في السنوات الأخيرة، ومع ازدهار البحوث البيولوجية، تم تقويض مكانة الفيزياء. اجتمعت مؤخرًا مجموعة من علماء الفيزياء المشهورين وبحثوا عن طرق لإعادة أتارا إلى مجدها السابق
بقلم غاريث كوك، بوسطن غلوب، هآرتس
1978: أول طفل أنابيب
على منحدر مرتفع في كولورادو روكيز، اجتمع العديد من الفيزيائيين وفكروا في طرق لإعادة أتارا إلى مجدها السابق.
لسنوات عديدة، ازدهرت الفيزياء: فقد أعطى عصر أينشتاين والقنبلة الذرية للفيزيائيين هالة من البطولة، وتمتع هذا المجال بتمويل حكومي سخي ومكانة مشرفة على قمة التسلسل الهرمي العلمي. ولكن قرن الفيزياء قد انتهى، والآن بدأ قرن علم الأحياء. لقد استحوذت احتمالية تحسين علم الوراثة بشكل جذري لكل شيء، من صحة الإنسان إلى الزراعة، على خيال الجمهور وخطوط أنابيب الأموال في واشنطن.
وهكذا، اجتمع العديد من علماء الفيزياء، بما في ذلك ثلاثة من الحائزين على جائزة نوبل، في منتجع خارج مدينة أسبن للتخطيط لطرق القفز على عربة علم الأحياء، وربما حتى تغيير اتجاهها. بالفعل، في المختبرات حول العالم، يتدفق الفيزيائيون على علوم الحياة ويخلقون مجالًا جديدًا وحيويًا ونابضًا فكريًا.
كما أظهر اللقاء بوادر زلزال ثقافي. وفي بعض الأحيان كانت رؤية الغطرسة ممزوجة بالتواضع غير المعتاد، تذكرنا بالسنوات الأخيرة للإمبراطورية البريطانية. وبينما احتسى بعض علماء الفيزياء مشروب الشاردونيه على الشرفة، وتساءل آخرون بصوت عالٍ عما إذا كان علماء الأحياء يهتمون حقًا بـ "الحقيقة"، جادل بعض الحاضرين بأن ملكة العلوم المخلوعة تحتاج إلى تجديد في نهجها.
وقال روبرت أوستن، عالم الفيزياء بجامعة برينستون الذي ساعد في تنظيم المؤتمر: "لقد حان الوقت للتوقف عن التفكير في أننا رائعون للغاية". وذكّر أوستن الجمهور بأن مسرع الجسيمات العملاق، المصادم الفائق، الذي تم اقتراح بنائه في الثمانينات، هو عبارة عن حفرة مملوءة بالمياه في ولاية تكساس، في حين أن هؤلاء الرجال رسموا خريطة الجينوم البشري قبل عشر سنوات من الموعد المخطط له وبثلث السعر .
قال روبرت ليفلين، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1998 والذي يكرس نفسه الآن للمشاكل النظرية في علم الأحياء: "إن علم الأحياء يزود الفيزياء بالجبهة الجديدة". وقال لافلين إن أحد دوافعه هو المال. وفقا للبيانات التي جمعتها الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم، زاد التمويل الفيدرالي للعلوم الفيزيائية خلال السنوات العشر الماضية بنسبة 21%، في حين زاد تمويل علوم الحياة بنسبة 175%. وقالت المعاهد الوطنية للصحة إنه خلال تلك الفترة حدث تطور كبير في فرص العمل للفيزيائيين في مجالات علم الأحياء. وأضاف أنه قبل عشر سنوات، كان بإمكان الطالب الذي يتخرج أن يختار بين منصبين بحثيين في الكلية، مقارنة بـ 20 منصبًا اليوم.
يجذب علم الأحياء تدريجيًا علماء من العديد من المجالات خارج نطاق الفيزياء، بما في ذلك الرياضيات وعلوم الكمبيوتر والهندسة. في الواقع، بعض المجالات الأكثر حيوية في العلوم تقع على هامش التخصصات القديمة. ويرى البعض أن هذا دليل على أن الطرق القديمة لتصور المشاكل تعيق التقدم. وقال جون هوبفيلد، وهو عالم من جامعة برينستون وكان من أوائل علماء الفيزياء الذين تحولوا إلى علم الأحياء: "المشكلة هي أننا نعيش في القرن الحادي والعشرين مع نقابات القرن التاسع عشر".
لقد لعب الفيزيائيون منذ فترة طويلة دورًا مهمًا في تطوير طرق جديدة لتصوير الأنظمة الحية، مثل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي الموجودة في العديد من المستشفيات وأدوات بحث أكثر غرابة بأسماء مثل "تصوير البلورات بالأشعة السينية" و"التصوير ثنائي الفوتون". لكن الشراكة الجديدة أعمق من ذلك بكثير. ويأمل الفيزيائيون في المساهمة بطرق جديدة في التفكير، وليس فقط طرق جديدة للتعامل مع المشاكل البيولوجية.
أحد التطبيقات الرائعة لعملهم هو دراسة الخواص الميكانيكية للخلية بحثًا عن علامات المرض. تحتوي الخلايا على بنية داخلية تعرف باسم الهيكل الخلوي، مما يساعدها على الحفاظ على شكلها بنفس الطريقة التي تحافظ بها أعمدة الخيمة على شكل الخيمة. لقد عرف العلماء لسنوات أن الهيكل الخلوي يتحلل ببطء في الخلايا السرطانية. لكن مؤخراً، أعلن باحث من جامعة لايبزيغ عن طريقة تتيح التمييز بسرعة بين الخلايا السليمة والخلايا السرطانية، وبهذه الطريقة يتم تقييم مدى انتشار السرطان.
وقال الباحث جوزيف كاس للحاضرين في المؤتمر الذي انعقد نهاية الأسبوع الأخير من شهر يوليو/تموز الماضي، إنه استخدم أشعة الليزر لقياس صلابة الخلايا. وأثبت، حسب قوله، أن هناك علاقة بين هذه القياسات ودرجة تطور سرطان الثدي. وتجري حاليًا تجارب سريرية أولية لاختبار هذه التكنولوجيا.
أحد مجالات البحث الأكثر نشاطًا في الفيزياء البيولوجية هو مجال طي البروتين. يمكن أن تتشوه البروتينات وترتب في مجموعة متنوعة مذهلة من الأشكال، مما يغير طريقة عملها. ووفقا للتفسير، فإن أصل العديد من الأمراض هو البروتينات غير الوظيفية. في مرض الزهايمر، على سبيل المثال، من المعروف أن البروتين الموجود في الدماغ، بيتا أميلويد، يطوي بطريقة مختلفة عن المعتاد ويتراكم في كتل داخل الدماغ.
يشير بحث بيتر لانسبري من كلية الطب بجامعة هارفارد إلى أهمية طي البروتين. يعتقد لانسبري أن مجموعات بيتا أميلويد ليست ضارة في حد ذاتها، ولكن الضرر ناتج عن أحد الأشكال القابلة للطي للبروتينات. وأظهر أن إحدى الخطوات الوسيطة في العملية، التي تتراكم في نهايتها أميلويدات بيتا في كتل، هي شكل خطير من أشكال الطي القادر على إحداث ثقوب في أغشية الخلايا. وقال لانسبري إنه إذا تمكن العلماء من التوصل إلى طريقة لمنع طي البروتينات بهذه الطريقة، فقد يكونون قادرين على الوقاية من مرض الزهايمر.
ويرى الفيزيائيون الذين شاركوا في مؤتمر أسبن أيضًا أن فهم الأنظمة البيولوجية قد يؤدي إلى اختراقات في فك رموز المشكلات الفيزيائية المعقدة، مثل تقديم تفسير كامل لظاهرة الموصلية الفائقة. إن علم الأحياء بطبيعته هو دراسة عمل الأنظمة المعقدة، وكلما تعمق فهم هذه الأنظمة، كلما سلط الضوء على طرق نشاط المادة كما هي، وليس فقط أشكال الحياة.
"لا تسأل ما الذي يمكن أن تفعله الفيزياء لعلم الأحياء"، اختتم هانز فراونفيلدر، أحد الرواد في هذا المجال. “اسأل عما يمكن أن تفعله البيولوجيا للفيزياء”.
* كان موقع المعرفة حتى نهاية عام 2002 جزءًا من بوابة IOL التابعة لمجموعة هآرتس
