תאי הגזע? זו מערכת מאוד מורכבת.
רצינו להבין איך ההתפתחות של השריר משפיעה הלאה על העצבוב, ואיך הרקמה משתנה מעובר לבוגר. ואז פתאום שמנו לב שהעצבים לא הולכים רק אל השריר אלא גם לתאי הגזע – שזה מוזר מאוד.
אחרי שראינו את זה התחלנו לחקור לעומק את הסדר של הדברים. ראינו שבהתחלה מתפתח השריר ורק אח”כ מגיעים העצבים – אתה חייב את השריר בשביל שייתפתח העצבוב. ומשם נכנסנו יותר ויותר לעומק.

– אתם כתובים על המאמר 3 כותבים “שווים”, וסך הכל 15 כותבים – איך היה לעבוד בכזה שיתוף פעולה?
העניין של השת”פ – זה מעולה. בסופו של דבר, אתה רוצה לברר “איך דברים פועלים”. ברגע שאתה יכול לעבוד יחד, בגלל שלכל אחד יש את המומחיות שלו, אז אפשר להגיע לתוצאות טובות הרבה יותר מהר. זה גם שיעור טוב לחיים על איך לעבוד יחד עם אנשים.
זה היה מעניין משני כיוונים. הרבה מהעבודה עשיתי ביחד עם דוקטורנטית, ועבדנו מאוד צמוד. זה כיף כי יש לך עם מי להריץ רעיונות ולקבל פידבק מהר. מצד שני, עבדו עם צוות מטאיוואן. כשאתה עובד עם אנשים רחוקים זה יותר מורכב, אבל בזכותם יכולנו לעבוד מאוד בקלות על רקמות – הבוס שלהם דרמטולוג. השת”פ אפשר לנו להעמיק את העבודה. השותפים מטאיוואן יכלו להפיק בשבילנו את תאי הגזע, ולבדוק אם מה שמצאנו בעכברים עובד על אנשים. זה לא מובן מאליו, ואם הייתי צריכה לעשות את זה בעצמי הכל היה מתעכב עוד הרבה מאוד.
– איך הקורונה השפיעה עלייך?
האמת שזה לא מאוד השפיעה עליי. עכשיו זה מתחיל להשפיע.
כשהתחיל הסגר הייתי עמוק במאמר, אז בכל מקרה הייתי צריכה לעבוד על המחשב. דווקא יצא לי טוב שלא יכולתי לבוא למעבדה, כי היה לי את הזמן לזה.
הקושי העיקרי היה שסגרו לנו את בתי הספר, אז הייתי צריכה לטפל בבת הגדולה שלי מאיה, אבל זה לא שפתאום סגרו לי את המעבדה ונתקעתי. אחרי שהמאמר התפרסם כבר יכולנו לחזור למעבדה. אז זה באמת לא היה נורא.
– ועכשיו?
עכשיו הקשיים זה בעיקר שהמסגרות של הילדים לא בדיוק ב-100%. זה שאין בית ספר זה דורש הרבה מאוד תיאום ותזמון ביני לבין ארקדי. משתמשים הרבה בגוגל קלנדר.
– זה קשה ששני בני זוג בפוסט?
מצד אחד זה קשה, כי לשנינו יש המון עבודה. המזל זה שבעבודה הזו יש הרבה גמישות בשעות העבודה. כך שאם יש תקשורת טובה ומתגמשים אז מסתדרים. זו עבודה שיש בה תקופות עמוסות ותקופות קלות יותר.
מהצד השני, מאוד עוזר לנו שאנחנו מאותה דיסיפלינה. אנחנו חושבים יחד על העבודה והניסויים, יש לך עם מי להתייעץ גם בבית.
לחפש פוסט יחד היה קשה, אבל בעיקר מסובכת השאלה של המשרה. אנחנו כמובן רוצים לחזור למשרה באקדמיה בארץ, ואם היה אפשר באותו מוסד. אבל זה לא פשוט.
האמת היא שאחרי שגרנו קצת בארה”ב הבנו כמה שישראל קטנה. הבנו כמה ש”שעה נסיעה” זה ממש כלום. זה שם אותך בפרופורציה.
– איך סיינס אברוד משתלב בחיים שלך בתור פוסטדוקית?
עכשיו זה נכנס הרבה יותר, כי יש הרבה הרצאות בזום. אפילו את הפגישות המקומיות (א”נ: של סניף בוסטון) העברנו לזום. זה ממש עזר לי באופן אישי כי לפני כן הפגישות היו בשעות הצהרים בביה”ס לרפואה, שזה 40 דקות רק כדי להגיע לפגישה, אז ברוב המקרים לא יכולתי להגיע. עכשיו בזום – הרבה יותר קל.
– איך נראות הפגישות של הסניף המקומי?
זה ממש בסטייל של פגישת קבוצה. מציגים תוצאות מחקר ודנים יחד. כולם מתחומים קצת שונים, אז אתה מקבל פידבק מאוד מיוחד. זה ממש עוזר! אנשים מתחומים אחרים ייתנו לך הרבה פעמים את הרעיונות הכי מגניבים
– יש לך עצות לחבר’ה שבדוקטורט ומתלבטים מה הלאה?
לא לבזבז זמן.
כולם מאוד מאוד לחוצים להגיש את התיזה ולקבל את האישור לדוקטורט. אבל חשוב להבין שברגע שהגשת, “המונה מתחיל לדפוק”. יש הרבה מלגות שתלויות בזה. אבל אם אתה יודע שייקח לך זמן עד שתגיע לפוסט פיזית, אז צריך לשים לב שלא תפספס את המלגה כי מיהרת לדחוף את הדוקטורט.
– יש לך דוגמה?
תראה, אני סיימתי את הדוקטורט במאי 2015, התחלתי את הפוסט רק בנובמבר 2016. בגלל שהתעכבתי, אז בהרבה מלגות הייתי ממש על הקשקש או אפילו פיספסתי את ההזדמנות וזה פסל אותי.
אגב, עצה ממש חשובה – אם זה המצב, שווה לשלוח מייל, להסביר את המצב, ולבקש לגשת.
אני הגשתי בפוסט 5 מלגות, מתוכן 3 הייתי צריכה בקשה מיוחדת, ו-2 מהן בסוף קיבלתי.
– את יכולה להסביר לי קצת על איך המלגות האלה עובדות? אף פעם לא הבנתי את הקטע הזה…
אני לדוגמה הגשתי וקיבלתי את המלגה לקידום הנשים במדע של מכון וייצמן (Israel National Postdoctoral Award Program for Advancing Women in Science).
זו מלגה מדהימה. אתה מקבל בערך 20 אלף דולר לשנה – ומה שנחמד זה שהיא מלגה שיושבת מעל למשכורת הרגילה, כתוספת. פשוט כסף לכיס. זה ממש עזר לנו, לא פשוט לגור בבוסטון על משכורת של פוסטדוקים. בנוסף יש לי מלגה של Helen Hay Whitney foundation שמממנת לי את המשכורת ב-3 שנים האחרונות.
חשבתם מה תעשו אם יהיה לכם בעיה עם הכסף?
כן, חשבנו על זה ברצינות, וחשוב שכל אחד יעשה את החישוב שלו לפני מעבר כזה. ההורים אמרו שיוכלו לתמוך וגם חשבנו שאפשר לקחת הלוואות. אבל באמת המלגות שקיבלנו מאפשרות לנו להסתדר.
יש לך עוד עצות למתכנן לצאת לפוסט?
באופן כללי, החוצפה הישראלית עוזרת. עוזרת בהגשת מלגות ועוזרת בפנייה ויצירת קשר.
חשוב לדבר עם כמה שיותר אנשים – לא רק עם מנחים פוטנציאליים, אלא גם עם ראשי מעבדות בארץ, לבקש עצות ולבדוק מה מעניין ונחמד.
אם אתם יכולים, אז לחפש ישראלי באזור שיוכל לספר לך “דוגרי” איך המעבדה מבחינה חברתית ותפעולית.
אתם מתכננים לחזור לארץ בקרוב?
לי יש עוד איזה עבודה בקנה, וגם ארקדי מקדם את המאמרים שלו במרץ. אני רוצה להגיש למשרה בשנה הבאה, אינשאללה.

***

הטקסט נכתב ע”י אמיר נקר וד”ר יוליה שוורץ מעמותת סיינסאברוד בשיתוף מדע גדול, בקטנה. אמיר הוא דוקטורנט במכון לייבניץ לטכנולוגיה פוטונית. המחקר התבצע על-ידי ד״ר יוליה שוורץ מהמחלקה לתאי גזע וביולוגיה מתחדשת באוניברסיטת הארוורד, החוקרת את התפתחות תאי הגזע של העור והתקשורת שלהם עם רקמות אחרות..

***
עמותת “מדע גדול, בקטנה” הוקמה במטרה לבנות גשר בין הקהילה המדעית ועולם המדע אל הציבור הרחב. העמותה מנגישה מדע באופן מקצועי, אמין ואובייקטיבי. מנהלי העמותה ומתנדביה הכותבים במסגרת הפעילות בעמותה, הם כולם מדענים פעילים או חובבים, ובעלי תארים מתקדמים מאוניברסיטאות מובילות. לכל כותבי העמותה יש ניסיון עשיר בהנגשת מדע, בכתב וגם בעל פה, וכל הכתבות נתונות לביקורת מדעית הכוללת ביקורת עמיתים של מומחי התחום הפעילים בעמותה. כולם, פועלים בהתנדבות מלאה ומתוך רצון ותשוקה אמיתית להנגשת מדע בעבור כל אחת ואחד שמתעניינים בדברים המרתקים שמתרחשים בסביבה של כולנו.

***

מקורות:
1. מאמר בסיינטיפיק אמריקן על עור ברווז
2. המאמר של יוליה
3. מאמר שבחן את הקשר בין איבוד שריר הסימור (arrector pili muscle ) להקרחה