سباق الأساتذة.. من سيربح نوبل للعلوم هذا العام؟
تفصلنا فقط أسابيع قليلة عن جائزة نوبل، أكبر حدث علمي في العالم ينتظره متخصصو العلوم وهواتها بشغف شديد، وتكون أيام إعلان جوائز نوبل فرصة عظيمة لمهرجانات علمية متزامنة احتفالا بها، سوف تبدأ نوبل هذا العام في الخامس من أكتوبر/تشرين الأول بإعلان جائزة الطب والفسيولوجيا، ثم الفيزياء في السادس من أكتوبر/تشرين الأول، والكيمياء في السابع من أكتوبر/تشرين الأول.
وكانت مؤسسة تومسون رويتر الشهيرة قد دأبت على عادة ممتعة ومهمة كل عام، وهي أن تقوم، في أواخر سبتمبر/أيلول، بنشر قائمة توقعاتها لجائزة نوبل، الأمر الذي أصبح قبل سنوات يُجرى تحت اسم "تحليلات كلاريفيت". لكي تدخل إلى تلك القائمة يجب أن تكون أبحاثك هي الأكثر استشهادا بين الباحثين في نطاقك البحثي. ليس ذلك فقط، بل يجب أن يكون المرشحون هم الأوائل في اكتشافاتهم بحيث تُمثِّل تلك الأبحاث نافذة مبتكرة لمجالات بحثية جديدة وأصيلة، مع ضمان تاريخ حافل بالجوائز العلمية الشهيرة رفيعة الشأن.
حسنا، دعنا نترك المقدمات جانبا ونبدأ من الولايات المتحدة الأميركية، هذا العام الترشيح الأول هو لكلٍّ من الدكتورة باميلا بيوركمان (Pamela J. Björkman) أستاذة الهندسة الحيوية بمعهد كاليفورنيا للتقنية "كالتك"، بالتشارك مع جاك سترومنجر (Jack L. Strominger) أستاذ الكيمياء الحيوية بجامعة هارفارد، عن إنجازاتهما في تحديد بنية بروتينات تسمى "معقد التوافق النسيجي الرئيسي" (MHC) ووظيفتها. إنه أحد أبرز الاكتشافات في نطاق علم المناعة الجزيئي، وقد ساهم في تطوير الكثير من الأدوية واللقاحات.
لفهم أهمية ذلك الكشف دعنا نتعرّف قليلا إلى معقد التوافق النسيجي الرئيسي، فهو مجموعة من المركبات التي توجد على سطح كل خلية ذات نواة في جسمك، وظيفتها الرئيسية هي التفرقة بين ما هو "ذاتي" وما هو "غريب" عن جسمك، والهدف من ذلك هو ببساطة تحديد أي الأشياء سنهاجم، فيروسا أم عضوا جديدا يحاول الأطباء وضعه في الجسم أم بكتيريا؟ حينما يتحدد الجسم الغريب ترسل الإشارات فورا إلى جهاز المناعة ليبدأ الهجوم، بالتالي فإن كل خطوة قام بها هذا الثنائي وقرّبتنا من فهم هذا المركب العجيب هي خطوة للتحكم في أجسامنا، فنسمح بالمرور لما نود، ولا نسمح للآخر.
الآن لننتقل إلى الدكتورة هدى الزغبي، الأستاذة بقسم طب الأطفال في كلية بايلور الطبية بالولايات المتحدة. كما تلاحظ من الاسم، فإننا أمام شخصية عربية الأصل، ولدت الزغبي في بيروت سنة 1954، ورغم أنها أحبّت الأدب طفلةً فإن والدتها أقنعتها باختيار مهنة في عالم البيولوجيا بحجة أنها مهنة ستضمن الاستقرار لفتاة في منطقة غير مستقرة من العالم، في السبعينيات وأثناء الحرب الأهلية كانت تدرس الطب في الجامعة الأميركية ببيروت، لكنها سافرت للولايات المتحدة الأميركية بعد إصابة أخيها في الحرب، وهناك بدأت طريقها البحثي.
رشحت تحليلات كلاريفيت هدى الزغبي لأنها ساهمت في الكشف عن الأسباب الجينية لمتلازمة ريت، وهي اضطراب وراثي عصبي نادر يؤثر على الطريقة التي يتطور بها الدماغ، ويصيب الفتيات بشكل رئيسي. عادة ما تبدأ أعراض المتلازمة في الظهور خلال شهور إلى عدة سنوات من عمر الطفل، وتتضمن عملية فقدان تدريجي للمهارات الحركية والكلام واللغة والقدرة على التواصل. بالنسبة لكل أسرة بها مريض بهذه المتلازمة، فإن الحياة نفسها تكون أشبه بكابوس. التوصل لأسبابها الجينية يفتح الباب يوما ما لإيجاد علاج. تأمل كم عدد الفتيات التي يمكن لهدى أن تنقذهن؟ هذا المرض يصيب واحدة من كل 10 آلاف فتاة تقريبا!
وفي الترشيح الثالث لنوبل الطب والفسيولوجيا، تضع المؤسسة الدكتور يوسوكي ناكامورا (Yusuke Nakamura) من مركز أبحاث السرطان بجامعة شيكاغو بسبب إنجازاته في تطوير فهمنا لما يسمى بـ "العلامات الجينية متعددة الأشكال"، ومساهماته في إثراء دراسات الجينوم البشري، الأمر الذي يبشر باتباع مستقبلي لنمط علاج "مشخصن" للسرطان.
ما قد تتوقعه هو أن الأشخاص المصابين بالنوع نفسه من السرطان سيتلقّون العلاج نفسه، كان ذلك بالفعل هو نمط العلاج المتبع وما زال، لكن بمرور الوقت لاحظ الأطباء أن العلاجات المعقدة لهذا المرض تعمل بشكل أفضل مع بعض الأشخاص أكثر من غيرهم، ومع البحث اكتشفنا أن هناك اختلافات جينية في أنواع السرطان هي التي تتسبّب في اختلاف الاستجابة لدى المرضى.
في تلك النقطة يدخل ناكامورا، حيث تمكّن من تطوير فهمنا لبعض العلامات الجينية على الحمض النووي الخاص بنا، التي عادة ما تكون مميزة لمجموعات من الناس دون غيرهم، وحاليا يعمل على تطوير "اختبار جيني" يمكن له أن يساعد كل مريض في تلقي العلاج الأنسب له دون غيره، يأمل ناكامورا أن يتحول السرطان -على الأقل- إلى مرض مزمن، مثل ارتفاع الضغط والسكري، قد لا نتمكن من علاجه لكن مع الأدوية يكون المريض شخصا طبيعيا تقريبا. سيكون هذا حقا إنجازا هائلا!
انتهت توقعات الطب الفيسيولوجيا، وفي عالم الكيمياء تبدأ توقعات تحليلات كلاريفيت من ثلاثي النانو، تايجوان هيون (Taeghwan Hyeon) أستاذ علوم النانو بجامعة سيول الوطنية في كوريا الجنوبية، ومونجي باوندي (Moungi G. Bawendi) أستاذ الكيمياء من معهد ماساتشوستس للتقنية (MIT)، وكريستوفر موراي (Christopher B. Murray) أستاذ الكيمياء من جامعة بنسلفانيا، عن إنجازاتهم في تخليق البلورات النانوية وتطويرها وتوجيهها لتطبيقات في نطاقات واسعة في الفيزياء والهندسة والبيولوجيا والطب.
البلورات النانوية هي هياكل ذرية صغيرة جدا في الحجم أقل من 1000 نانومتر، والنانومتر الواحد هو جزء من مليون جزء من الملليمتر. لفهم أهمية هذه الهياكل دعنا نبدأ بمثال، أحد أكثر الأمراض تسبُّبا في الوفاة، أكثر حتى من السرطان، هو "الفشل القلبي" (Heart Failure)، ولا علاج له، لكن بعض المحاولات التقنية يمكن أن تُثير القلب كهربيا فتنظم ضرباته (أجهزة تنظيم ضربات القلب)، لكن مشكلاتها كبيرة، فإما أنها صغيرة عبارة عن قطبين فقط ولا تتمكّن من إثارة القلب بشكل كافٍ، أو قد تغلف القلب كله كشبكة معدنية لكنها قد تتسبّب في إثارة القلب بشكل زائد.
في تلك النقطة يدخل المطاط، فهو أكثر شيء يمكن أن يكون آمنا على عضلة القلب، يتمدد معها وينكمش معها بتناغم شديد. لكن المطاط عازل للكهرباء ولا يمكن استخدامه لتنظيم كهرباء القلب، هنا يسأل هيون: ماذا لو تمكنّا من تطعيمه بأسلاك دقيقة من بلورات نانوية يمكنها أن توصّل تيارا كهربيا؟ في تلك الحالة نحصل على أفضل فرصة ممكنة لعلاج الفشل القلبي، إنه المطاط الموصل للكهرباء، وهذا هو أحد التطبيقات فقط.
في الترشيح الثاني نلتقي بجون هارتينج (John F. Hartwig) أستاذ الكيمياء من جامعة كاليفورنيا، وستيفن بوخوالد (Stephen L. Buchwald) أستاذ الكيمياء من معهد ماساتشوستس للتقنية (MIT)، عن تفاعل كيميائي يحمل اسميهما وهو "تفاعل بوخوالد – هارتفيج" (Buchwald–Hartwig amination)، ومن خلاله يمكن تخليق رابطة بين ذرتَيْ الكربون والنيتروجين، وهي إحدى الصور الكيميائية الأكثر أهمية في عالم تصنيع الأدوية وكذلك "الاصطناع الكامل"، وهو عملية تخليق كيميائي كامل لجزيئات معقدة من مركبات بسيطة ومتوفرة تجاريا.
رغم أن دمج الكربون بالنيتروجين في رابطة واحدة بالمركبات العضوية هو تقنية بدأت قبل نحو قرن مضى، فإن تفاعل بوخوالد – هارتفيج يمتلك مزايا كبيرة تجعله إحدى أسهل التقنيات انتشارا بين الكيميائيين التخليقيين، فبدائله من التفاعلات تحتاج إلى درجة حرارة عالية كي تتم، وتُنتج مركبات سامة، كذلك فإن العوامل المساعدة في حالة تفاعل بوخوالد – هارتفيج متاحة ورخيصة، 25 عاما مضت منذ ابتكار هذه الآلية وما زالت تسهم بشكل جوهري في عوالم الطب والصناعة، تخيل الدور الذي لعبه هذا العالمان!
وأخيرا، في نطاق الكيمياء، يأتي أستاذ الكيمياء الياباني ماكوتو فوجيتا (Makoto Fujita) من مؤسسة طوكيو لعلوم الجزيئات، رُشِّح عن إسهاماته في علم كيمياء الجزيئات الضخمة، تحديدا عن استخداماته البارعة لآليات "التجمع الذاتي"، التي استُلهمت بالأساس من كيفية عمل الطبيعة نفسها، لطالما كانت محاكاة الطبيعة عملية ناجحة، في عام 2018 حصل الثلاثي فرانسيس آرنولد وجريجوري وينتر وجورج سميث على جائزة نوبل في الكيمياء لتطويرهم آلية لإنتاج إنزيمات وعقاقير جديدة عن طريق محاكاة إحدى آليات الطبيعة، وهي عملية الانتخاب الطبيعي.
التجمع الذاتي هو عملية تكتسب الجزيئات من خلالها ترتيبا محددا بشكل تلقائي، لفهم الأمر تخيل أن هناك أحجية ورقية ما، أجزاؤها متناثرة على الطاولة يمينا ويسارا بلا انتظام، وفجأة مع نقرة واحدة للطاولة تجمعت تلك الأجزاء لتصنع صورة كاملة، في الطبيعة يحدث شيء شبيه، حيث تتجمع الجزيئات والخلايا معا لصنع جسم أكثر انتظاما وتعقيدا، يحدث ذلك بفعل ديناميكية تلك الجزيئات الداخلية، وكأنها جُبلت لتفعل ذلك.
على سبيل المثال، حينما تغسل يديك بالصابون فإن جزيئات الصابون تتجمع حول الأوساخ من تلقاء نفسها، بحكم طبيعتها الفيزيائية وبعد تحفيزها بالتماس مع سطح الجلد، وهذا هو السبب في قدرة الصابون على التنظيف، لكن رغم رصدنا للظاهرة في الطبيعة على نطاق واسع، فإن الديناميكيات التي تحكمها غير مفهومة بشكل كامل، فوجيتا يظهر في تلك النقطة.
في نطاق الفيزياء فإن الأمور ليست أقل روعة، ولنبدأ من الثنائي توماس كارول (Thomas Caroll) الباحث من مركز علم المواد الحاسوبي، ولويس بيكورا (Louis M. Pecora) الباحث في مركز المواد المغناطيسية والمنظومات غير الخطية، وكلاهما تابعان لمراكز الجيش الأميركي البحثية، عن إنجازاتهما في الديناميكا اللا خطية، بشكل خاص عملية مزامنة المنظومات الفوضوية.
أحد أشهر الأمثلة على فكرة "الديناميكا اللا خطية" هي ما نسميه بـ "أثر الفراشة"، رفرفة جناح فراشة في الصين يمكن أن تؤدي إلى إعصار في الولايات المتحدة، والفكرة البسيطة هي أن رفرفة جناح فراشة بالطبع لا يمكن أن تفعل كل ذلك، لكنها تُحدِث أثرا ما، فيُحدِث بدوره أثرا أكبر، ثم أثرا أكبر من السابق، وهكذا تستمر المنظومة في التطور بشكل متصاعد الآثار حتى نصل إلى الإعصار. هذا النوع من المنظومات يكون حساسا جدا للظروف الأولية، خذ الطقس على سبيل المثال، إذا قررت أن تبني نموذجا رياضيا يتنبأ بأحواله فستجد أن فروقا طفيفة في العلامات العشرية يمكن أن تُغيّر أحواله من (صافٍ نهارا ممطر قليلا بالليل) إلى (إعصار جديد يضرب السواحل الجنوبية).
في العلاقة الخطية، فإن كل إضافة تساوي ناتجا ما، يشبه الأمر أن تعمل كل شهر مقابل ثلاثة آلاف جنيه، كل شهر إضافي يزيد ثروتك بما يساوي ثلاثة آلاف جنيه، وهكذا يستمر التزايد، أما في الأنظمة اللا خطية فإن الأمر يشبه مثلا يقول "القشة التي قصمت ظهر البعير"، لو كان النظام خطيا لكانت كل قطعة إضافية على ظهر البعير تتسبّب في أثر يساوي قدرها ولم نكن لنضرب هذا المثل، لكن النظام هنا غير خطّي، البعير محمّلٌ بأشياء ثقال حتى إنه لم يعد يحتمل شيئا آخر، ثم تضع فوقه قشّة صغيرة فينهار النظام تماما.
الديناميكا اللا خطية هي العلم الذي يدرس كل شيء تقريبا، فالمنظومات الحية والمنظومات البيئية وحتى المنظومات الاجتماعية تتبع أنماطا لا خطّية، لذلك فإن فهم هذه المنظومات يؤثر في كل شيء تقريبا، في تلك النقطة تقريبا يقف هذا الثنائي، لكن هوجيني داي (Hongjie Dai) أستاذ الكيمياء بجامعة ستانفورد، وأليكس زيتل (Alex Zettl) أستاذ الكيمياء من جامعة كاليفورنيا، يقفان عند نقطة أخرى قد تُغيِّر أيضا من كل شيء في حياتنا.
يعمل داي وزيتل في نطاق الأنابيب النانوية، سواء كانت أنابيب الكربون أو نتريد البورون، حيث تمكّن كلٌّ منهما من إيجاد استخدامات مبتكرة لهذه التقنيات الصغيرة جدا، حتى إن واحدة منها سيصل قُطرها إلى عدة نانومترات فقط. تلفت خصائص هذه الأنواع من الأنابيب انتباه العلماء منذ عقود، فهي تقريبا لا تقاوم مرور الكهرباء بها، يؤدي ذلك إلى عدد من المزايا المهمة جدا، فهو يعني أن هذه الأنابيب لن تولِّد حرارة أثناء سير الكهرباء بها، كذلك يعني سرعة أكبر في سير الإشارات الكهربية، هاتان الميزتان فقط كافيتان لعمل ثورة في علم الإلكترونيات.
الآن لنترك العلوم التطبيقية قليلا ونذهب إلى ثلاثي علم الكونيات البارع، كارلوس فرينك (Carlos S. Frenk) الأستاذ بقسم علم الكونيات الحاسوبي من جامعة دورهام البريطانية، وجوليو نافارو (Julio F. Navarro) الباحث من جامعة فيكتوريا الكندية، وسيمون وايت (Simon D.M. White) الرئيس السابق لمؤسسة ماكس بلانك للفيزياء الفلكية، تُرشِّحهم تحليلات كلاريفيت بسبب إنجازاتهم في تطوير فهمنا لكيفية تطوُّر المجرات في كوننا المهيب.
هذا النموذج الذي بناه ثلاثتنا، وبات يُعرَف الآن باسمهم "Navarro–Frenk–White profile"، يشرح توزيع المادة المظلمة حول المجرات، وهو واحد من أكثر النماذج شهرة في علم الكونيات. في الواقع، فإن كل خطوة في طريق فهمنا للمادة المظلمة هي خطوة في طريق فهمنا للكون كله، فهي تُمثِّل 27% من تركيب الكون، إلى جانب 5% فقط من المادة التي نعرفها ونراها في السيارات والهواتف الذكية والنجوم، و68% من الطاقة المظلمة التي لا نعرف عنها أي شيء أيضا.
المادة المظلمة هي ذلك الكيان الذي يُغلِّف المجرات ويمنع نجوم أطرافها من الهرب. لكن مهلا، ما نراه يشع في الصور المعروفة للمجرات هو مركزها فقط وليس أطرافها، ذلك لأنه من المفترض أن تلك المادة المظلمة لا تشع أي شيء نعرفه ولا تتفاعل مع أي شيء، ونعرف تأثيرها جذبويا فقط، بمعنى أنها تؤثر على محيطها عن طريق قوة الجاذبية الخاصة بها.
حسنا، كانت تلك هي تسعة توقعات عن ثلاث جوائز سوف يبدأ إعلانها بحلول يوم 5 أكتوبر/تشرين الأول القادم، ينتظرها المتخصصون والهواة ومحبو العلوم في كل العالم على تنوُّع اهتماماتهم واختلاف ثقافاتهم. قد لا نجد أيًّا منها في إعلانات جائزة نوبل القادمة، لكن الفكرة ليست عرض التوقعات بقدر ما هي تعريفك بهذا العالم الباهر على تعقيده، والرصين على قدر ما يُقدِّمه من سيرة فانتازية، إنه عالَم العِلم.
مئات الآلاف من الباحثين عبر المنهج العلمي يُحسِّنون بشكل يومي من قدراتنا على فهم الكون، وذواتنا، ويساعدون في تطوير أساليب حياتنا، والخوض في المجهول الكوني الواسع لمعرفة المزيد من الأسرار، نحن هنا أمام تسع من تلك النوافذ التي تُطل بنا على عالم جديد جريء عظيم، ورغم كل التوقعات السوداء عن مستقبل مؤسف في ظل التوتر الذي يشهده هذا الكوكب خلال العقود القليلة الماضية فإن العلم يقف ليرسم لوحة أكثر تفاؤلا.
__________________________________________________________