أسرار الجزيء

وطور علماء المعهد جزيئات يمكن استخدامها لتشفير المعلومات وتفسيرها. وبصرف النظر عن التشفير، يمكن أيضًا استخدام هذه الجزيئات في مجالات الطب، على سبيل المثال لغرض الإبلاغ عن العمليات التي تحدث داخل الخلايا الحية.

إن محبي كتب التجسس والغموض يعرفون بالطبع قصصًا عن رسائل مكتوبة بالحبر غير المرئي، بالإضافة إلى طرق أكثر تقدمًا لتشفير المعلومات. وقد طور علماء معهد وايزمان للعلوم مؤخرًا طريقة تجمع بين هذين الاثنين في جزيء واحد. دكتور ديفيد مارجوليسويقول من قسم الكيمياء العضوية في المعهد، والذي ترأس الفريق البحثي، إن النتائج قد تتيح طرقا غير تقليدية لتأمين المعلومات من جهة، و"التجسس" على الخلايا الحية من جهة أخرى. نتائج البحث نشرت مؤخرا في المجلة العلمية طبيعة الاتصالات.

وفي السيناريو الذي يتصوره الدكتور مارجوليس وفريقه، يستطيع متلقي رسالة مشفرة، تحتوي على قائمة من الأرقام العشوائية ظاهريًا، فك تشفير الرسالة باستخدام مواد كيميائية بسيطة ويمكن الوصول إليها، وبمساعدة "آلة تشفير" بحجم جزيء - يمكن إخفاؤه بسهولة، على سبيل المثال، في بقعة صغيرة على حافة حرف، أو على صفحة في كتاب. ولكشف الرسالة، يحتاج المتلقي فقط إلى قطع المربع الصغير الذي تم إخفاء الجزيء فيه، ووضعه في المطياف وإضافة مادة، على سبيل المثال مشروب غازي أو بيرة أو سائل تنظيف. ويمكن أن تكون المادة المعينة، من حيث المبدأ، أي مادة كيميائية متفق عليها مسبقًا، والتي لا يعرفها إلا المتلقي والمرسل. ويمكن أيضًا إخفاء "أجهزة فك التشفير الكيميائية" هذه على الورق - وإرسالها عبر البريد.

عندما تتلامس مادة فك التشفير مع جزيء التشفير، يتم إنتاج مخرجات عددية فريدة - وفقًا لكثافة الإشعاع عند كل طول موجي - وستكون بمثابة مفتاح لفك التشفير. سيؤدي طرح هذا المفتاح الرقمي من الرسالة المشفرة إلى إنتاج مجموعة جديدة من الأرقام لمطابقة تلك الموجودة في الجدول، كل منها مخصص لحرف واحد في الأبجدية.

"إن استخدام الحبر غير المرئي لإرسال الرسائل يمكن من حيث المبدأ منع التتبع الإلكتروني، ولكن الحبر الخفي البسيط (مثل عصير الليمون وأنواع أخرى)، والذي كان يستخدم في الماضي لإخفاء الرسائل، يمكن اكتشافه بسهولة. إن جزيئنا، مثل الحبر غير المرئي، يحمي المعلومات باستخدام مواد بسيطة ويمكن الوصول إليها، ولكنه يوفر حماية جيدة."

وتشكل الجزيئات التي صممها الدكتور مارجوليس وأعضاء مجموعته، تانماي ساركار، وكروثباندي سالفاكومار، وليلى موتاي، نوعًا متقدمًا من أجهزة استشعار الفلورسنت. هذه الجزيئات، التي "تضيء" عند مواجهتها لمادة معينة، غالبا ما تستخدم في الأبحاث الكيميائية أو البيولوجية، لتشخيص وجود أو تحديد مستويات جزيئات معينة. ولكن في حين أن أجهزة الاستشعار العادية عادة ما تربط جزيءًا واحدًا وتضيء بلون واحد، فإن جزيء الكود الجديد يمكنه ربط كمية كبيرة من المواد المختلفة وإصدار الضوء بعدة ألوان استجابةً لذلك - ظل مختلف استجابة لكل مادة تواجهها، بما في ذلك أيونات المعادن. والأحماض والقواعد والمذيبات والبروتينات والسكريات.

يقول الدكتور مارجوليس: "إن مبادئ التشغيل المماثلة هي السبب الجذري لنشاط مستقبلات البروتين في نظامنا الشمي، والتي يمكنها ربط جزيئات العديد من الروائح المختلفة واستشعارها".

إن إنشاء مفتاح التشفير هو عكس عملية فك التشفير: يستخدم المرسل والمتلقي نفس الجزيء ونفس الجدول، ونفس مادة فك التشفير، والتي يمكن تغييرها يوميًا أو حتى كل ساعة، حسب الحاجة. وقد نجح العلماء في استخدام طريقة التشفير الجزيئي مع العديد من المواد، مثل المعادن والجزيئات البيولوجية والمذيبات، وحتى المشروبات الغازية. إن قدرة الجزيئات على التفاعل مع الكثير من المواد تحبط، من الناحية العملية، محاولات تخمين هوية مادة فك التشفير. في الواقع، قام العلماء أيضًا بتطوير طريقة لحماية مفتاح فك التشفير بكلمة مرور، والتي تتكون من ثلاث مواد مختلفة يجب إضافتها بالترتيب الصحيح.

في الواقع، يمكن أيضًا استخدام هذه الجزيئات في مجالات الطب. قد تدخل جزيئات الاستشعار من هذا النوع إلى الخلايا الحية، وتختبر كميات ومستويات مجموعة متنوعة من المواد، وتبلغ الباحثين والأطباء بالنتائج. ربما يمكن لهذا النوع من التقارير، في المستقبل، أن يعطي صورة أكثر اكتمالاً عن نشاط أو مرض ما.

كتب العلوم

إن تغيير العوامل البسيطة، حتى لو تم اختيار مادة فك تشفير واحدة عشوائيًا، يمكن أن ينتج عنه أكثر من 1,000 مفتاح تشفير.