קפיצת בנג'י: ילד הפלא שמציל את תפוחי האדמה

כימשון היא אחת ממחלות היבולים הידועות לשמצה בהיסטוריה האנושית. היא פוגעת בעיקר בתפוחי אדמה, השמידה במרוצת המאות שדות של יבולים ושיחקה תפקיד מרכזי ברעב הכבד שפגע באירלנד באמצע המאה ה־19, ושלפי הערכות הביא למותם של עד מיליון בני אדם. גם היום ממשיך הטפיל שגורם למחלה להכות בשדות, וגורר נזקים שנתיים שמוערכים במיליארדי דולרים.

להאזנה לכתבה, הוקלט על ידי הספריה המרכזית לעיוורים ולבעלי לקויות קריאה https://www.clfb.org.il/heb/main/

אבל עכשיו מסתמן לו פתרון מפתיע: מודל מתמטי שיכול לחזות את התפשטות הטפיל בדיוק של יותר מ־99% ובכך לאפשר לחקלאים להגן על היבולים. מי שאחראי למודל המהפכני הזה הוא חוקר מפתיע לא פחות: בנג'מין (בנג'י) פירסטר (Firester), רק בן 18, תלמיד תיכון. הוא התחיל לעבוד על הפרויקט כבר בגיל 15, כשהגיע מניו יורק לבקר את סבו וסבתו בישראל ובחר לבלות חלק ניכר מחופשת הקיץ שלו במעבדות של מכון וולקני. המחקר שלו פורסם בסוף מרץ בכתב העת המדעי היוקרתי "Plant Pathology", וזיכה אותו במקום הראשון בתחרות המדע Regeneron Science Talent Search, שנחשבת הוותיקה והיוקרתית ביותר בארצות הברית. לזכייה התלווה פרס של 250 אלף דולר.

"המחקר הזה באמת חדשני ברמה עולמית", אומר ד"ר ליאור בלנק ממכון וולקני, שהדריך את פירסטר. "פרסום מאמר של תלמיד תיכון בכתב עת מדעי הוא עניין מאוד יוצא דופן. ואני לא מכיר עוד מקרה שבו תלמיד תיכון מצא את עצמו בחופשות במוסד מחקר. זה נדיר מאוד".

פירסטר במרץ, בטקס קבלת הפרס בתחרות Regeneron Science Talent Search, עם אחד ממוריו בתיכון. "המחקר הזה מראה את הכוח של מתמטיקה, זכיתי ליישם אותה על העולם האמיתי" צילום: Christopher Ayers

ואמנם, פירסטר הוא גאון. מדען יצירתי, מתמטיקאי מבריק, פסנתרן מחונן וחוקר מבטיח. אבל הוא גם נער חובב "מלחמת הכוכבים" שאוהב לעשות צחוקים עם חברים. ובראיון בלעדי ל"מוסף כלכליסט", כמה ימים אחרי טקס הענקת הפרס, הוא מתגלה כצעיר עניו וממוקד. "המחקר הזה מראה את הכוח של מתמטיקה", הוא אומר. "כשעשיתי אותו זכיתי ליישם אותה על העולם האמיתי, על האופן שבו אנשים מבצעים את העבודה שלהם ושמאפשר לשפר חיי אנשים".

להכניס רגל בדלת המחקרית

אמו של פירסטר, רות, היא עורכת דין ילידת ישראל. אביו ג'ונתן נולד בארצות הברית ועוסק בייעוץ בתחום הניהול. והוא גם חובב מתמטיקה נלהב. "אבא שלי הציג לי את התחום בגיל צעיר מאוד", מספר בנג'י באנגלית (הוא דובר מעט עברית). "תמיד אהבנו לפתור יחד חידות במתמטיקה. אהבתי את היופי שלה, את האופן שבו הכל מתחבר ומסביר דברים. גם אחותי הגדולה קליה מתעניינת מאוד במדע והיא עזרה לי להכיר את התחום. קליה מתעניינת יותר בביולוגיה ובכימיה, ולפני שלוש שנים היא עצמה זכתה במקום השני בתחרות שבה ניצחתי כעת".

למכון וולקני הגיע פירסטר בקיץ 2015. "סבא וסבתא שלי גרים בירושלים, כל בני המשפחה מצד אמי חיים בישראל, ואני אוהב מאוד את ישראל. רציתי לעשות בה מחקר כדי שאוכל לבלות זמן עם המשפחה שלי, אז שלחתי אימיילים לכמה חוקרים במכון, צירפתי קורות חיים ומכתב פתיחה שמסביר מה אני רוצה לעשות".

מה כתבת בקורות חיים?

"לא הרבה. זכיתי לפני כן בכמה תחרויות מדע, אבל היה לי מעט לכתוב. פירטתי מה למדתי במדעי המחשב ומה אני עוד רוצה ללמוד. המטרה היתה להכניס רגל בדלת, אבל עם קורות חיים דלים כאלה רוב החוקרים לא השיבו לי".

מי שכן השיב לו היה בלנק, שמסביר שגם בתיאור קורות החיים שלו פירסטר נוטה להצטנע. "בנג'י שלח קורות חיים שהיו באמת יוצאי דופן", הוא אומר. "למד קורסי קיץ בפרינסטון, בא עם יכולות כמותיות מרשימות, עם קורסים מתקדמים במתמטיקה ובתכנות. חשבתי שהוא יגיע למכון ואני אתן לו משימות לבצע, אבל זה התפתח ליותר מזה, כי הוא לקח המון יוזמה, הפגין עצמאות והתחיל לתפקד כמו סטודנט. הוא בא מוכן, קרא את הספרות הרלבנטית, היו לו שאלות משלו, ולאט לאט התהווה המחקר הזה".

ד"ר ליאור בלנק, שהנחה את פירסטר במחקר. "חשבתי שאני אתן לו משימות לבצע, אבל הוא בא מוכן, קרא את הספרות הרלבנטית, לקח יוזמה והפגין עצמאות" צילום: עמית שעל

כשפירסטר הגיע, בלנק הציג לו את בעיית הכימשון, כולל רקע קצר של אפידמיולוגיה ופתולוגיה בצמחים. הנער התחיל לעבוד, וזכה גם לסיוע של פרופ’ דני שטיינברג, מחוקרי הכימשון הבכירים בעולם, שתמך וייעץ בצדדים הביולוגיים שלה. "ליאור הראה לי מאגר מידע שהם יצרו על הכימשון והציג היפותזות שונות על האופן שבו המחלה מתפשטת ועל הדרך שבה חקלאים יכולים להשתמש במידע הזה על השדות הנגועים ועל כיוון ועוצמת הרוח כדי להגן על עצמם", אומר פירסטר. "אבל לא היתה דרך לכמת את הידע הזה. רציתי לראות אם אפשר לפתח דרך מתמטית אמינה שתאפשר לחקלאים לדעת מה קורה עם המחלה ומה הם יכולים לעשות כדי למנוע אותה".

הוא הקדיש לנושא את חופשת הקיץ שבה הגיע לראשונה למכון וולקני וחלק מזמנו הפנוי בשנה שלאחר מכן, ובקיץ הבא חזר למכון. כל העבודה, אגב, נעשתה בהתנדבות. לאט לאט המודל נבנה, כאלגוריתם מורכב שמשקלל שלל פרמטרים.

"בשדות נגועים יש נבגים, שנוצרים כשהלחות והטמפרטורה גבוהות יחסית במשך תקופה ארוכה ומשתחררים לרוח כאשר הלחות יורדת. הם יכולים לעוף ברוח רק כמה שעות בבוקר, כי כשהשמש עולה הקרינה הורגת אותם", מסביר פירסטר. "המודל שפיתחתי מזהה מתי עלולים להיווצר נבגים ומתי הם יכולים לעוף, מנטר את הרוח ביחס לכל שדה נגוע שיכול לשחרר נבגים ואומד את הסיכוי שהם יגיעו לשדה מסוים. הוא גם מבחין בין אזורים שבסיכון גבוה לאזורים שבסיכון נמוך, ועושה זאת כבר בשבועות הראשונים של כימשון. כלומר ברגע שהמחלה מזוהה כל החקלאים באזור יידעו מה לעשות, המודל יגיד להם אם לרסס חומרי הדברה ואילו חומרים".

פירסטר במעבדה במכון וולקני. "האלגוריתם מעריך מתי ייווצרו נבגים, מנטר את הרוח ומודיע אם להדביר את השדות"

המודל עדיין אינו מסחרי, אבל הוא נבדק תוך שיתוף פעולה רחב עם חקלאים בשטח. וזה, מבחינת פירסטר, הקסם של המתמטיקה. "כשלומדים מתמטיקה בבית הספר היישומים שלה לא כל כך ברורים, כי לומדים רק את היסודות. חלק מהאשם הוא בספרי הלימוד, שלא כוללים דוגמאות לשימושיות של המתמטיקה. במקום זה צריך לעסוק באיך כלים מתמטיים נבנים, וזה מה שבאמת יכול לעניין אנשים, לא לזכור נוסחאות או איך לפתור משוואה ריבועית, אלא לראות מתמטיקה בעולם האמיתי, לראות איך אפשר להשתמש בה כדי למצוא פתרונות יצירתיים לבעיות שעל פניו לא נראות קשורות".

איך זה להיות גאון

פירסטר לומד בהאנטר קולג', תיכון ציבורי לתלמידים מחוננים, שבכל שנה מתקבלים אליו רק כ־180 בוגרי כיתות ו' מתוך כ־65 אלף בני הגיל הרלבנטי בניו יורק. "החברים שלי בבית הספר חכמים ומוכשרים. הם תמיד מאתגרים אותי. אנחנו דוחפים זה את זה קדימה, גורמים זה לזה לעבוד קשה יותר וליצור דברים טובים יותר, וזו סביבה ממש טובה", הוא מספר על בית הספר, ומאיר את המשמעות של מסגרות למחוננים. בעבר זכה פירסטר בתחרות New York City Science and Engineering Fair (על מחקר שעסק בקסדות והגנה מפגיעת ראש), ואז זכה בו שוב על המחקר הנוכחי. בשנה שעברה זכה במקום שלישי, כנציג ניו יורק, בתחרות International Science and Engineering Fair (ISEF) של אינטל, וגם קיבל מלגת עמית של 25 אלף דולר ממכון דווידסון האמריקאי. התחרות Regeneron Science Talent Search כבר היתה רמה אחרת: עם משתתפיה בעבר נמנים 13 חתני נובל ושני חתני מדליית פילדס (המקבילה של הנובל בתחום המתמטיקה) והיא תובענית במיוחד. "התחרות מיועדת לתלמידי תיכון, והיא מחפשת מוחות מדעיים ואנשים שיודעים איך לחשוב", אומר פירסטר. "1,800 תלמידים מגישים מועמדות בכתב, 70 עמודים כתובים, שרק 20 מהם עוסקים במחקר. צריך לכתוב חיבורים על מדע, על תחום המחקר, המחשבות שלך על העולם, לצרף מכתבי המלצה ועוד. מתוך כולם, רק 40 נבחרים לנסוע לוושינגטון די.סי לשבוע של שיפוט אינטנסיבי, כולל ראיונות מורכבים ובדיקה מקיפה של פרויקט המחקר".

תפוח אדמה נגוע בכימשון. נזקים של מיליארדי דולרים בכל שנה צילום: wikipedia

הוא החל לקרוא בגיל 4, ואז גם החל לנגן. הוא לומד פסנתר, מוזיקה קאמרית ותיאוריה של המוזיקה בתוכנית Mannes Prep היוקרתית של The New School for Music, והופיע כסולן וכחבר תזמורת קאמרית בקונצרטים בלינקולן סנטר ובקרנגי הול. לו"ז די עמוס, יש להודות. "קשה למצוא זמן פנוי, במיוחד כשיש לי הרבה עבודה. אני עסוק מאוד גם בסופי שבוע, כי אני הולך לבית הספר למוזיקה, ולא יוצא לי לעשות הרבה דברים כיפיים שעושים בתיכון. יש תקופות בשנה שאין לי כל כך זמן פנוי, אבל אני תמיד מנסה למצוא זמן לבלות עם החברים שלי, אנחנו יוצאים לאכול, רואים סרטים, משחקים משחקי מחשב, הולכים לפארק. כך שאני לא חושב שיש לי חיים מוזרים. עשיתי דברים שכמעט שום טינאייג'ר אחר לא עשה, אבל אני מרגיש כמו טינאייג'ר".

עכשיו פירסטר מתכנן את המשך הדרך האקדמית שלו, ומחפש את האוניברסיטה שבה ילמד מתמטיקה ומדעי המחשב. הוא כבר התקבל להרווארד, שבה לומדת אחותו הגדולה, בעצמה בוגרת התיכון למחוננים וזוכת פרסים. אחיו הצעיר ארי לומד באותו תיכון, בכיתה י', וגם הוא מככב בתחרויות מדעיות. כך שגם בתיכון שלו וגם במשפחה בנג'י לא ממש חריג. ההורים מעודדים, הוא מספר, אבל גם משחררים. "זה חשוב שתהיה לך משפחה תומכת, וזה עזר לי מאוד. המשפחה הפכה אותי למי שאני. אבל העבודה על המחקר היתה עצמאית, הייתי בישראל והמשפחה היתה בניו יורק. ביומיום ההורים שלי מאפשרים לי לקבוע את לוח הזמנים שלי בעצמי, ויודעים שאני אחראי לבצע את כל המשימות שלי. אם הם רואים שאני עסוק מאוד ושקוע בהרבה דברים, הם יגידו לי שאני צריך לקחת קצת זמן לעצמי ולעשות משהו כייפי, לצאת לטיול למשל".

לא רק ההורים דואגים לכך, גם פירסטר ניחן באיזו שלווה שמסייעת לו לא להיסחף אחרי הלהט לחקור או לנגן, ולא אחרי ההצלחה של המחקר, הפרסים ותשומת הלב. "מובן שכשזכיתי בפרס או כשהמאמר שלי פורסם התרגשתי מאוד", הוא אומר, "אבל תמיד ידעתי שיש עוד צעד בדרך, עוד דברים להשיג, עוד דברים לעשות כדי להתקדם. אני תמיד חושב מה עוד אני יכול לעשות".

בדרך לגלות מתמטיקה חדשה

החשיבה הבוגרת הזאת שלו באה לידי ביטוי גם כשהוא חושב על עולם המחקר בכללותו. למשל, בהקשר של מכון וולקני, שלאחרונה נחשף כי במסגרת המעבר המתוכנן שלו לצפון, המדינה מתכוונת לייבש את הפעילות שלו, כולל פרישה של כ־60%-70% מהחוקרים, שלא יוחלפו באחרים. "זה מוסד מיוחד, שונה ממה שיש לנו בארצות הברית", אומר פירסטר. "הם עובדים בצמוד לחקלאים, וכשהם מגלים דברים חדשים או מתקנים בעיות זה מיושם מהר מאוד בעולם האמיתי. לישראל יש מגזר חקלאי פורה בזכות החדשנות שמכון וולקני מספק, וקורים בו דברים שמשפיעים לא רק על החקלאות בישראל אלא על כל מקום שיש בו מדע. לכן היה מייאש לשמוע על הפגיעה בו. חשוב מאוד שמכון וולקני, שעובד כל כך טוב ויש לו השפעה אמיתית על חיי אנשים, יזכה לתמיכה ציבורית. המכון שינה גם את החיים שלי, וחשוב שמכוני מחקר כאלו יהיו קיימים".

פירסטר בקונצרט. "אני מנסה למצוא זמן לבלות עם החברים שלי, יוצאים לאכול, רואים סרטים, משחקים משחקי מחשב"

גם לעתידו של תחום המתמטיקה הוא דואג. קודם כל, הוא חושב שצריכים להנגיש אותה אחרת. "הרבה מדענים אוהבים להראות כאילו שמה שהם עושים קשה הרבה יותר משהוא במציאות. לפעמים הם משתמשים בשפה מסובכת מכפי שצריך, בהרבה מילים גדולות. אבל יסודות המתמטיקה נמצאים בטבע, הם טבעיים לנו. מתמטיקה בנויה על הגדרה מדויקת של דברים ובנייה על סמך הגדרות אלו. זה בדיוק מה שעושים בחקר ההיסטוריה, כשבוחנים מידע ומסיקים מסקנות בהתאם, זה אותו דבר בבסיס. אבל בתקשורת לא מייצגים את המדע באופן הזה, והוא נראה כמו משהו שרק מעט אנשים יכולים לעשות, אף שכולם כבר עושים את זה בטבעיות. מתמטיקה היא תחום כל כך גדול, שאם אנשים אומרים שהם לא אוהבים מתמטיקה זה אומר שהם פשוט עדיין לא מצאו את החלק שהם אוהבים. גם אני לא אוהב מתמטיקה של כיתה ו' כמו שאני אוהב גיאומטריה או הסתברות. זה מייאש שבגיל צעיר צריך לעשות את המתמטיקה המשעממת הזאת, שהיא רק היסוד לדברים שאפשר לאהוב באמת".

מה אפשר לעשות? הרי היסודות האלה הכרחיים.

"אחד הדברים הראשונים שאבא שלי לימד אותי היה בינאריות - דרך לספור רק עם 0 ו־1. זה משהו שאנשים לא לומדים עד התיכון, כי אין לזה חשיבות ישירה. אבל בתיאוריית המספרים זה חשוב מאוד ונמצא בכל מקום. זה אחד הנושאים הראשונים שאהבתי. אפשר ללמד מתמטיקה כזאת מוקדם הרבה יותר, וזה משהו שקל מאוד להבין".

מעבר לכך, פירסטר מתבונן על מצבה של המתמטיקה גם כמדע, ולא רק על אופן ההתקבלות שלה. "אני חושב שזו הפעם הראשונה בהיסטוריה שאנחנו בנקודה שבה המתמטיקה נמצאת בפיגור אחרי מדעים מדויקים אחרים. אפשר לחזור 100 שנה לאחור ולראות שמעט מאוד מתמטיקה חדשה פותחה מאז. אפילו מאז ימיו של ניוטון. מנגד, פיזיקה, כימיה, ביולוגיה ומדעי המחשב צומחים בקצב מהיר מאוד, וכמעט הגיעו לשלב שבו נגמרת להם המתמטיקה לפתור בעיות. מתמטיקאים תמיד פיתחו דברים שהיו חסרי משמעות בזמנם; הם אמרו, 'הנה משהו מגניב על מתמטיקה', ורק מאות שנים אחר כך הבינו למה זה שימושי. כך שהצורך של מחקר מתמטי טהור לא תמיד ברור, אבל חשוב שנמשיך בזה".

איך בכלל מגלים מתמטיקה חדשה, איך זה עובד?

"זו שאלה שאני מפחד לשאול את עצמי. אני מתכנן ללמוד מתמטיקה באוניברסיטה, ותוהה איך אני אגלה דברים חדשים. צריך להפוך את זה לתשוקה, לעשות הרבה מתמטיקה, למצוא תבניות שחוזרות, ואז לשאול למה הן חוזרות ולהיכנס לפרטים הקטנים ביותר. כך מגלים מתמטיקה חדשה".