مُنحت جوائز نوبل هذا العام لعلماء ساعدوا في تأسيس فرع جديد من العلوم، يحاول فهم الحياة من حيث مجموعة معقدة من التفاعلات بين الحيوان بأكمله وأجزائه - علم الأحياء النظامي.
عندما تنظر إلى الاكتشافات التي حازت على جوائز نوبل لستة علماء من جميع أنحاء العالم منذ حوالي شهر، يبدو أنها مجموعة منتقاة من الاكتشافات العلمية، ولكن في الواقع هناك ارتباط عميق بينها. ومنحت الجوائز لعلماء من الولايات المتحدة وبريطانيا العظمى وسويسرا واليابان. في تعليل اللجنة، تم تسجيل أن جائزة الكيمياء مُنحت إلى جون بن وكويتشي تاناكا عن "طريقة جديدة للتحليل الطيفي الشامل"، وإلى كيرت فيتريش عن "تحديد البنية باستخدام الرنين المغناطيسي النووي". وفي مجال الطب وعلم وظائف الأعضاء، مُنحت الجائزة لجون سالستون وروبرت هورويتز وسيدني برينر عن "التحكم الجيني في تطور الأعضاء".
يتكون الإنسان من حوالي مليار مليار مليار ذرة - وهو رقم يمثله الرقم 1 يليه 27 صفراً. ويوجد هذا العدد الهائل من الوحدات الهيكلية أيضًا في كتلة من الصخور أو في برميل ماء ذي وزن مماثل. لكن في اختلاف واضح عن الجمادات، تشكل الذرات الموجودة في جسم الإنسان شبكة معقدة وديناميكية من التفاعلات المتبادلة، وهي أساس ظاهرة الحياة. في الآونة الأخيرة، تم إنشاء فرع جديد من العلوم يحاول فهم الحياة من حيث مجموعة معقدة من العلاقات المتبادلة بين الحيوان كله وأجزائه - الذرات والأجزاء والخلايا. يُطلق على هذا المجال المبتكر اسم بيولوجيا الأنظمة، ويبدو أن جوائز نوبل لهذا العام مُنحت للعلماء الذين ساعدوا في تأسيسه.
تتكون الكائنات الحية بشكل رئيسي من ستة أنواع من الذرات - الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والفوسفور والكبريت - وهي مجموعة تعرف باسم CHNOPS حسب الحروف الدالة على هذه العناصر. هذه الذرات قادرة على تكوين عدد لا نهائي تقريبًا من التركيبات الكيميائية المعروفة بالجزيئات العضوية، أي الجزيئات العضوية. ولكن بشكل عام، بما في ذلك مجموعة واسعة من الحيوانات من هذا النوع، فإنه لا يزال لا يستحق لقب "كائن حي". وقياساً على ذلك، إذا ألقينا بضع عشرات الآلاف من الأشخاص الذين تم اختيارهم عشوائياً من سكان العالم إلى جزيرة معزولة، فلن نحصل بالضرورة على مجتمع قادر على العمل والوجود. وكما أن الروابط الاجتماعية واللغة المشتركة ضرورية لوجود مجتمع بشري يعمل بشكل جيد، فإن قدرة الحيوانات على الاستجابة لبعضها البعض هي الجانب الأكثر أهمية في الظاهرة المعروفة بالحياة. "اللغة" التي "يتحدث بها" أحد الضفدع العضوي مع أصدقائه هي لغة التفاعلات الكيميائية الضعيفة. وهذا في اختلاف واضح عن الروابط الكيميائية القوية (التي تسمى التساهمية) التي تربط الذرات لغرض بناء كل جزء على حدة. وفوق عتبة معينة من التعقيد، تكون الخلية العضوية قادرة على "التعرف" على الخلايا الأخرى، تمامًا كما يتعرف القفل على مفتاحه المقابل. في الخلية الحية، يتم إنشاء حوار متعدد بالفعل، حيث يمكن للحيوانات أن تتحرك ديناميكيًا بين شريك وآخر، مع خلق تأثيرات متبادلة متنوعة.
واحدة من الخصائص المميزة لبيولوجيا النظم هي تعدد التخصصات. لمحاولة فهم المجمع الكامل للكائن الحي، يجب على العالم أن يتقن العديد من جوانب الكيمياء والفيزياء والرياضيات والحوسبة والبيولوجيا والطب. تم منح جوائز نوبل هذا العام للاكتشافات في مجال الكيمياء، ولكن أيضًا للدراسات التي تحتوي أيضًا على مزيج متميز من الفيزياء والرياضيات، والتي يكون تطبيقها الرئيسي في علم الأحياء. على سبيل المثال، كان اكتشاف تاناكا فيما يتعلق بالطيف الكتلي هو أن الجزيئات العملاقة من البروتينات يمكن تبخيرها بمساعدة شعاع الليزر وتشعيعها في مجال كهربائي بطريقة تسمح بتحديدها بدقة. وبهذه الطريقة، يمكن إجراء تحليل موازٍ لآلاف البروتينات المختلفة الموجودة في الخلية الحية في وقت قصير، وهي قدرة تعتبر عنصرًا أساسيًا في علم الأحياء الجهازي. وتزداد أهمية هذه الطريقة نظرًا لمزيد من التطوير، حيث يتم استخدامها لتحديد مئات الآلاف من الاختلافات الجينية بين البشر.
يعتمد التطور الكيميائي لـ Wittrich أيضًا على التأثير المادي - الرنين المغناطيسي النووي. ويتم هنا رصد التغيرات الطفيفة في الطاقة في نواة الذرة، والتي تعكس مشاركة الذرة في رابطة كيميائية معينة. هذه الطريقة، التي تحتوي أيضًا على عنصر رياضي مهم، لديها مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك رسم خرائط الأعضاء في الطب. في الحالة الحالية، يتم استخدام التأثير لفحص الطريقة التي تشكل بها آلاف الذرات التي تشكل البروتين تكوينًا مكانيًا محددًا. بهذه الطريقة يمكنك التعرف على هياكل "الأقفال" البيولوجية والتنبؤ بأية "مفاتيح" ستناسبها. وبالتالي فهذه أداة مهمة جدًا لفهم مجموعة ردود الفعل بين الكلاب في الكائن الحي.
يتم بناء البيولوجيا الجهازية طبقة بعد طبقة. وبمساعدة قياسات النوى الذرية، نتعرف على التفاعل بين الذرات والذرات. قائمة جميع مجمعات البروتين في الخلية الحية، التي تم الحصول عليها عن طريق التحليل الطيفي الشامل، تسمح للعلماء برسم مخطط تدفق تقريبي للعمليات في الخلية. يتضمن مثل هذا المخطط آلاف التفاعلات الكيميائية التي تسمح للخلية ببناء نفسها وفقًا للخطة المسجلة في الحمض النووي وحتى التكاثر وتكوين الأعضاء. على أعلى مستوى في التسلسل الهرمي، يوجد أحد أكثر أسرار علم الأحياء إثارة للاهتمام - الطريقة التي تتواصل بها الخلايا مع بعضها البعض لبناء كائن حي كامل. هذه العملية هي التمكين
لتكوّن الخلية الواحدة، وهي البويضة المخصبة، جسماً كاملاً بجميع أجزائه، بما في ذلك الدماغ وأعضاء الحواس والعضلات والعظام.
مُنحت جائزة نوبل في الطب للعلماء الذين لعبوا دورًا مركزيًا في فهم هذه العمليات. ورغم أن خطاب الجائزة يشير إلى أن برينر، وسيلستون، وهورفيتز قد درسوا التطور الجنيني عند البشر، فإن الأمر ليس كذلك. إذا سُئل أحد العلماء عن ماذا ولماذا حصل العلماء على جائزة الطب، فإن إجابته المفاجئة ستكون "بسبب الدودة". إنه مخلوق صغير، سميك مثل الشعرة وطوله ملليمتر واحد، تم استخدامه للبحث الثوري في مجال التطور الجنيني. لقد كان برينر هو من أشار إلى مزايا الدودة
الديدان الخيطية (المعروفة أيضًا باسم C. elegans) كحيوان نموذجي للبحث. وأظهرت سيلستون أنه من الممكن ترقيم كل خلية من خلاياها ومعرفة الطريقة الدقيقة التي تشكلت بها في الانقسامات الخلوية المتعاقبة. وأظهر هورفيتز أن النتائج قابلة للتطبيق أيضًا على الأجنة البشرية.
تم تكريم برينر وسيليستون أيضًا لسبب آخر: فقد لعب كل منهما دورًا مركزيًا في مشروع الجينوم العالمي. تحت عصا سيليستون، يتم فك رموز الجينوم بأكمله للديدان الخيطية. وتبين أن عدد الجينات في جينوم الدودة أقل بنحو 40% فقط من عددها في الجينوم البشري. هذا مع أن الإنسان من حيث عدد الخلايا أكبر بألف مليار مرة. يمكننا أن نتعلم من هذا أنه عندما يتعلق الأمر بالبيولوجيا الجهازية، فإن الحجم لا يهم. يبدو أن الطريقة التي يمكن بها دراسة الطبقات المختلفة للمخلوق متعدد الخلايا لا تتغير بشكل كبير بين الدودة والإنسان. بل من الممكن أنه باستخدام نفس الأساليب سيكون من الممكن فهم الشبكات الكيميائية الصغيرة التي أدت إلى ظهور الحياة على الأرض منذ مليارات السنين. كل ما يحتاجه الباحث هو جرعة سخية من الصبر والخيال والشجاعة، وأن يخطو على الخطوط الفاصلة بين التخصصات. وهكذا يبدو أن العلم سيصل بنهاية هذا القرن إلى فك رموز سر الحياة بشكل كامل.
