انتصار الكيمياء

نظرة على مكانة الإنسان في مطلع القرن

إن التغيرات الجذرية التي طرأت على أسلوب حياة الإنسان في الألفية التي تنتهي اليوم، هي في غالبيتها الساحقة نتيجة لتقدم العلم. ومع ذلك، من خلال قراءة الصحف، يتولد لدى المرء انطباع بأن هناك أغلبية ساحقة ترى أن البحث العلمي مضر للإنسان. إن منتجات العلم الحديث، من المفاعلات النووية إلى الطماطم المعدلة وراثيا، ومن بطاقات الهوية الجينية إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة الذكية، تبدو في نظر كثيرين وكأنها تشكل تهديدا حقيقيا. إن الفهم الأعمق للعملية التي حدثت في الألف عام الماضية أمر ضروري للتخلص من هذه المخاوف.

لقد تساءل الإنسان دائمًا عن طبيعة الكون المادي من حوله. ما زلنا لا نملك إجابة قاطعة على الأسئلة المتعلقة بنشأة الكون وبنية المادة على المستوى دون الذري، ومن المفترض أن يكرس علماء فيزياء الألفية الثالثة جهودا كبيرة لها. لكن الإنجاز الرئيسي للألفية الثانية هو الفهم الكيميائي الكامل للعالم المادي من حولنا، بما في ذلك ظاهرة الحياة. إن إنجازات العلم تجعل من الممكن وصف كيفية تفاعل الذرات بمختلف أنواعها مع بعضها البعض وتنظيم نفسها في الفضاء لتكوين الأشياء، من الكواكب والصخور الجيرية إلى أشجار الصنوبر وذباب الفاكهة. وهذا هو أولاً وقبل كل شيء انتصار الكيمياء على جميع فروعها، من الكيمياء الفيزيائية وعلم المعادن إلى الكيمياء البيولوجية والهندسة الوراثية. وفي عام 2000، وصلنا إلى نهاية المسار الذي رسمه ديموقريطوس أبو النظرية الذرية، كما وصفه في القصيدة الرائعة "في طبيعة الكون" للشاعر الروماني لوكريتيوس من القرن الأول قبل الميلاد. في ألفية الكيمياء تمكنا من تفسير الكل بمساعدة أجزائه الذرية. يحتوي الجدول الدوري لمندليف على حوالي مائة عنصر كيميائي، لكل منها نوع مختلف من الذرات. ترتبط الذرات، مثل مكعبات الليغو، كيميائيًا ببعضها البعض لتكوين جزيئات (جزيئات). يحتوي الجزيء البسيط، مثل جزيء الكحول الموجود في النبيذ، على تسع ذرات من ثلاثة عناصر - الكربون والهيدروجين والأكسجين. فالحبيبة الأكبر من السكر التي تباع في السوبر ماركت تحتوي على 45 ذرة من نفس الأنواع الثلاثة. بالنسبة للأسئلة الأساسية مثل لماذا الكحول سائل وشفاف والسكر صلب وأبيض، ما الذي يعطي هاتين المادتين مذاقهما المختلف، أو كيف يتكون كحول السكر في عملية التخمير في مصنع النبيذ، فقد وجد علم الألفية الثانية تقريبًا اجابة ممتازة. لكن الثورة الكيميائية، التي حدثت في الغالب في الربع الأخير من هذه الألفية، جعلت من الممكن أيضًا تفسير ظواهر أكثر تعقيدًا من الاختلافات بين الكحول والسكر. لدينا اليوم معلومات تصف بالتفصيل جسد الكائنات الحية، بما في ذلك الإنسان، كآلة كيميائية رائعة ومعقدة تفوق الخيال. وفي الألفية الثالثة، هناك أغلبية ساحقة للنهج الذي ينص على أن جميع ظواهر الحياة يمكن تفسيرها على أنها "رقصة" معقدة لا متناهية من عمليات الفصل الكيميائي. علاوة على ذلك، ليس لدينا أي دليل على وجود مثل هذه الظواهر "الكيميائية الفائقة" التي تغذي المؤمنين بالسحر، من المعالجة المثلية إلى التناسخ. إذا تم في القرنين السابع عشر والثامن عشر فك رموز التركيبات الذرية للمواد البسيطة مثل غاز الأكسجين وملح الطبخ، وفي القرن التاسع عشر تم فك رموز التركيبات الذرية للمواد العضوية مثل السكر والكحول، وهي أكثر تعقيدًا بعض الشيء، فقد شهد القرن العشرين اكتشافًا كيميائيًا. الثورة على مستوى عال حقا. في هذا القرن، تم فهم التركيب الكيميائي للمكونات الأساسية للكائن الحي - البروتينات - بشكل كامل. يحتوي جزيء البروتين النموذجي، مثل الهيموجلوبين الذي ينقل الأكسجين في الدم، على حوالي 17 ذرة من خمسة أنواع: الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت. البروتين عبارة عن عربة رائعة، وتعقيده يمنحه خصائص جديدة، مثل القدرة على ربط الأكسجين بلطف وإطلاقه وفقًا للظروف البيئية، أو تنظيم كمية الهرمون وعمله بدقة. إن فهم عشرات الآلاف من البروتينات التي تشكل الخلية الحية هو الخبر المهم لنهاية الألفية الثانية.

هناك قدر كبير من الرمزية في أن آخر أوتار في سيمفونية الكيمياء ستعزف في عام 2000. وهذا هو العام الذي تتم فيه قراءة التسلسل الكامل للحروف الكيميائية التي يتكون منها الجينوم البشري و سيتم الانتهاء من ترميز جميع خصائصه. عند قراءة تسلسل الحمض النووي، ننتقل إلى دراسة الشريط الذي ربما يكون الأكبر والأكثر تعقيدًا في الكون: الكروموسوم البشري، وهو جزء من "موسوعتنا" الجينية، هو شريط واحد من الحمض النووي يحتوي على حوالي 10 مليارات ذرة. ويتطلب تكسير تركيبها الكيميائي أدوات كيميائية متطورة للغاية، من النوع الذي تم تصنيعه عبر قرون من البحث العلمي.

عبارة مثل "لم يبق شيء لاكتشافه" تكون دائمًا خطيرة. عندما عبر عنها الفيزيائي الاسكتلندي اللورد كالفين في بداية القرن، لم يكن أمامها سوى سنوات قليلة قبل أعظم الاكتشافات في الفيزياء والنسبية ونظرية الكم. لكن ما دام الأمر يتعلق بفهم التركيب الكيميائي للأشياء الموجودة في العالم من حولنا، فيبدو أننا قد وصلنا إلى ما يشبه خط النهاية في سباق طويل، ومن المناسب أن نتساءل عما يحمله هذا النجاح في أجنحته. سيكون الاقتصاد المجنح في المستقبل هو استخدام المعرفة لبناء "منشآت كيميائية" جديدة وتحسين المرافق القائمة. يتضمن الأول مواد وهياكل غريبة جديدة، مثل الموصلات الفائقة عالية الحرارة، والواجهات بين الرقائق الإلكترونية والخلايا الحية، والآلات الصغيرة التي سيتم بناؤها باستخدام أساليب التصغير باستخدام تكنولوجيا النانو. وفي ضوء ما هو معروف اليوم عن الخلايا الحية والمخلوقات التي تُبنى منها، يبدو أنه لا يوجد عملياً حد لما يمكن تحقيقه من خلال خلق مجموعات جديدة من الذرات. ومن المحتمل أن نرى في الألفية القادمة أيضًا آلات تبني نفسها بنفسها، على غرار الجنين في الرحم الذي يتم بناؤه بواسطة القوى الكيميائية وحدها. إذا كان الكيان الكيميائي، الذي يتكون فقط من الجسيمات والذرات، قادرًا بالفعل على تطوير القدرة على التفكير والوعي الذاتي والعواطف، فلا يوجد سبب للافتراض بأن هذا لن يكون ممكنًا إلا في التكوين الذري المحدد الذي تطور على الأرض في عام أربعة مليارات سنة من التطور. ويعتقد أنه سيتم العثور على خصائص مماثلة في الكائنات الآلية الذكية التي صنعها الإنسان بناءً على تركيبات مختلفة تمامًا من الذرات. إذا تم بناؤها من رقائق زورن وإذا كانت مصنوعة من مصفوفات الحديد العضوية القائمة على الكربون، فمن المتوقع أن تساوي الروبوتات من هذا النوع الصفات الروحية للإنسان بل وتتفوق عليه. وليس من المستحيل أن تكون لهذه الكيانات أيضًا القدرة على التكاثر الذاتي، لتكتمل دائرة خلق الحياة التي صنعها الإنسان.

وفي مقدمة التحسينات الحالية، تجري أمام أعيننا عملية إصلاح شاملة للنظام. إذا كان الطب في الألفية الماضية وما قبلها يعتمد على التجربة والخطأ والاكتشاف العشوائي للأدوية النباتية أو المختبرية، فإنه في الألفية القادمة سيتم تطوير آلاف الأدوية باستخدام أساليب جديدة تماما. لقد أدى العلم إلى اكتشاف الشفرة الكيميائية التي تستخدمها الضفادع لنقل المعلومات لبعضها البعض وإنشاء مركبات ذات خصائص جديدة. هذه هي "لغة الروابط الكيميائية الضعيفة"، حيث يتم استخدام مبادئ توافق الشحنات الكهربائية (المشابهة لجاذبية أقطاب المغناطيس) في خليط ذي توافق شكلي مثل ذلك بين قطع اللغز. وكان من رواد هذا المجال لينوس بولينج، الذي فاز بجائزتي نوبل في الكيمياء والسلام. ومبادئ هذه اللغة وفيرة، ولكن ستكون هناك حاجة إلى خوارزميات معقدة واستخدام أجهزة كمبيوتر عملاقة ضخمة لترجمة الرؤية إلى لغة عملية. وستكون الألفية الثالثة هي الساحة التي سيكون فيها تخطيط الأدوية المحوسب ممكنا، استنادا إلى المبدأ العالمي القائل بأن كل دواء هو بمثابة مفتاح "لقفل" البروتين. وفي الوقت نفسه، سيتم استخدام الكيمياء البيولوجية للحمض النووي لإنشاء أدوات جديدة لتعديل الجينات وشفاء الجينات.

يعتبر البعض أن القول بأن الإنسان مادة كيميائية هو إهانة خطيرة. بل إن الكثيرين يرون أن الكيمياء بأكملها سلبية في الأساس ويربطون بها كل ما يتعلق بالتلوث والسموم. ويتعامل آخرون مع كيمياء الحياة باعتبارها لغزًا لن يتم حله بالكامل أبدًا. لكن هؤلاء وهؤلاء يحتاجون إلى خدمات كيمياء الحياة كل يوم: فكل المواد الغذائية ومستحضرات التجميل والأدوية التي نستهلكها مبنية على تطورات واعتبارات من مجال الكيمياء. ومن المناسب أنه في الألفية القادمة، بدلا من اللجوء إلى الخرافات مثل تلك التي توجه النظام الغذائي حسب فصائل الدم أو نمو الشعر بمساعدة المراهم المعبودة، سنحاول بناء علاقة حقيقية من التفاهم مع الكيمياء التي تبنينا . تقريبا كل التطورات الكيميائية التي ستأتي في الألفية القادمة ستكون لصالح الجنس البشري. الأنظمة الغذائية الشخصية القائمة على فهم متعمق للتركيبة والتنوع الجيني للبشر، والمنتجات الزراعية الجديدة التي سيتم إنشاؤها على أساس فك الجينات النباتية وثورة في قدرتنا على مكافحة الأمراض، والتي ستنتج عن فك رموز الجينات. "الآلة الكيميائية" البشرية.