عن الاكتشاف العرضي بالصدفة في العلوم

ادعى لويس باستور أن الاكتشافات العرضية تتطلب أيضًا عقلًا مستعدًا، فهل هذا هو الحال دائمًا؟

من الظواهر الشائعة جدًا بين العلماء أنهم يحاولون حل مشكلة علمية بطريقة مدروسة ومركزة، وفي هذه العملية يحدث اكتشاف عرضي لا علاقة له بالاتجاه لحل المشكلة الأصلية. تم تحليل موضوع الاكتشافات العلمية عن طريق الصدفة، والمعروف بالصدفة، بالتفصيل على المستوى النظري من قبل كانتوروفيتش ونامان، وبعد ذلك قام كانتوروفيتش بمراجعة آلية عملية الصدفة.  

لنتذكر أن مصطلح "الصدفة" مشتق من الاسم القديم لبلد سيرينديب اليوم - سريلانكا. يكتب الكاتب هوراس والبول إلى صديقه السير هوراس مان عام 1754 عن قصة اسمها "أمراء سيرنديب الثلاثة" (قصة من نوع "ألف ليلة وليلة"). تدور القصة حول ثلاثة أمراء كانت هوايتهم اكتشاف اكتشافات لم يكونوا يبحثون عنها في المقام الأول. بناءً على هذه القصة، يحدد والبول مفهوم "الصدفة" ويحاول شرح مبدأها بإعجاب. ويشير إلى أن الاكتشاف بالصدفة يعتمد على الاكتشافات العرضية والحصافة. ويشير إلى موضوع الاكتشاف العرضي بمزاح إنجليزي فيكتب أن أحد الأمراء اكتشف مثلا أن بغلا أعمى في عينه اليمنى كرر نفس المسار لأن العشب كان يؤكل على الجانب الأيسر أكثر من الجانب الأيمن وبالتالي فإن حالة العشب على اليسار كانت أسوأ منها على اليمين. ويسأل هوراس مان "هل تفهم الآن ما هي الصدفة"؟ كان والبول راضيًا عن تعريف الصدفة واستمتع بقصص الاكتشافات المضحكة والحماقة للأمراء الثلاثة. ولم يربط هو وآخرون الصدفة بعالم العلوم والتكنولوجيا، لأن التطور التكنولوجي في عصره كان محدودا وكان نطاق الاكتشافات العلمية منخفضا نسبيا مقارنة بعصرنا. كما أن الصدفة لم تحظ بالعناوين العلمية، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن العلماء لا يذكرون في المقالات العلمية عن الاكتشافات العرضية، بل يقدمونها كنتيجة لتجربة مخططة ومتعمدة. ولم يفسر والبول مفهوم الحكمة (الحصافة) فمعناها في تعريف قاموس ويبستر هو "ممارسة الحكم المنطقي والإدراك العميق والحاد". هذه المهارة ضرورية للتعرف على الاكتشاف الصدفي، وبدونها لن يتم التعرف عليه. ويجب أن يضاف إلى ذلك تفعيل الارتباط الترابطي مع المعرفة والخبرة السابقة التي تساهم في ذلك إن وجدت. في عام 1854، أشار لويس باستور إلى ذلك بقوله: "في مجال الملاحظات، الصدفة تدعم فقط العقل المستعد". هذا هو الدماغ الذي يتم فيه تخزين المعرفة والخبرة السابقة، والحصافة هي جسر بين العقل المستعد والاكتشاف العرضي. لن نناقش في هذا المقال العمليات التي تؤدي إلى الاكتشاف الصدفي مثل التجوال، ولكن الطرق والظروف التي تم فيها اكتشاف الاكتشاف وما هو الإنجاز المفيد والمفيد المستمد من اكتشاف الصدفة.   

هل تصريح باستور عن العقل المستعد صحيح بالنسبة لكل اكتشاف يأتي بالصدفة؟

اتضح لا. إن اكتشاف الأسبارت (جدول 1، رقم 1) يعد من أكثر الاكتشافات العلمية عمياء، في ظل غياب العقل المستعد. لم يكن الكيميائي جيمس شلاتر ينوي تطوير بديل للسكر على الإطلاق، لكنه قام بمحاولات لإنتاج رباعي الببتيد كجزء من مشروع لعلاج القرحة في الجهاز الهضمي. عندما حاول العالم تسخين أحد المنتجات الوسيطة - انسكب استر ميثيل ثنائي الببتيد من أسبارتيل فينيل والخليط عن طريق الخطأ بيديه. لعق أصابعه وشعر على الفور بطعم حلو غريب. ظن في البداية أن بعض السكر قد التصق بيديه في وقت سابق. كرر التذوق العرضي وشعر بنفس الحلاوة التي ذاقها في المرة الأولى. ومن هنا بدأ تطوير ثنائي الببتيد للمحلي الاصطناعي الذي سمي بالأسبارتام وهو أحلى 200 مرة من السكر. ويشيع استخدامه في المشروبات الغازية والحلويات والعلكة وحلويات الحمية وغيرها. تم استخدام الأسبارتام على نطاق واسع باستثناء مرضى الفينيل كيتون يوريا. ولم يكن عقل الباحث في هذا المثال مستعداً للاكتشاف العرضي.

اكتشاف البنسلين - اكتشاف عرضي مزدوج

وفي معظم الحالات الأخرى في تاريخ العلم، يلعب الحكم المنطقي والإدراك الحاد من ناحية والعقل المستعد من ناحية أخرى دورًا مهمًا في تحديد الاكتشاف الصدفي. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك اكتشاف البنسلين على يد ألكسندر فليمنج. في الواقع، إنه اكتشاف عرضي مزدوج. أولاً، في عام 1922، قام فليمنج، الذي كان يعاني من نزلة برد، بزراعة إفرازات سائلة من أنفه. وبينما كان يفحص النمو الأصفر للبكتيريا في طبق بيتري، سقطت دمعة من عينه في الطبق. وفي اليوم التالي، لاحظ سطحًا خاليًا من البكتيريا حيث سقط المسيل للدموع. وكان استنتاجه أن المسيل للدموع يحتوي على إنزيم يسبب التحلل - تفريغ الثقافة. أطلق عليها اسم Lyzom. كانت القيمة المفيدة لهذا الاكتشاف هامشية، لكنها كانت مقدمة مهمة لاكتشاف البنسلين. في عام 1928، شارك فليمنج في دراسة الأنفلونزا وفي أحد أطباق بيتري التي زرع فيها البكتيريا، نمت فطرية من الفطريات كان سطحها خاليًا من البكتيريا، واتضح له أن أبواغ الفطريات سقطت بالخطأ في طبق بيتري. وتذكر اكتشافه السابق للإنزيمات الليزوزيمية، وخلص إلى أن هذه المادة كانت عبارة عن مادة من الفطريات التي قتلت بكتيريا المكورات العنقودية التي نمت على الطبق. ومن هنا ربط العقل بين التجربة الماضية والليزوزيمات والاكتشاف العرضي لعمل الفطريات. لولا الذكاء المطلوب للربط بين الاكتشافين العرضيين، لكان طبق بيتري مع فطر الفطر قد وجد طريقه إلى سلة المهملات مع فكرة أن جراثيم الفطر قد اخترقت الثقافة البكتيرية و"أفسدت" التجربة. تم تعريف الفطريات التي تمنع البكتيريا على أنها نوع من البنسليوم والمادة التي تمنع نمو البكتيريا هي المضاد الحيوي الذي أطلق عليه اسم البنسلين. وفي وقت لاحق، أثبت فليمنج أن البنسلين ليس سامًا للحيوانات. قام تشين وفلوري بتحسين إنتاج تركيبة الركيزة لمزرعة الفطر وتحديد السلالات الفطرية التي تحتوي على نسبة عالية من البنسلين من أجل زيادة كفاءة إنتاج هذا المضاد الحيوي. إن الاستخدام العاجل للبنسلين في الحرب العالمية الثانية أنقذ حياة العديد من الجنود.

السلوك الذي سيكمل التعرف على الاكتشاف العرضي

هل هناك حاجة إلى سلوك يكمل التعرف على الاكتشاف العرضي؟ وسنذكر اثنين منها:

و. - الالتزام بالإبلاغ عن الاكتشاف العرضي

هذه العملية ليست من نصيب العالم فقط، ولكنها موجودة أيضًا لدى أولئك الذين يتمتعون بالقدرة على ملاحظة ظاهرة غير عادية والإبلاغ عنها، بدلاً من تجاهلها.

في بداية القرن السابع عشر في أمريكا الجنوبية، تم اكتشاف مادة الكينين بالصدفة، والتي تعمل كدواء ضد الملاريا. ربما كان هذا الاكتشاف العرضي أول من قام به الهنود وأصبح قصة أسطورة. ووفقا له، فإن أحد الهنود في البيرو، الذي أصيب بالملاريا وضل طريقه في أدغال جبال الأنديز، صادف بركة ماء فشرب منها ليروي عطشه. وكان الماء مرًا، وأدرك أن المرارة هي نفس مرارة لحاء شجرة الكينا المعروفة عند الهنود بأنها سامة. وغلبه عطشه، فشرب من الماء مع خوفه من سميته. ولدهشته، تعافى بعد أيام قليلة وأخبر أصدقاءه وعائلته عن تعافيه. كما شرب مرضى الملاريا من أصدقائه من الماء وتعافوا. من الواضح أن الماء يحتوي على اللحاء الذي سقط فيه أو شجرة الكينا التي انهارت في البركة، واختلط الكينين الموجود في اللحاء بالماء. أصبح هذا الاكتشاف معروفًا للمبشرين اليسوعيين الإسبان الذين كانوا في أمريكا الجنوبية. وبعد ورود أنباء عن شفاء الهنود من الملاريا، أحضروا لحاء الكينا إلى إسبانيا كمصدر للكينين. لم يتم عزل الكينين إلا في عام 17 واكتمل تركيبه فقط في عام 1820. وأصبح الكينين دواءً فعالاً ضد الملاريا على نطاق عالمي. وقد استخدم جنود الحلفاء مشتقاته الاصطناعية لتجنب الإصابة بالملاريا عندما قاتلوا اليابانيين في الحرب العالمية الثانية في أدغال الشرق الأقصى التي ينتشر فيها البعوض. لقد كانت "الحكمة الأصلية" القديمة للهنود هي التي أدت إلى اكتشاف الكينين بالصدفة من خلال تقرير ذلك الهندي لعائلته عما حدث له. 

مثال آخر على أهمية الإبلاغ عن الاكتشاف العرضي: لاحظت ممرضة المستشفى في إحدى الحالات أن مرضى اليرقان الوليدي يتعافون بشكل أسرع عندما يكونون بالقرب من نافذة مضاءة. أبلغت رؤسائها بذلك واتضح أن الضوء فوق البنفسجي قام بتحليل البيليروبين إلى منتج يتم إخراجه بكفاءة من الجسم. أصبح هذا التشخيص علاجًا روتينيًا لعلاج اليرقان الوليدي

ب. التحديد في أبحاث الاكتشاف العرضي

سمع إدوارد جينر من بريطانيا العظمى وهو في التاسعة عشرة من عمره أن النساء اللاتي يحلبن الأبقار ويصبن بالجدري البقري لم يُصبن أبدًا بالجدري البشري. في سن السادسة والعشرين، أنهى دراسة الطب، لكنه لم يقرر تكريس نفسه للبحث في الاكتشاف العرضي الذي سمعه من أحد حلبي الأبقار إلا عندما بلغ الثالثة والأربعين. واكتشف أنه من بين نوعين من جدري البقر، هناك نوع واحد فقط يسبب التطعيم بشرط أن تكون الإصابة ممكنة في مرحلة معينة من المرض. لم تدعم المؤسسة الطبية النتائج التي توصل إليها، ولكن لحسن الحظ كان قادرًا على عرض لقاح ضد الجدري البشري بعد إصابة صبي يبلغ من العمر ثماني سنوات بسائل يحتوي على خلاصة جدري البقر. ومرت سنوات أخرى مليئة بصراعات الهيبة حتى تم توزيع لقاح جينر ضد الجدري، وهو الوباء الذي قتل الملايين من الناس، في جميع أنحاء العالم. لقد انتظر الاكتشاف العرضي "المنقذ" لسنوات عديدة وبفضل تصميم جينر حصل على تطبيقه المهم.   

يوريكا 

ويشير الاكتشاف العرضي أيضًا إلى الاكتشاف الذي يمتلك فكرة، ثمرة الفكر الخالص. مثال على الاكتشاف المفاهيمي هو مثال أرخميدس. تم تكليفه بإيجاد طريقة لتحديد ما إذا كان تاج رأس الملك مصنوعًا من الذهب الخالص أم أنه يحتوي أيضًا على الفضة. إن وجود الفضة بدلاً من الذهب يدل على أن الصائغ خدع الملك لكي يصبح ثرياً. واجه أرخميدس، الذي بدأ باختبار تركيب تاج الملك، سؤالًا حول كيفية قياس حجم مادة غير منتظمة مثل التاج. اكتشف أرخميدس في الحمام أنه يمكن دفع كمية من الماء مساوية لحجم الجسم في الماء ("يوريكا" الشهيرة). وأمر أن يعدوا له لبنة من الذهب وسبكة من الفضة بوزن تاج الملك. وقاس لكل كتلة حجم الماء الذي يخرج من أوعية الماء. ووجد أن الماء الذي تم دفعه من الوعاء مع كتلة الذهب أقل مقارنة بالفضة. وكرر التجربة مع تاج الملك (الذي كان يساوي في وزنه كتلة الذهب أو الفضة) فوجد أنه تم دفع كمية من الماء إلى خارج الإناء أكثر مما تم قياسه مع كتلة الذهب وكان هذا دليلاً على أن التاج لا يحتوي على الذهب بل خليط من الذهب والفضة، أي أن الصائغ خدع الملك.

وكان هذا الاكتشاف العرضي ثمرة الفكر النقي الذي لم يتعارض مع المعرفة السابقة.

المثال الثاني للاكتشاف العرضي المفاهيمي هو مثال فريدريش أوغست كيكولا. درس بنية جزيء البنزين وفي عام 1865 نشر النظرية حول هذا الهيكل. في ذلك الوقت لم تكن العلاقة بين ذرات الكربون معروفة. وكشف له المبنى في المنام. رأى في حلمه ثعبانًا يمسك ذيله في فمه والهيكل الحلقي الناتج يتحرك في حركة مذهلة أمام عينيه. عندما استيقظ كيكولا من الحلم لمعت في ذهنه فكرة أن هذا هيكل حلقي مكون من ستة ذرات كربون، الاتصال بينها دوري برابطة مزدوجة ورابطة واحدة بالتناوب وهما في حالة تذبذب على سطح الحلقة . وكانت مساهمة هذا الاكتشاف بمثابة الأساس لتطوير كيمياء الكم.

في مجال التجريب في العلوم يمكن تقسيم الاكتشاف العرضي إلى نوعين من الأنظمة التي يحدث فيها الاكتشاف: 1. الاكتشاف العرضي المكشوف بسبب استثناء في مسار التجربة أو خلل أثناء تنفيذها 2. الاكتشاف العرضي دون الانحراف في الظروف التجريبية ودون أعطال.  

معظم الاكتشافات في الغرب

وفي ضوء تنوع الاكتشافات العرضية فمن المناسب عرض الأمثلة (الجدول 1) وتحليل توزيعها إلى عدة خصائص:

وكما هو متوقع، فإن معظم الاكتشافات العرضية حدثت في الدول الغربية المتقدمة علمياً وتكنولوجياً، مثل الولايات المتحدة الأمريكية، والمملكة المتحدة، وفرنسا، وإيطاليا، وألمانيا. إن أعمار الأشخاص الذين أدركوا هذا الاكتشاف العرضي متنوعة للغاية، بدءًا من الشباب المهتمين بالعلوم وطلاب الأبحاث والباحثين المبتدئين وحتى كبار الباحثين الذين لديهم بالفعل مساهمة علمية كبيرة وراءهم. وكانت الظروف البحثية للباحثين مختلفة أيضا. البعض اكتشف بالصدفة في غرفة في منزلهم فحولها إلى مختبر، والبعض الآخر عمل في مختبر بإمكانيات سيئة والبعض كان تحت تصرفه مختبر متطور وطاقم عمل كبير ومتنوع.

تشير أمثلة الاكتشاف العرضي إلى تنوع مجالات البحث والطرق التي تم بها إجراء الاكتشافات. يلخص الجدول 1 الأمثلة التي تشكل عينة تمثيلية من قائمة طويلة من الاكتشافات العرضية. وتعود معظم الاكتشافات إلى مجال الكيمياء بكافة فروعه. السبب بالنسبة لك هو أن نطاق البحث والتطوير في الأكاديمية وخاصة في الشركات التجارية في مجال المواد الكيميائية بما في ذلك المواد الطبية أكبر منه في المجالات الأخرى. ونتيجة لذلك، فإن احتمال العثور على اكتشاف عرضي في الكيمياء أعلى منه في مجالات البحث الأخرى. وبالتالي، فإن عدد الأمثلة من النوع 1 هو ضعف عدد الأمثلة من النوع 2.

تم اكتشاف الاكتشاف العرضي للنوع الأول بسبب وجود شذوذات أو أعطال أثناء التجربة ويتضمن عدة أسباب للاكتشاف كما يلي: مادة انسكبت وتناثرت (1، 7)، مقياس حرارة انكسر وشارك الزئبق في التفاعل (9، 16)، سفينة تالفة أو غير نظيفة (17،3,2، 4)، الانحراف عن المسار المخطط للتجربة واستقبال مواد غير متوقعة (1، 5، 6، 8، 10، 13، 14، 15، 18، 19، 20، 21، 22، 23، 24). ما مجموعه 22 أمثلة. الاكتشاف العرضي في النوع 1 هو مادة. تنتمي المجموعة الثانية من الأمثلة إلى النوع الثاني حيث تم اكتشاف الاكتشاف العرضي دون استثناء في ظل ظروف تجريبية وبدون أخطاء. تم التعرف على الاكتشاف العرضي بعد تشخيص المرض ظاهرة استثناء: أدناه: (11، 12، 25، 23، 26، 27، 28، 29، 30، 31، 32، 33) المجموع 12 مثال.

هناك فرق بين نوعي التجربة أو الملاحظة فيما يتعلق بالمنتجات التي تم تطويرها من الاكتشاف العرضي واستخداماتها. في النوع الأول، معظمه في مجال الكيمياء، تكون المنتجات بشكل رئيسي مواد، مثل البوليمرات والأصباغ والأصباغ والمواد الفوتوغرافية والعناصر الكيميائية.

ومن ناحية أخرى، في النوع الثاني، والذي يشير إلى تشخيص اكتشاف الصدفة العمياء في إطار تجربة مناسبة، فإن التطورات والنتائج هي بشكل رئيسي الآثار في مجال الفيزياء وعلم الفلك. وتشمل النتائج أنواعًا مختلفة من الإشعاع، والأجرام السماوية، والظواهر الفيزيائية المتعلقة بالجهد الكهربائي، ودرجة الحرارة، والمغناطيسية، والتوصيل، والمزيد.    

في معظم الأمثلة هناك علاقة بين مجال نشاط الباحث ونوع الاكتشاف العرضي. ومع ذلك، فإن الاكتشاف العرضي هو ملك للأفراد أو فريق محدود من الأشخاص العاملين في مجال البحث والتطوير. وذلك لأن العلماء يتبعون بشكل روتيني بروتوكولات منظمة للتجربة العلمية أو الملاحظة العلمية. ونتيجة لذلك، فإن الاكتشاف العرضي غير المعتاد أثناء التجربة المخطط لها يمكن اعتباره نتيجة غير ناجحة (على سبيل المثال، الاكتشاف العرضي للبنسلين) ويجب تجاهله. وحتى لا نتجاهل اكتشافا عرضيا، لا بد من نفس الحكمة (الحصافة) التي ذكرها والبول دون شرح، والتي تتضمن إدراكا حادا وعميقا وحكما منطقيا بمساعدة العقل المستعد (بحسب لويس باستور). هذا السبب لديه القدرة على منع تجاهل الاكتشافات العرضية.

الجدول 1. الاكتشافات العرضية في العلوم

لمزيد من القراءة

كانتوروفيتش، أ. 2001. الإبداع الأعمى. "جاليليو" 46، يناير-فبراير.   

أوستن، ج.ه. 1977. المطاردة والفرصة والإبداع. فن الجدة المحظوظ. مطبعة جامعة كولومبيا. نيويورك.

كانتوروفيتش، أ. ونيمان، ي. الصدفة كمصدر للتقدم التطوري في العلوم. دراسات في تاريخ وفلسفة العلوم. 20: 505-29.  

روبرتس، آر إم 1989. الصدفة: الاكتشافات العرضية في العلوم. شركة جون وايلي وأولاده نيويورك.

الدكتور عاموس نافون هو عالم حشرات كبير فخري في إدارة البحوث الزراعية في مجال المكافحة البيولوجية للآفات الزراعية. يبحث في وسائل التطور الفسيولوجية والكيميائية الحيوية التي تأثرت بعمليات الصدفة. تم نشر المقال لأول مرة في مجلة غاليليو.

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• تاريخ العلوم – الشهرة العالمية لروبرت سكوت / إدوارد ج. لارسون
• إدوارد جينر وجدري البقر - الجزء الثالث من السلسلة حول الجدري
• لويس باستور - الرجل وأسطورة التكوين العفوي الجزء الرابع والأخير
• اكتشافات صادمة في العلوم
• عن العلماء الذين فتشوا أثينا ووجدوا مملكة