به گزارش خبرگزاری کتاب ایران (ایبنا) فصل پاییز برای دنیای علم، همواره یادآور هیجان‌انگیزترین لحظات ثبت اکتشافات بشری است. زمانی که آکادمی سلطنتی علوم سوئد و کمیته نوبل در انستیتو کارولینسکا نام دانشمندان برگزیده را اعلام می‌کنند، نه فقط یک جایزه نقدی و مدال طلا واگذار می‌شود، بلکه نقشه راه پژوهش‌های آینده و محتوای صدها کتاب دانشگاهی و عامه‌فهم برای دهه‌های پیش رو بازنویسی می‌شود. جوایز نوبل علمی سال ۲۰۲۶ در سه رشته فیزیولوژی و پزشکی، فیزیک، و شیمی، نمونه‌ای درخشان از پاداش به نوآوری جسورانه و حل معماهایی بودند که سال‌ها در کتاب‌های مرجع به عنوان علامت سوال‌های حل‌نشده باقی مانده بودند.
کلید نوری در تالار تاریک مغز
پیچیده‌ترین ساختار شناخته‌شده در جهان، مغز پستانداران است. میلیاردها سلول عصبی در شبکه‌ای به غایت درهم‌تنیده مدام در حال تبادل پیام‌های الکتریکی و بیوشیمیایی هستند. تا دهه‌ها، بزرگ‌ترین مانع دانشمندان علوم اعصاب این بود که هنگام ارسال یک پالس الکتریکی به مغز برای فهم کارکرد یک ناحیه، صدها رشته و سلول ناخواسته مجاور نیز به طور هم‌زمان تحریک می‌شدند. تفکیک علت از معلول در چنین شرایطی تقریبا ناممکن بود.
جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی سال ۲۰۲۶ به کارل دایسروت از دانشگاه استنفورد، پیتر هگمان از دانشگاه هومبولت برلین و گئورگ ناگل از دانشگاه وورتسبورگ آلمان رسید؛ سه پژوهشگری که روشی موسوم به اپتوژنتیک را پدید آوردند. در یک تعریف روشن، اپتوژنتیک فناوری کنترل فعالیت نورون‌ها از طریق تاباندن پرتوهای نور است. این دستاورد به دانشمندان اجازه داد برای اولین بار کلیدی بسیار دقیق برای روشن و خاموش کردن اختصاصی سلول‌های عصبی به دست آورند.
برای درک ساده‌تر این دستاورد، مغز انسان را مانند یک تابلوی برق بسیار پیچیده با میلیاردها کلید تصور کنید. پیش از این، دانشمندان برای بررسی عملکرد یک ناحیه، ناچار بودند کل سیستم را تحریک کنند که باعث فعال‌شدن ناخواسته بسیاری از کلیدهای مجاور و بروز تداخل می‌شد. اما حالا با روش اپتوژنتیک، پژوهشگران همچون مهندسی ماهر که با تاباندن یک پرتو دقیق، تنها کلید مورد نظر را فعال می‌کند، می‌توانند نورون‌های خاص را با دقت میلی‌ثانیه‌ای کنترل کنند؛ این یعنی نقشه‌برداری از مدارهای مغزی و درکِ بیماری‌هایی نظیر افسردگی، پارکینسون و اعتیاد، از یک حدس و گمانِ کلی به علمی دقیق و مشاهده‌پذیر تبدیل شده است.
از فتوسنتز جلبک تا فرماندهی رفتارها
ریشه‌های این انقلاب علمی در طبیعت و در موجودی بسیار فروتن نهفته بود. پیتر هگمان و گئورگ ناگل در اوایل دهه ۲۰۰۰ مشغول مطالعه رفتار حرکتی یک نوع جلبک تک‌سلولی سبز بودند که به سمت منبع نور شنا می‌کرد. این دو دانشمند دریافتند که این جلبک واجد پروتئین خاصی حساس به نور به نام کانال‌رودوپسین است. سازوکار پروتئین بدین صورت بود که با دریافت فوتون‌های نور آبی تغییر شکل می‌داد، مجرایی را درون غشا باز می‌کرد و به یون‌های باردار اجازه ورود می‌داد؛ جریانی که بلافاصله یک سیگنال الکتریکی درون سلول پدید می‌آورد.
در ادامه این مسیر پژوهشی، کارل دایسروت پیوند میان ژنتیک مولکولی و علوم اعصاب را کامل کرد. او و تیم پژوهشی‌اش ژن سازنده این پروتئین جلبکی را استخراج کردند و آن را با موفقیت درون دی‌ان‌ای نورون‌های مغز جوندگان قرار دادند. با استفاده از روش‌های مهندسی ژنتیک، دانشمندان توانستند کاری کنند که این ژن فقط و فقط در یک نوع معین از سلول‌های عصبی بیان شود. هنگامی که یک باریکه لیزری با کابل‌های نوری باریک به بافت مغز تابانده می‌شد، فقط همان سلول‌های نشاندار فعال می‌شدند و پیام عصبی شلیک می‌کردند، بدون آنکه کمترین اختلالی در سلول‌های مجاور رخ دهد.
این ابداع، رویاهای ثبت‌شده در کتاب‌های نظری مغز و شناخت را محقق کرد. پژوهشگران اکنون می‌توانند در مقیاس میلی‌ثانیه‌ای و درست هم‌زمان با یک رفتار زیستی، مدارهای دخیل در ترس، افسردگی، اعتیاد، حافظه و پارکینسون را ردیابی کنند. این همگرایی بی‌نظیر زیست‌شناسی سلولی و مهندسی اپتیک، افق‌های تازه‌ای برای طراحی مداخلات درمانی و نسل نوین کتاب‌های راهنمای پزشکی گشوده است.
تله‌اندازی برای ارواح کهکشانی در قطب جنوب
جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶ نیز به دستاوردی اختصاص یافت که در ابتدا از سوی بسیاری از اعضای بدنه سنتی فیزیک ناممکن و حتی مضحک خوانده می‌شد. فرانسیس هالزن، فیزیکدان بلژیکی‌تبار مستقر در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، به تنهایی موفق به دریافت این جایزه شد. او با ساخت رصدخانه عظیم آیس‌کیوب در یخ‌های قطب جنوب، حوزه اخترشناسی نوترینو و نجوم چندپیام‌رسان را پایه‌گذاری کرد.
برای درک اهمیت کار هالزن باید به ماهیت نوترینو پی برد. پس از ذرات نور، نوترینوها فراوان‌ترین ذرات بنیادی عالم هستند. در هر لحظه صدها میلیارد نوترینو بدون هیچ اصطکاکی از میان بدن ما، صخره‌های زمینی و کواکب آسمانی عبور می‌کنند. آن‌ها بار الکتریکی ندارند، جرمی نزدیک به صفر دارند و تقریبا با هیچ ماده‌ای وارد واکنش نمی‌شوند. به همین سبب فیزیکدانان آن‌ها را ذرات شبح‌وار می‌نامند. با وجود این ویژگی گریزپایی، اگر بتوان نوترینوهای پرانرژی کیهانی را ردیابی کرد، آن‌ها مثل فلش‌های مستقیم عمل می‌کنند، چرا که در میان میدان‌های مغناطیسی فضا منحرف نمی‌شوند و مستقیما از دل خشن‌ترین کانون‌های کیهان به زمین می‌رسند.
حفاری در پاک‌ترین بلورهای یخی زمین
طرح انقلابی هالزن در اواخر قرن بیستم این بود که به جای ساخت سازه‌های عظیم در آزمایشگاه‌ها، از یک کیلومتر مکعب یخ طبیعی و بکر در اعماق قطب جنوب به عنوان محیط آشکارسازی استفاده شود. شفافیت بلورهای یخ در عمق بیش از یک و نیم کیلومتری زمین به گونه‌ای است که ناخالصی‌ها و حباب‌های هوا از بین رفته‌اند. هالزن با حفر سوراخ‌هایی عمیق با آب گرم، بیش از پنج هزار سنسور اپتیکی بسیار حساس را به صورت رشته‌ای در عمق یخ‌ها دفن کرد.
منطق آشکارساز بر این پدیده استوار است که هر از گاهی، یکی از این نوترینوهای سرگردان بسیار پرانرژی با هسته یک اتم درون یخ برخورد می‌کند. این برخورد بسیار نادر، موجب پدید آمدن مخروطی از درخشش نوری آبی‌رنگ بسیار ضعیف می‌شود. سنسورهای آیس‌کیوب زمان، جهت و شدت این درخشش را ثبت می‌کنند و دانشمندان با داده‌کاوی‌های سنگین ریاضی، زاویه ورود ذره را معکوس می‌کنند تا خاستگاه اصلی آن در پهنه آسمان معین شود.
این پروژه ۲۷۱ میلیون دلاری سرانجام در سال ۲۰۱۳ و ۲۰۱۴ نوترینوهایی با انرژی در مقیاس پتاالکترون‌ولت شکار کرد؛ انرژی‌هایی که ساخت مشابه آن در شتاب‌دهنده‌های زمینی رویایی دور از دسترس است. در سال ۲۰۱۸، تیم هالزن با ردیابی منشأ یکی از این ذرات، به یک بلازار دوردست یعنی کهکشانی پرآشوب با سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم در مرکز آن رسیدند. هالزن که نخستین دانشمند پس از سال ۱۹۹۲ است که نوبل فیزیک را به تنهایی تصاحب می‌کند، دریچه کاملا نویی از رصد جهان گشود که مفاهیم کتب نجوم رصدی را از تکیه صرف بر نور، به سوی ذرات زیراتمی سوق داد.
معمای دست‌های چپ و راست در زیست‌شناسی مولکولی
نوبل شیمی سال ۲۰۲۶ به معمایی کهن پاسخ داد که سرآغاز آن به کشفیات لویی پاستور در قرن نوزدهم بازمی‌گشت، مسئله دست‌سانی یا کایرالیته. دو دانشمند پیشگام، آنری کاگان از دانشگاه پاریس-سود فرانسه و کِنسو سوآی از دانشگاه توکیو ژاپن، جایزه امسال را برای توضیح چگونگی پیدایش نابرابری در مولکول‌های آلی به طور مشترک دریافت کردند.
در شیمی آلی، بسیاری از ترکیبات حیاتی دو فرم تصویری دارند؛ درست مانند دست راست و دست چپ انسان. این دو تصویر آینه‌ای ساختار شیمیایی یکسانی دارند اما نمی‌توان آن‌ها را به گونه‌ای چرخاند که دقیقا بر یکدیگر منطبق شوند. پدیده حیرت‌انگیز حیات این است که طبیعت در گزینش این دست‌ها تعصب شدیدی نشان داده است؛ تمام اسیدهای آمینه‌ای که پروتئین‌های بدن ما و سایر جانداران را می‌سازند چپ‌دست هستند، در حالی که قندهای ستون فقرات ساختار دی‌ان‌ای همگی راست‌دست انتخاب شده‌اند. سوال بنیادینی که بیش از صد سال در تمام متون بیوشیمی بی‌پاسخ مانده بود این بود که چگونه از یک سوپ آغازین آشفته پیش از پیدایش سلول‌ها، چنین نظم یکدست و مطلقی زاده شده است؟
جادوی واکنش خودکاتالیزور و پیدایش جهان زنده
هنگامی که شیمیدانان در لوله‌های آزمایش ترکیبات دست‌سان می‌سازند، بر اساس احتمالات ترمودینامیکی، مخلوطی متقارن و پنجاه-پنجاه از هر دو دست به دست می‌آید. چارلز فرانک در دهه ۱۹۵۰ فرضیه‌ای نظری مطرح کرد مبنی بر این که اگر یک مولکول بتواند خودش به عنوان کاتالیزور تولید خویش عمل کند و هم‌زمان تولید رقیب آینه‌ای‌اش را سرکوب نماید، حتی نابرابری بسیار کوچک اولیه می‌تواند تقویت شود و به غلبه کامل یک شکل بینجامد.
آنری کاگان در آزمایش‌های اثرگذار خود در دهه ۱۹۸۰ نشان داد که یک کاتالیزور با نامتقارنی اندک قادر است عدم‌تقارنی به مراتب بزرگ‌تر را در فرآورده‌های بعدی واکنش القا کند. این کشف اصل مفهوم تقویت دست‌سانی را به اثبات رساند. اما شاهکار تکمیلی در سال ۱۹۹۵ توسط کنسو سوآی به ثبت رسید. سوآی واکنشی شیمیایی با استفاده از الکل‌های پیریمیدیل طراحی کرد که در تاریخ علم به واکنش سوآی مشهور شد. ویژگی خارق‌العاده این سامانه شیمیایی خودکاتالیزوری بودن آن بود؛ یعنی محصول واکنش خود به عنوان کاتالیزور کارآمد عمل می‌کرد و تولید هم‌جنس‌های خود را تسریع می‌بخشید.
سوآی نشان داد که حتی اگر در ظرف آزمایش تنها با دو درصد برتری یک نسخه کار را آغاز کنید، با چرخش فرایند این برتری تا بیش از هشتاد و هفت درصد در محصول نهایی جهش پیدا می‌کند. این مدل تجربی، ملموس‌ترین سرنخ علمی است که نشان می‌دهد پیش از حیات روی کره زمین، یک تلنگر جزیی ناشی از مواد معدنی یا تابش‌های نوری قطبیده، چگونه توانسته است توازن را بر هم زده و زیست‌شناسی را برای میلیاردها سال به سوی یکدست شدن ابدی سوق دهد.
تاثیری که بر صنعت و کتاب‌های داروسازی می‌ماند
کشف کاگان و سوآی فراتر از تبیین خاستگاه کیهانی و بیوشیمیایی حیات، شریان حیاتی صنعت داروسازی مدرن است. در بدن انسان، گیرنده‌های سلولی نسبت به شکل هندسی مولکول‌ها حساسیتی فوق‌العاده دارند؛ درست مثل اینکه یک کلید چپ‌دست در قفل راست‌دست بچرخد یا نچرخد. در موارد متعددی از تاریخ پزشکی، یک شکل آینه‌ای یک دارو اثربخش بوده و شکل دیگر آن بی‌خاصیت یا دارای عوارض جانبی شدید گزارش شده است.
اصول طراحی واکنش‌های این دو نوبلیست اکنون به پایه‌ای‌ترین مباحث کتاب‌های درسی سنتز ترکیبات دارویی و شیمی آلی پیشرفته تبدیل شده است. آزمایشگاه‌های بزرگ تولید دارو در سراسر جهان با استفاده از روش‌های خودکاتالیزوری و تقویت کایرال، داروهایی با خلوص صددرصدی تولید می‌کنند که به حفظ جان میلیون‌ها انسان یاری می‌رساند.
بازتاب اندیشه دانشمندان در حافظه مکتوب تاریخ
جوایز نوبل علمی ۲۰۲۶ بار دیگر یادآور ارزش کتابت و انتشار جزئیات تلاش‌های فکری است. از روزهایی که دایسروت و همکارانش نتایج دستکاری نوری سلول‌ها را در نشریات دانشگاهی به اشتراک گذاشتند تا مقاله‌های فنی هالزن در توصیف ساخت آشکارسازهای منجمد در یخ، و تحلیل‌های بیوشیمیایی کاگان و سوآی پیرامون عدم تقارن کاتالیزورها، همگی گواه آن هستند که علم مسیری انباشتی و متکی بر اسناد مستمر است.
برای پژوهشگران، مترجمان و ناشران کتاب‌های علمی، پاییز ۲۰۲۶ نه نقطه پایان، بلکه مطلع نگارش درس‌نامه‌ها، کتاب‌های تخصصی و جلدهای عامه‌پسند متعددی خواهد بود که قرار است ابعاد این سه دستاورد شگرف را برای نسل‌های آینده مکتوب و ماندگار سازند. این کشفیات به ما یادآور می‌شوند که مرز میان ممکن و غیرممکن، تنها با صبر، پرسشگری عمیق و شجاعت تغییر تعاریف کهنه برداشته می‌شود.
نظر شما