کشف اسرار آفرینش با زیست‌شناسی کوانتومی

در علم فیزیک، «کوانتوم» (quantum) به کم‌ترین مقدار از هر موجودیت فیزیکی گفته می‌شود. بر همین اساس، «مکانیک کوانتومی» (Quantum Mechanics) که با عناوین دیگری همچون «فیزیک کوانتوم» (Quantum Physics) و «نظریه کوانتوم» (Quantum Theory) نیز شناخته شده است، نظریه‌ای بنیادی در علم فیزیک است که ماهیت کوچک‌ترین مقیاس از سطوح انرژی در اتم‌ها و ذرات زیراتمی را توصیف می‌کند.

«زیست‌شناسی کوانتومی» (Quantum Biology) مبحثی نسبتا جدید است؛ هر چند که اولین جرقه‌های ظهور آن در سال‌های ۱۹۲۰ میلادی زده شده بود. در زیست‌شناسی کوانتومی به کاربردهای مکانیک کوانتومی و «شیمی نظری» (Theoretical Chemistry) در موضوعات و مسائل زیست‌شناسی می‌پردازند.

آقای «جیم الخلیلی» (Jim Al-Khalili) [+]، فیزیکدان نظری، نویسنده و گوینده اهل انگلستان است. ایشان دانشمند فیزیک نظری محسوب می‌شود و همچنین، دارای کرسی در دانشگاه «سِری» (University of Surrey) انگلستان است. آقای الخلیلی گویندگی و مجری‌گری برخی از برنامه‌های علمی در رادیو و تلویزیون کشور انگلستان را نیز انجام می‌دهد. جیم الخلیلی چند سالی است که در بحث زیست‌شناسی کوانتومی فعالیت می‌کند.

در یک «سخنرانی تِد» (Ted Talk) که اخیرا آن را مشاهده کرده‌ام [+]، آقای الخلیلی در این رابطه صحبت می‌کند که چطور می‌توان از «نظریه‌های» (Theories) مربوط به مکانیک کوانتومی برای توضیح دادن آنچه در داخل یک سلول به وقوع می‌پیوندد استفاده کرد. سپس به بیان این موضوع می‌پردازد که تاکنون زیست‌شناس‌ها و شیمی‌دان‌ها، به نوعی بدون استفاده از نظریه کوانتوم در صدد آن بوده‌اند که آنچه در مورد یک سلول زنده اتفاق می‌افتد را توضیح بدهند و در این زمینه تا حدودی هم موفق شده‌اند. اما آن‌ها هنوز نتوانسته‌اند بسیاری از موارد را به خوبی توضیح دهند.

الخلیلی، سخنرانی خود را با طرح این پرسش آغاز می‌کند که: «آیا مکانیک کوانتومی، درون یک سلول زنده نیز نقشی ایفا می‌کند؟». در این راستا، ایشان در رابطه با شواهدی صحبت می‌کند که اتفاق می‌افتد و می‌تواند حاکی از نقش مکانیک کوانتومی در مسائل زیستی باشد. مثلا در مورد «جهشی» (Mutation) صحبت می‌کند که در رونویسی ژن‌ها اتفاق می‌افتد. این احتمال وجود دارد که این اتفاق اساسا به خاطر یک اثر کوانتومی به اسم «تونل‌زنی کوانتومی» (Quantum Tunneling) اتفاق افتاده باشد.

ایشان در ادامه صحبت‌های خود، به نوعی پرنده به نام «سینه‌سرخ» (Robin) که در اروپا وجود دارد اشاره می‌کند. این پرنده‌ها در فصل‌های سرد سال از اسکاندیناوی به سمت دریای مدیترانه کوچ می‌کنند. اما مساله این است که با وجود آنکه گونه‌های مهاجر از میدان مغناطیسی زمین برای مسیریابی و جهت‌یابی استفاده می‌کنند، اما میدان مغناطیسی زمین آنقدر قوی نیست که بشود آن را به سادگی با ابزاری شناسایی کرد و این کار برای پرنده کوچکی مانند سینه‌سرخ بسیار پیچیده و حتی غیر ممکن محسوب می‌شود.

زیست‌شناسی کوانتومی

به همین دلیل، یکی از نظریه‌هایی که در این رابطه مطرح می‌شود آن است که این امکان وجود دارد که یک «کوپلاژ» (Coupling) یا «درهم‌تنیدگی کوانتومی» (Quantum Entanglement)، بین یک سری از ذرات درون چشم این پرنده و ذرات بیرونی وجود داشته باشد که پرنده از طریق آن‌ها می‌تواند این میدان مغناطیسی را شناسایی کند و مسیریابی را به خوبی انجام دهد.

البته، حوزه زیست‌شناسی کوانتومی همچنان در ابتدای راه قرار دارد؛ ولی بر اساس شواهد به دست آمده طی دهه‌های گذشته از پژوهش‌های الخلیلی و دیگر دانشمندانی که در حوزه زیست‌شناسی کوانتومی کار می‌کنند، می‌توان به جرات گفت که به احتمال زیاد کوانتوم نقشی بیش از آنچه به نظر می‌رسد در ایجاد حیات و ادامه آن روی کره زمین بازی کرده و می‌کند.

اکنون، باید منتظر ماند و دید که دانشمندان این حوزه دیگر از چه اسراری پرده‌برداری می‌کنند. سخنرانی تِد آقای الخلیلی [+] بسیار جالب است و تماشای آن را به علاقمندان فیزیک کوانتوم، زیست‌شناسی و افرادی که به اسرار آفرینش علاقمند هستند، توصیه می‌کنم.

۸ فروردین ۱۳۹۶

نوع بشر و تعامل او با زمین

حدود ۶ ماه قبل، محمد ضیایی، یکی از دوستان خوبم از دوران کارشناسی در دانشگاه تبریز، کتاب انسان خردمند (Sapiens) را معرفی کرد، که توسط یوال نوح هرری نوشته شده است. به هر ترتیبی بود، یک نسخه از کتاب را یافتم و با هیجان مطالعه آن را شروع کردم. کتاب بسیار جالبی است و مطالعه آن را، به همه علاقه‌مندان به نگرش علمی، توصیه می‌کنم. چند نتیجه جالب و کلی را از مطالعه این کتاب دارم، که سعی می‌کنم به مرور در موردشان بنویسم. دیدگاه‌های بدیعی در این کتاب ارائه می‌شوند که پنجره کاملا جدید و علمی رو به جهان هستی و جامعه اطراف است؛ هر چند نقدهایی هم می‌توان نسبت به دیدگاه‌های آن داشت.

۱۲ آبان ۱۳۹۵

اسفناج بمب یاب

چند روز پیش، مقاله جالبی در مجله مواد نیچر (Nature Materials) به چاپ رسید، که هم اکنون در این لینک [+] در دسترس است. محققینی از MIT و دانشگاه کالیفرنیا، توانسته‌اند با مهندسی و تغییر گیاه اسفناج، آن را به یک وسیله تشخیص مواد منفجره و بمب تبدیل کنند. آن‌ها با کار گذاشتن سنسورهایی بسیار ریز در اسفناج، یک سیستم تشخیص مواد منفجره ساخته‌اند، که حتی در مواقع نیاز، می‌تواند از طریق ایمیل، خطرات احتمالی را اطلاع‌رسانی کند. به این ترتیب، احتمالا دیگری نیازی به سگ‌های بمب‌یاب هم نخواهیم داشت.

قانون صد گام

مدتی قبل، یکی از دانشجویان سئوالی را در خصوص مرجع «قانون صد گام» مطرح کرده بود. این قانون، یکی از مفروضات علوم شناختی و عصب‌شناسی مدرن است که کاربردهایی نیز در هوش مصنوعی و طراحی سیستم‌های هوشمند دارد. متن قانون صد گام، برای نخستین بار، در مقاله‌ای از فِلدمن و بالارد در سال ۱۹۸۲ مطرح شده است و به این صورت است: هر عملی در مغز انسان، مستقل از این که چقدر ساده یا پیچیده باشد، نهایتا ۱۰۰ سلول عصبی یا نورون را فعال خواهد کرد.

۲۱ خرداد ۱۳۹۵

هماهنگی مترونوم‌ها

آزمایش «هماهنگی مترونوم‌ها» یکی از پدیده‌های جالب است که حقایق بسیار جالبی را به نمایش می‌گذارد. مترونوم ابزاری است که می‌توان از آن برای ایجاد نوسان با دوره تناوب دلخواه استفاده کرد و اصلی‌ترین کاربرد آن، در تمرین موسیقی و هماهنگ‌سازی یک گروه نوازنده است، تا ریتم یا ضرب آهنگ را نگه دارند.

۱۹ خرداد ۱۳۹۵

چشم بصیرت از نوع دید در شب

آن طور که تا کنون در کتب و مراجع خوانده‌ایم، می‌دانیم که چشم انسان فقط امکان دیدن نورهای مرئی را دارد، که شامل نورهای بنفش (با طول موج ۴۰۰ نانومتر) تا قرمز (با طول موج ۷۰۰ نانومتر) می‌شود. از این رو، ما طول موج‌ها و فرکانس‌های خارج از این بازه را نمی‌توانیم ببینیم و حسگرهای نوری موجود در شبکه چشم ما، پاسخی به نورهای غیر مرئی، نمی‌دهند.

۷ خرداد ۱۳۹۵

اکسیژن، شمشیر دو لبه

اکسیژن گازی است که بدون آن، انسان و هر موجود هوازی دیگری، در عرض چند دقیقه زندگی‌اش را از دست می‌دهد. اما اکسیژن، با این حال که یکی از لوازم اصلی زندگی است، یکی از دلایل مرگ ما نیز هست. اکسیژن یک شمشیر دو لبه است.

نام اکسیژن، از ترکیب دو کلمه یونانی اوکسیس (Oxys) به معنای اسید، ترش و تیز، و جنیس (Genes) به معنای سازنده و مایه، تشکیل شده است. چرا که در آن زمان، به اشتباه تصور می‌شد که همه اسیدها خاصیت خود را مرهون اکسیژن هستند و بدون آن، نمی‌توان اسید ساخت؛ به همین دلیل این ماده به نام اکسیژن، به معنی اسیدساز، تیزمایه یا ترش‌مایه نامیده شد.

۳ خرداد ۱۳۹۵

ما در خانه خود غریبه‌ایم

پروژه ژنوم انسان که از سال ۱۹۹۹ تا ۲۰۰۳ اجرا شد، با خواندن دنباله ژنی کامل انسان به کار خود پایان داد. این پروژه، کماکان بزرگترین همکاری پروژه‌ای در حوزه زیست‌شناسی محسوب می‌شود. پروژه میکروبیوم انسان نیز، یک پروژه مشابه است که در سال ۲۰۰۸ با بودجه ۱۱۵ میلیون دلاری شروع به کار کرد. هر چند هنوز اهداف این پروژه به صورت کامل محقق نشده‌اند، اما دستاوردهای بسیار مهمی از این پروژه حاصل شده‌اند. هدف از اجرای این پروژه، یافتن نقشه کاملی از میکروب‌هایی است که به همراه سلول‌های بدن انسان، در داخل یا بر روی بدن انسان زندگی می‌کنند و برای زندگی انسان ضروری هستند.

۲۰ اردیبهشت ۱۳۹۵

مغزی که خودش را تربیت می‌کند

قشر مغز یا Cerebral Cortex مهم‌ترین بخش مغز انسان و همان لایه سلول‌های خاکستری است که مغز را پوشانده است. هر بخش از قشر مغز، به وظیفه و عملکرد خاصی اختصاص دارد، که در کنار هم مهارت‌ها و احساسات را کنترل می‌کنند. به عنوان مثال، حواس پنجگانه و قابلیت‌های حرکتی (موتوری) در بخش‌های مشخصی از قشر مغز، پردازش می‌شوند.

۳۱ فروردین ۱۳۹۵

حافظه‌های زیستی با دسترسی تصادفی

موضوع حافظه در کنار سرعت پردازش، دو مولفه مهم سیستم‌های کامپیوتری هستند، که هر ساله شاهد پیشرفت آن‌ها هستیم. تغییرات حافظه‌ها در سال‌های گذشته، بسیار مشهود بوده است. مثلا، حدود ۱۵ سال پیش، زمانی که در دانشگاه تبریز مشغول به تحصیل بودم، حافظه اصلی که با آن اطلاعات را جابجا می‌کردیم، دیسک‌های نرم  یا فلاپی دیسک‌ها بودند، که هر یک، در حدود ۱٫۴ مگابایت اطلاعات را می‌توانستند در خود ذخیره کنند.