علم الأحياء الكمومي 1: الفيزياء وعلم الأحياء في تفسير أعظم ألغاز الحياة - Lebanon news - أخبار لبنان
Connect with us
[adrotate group="1"]

صحة

علم الأحياء الكمومي 1: الفيزياء وعلم الأحياء في تفسير أعظم ألغاز الحياة

في أحد مختبرات الفيزياء في جامعة شيفيلد، وُضِعَت بِضع مئاتٍ من بكتيريا الترّكيب الضوئي Photosynthesis بين مرآتيّن على مسافةٍ أقلَ من ميكرومتر. سلَط الفيزيائي ديفيد كولز David Coles وزملاؤه ضوءًا أبيضًا على تجويفٍ مليءٍ بالميكروبات، حيثُ يرتد الضوء حول الخلايا بطريقةٍ يُمكن للفريقِ ضبطها عن طريق ضبط المسافة بين المرآتين. وفقًا للنتائج المنشورة في عام…

Published

on

علم-الأحياء-الكمومي-1:-الفيزياء-وعلم-الأحياء-في-تفسير-أعظم-ألغاز-الحياة

في أحد مختبرات الفيزياء في جامعة شيفيلد، وُضِعَت بِضع مئاتٍ من بكتيريا الترّكيب الضوئي Photosynthesis بين مرآتيّن على مسافةٍ أقلَ من ميكرومتر. سلَط الفيزيائي ديفيد كولز David Coles وزملاؤه ضوءًا أبيضًا على تجويفٍ مليءٍ بالميكروبات، حيثُ يرتد الضوء حول الخلايا بطريقةٍ يُمكن للفريقِ ضبطها عن طريق ضبط المسافة بين المرآتين.

وفقًا للنتائج المنشورة في عام 2017، تسبب هذا الإعداد المُعقد في تفاعل فوتونات الضوء ماديًا مع آلية التركيب الضوئي في مجموعةٍ صغيرةٍ من هذه الخلايا، بطريقةٍ يُمكن للفريق تعديلُها عن طريق تعديل الإعداد التجريبي.

إن تَمكن الباحثين من التحكم في تفاعل الخلية مع الضوء هو إنجازٌ في حدِ ذاته. لكن في العام التالي أقتُرِحَ تفسيرٌ للنتائج أكثرَ إثارةً. عندما أعادَ كولز مع العديد من المتعاونيّن تحليلَ البيانات، وجدوا دليلًا على أن طبيعة التفاعل بين البكتيريا وفوتونات الضوء كانت أغربَ بكثيرٍ مما اقترحهُ التحليل الأصلي.

قالَ عالم الفيزياء بجامعة أكسفورد والمؤلف مشارك في كلتا الورقتيّن، فلاتكو فيدرال Vlatko Vedral: «لقد بدا لنا استنتاجًا لا مناصَ منهُ وهو أن ما كنا نشهدهُ حقًا كانَ تشابكًا كميًا!».

يشير التشابك الكمي Quantum entanglement إلى تَداخل في الحالات الكمومية بين جسيمين أو أكثر، بغض النظر عن المسافة التي تفصل بينهما. يُعد التشابك واحدًا من العديدِ من السمات ضِمّنَ المنظور الدون الذري، حيثُ تَتَصرّف الجسيمات مثلَ الإلكترونات والفوتونات كجسيماتٍ وموجاتٍ بتزامن «ازدواجية موجة-جسيم Wave-Particle duality»، وتشغلُ حالاتٍ ومواقع عديدةً في آنٍ واحد «التراكب الكمي Quantum superposition»، وتخترق حواجزًا غيرَ مُنفِذةٍ «النفق الكمي Quantum tunnelling».

توصف العمليات السابقة في هذا المقياس باستخدام اللغة الرياضية المعقدة لميكانيكا الكم. اكتشف فيدرال وزملاؤه باستخدام هذا اللغة إشاراتٍ للتشابك بين الفوتونات والبكتيريا ضمن بياناتٍ من تجربة شفيليد.

أثبتَ الباحثون وجود التشابك عدة مراتٍ ضمنَ نطاق الأجسام غير الحية، ففي عام 2017 أفادَ العلماء بتمكنهم منَ الحفاظ على هذا الترابط بين أزواجٍ منَ الفوتونات مفصولةً عن بعضِها بمسافة 1200 كيلومتر.

لكن إذا كان أفتراض فيدرال وزملائه بأن ظاهرةَ التشابك تحدثُ عند البكتيريا صحيحًا، فالدراسة يمكن أن تُشير إلى أول مُلاحظة للتشابك على صعيد الكائن الحي، كما تُضاف إلى مجموعةٍ من الأدلة المتزايدة لدحر الاعتقاد بأن التأثيرات الكمومية نادرة الحدوث في علم الأحياء.

جيم الخليلي Jim Al-Khalili، جامعة سري: «منَ السخفِ والحدسِ، أن تستمرَ التأثيراتُ الكمومية داخل الخلايا».

تاريخيًا رصد الظواهر الكمومية في العالم المضطرب للأنظمة الحَيّة هي فكرةٌ هامشية. بينما تَصف نظريات الكم سلوكيات الجسيمات المستقلة المكونة لكل المادة بدقة، إلا أن العلماء افترضوا منذُ مدةٍ طويلةٍ أن الحركة الجماعية لمليارات الجسيمات التي تتصادم في درجةِ حرارة المحيط تفني أيَ تأثيراتٍ كموميةٍ غريبة وتوصف بشكلٍ أفضل بواسطة القوانين السائدة للنظرية الكلاسيكية المُصاغة بواسطة إسحاق نيوتن Isaac Newton وغيره من العلماء.

في الواقع يَعزِل الباحثون الجسيمات غالبًا في دراستهم للظواهر الكمومية عند درجاتِ الحرارة القريبة من الصفر المطلق حيث تتباطئ حركة الجسيمات حتى تتوقف تقريبًا فقط للإلغاء ضوضاء الخلفية.

قالَ الفيزيائي النظري في جامعة سري والمشارك في تأليف كتاب «الحياة على الحافة Life on the Edge» في عام 2014 والذي جلب مفهوم علم الأحياء الكمومي Quantum biology للجمهور العام، جيم الخليلي Jim Al-Khalili: «كُلَما كانت البيئة أكثرَ سخونةً، كُلَما كانت أكثر اضطرابًا وبالتالي تنهار التأثيرات الكمومية بشكلٍ أسرع. لذا فمن السخفِ والحدسِ، أن تستمرَ التأثيراتُ الكمومية داخل الخلايا. ومع ذلك، إذا حدث هذا وأشارت دلائل عدةٍ إلى وقوعهِ في ظواهر معينةٍ فلا بُدَ أن الحياة تفعل شيئًا مميزًا».

يعتبر الخليلي وفيدرال جزءًا من مجموعةٍ واسعةٍ من العلماء الذين يجادلون في الوقت الحاضر بأن تأثيرات العالم الكمي قد تكون مركزيةً لشرح بعض أعظم الألغاز في علم الأحياء، من كفاءة الحفز الإنزيمي Enzyme catalysis إلى ملاحة الطيور وصولًا للوعي البشري ويمكن حتى أن تكون موضوعًا للانتقاء الطبيعي Natural selection.

قالت عالمة الفيزياء بجامعة أكسفورد والمتعاونة مع كولز وفيدال في ورقةٍ بحثيةٍ حولَ تشابك البكتيريا، كيارا مارليتو Chiara Marletto: «يحاول المجال بأكملهِ إثباتَ نقطةٍ ما. وهذا يعني أن نظرية الكم لا تنطبق فقط على هذه الأنظمة الأحيائية، ولكن من الممكن اختبار ما إذا كانت هذه الأنظمة تُسخر فيزياء الكم لأداء وظائفها».

Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

code

صحة

رحلة البحث عن الفضائيين

يتناول كتاب “رحلة البحث عن الفضائيين” لمؤلفه م. محمد محمود الصديقي “علم الأحياء الفلكية” وهو علم تطور بتطور العلوم الحديثة الفلك والفيزياء والأحياء، وهي العلوم التي أسهمت في وصول الإنسان عبر المركبات الفضائية إلى الفضاء. وبناءً على ما تقدم يتساءل مؤلف الكتاب عن إمكانية وجود حياة أخرى خارج كوكب الأرض في هذا الفضاء الواسع، ويرتكز…

Published

on

By

رحلة-البحث-عن-الفضائيين

shadow

يتناول كتاب “رحلة البحث عن الفضائيين” لمؤلفه م. محمد محمود الصديقي “علم الأحياء الفلكية” وهو علم تطور بتطور العلوم الحديثة الفلك والفيزياء والأحياء، وهي العلوم التي أسهمت في وصول الإنسان عبر المركبات الفضائية إلى الفضاء.

وبناءً على ما تقدم يتساءل مؤلف الكتاب عن إمكانية وجود حياة أخرى خارج كوكب الأرض في هذا الفضاء الواسع، ويرتكز في مقاربته على فرضيات علمية ما يزال العلماء يحاولون برهنتها بالعلم والتجربة والتي يتم فيها إثارة بعض الأسئلة من قبيل: هل نحن وحيدون في هذا الكون؟ ولماذا نحن وحيدون؟ وما الذي يميز كوكب الأرض عن بقية الكواكب ليتفرد بوجود الحياة عليه؟ وما هي الظروف التي وُجدت على كوكب الأرض لتسمح بنشوء الحياة ولم توجد في الكواكب الأخرى؟ وهل هناك حياة أخرى في الفضاء؟

وللإجابة عن هذه الأسئلة وغيرها يستعرض الكتاب تاريخ الأحياء الفلكية في محورين: الأول (الأحياء) ويبحث عن أصل الحياة والخلايا والأماكن التي ظهرت عليها الحياة وظروف ودلائل الحياة البدائية “الأحافير والتوقيعات الكيمائية المحفوظة في السجل الجيولوجي” و”الستروماتوليت” وغيرها من الدلائل كما يكشف عن الحياة متعددة الخلايا التي توجد في كوكب الأرض. أما المحور الثاني فجاء بعنوان (الفضاء) ويبحث في أصل الفيروسات وهل أصلها يرجع إلى الفضاء؟ ثم يكشف عن كوكب المريخ والكواكب والأقمار التي قد تدعم الحياة. ويعرض “معادلة دريك” ويبين أهميتها لتقدير أعداد الحضارات التواصلية في المجرة وتشكيل الظروف الصالحة للسكن على كواكب أخرى. كما يزودنا بمعلومات عن قيام العلماء بالتواصل مع الحضارات الأخرى من خلال المركبتان الفضائيتان فوياجر 1 وفوياجر 2 وما احتوته اللوحة الشهيرة داخلها من معلومات عن كوكب الأرض تقدمها للكائنات الفضائية… ومعلومات أخرى ذات صلة.

تأليف: م. محمد محمود الصديقي

الفئة: علوم

المقاس: 14.5× 21.5 سنتم

عدد الصفحات: 120

الناشر: الدار العربية للعلوم ناشرون

ردمك: 978-614-01-3227-6

Continue Reading

صحة

كيف تشكلت المحيطات وما مصدر كل هذا الماء على سطح الأرض؟

مساحة المحيطات على الأرض أكبر من مساحة اليابسة بالطبع وهناك أيضًا الكثير من المياه المحبوسة على شكل جليد في القطبين الشمالي والجنوبي. ما مصدر كل هذه المياه؟ سؤال رائع أليس كذلك! ظل العلماء يطرحون هذا السؤال لفترة طويلة وما زلنا غير متأكدين تمامًا في الواقع ولكن قد يكون أصل الماء من مصدرين مختلفين. لنبدأ أولًا…

Published

on

By

كيف-تشكلت-المحيطات-وما-مصدر-كل-هذا-الماء-على-سطح-الأرض؟

مساحة المحيطات على الأرض أكبر من مساحة اليابسة بالطبع وهناك أيضًا الكثير من المياه المحبوسة على شكل جليد في القطبين الشمالي والجنوبي. ما مصدر كل هذه المياه؟ سؤال رائع أليس كذلك! ظل العلماء يطرحون هذا السؤال لفترة طويلة وما زلنا غير متأكدين تمامًا في الواقع ولكن قد يكون أصل الماء من مصدرين مختلفين.

لنبدأ أولًا بكيفية تشكل الأرض والكواكب الأخرى

بدايةً كانت هناك سحابة ضخمة من الغبار والصخور في الكون تقلصت هذه السحابة بعد ذلك بسبب الجاذبية مكونة الشمس والكواكب تدريجيًا.

كان التراب والصخر الأصلي يتكون من معادن تحتوي على الماء بداخلها كما كانت الأرض شديدة الحرارة في أثناء تشكلها إضافةً لوجود الكثير من البراكين في جوفها مما أدى الى انصهارها. شكّل الماء الكامن في الصخور بخارًا وانبثق من البراكين على شكل غيوم عملاقة سرعان مابردت وأمطرت ماءً بعد ذلك. وتعتبر هذه الظاهرة أول مصدر لجزء من الماء الذي نعرفه حاليًا.

احتوت السحابة الأصلية المكونة من الغبار والصخور الكثير من القطع الصخرية المتشكلة من الجليد تمامًا ككرات الثلج العملاقة ولا تزال الكثير من هذه القطع تدور حول الشمس وتسمى المذنبات، وقد وجد المليارات منها عندما كانت الكواكب تتشكل كما أن عدد كبير منها على تحطم وذاب عند اصطدامه بالأرض محررًا المياه التي كانت بداخله وهذا هو المصدر الثاني لبقية المياه.

السؤال المطروح هو كيف تشكل الماء في الكون في المقام الأول؟ سؤال مهم جدًا ولكن سنجيب عنه في مناسبة أخرى أما الإجابة المختصرة هي: يتكون الماء من ذرات الهيدروجين والأكسجين والذرات هي اللبنات الأساسية الصغيرة للكون (بما في ذلك أنت وأنا).

تشكلت ذرات الهيدروجين في الماء في الانفجار العظيم الذي يعتبر نشأة الكون ثم تشكلت ذرات الأكسجين بعد ذلك في النجوم ومن ثم اجتمعت الذرتان (الهيدروجين والأكسجين) وتشكل الماء نتيجة لذلك.

إن هذا الماء على سطح الأرض قديم وثمين فلنعتني به.

Continue Reading

صحة

وفاة امرأة في الولايات المتحدة الأمريكية بعد إصابتها ببكتيريا مقاومة ل26 مضادًا حيويًا!

في العام الماضي، لم يتمكن الأطباء في الولايات المتحدة الأمريكية من علاج مريضة مصابة بسلالة بكتيرية كانت مقاومة ل26 نوعًا مختلفًا من المضادات الحيوية. بعد إخضاع البكتيريا لفحوصات متعددة، وجد الأطباء أنها مقاومة لجميع الأدوية المضادة للميكروبات المتوفرة، ولسوء الحظ توفيت المريضة البالغة من العمر 70 عامًا جراء العدوى. ذكر تقرير مفصل -صدر حديثًا عن…

Published

on

By

وفاة-امرأة-في-الولايات-المتحدة-الأمريكية-بعد-إصابتها-ببكتيريا-مقاومة-ل26-مضادًا-حيويًا!

في العام الماضي، لم يتمكن الأطباء في الولايات المتحدة الأمريكية من علاج مريضة مصابة بسلالة بكتيرية كانت مقاومة ل26 نوعًا مختلفًا من المضادات الحيوية. بعد إخضاع البكتيريا لفحوصات متعددة، وجد الأطباء أنها مقاومة لجميع الأدوية المضادة للميكروبات المتوفرة، ولسوء الحظ توفيت المريضة البالغة من العمر 70 عامًا جراء العدوى.

ذكر تقرير مفصل -صدر حديثًا عن مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها- سلط الضوء على الخطر الأكبر الذي يتهدد الصحة العامة العالمية جراء ظهور بكتيريا شديدة المقاومة: أدخلت المرأة الواردة في التقرير في البداية إلى مستشفى في رينو بولاية نيفادا، بعد عودتها من رحلة طويلة إلى الهند، وكانت مصابة بتورم ملوث في وركها الأيمن.

بعد أن أجرى الأطباء الفحوصات، اكتشفوا أنها مصابة بنوع من البكتيريا المعوية المقاومة للكاربابينيم Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae والمعروفة باسم كليبسيلا نيمونيا Klepsiella pneumonia. تعيش هذه البكتيريا في القناة الهضمية دون التسبب بأي مشاكل في العادة، وتعتبر انتهازية في طريقة العدوى. ويبدو في حالة المرأة الواردة في التقرير الأخير، أن العدوى دخلت الى العظم وانتشرت في الورك بعد إصابة المرأة بكسر في عظم الفخذ في الهند.

بحلول الوقت الذي وصلت فيه إلى المستشفى في رينو، انتشرت العدوى مسببة التهابات في جميع أنحاء جسدها، لأن جهازها المناعي حاول التصدي للسلالة الفتاكة. لكن بعد مجموعة من الاختبارات، وجِدَ أنها مقاومة لجميع المضادات الحيوية المتاحة حاليًا للاستخدام في الولايات المتحدة الأمريكية. في نهاية المطاف استسلمت المريضة لصدمة إنتانية (تعفن الدم) وتوفيت.

من غير المرجح أن المرأة أصيبت بالبكتيريا شديدة المقاومة في الولايات المتحدة الأمريكية، قياسًا بالوقت الذي قضته في الهند، والفترة التي قضتها هناك في المستشفى في العامين الماضيين. يشير مؤلفو التقرير إلى أنها ربما التقطت العدوى في الخارج. فقد أصبحت «الجراثيم الخارقة» شائعة بشكل متزايد في الهند، ومع سهولة السفر النسبية، تزايد خطر انتشار البكتيريا أيضًا.

يوصي التقرير أن يولي الممارسون الطبيون مزيدًا من الاهتمام بالمكان الذي قد يكون المرضى عولجوا فيه سابقًا، وإجراء الاختبارات وفقًا لذلك. يجدر الإشارة إلى أن هذه ليست الحالة الأولى للبكتيريا عالية المقاومة التي عثر عليها في الولايات المتحدة الأمريكية، لكنها تبقى نادرة الحدوث.

علاوة على ذلك، تلاشى اكتشاف المضادات الحيوية الجديدة على مدى العقود القليلة الماضية مع زيادة عدد السلالات المقاومة، مما دفع الكثيرين للتنبؤ أننا ندخل عصر ما بعد المضادات الحيوية.

Continue Reading
error: Content is protected !!