علم الأحياء الأنيق

الجمال كما نعلم هو في عين الناظر، والناظر يجد الجمال في أشياء كثيرة ومختلفة. العلماء ليسوا استثناء. ما الذي يمكن أن يكون "جميلاً" في معادلة رياضية، أو في نظرية فيزيائية، أو في تجربة؟

يونات أشهار، غاليليو

من المثير للدهشة أن مفاهيم مثل الجمال والأناقة تظهر مرارًا وتكرارًا، ليس فقط في المحادثات بين العلماء، ولكن أيضًا في الكتب المدرسية، وحتى في المقالات العلمية. سنحاول الإجابة هنا على سؤال ما هي في الواقع تجربة بيولوجية "جميلة"، من خلال مراجعة ثلاث تجارب كلاسيكية جميلة بشكل خاص.

ما هي المتطلبات التي يجب أن تستوفيها التجربة حتى تفوز بلقب "جميل"؟

بادئ ذي بدء، يجب أن يكون الأمر بسيطًا نسبيًا على الأقل، حتى يتمكن أي شخص يقرأه من فهم ما يدور حوله على الفور. عادةً ما تكون سلسلة قصيرة من التجارب - أو حتى تجربة واحدة - هي التي تجيب على سؤال محدد. فالدراسة التي تعتمد، على سبيل المثال، على جمع الحقائق بعناية على مدار عشرين عامًا، يمكن أن تكون مفيدة ومهمة، لكنها ليست أنيقة.

تحاول التجربة الجيدة عادة حل مشكلة معينة من زاوية جديدة، باستخدام أدوات مألوفة ولكن من طريقة تفكير جديدة ومبتكرة. إن التجربة التي يكون هدفها الرئيسي هو استخدام معدات جديدة، يتم تشغيلها بطريقة معروفة منذ فترة طويلة، لن يتم منحها مثل هذا اللقب.
علاوة على ذلك، هناك نقطة مهمة بشكل خاص وهي النتيجة الواضحة للتجربة. تم إجراء التجارب الأنيقة الكلاسيكية، مثل تلك الموضحة أدناه، من أجل الاختيار بين نظريتين متعارضتين، أو لتأكيد ادعاء معين. تنبع قوتهم من قدرتهم على الإقناع: فكل واحد منهم، في ذلك الوقت، دفع الكثيرين إلى "الانحياز" ودعم ادعاءات الباحثين الذين أجروا التجربة.
اللحم يخلق يرقة، والعفن يخلق بكتيريا - لويس باستور وموت نظرية الخلق التلقائي

في عام 1668، قام طبيب إيطالي يدعى فرانشيسكو ريدي بوضع عدة جرار على حافة نافذة منزله. كان هناك لحم فاسد في الجرار. كانت بعض الجرار مغلقة تمامًا، وبعضها ملفوف بالشاش، والباقي ترك مفتوحًا. وهكذا تم التخطيط للتجربة وتنفيذها، والتي يعتبرها الكثيرون أول تجربة بيولوجية مستوفية للمعايير العلمية.

ما الذي يميز هذه التجربة البسيطة، وما الذي كانت تحاول اختباره؟ درس ريدي النظرية المسماة "الخلق التلقائي"، والتي بموجبها يمكن إنشاء الحيوانات تلقائيًا من مواد غير حية. هذه النظرية ليست سخيفة كما تبدو لنا اليوم؛ في الواقع، إنه يتناسب بشكل جيد مع الملاحظات التي تم إجراؤها في تلك الأيام. وأظهرت هذه الملاحظات، على سبيل المثال، أنه بعد هطول المطر تتحول الأرض إلى طين وتظهر الضفادع التي لم تكن موجودة من قبل. ظهرت الفئران بالمثل في الحظائر والذباب - بالقرب من الجثث أو في محلات الجزارة. ومن هنا ادعى أن الطين يخلق الضفادع، وأن حبات الحبوب تخلق الفئران، وأن اللحم الفاسد يخلق الذباب، وهكذا. وهذا ادعاء علمي تمامًا، يعتمد على الملاحظات، ويمكن اختباره أيضًا من خلال تجربة مثل تلك التي أجراها ريدي.

إذا كانت نظرية الاختيار التلقائي صحيحة، فسوف يتطور الذباب في جميع الجرار - سيتم إنشاؤها ببساطة من اللحوم. ولكن إذا تم إنشاء الذباب من ذباب آخر فقط، كما اعتقد ريدي، فإن منع الذباب من الوصول إلى اللحوم من شأنه أن يمنع تكوين ذباب جديد داخل الجرة. وهكذا كان الأمر: في الجرار المغلقة لم تظهر يرقات ولم ينمو ذباب. وفوق ذلك، أفاد ريدي أن الذباب وضع البيض على القماش القطني الذي يغطي بعض الجرار، وسقط بعض منه في اللحم - لذلك شوهد بعض الذباب في هذه الجرار. وبناءً على هذه التجربة، توصل ريدي إلى أن كل الذباب الذي ظهر في الجرار تم خلقه من البيض الذي وضعه الذباب البالغ، وليس من اللحم نفسه.

ما يميز هذه التجربة - وهو ما أكسبها لقب "التجربة البيولوجية الأولى" - هو استخدام النقد، ربما للمرة الأولى؛ لم يكن ريدي راضيًا عن القول بعدم وجود ذباب في الجرار المغلقة، لكنه أظهر أنه في ظل نفس الظروف تمامًا، بصرف النظر عن الحالة التي اختبرها - إمكانية وصول الذباب إلى اللحوم - ظهر الذباب. ومنذ ذلك الحين أصبحت تجربة التحكم من أهم المبادئ في مجال علوم الحياة.

هذه التجربة وغيرها التي تلتها قضت بشكل فعال على نظرية الخلق التلقائي للحيوانات: فقد ثبت بشكل مرضٍ تمامًا أن الحيوانات فقط هي التي تنتج المزيد من الحيوانات. ولكن بعد ذلك دخل لاعب جديد إلى اللعبة - المجهر.

انظر وآمن

في نهاية القرن السابع عشر وبداية القرن الثامن عشر، تم بناء وتحسين المجاهر التي يمكن من خلالها رؤية الكائنات الحية الدقيقة، وسرعان ما تم اكتشافها في كل مكان تقريبًا - من قطرات الماء إلى الفاكهة. وشوهدت العديد من الكائنات الحية الدقيقة على وجه الخصوص في اللحوم الفاسدة والفاكهة المخمرة، فنشأ السؤال: من أين تأتي أشكال الحياة هذه؟ هل الكائنات الحية الدقيقة هي التي تسبب التحلل والتخمر، أم ربما العكس هو التعفن الذي يخلقها؟

وكان حل هذا النقاش أكثر صعوبة، واستمر النزاع حوالي 150 عامًا. تم تصميم العديد من التجارب لتسوية الجدل، وكان معظمها مشابهًا تمامًا لتجربة ريدي البسيطة. في عام 1748، جون ت. أخذ نيدهام الجرار التي تحتوي على مرق اللحم، وأغلقها، وقام بغلي السائل - بحيث كان من المفترض أن تموت كل الكائنات الحية الدقيقة الموجودة هناك والتي يمكن أن تنتج المزيد من الكائنات الحية الدقيقة - وأظهر أنه على الرغم من ذلك، تتشكل الكائنات الحية الدقيقة فيها. ووفقا له، كان هذا دليلا على أن الكائنات الحية الدقيقة تتشكل تلقائيا من مرق اللحم. ولم يمر أقل من عشرين عامًا حتى أظهر العالم الإيطالي - لازارو سبالانزاني - أن جرار نيدهام لم يتم تعقيمها بشكل صحيح، وأنه لم يتشكل أي شيء في الجرار التي تم تسخينها بشكل أكثر دقة. لكن تلك لم تكن نهاية القصة أيضاً؛ ادعى أنصار الخلق التلقائي ضد سبلينزاني أن التسخين المطول أفسد الهواء داخل الجرة، وربما أضر أيضًا بالقوة الإبداعية لمرق اللحم نفسه. وفي فترة لاحقة، تم سماع ادعاءات ضد طريقة الجرة المغلقة بأكملها: حيث زُعم أن الكائنات الحية لا يمكن أن تتطور فيها، وذلك ببساطة لأنها لا تحتوي على ما يكفي من الأكسجين.

في عام 1860، ظهر اللاعب الرئيسي في هذه الدراما على خشبة المسرح - لويس باستور. باستور - أحد أعظم العلماء الفرنسيين، والمعروف اليوم باسم "أبو علم الأحياء الدقيقة" - خطط ونفذ واحدة من أكثر التجارب أناقة وإقناعًا في تاريخ علم الأحياء، وفي النهاية أزال نهائيًا نظرية الخلق التلقائي.

وفي نفس العام، قدم أحد أكبر مؤيدي الخلق التلقائي - فيليكس بوشيت - ما كان من المفترض أن تكون التجربة التي ستحسم الجدل، لصالح جانبه بالطبع. عند هذه النقطة، قدمت الأكاديمية الفرنسية للعلوم نوعا من "المنافسة المفتوحة": جائزة لأي شخص يمكنه تقديم تجربة يمكنها حل النزاع. لم يستطع باستير رفض مثل هذا التحدي - فقد اقترب على الفور من المركبة.

كانت البداية عادية تمامًا: أخذ باستور وعاءًا زجاجيًا وملأه بمرق اللحم. ثم قام بتسخين عنق الوعاء حتى يتمكن من تشكيل الزجاج حسب رغبته، ولفه على شكل حرف S.

والخطوة التالية هي غلي مرق اللحم. كان للغليان غرض مزدوج: فهو يركز السائل ويتسبب في خروج البخار من خلال الفتحة. وبعد أن يبرد السائل، يتكثف البخار على عنق الوعاء الطويل، وتتراكم الرطوبة خاصة في أدنى نقطة له (النقطة أ). عندما يدخل الهواء من الخارج إلى الخزان، يتراكم الهواء والغبار عند تلك النقطة، كما أن الماء المتراكم هناك يعمل بمثابة نوع من "مرشح الهواء" - بحيث لا تتمكن الكائنات الحية الدقيقة من الدخول والوصول إلى الحساء، وتبقى في الحساء. الجزء السفلي من "الرقبة". لم ينمو أي شيء في مرق اللحم، حتى كسر باستير الرقبة وسمح للهواء غير المفلتر بالدخول - ثم امتلأ المرق بالكائنات الحية الدقيقة.
يونات أشهار طالبة ماجستير في قسم علوم النبات في معهد وايزمان