تغطية شاملة

انظر النور

علماء المعهد يتعرفون على أسرار عملية التمثيل الضوئي من النباتات بهدف تطوير مصادر طاقة نظيفة ومستدامة تحل محل استخدام الوقود الأحفوري

أنواع مختلفة من البروتينات النموذجية
أنواع مختلفة من البروتينات النموذجية

"لا يوجد أحد حكيم مثل من لديه خبرة"، لذلك، عندما يتعلق الأمر بتصميم وبناء خلايا شمسية فعالة، تتمتع بعض الكائنات الصغيرة بميزة كبيرة على البشر. وهي الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، مثل النباتات والطحالب وأنواع مختلفة من البكتيريا. قامت هذه المخلوقات بتطوير قدراتها وتحسينها على مدى ملايين السنين من التطور، وبالتالي تمكنت من تصميم آلية لامتصاص الضوء على النحو الأمثل. وتسمح هذه الآلية المتطورة للكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي (التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي) باستخدام ضوء الشمس والمواد البسيطة - الماء وثاني أكسيد الكربون - بغرض تكوين السكريات وغيرها من المواد عالية الطاقة التي تغذي نشاطها البيولوجي.

الدكتور درور نوي، من قسم علوم النبات في معهد وايزمان للعلوم، يستمد الإلهام من الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي من أجل تطوير مصادر الطاقة النظيفة والمستدامة التي ستحل محل استخدام الوقود الأحفوري. يتمثل الخط التوجيهي لعمله في تصميم وإنتاج نظام لتحويل الطاقة الشمسية، استنادًا إلى المبادئ البيولوجية لعملية التمثيل الضوئي الطبيعي، باستخدام وحدات البناء البيولوجية. إن اللبنات الأساسية التي يخطط الدكتور نوي لاستخدامها هي هياكل صغيرة ومتينة تسمى "مجسمات البروتين" تم تطويرها من قبل مجموعة من العلماء في جامعة بنسلفانيا، فيلادلفيا، حيث أجرى الدكتور نوي أبحاث ما بعد الدكتوراه . تتكون البروتينات النموذجية، مثل البروتينات الطبيعية، من أحماض أمينية، ولكنها تظهر في تسلسل لا علاقة له بأي بروتين طبيعي معروف. وفي بحثه الحالي، في معهد وايزمان للعلوم، يخطط الدكتور نوي لإجراء عمليات معالجة مختلفة للبروتينات النموذجية، وإدخال أصباغ ومواد أخرى فيها مطلوبة لإنشاء مجموعة التمثيل الضوئي.

تتم عملية التمثيل الضوئي على مرحلتين رئيسيتين. في المرحلة الأولى، "مرحلة الضوء"، يستقبل جزيء الصباغ ضوء الشمس، وينقل الطاقة الضوئية إلى مركز تفاعل قريب. تؤدي الزيادة في مستوى الطاقة في مركز التفاعل إلى إطلاق الإلكترونات، التي تنتقل في سلسلة من التفاعلات - وهي عملية تؤدي إلى تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. يتم استبدال الإلكترونات التي تخرج من مركز التفاعل بإلكترونات أخرى، والتي تنفصل عن جزيئات الماء، تاركة جزيئات الأكسجين والبروتونات. يتم نقل الطاقة الكيميائية الناتجة في "المرحلة الخفيفة" إلى المرحلة الثانية - "المرحلة المظلمة" - حيث تؤدي دورة أخرى من العمليات إلى إنشاء المنتج النهائي - السكريات.

يقول الدكتور نوي: "إن عملية التمثيل الضوئي فعالة جدًا بالفعل بالنسبة للكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، ولكن تخزين الطاقة المحولة يتم بطريقة لا يستطيع البشر الوصول إليها". "إذا لم يكن هذا كافيا، فإن عمليات الانتقاء الطبيعي التي شكلت كائنات التمثيل الضوئي هي بمثابة" تذكرة ذهاب فقط ". ونتيجة لذلك، قد تطور المخلوقات مهارات، أو تفقد مهارات أخرى، أو حتى تطور نسخًا مكررة - العديد من المهارات المستخدمة لتحقيق نفس الهدف." ومن أجل التغلب على هذه الصعوبات، يركز الدكتور نوي على "المرحلة الخفيفة" لعملية التمثيل الضوئي، ويحاول فصل القش عن القشر وتحديد الحد الأدنى والمتطلبات الأساسية لحدوثه. وذلك من أجل إنشاء بروتينات نموذجية تقوم بتخزين منتجات التمثيل الضوئي في مرحلة لا تزال في متناول البشر.

تمت دراسة مصفوفات التمثيل الضوئي جيدًا في الماضي، لذا يعرف العلماء كيفية تنظيمها. يتم قياس المسافة بين الصبغات على مستوى ذري من الدقة، وتُعرف ديناميكيات عمليات نقل الإلكترون حتى أجزاء صغيرة من الثانية - أقل من جزء من المليون من المليون من الثانية. ومع ذلك، في الواقع، يصعب التعامل مع مثل هذه الهياكل الصغيرة. هناك مشكلة أخرى وهي أن التنظيم ثلاثي الأبعاد للأصباغ أمر بالغ الأهمية لعمليات التمثيل الضوئي. يتكون الهيكل العظمي للنظام من البروتينات، التي تحافظ على التنظيم المكاني الصحيح لجميع المكونات. يتم تحديد بنية الهيكل العظمي للبروتين من خلال تسلسل الأحماض الأمينية التي يتكون منها. ولذلك، من أجل تصميم هيكل عظمي ناجح لنظام التمثيل الضوئي، يجب اختيار تسلسل الأحماض الأمينية المناسب لكل بروتين. نظرًا لوجود الملايين من المجموعات الممكنة، فهذا يمثل تحديًا كبيرًا.

من اليمين: د. جابسينج تينيسون، د. درور نوي، د. جوانا غازيبات، د. إليت كوهين-أفري، وإيريس مارجاليت
من اليمين: د. جابسينج تينيسون، د. درور نوي، د. جوانا غازيبات، د. إليت كوهين-أفري، وإيريس مارجاليت

بدأ جمع النتائج الأولى في مختبر الدكتور نوي. تستخدم مجموعته تقنيات الهندسة الوراثية "لبرمجة" بكتيريا الإشريكية القولونية لإنتاج بروتينات مصممة بواسطتها. تم تصميم تسلسل الأحماض الأمينية لهذه البروتينات خصيصًا حتى تتمكن من جمع الأصباغ والمكونات الإضافية، وإنشاء نظائر صغيرة وبسيطة لبروتينات التمثيل الضوئي الطبيعية. إن الاختبار المتكرر للبروتينات التي قاموا بإنشائها، وإعادة تصميمها، يسمح للباحثين بالبدء في فهم كيفية ترجمة تسلسل الأحماض الأمينية إلى البنية ثلاثية الأبعاد المطلوبة.

وقد نجح الباحثون حتى الآن في إنشاء نموذج أولي يحتوي على العديد من الصبغات المستقبلة للضوء، والقادرة على إحداث تفاعلات. يخططون في المستقبل لتحسين كفاءة الهيكل عن طريق إضافة العديد من الأصباغ. الاتجاه الآخر الذي تم بحثه هو تحديد "العقد" في عملية التمثيل الضوئي التي يمكن التأثير عليها لتحويل الطاقة الضوئية بحيث يمكن استخدامها لإنتاج جزيئات الهيدروجين، حتى قبل استخدام الطاقة في تفاعلات أخرى. ويمكن استخدام الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة كمصدر للوقود البديل النظيف والفعال والصديق للبيئة.

الدكتور نوي: "آمل أن تفتح هذه الدراسات الطريق لتصميم مرافق لتحويل الطاقة الضوئية، مثل الخلايا الشمسية المصنوعة من البروتين، والتي تستفيد من المكونات البيولوجية - ضمن نظام غير بيولوجي، على سبيل المثال. إن الأفكار التي سنكتسبها من هذا البحث ستعمل أيضًا على تعزيز فهمنا للطريقة التي تمتص بها النباتات الطاقة الضوئية وتخزنها. ستسمح لنا هذه الأفكار باستخدام بروتينات معدلة خصيصًا سيتم إدخالها إلى النباتات باستخدام أساليب الهندسة الوراثية، وستزيد من إنتاج الوقود النباتي - مثل وقود الديزل الحيوي أو الإيثانول - وستسمح أيضًا بإنتاج الوقود غير العضوي - مثل الهيدروجين - باستخدام النباتات."

تعليقات 18

  1. لقد كنت في جميع الصناديق الممكنة وخرجت منها أيضًا
    اليوم أنا في صندوق جديد
    كل واحد منا في مكان مختلف وينظر في اتجاه مختلف.
    هذه هي الطريقة التي يتم بها خلق الحياة.
    تصادم جزيئات مشحونة بشكل مختلف.
    اليوم الذي نفكر فيه جميعًا بنفس الشيء سنكون "الله" بالفعل
    وعي جماعي واحد.
    هل لم تفهم؟

  2. إلى السيد "يمكنك أن تكون هادئًا"
    أنت تتجول لكن أصدقائك - ناتشي وهامشفيك وأسلافهم، قد أرهقوني بالفعل. إن حقيقة استمرارك في التغيير لتكرار نفس الهراء لا ينبغي أن تجعلني أقول نفس الأشياء مرارًا وتكرارًا.
    انت لم تفهم؟
    زيبساتش

  3. والسؤال هو ما إذا كان القرد المتطور قد خرج بالفعل من القفص، وربما أنت بالفعل في صندوق لا يسمح لك ربك بالخروج منه والنظر إلى الخارج

  4. إلى ناتشي ومايكل ويهودا وبقية رجال ليتز..
    "الله" هو مفهوم مجرد يشير إلى طرق الطبيعة.
    فلا يوجد جدل حول وجوده كما لا يوجد جدال حول وجودنا.
    ما اسم لولهام وماذا يريدون منا؟ سؤال يعطي إجابة مختلفة لكل شخص.
    هل هناك صدف في الحياة أم ذكاء أعلى منا؟
    ومن الواضح كالنهار أننا نحن البشر لم نخلق الحياة والعالم، وبالتالي لا بد أن يكون هناك "شيء ما" فوقنا.
    كل إنسان يحيا بإيمانه،
    سيعتقد البعض أنهم نوع من القردة المتطورة التي لا توجد على الإطلاق إلا في حالة واحد من كل تريليون وليس هناك أي أهمية لوجودهم المحدد.
    وفي المقابل، سيعتقد البعض أنهم مشتقون من نفس "الإله" وأن حياتهم مليئة بالمعنى والإبداع.
    على أية حال، لا يستطيع القرد المتطور أن يرى ما وراء قفصه إلا إذا كان شجاعًا ويحاول فتح الباب ليجد أنه كان مفتوحًا طوال الوقت.
    مساء الخير

  5. إذا سأل أي شخص نفسه ما إذا كان من الممكن أن تتعارض كذبتان مع بعضهما البعض، فإليك مثال رائع.
    Nachi الكذاب A و Nachi الكذاب B يتعارضان مع بعضهما البعض.

    ناتشي الكذاب أ:
    "بحسب النظرية الداروينية [التي تظهر هنا لسبب ما في العديد من المقالات دون الأخذ في الاعتبار أن عالم العلوم قد تخلى عنها منذ زمن طويل]،...."

    و اكثر:
    "لكن ما لم يسمعه البعض، هو رفض المجتمع العلمي لهذه النظرية البعيدة المنال"

    الكاذب يستقر في:
    "ليس لدي أي مصلحة في ادعاء أو إثبات أن العلماء لا يؤمنون بنظرية التطور"

  6. الى الاستراحه
    إذا قلتم أن الله خلق العالم فمن خلق الله؟، والدا ميكائيل؟
    استريحوا، استريحوا، الله لم يتمكن حتى من إنقاذ ستة ملايين يهودي في المحرقة، إذن أنت تخبرنا أنه خلق العالم؟ اذهب بعيدًا، وكن واقعيًا!
    مساء الخير
    سابدارمش يهودا

  7. إلى روي!
    وبما أن الرد الوحيد الذي يستحق مقاربة واقعية كان ردك، فسوف أجيبك.
    ليس لدي أي مصلحة في الادعاء أو إثبات أن العلماء لا يؤمنون بنظرية التطور. وهذا القرار بيد كل واحد لنفسه.
    وفي واقع الأمر، حتى لو كانت هناك بالفعل قوانين طبيعية توضح مسار التطور، فإن السؤال الرئيسي لم تتم الإجابة عليه بعد: من الذي خلق "الحساء" الذي تطور منه كل شيء؟
    ففي نهاية المطاف، لا يزعم العلم أن الكون كان دائمًا كما اعتقد الإغريق القدماء. هناك دليل واضح على أن العالم خلق في وقت ما، وقبل ذلك لم يكن موجودا!
    وبما أن هذه هي الطريقة التي يجب أن نناقش بها كيفية خلق "الكائن" من "العدم". ولم يحاول داروين الإجابة على هذا السؤال على الإطلاق. لقد تناول مرحلة ما بعد حقيقة "الكائن"، وما هو "الكائن" الأول، وكيف وصل الكون إلى حالته الحالية مما كان عليه آنذاك.
    وفي ضوء ذلك، وبما أننا نرى أمامنا نظاماً رائعاً للقوانين الطبيعية، فإنه من المستحيل أن ندعي أن هذه القوانين خلقت من تلقاء نفسها، لأنه حتى الأشياء الأقل تعقيداً تتطلب من الإنسان أن يستثمر في خلقها، وكيف يمكن ذلك يد الصدفة ستنتج مثل هذه الحكمة العظيمة.
    ولكن ماذا تسمي خالق هذه الحكمة "طبيعة" فليكن لا يزعج أحدا. تجدر الإشارة إلى أن هذا عمل بارع بشكل خاص ولم يتم إنشاؤه مجانًا، وهناك سبب لهذا العمل. وهنا يأتي دور اليهودية. كلكم، سواء أعجبكم ذلك أم لا، نسل أناس ضحوا بحياتهم من أجل هذا الإيمان.

  8. يهودا:
    انا لم انسى.
    هل تريد الدليل التالي أم أنك ستفكر فيه لليلة أخرى؟
    في الواقع، لقد فات الوقت بالفعل، لذا حتى لو طلبت تلميحًا آخر - فقد لا أتمكن من الرد حتى الغد، ولكن يمكنك المحاولة.
    على أي حال - ستكون إشارتي التالية للموضوع هي طلب تلميح آخر أو اقتراح حل.
    على كل حال - لنواصل المراسلات حول الموضوع في المقالة التي بدأت فيها حتى لا نزيد من العبث.

  9. الى الاستراحه
    لكنني سمعت بالفعل أن لديك العديد من الحاخامات الذين يؤمنون بطريق التطور!
    ليسشيل، ريبي ميلوبفيتز!!، لقد آمن بالفعل بالتطور، وبالتالي أزاح من طريقه الخليفة الحقيقي للوبيفيتز في حركة تطورية سامية، وبالإضافة إلى ذلك، استمر تطوره التطوري وتحول من سبيانس الحاخام إلى سبيانس مسيان.
    إذا لم يكن هذا تطورًا، فأنا أحمق.
    عزيزي مايكل - هل نسينا الخوارزمية؟
    مساء الخير
    سابدارمش يهودا

  10. ناهي، لا بد أنك ارتكبت خطأً في الموقع. الأشياء التي تكتبها تتضمن أكاذيب منتشرة في مواقع أخرى، وهي معادية للعلم. بالنسبة لأولئك الذين يزعمون أن أينشتاين تاب، فلا توجد مشكلة في الادعاء بأن العلم رفض التطور.

  11. استراحة،

    أنا جزء من المجتمع العلمي، وأستطيع أن أقول لك أنه لا يوجد خلاف بين علماء الأحياء فيما يتعلق بصحة نظرية التطور. جميع العلماء الذين يعارضون النظرية تقريبًا يأتون من مجالات أخرى (ومن ثم فإن مستواهم المرجعي للحديث عن علم الأحياء والتطور هو نفس المستوى المرجعي للسباك للحديث عن الرياضيات العالية).

    تعتمد جميع الأبحاث التي تُجرى في علم الأحياء اليوم على اكتشافات من نظرية التطور، سواء كان الحمض النووي المتماثل بين كائنات حية مختلفة، أو العمل مع البكتيريا التي تطور مقاومة للمضادات الحيوية، أو البيولوجيا الجزيئية التي تعتمد على رؤى حول بروتينات مماثلة.

    لا تعمل البكتيريا والطحالب في المختبرات على تطوير الأنظمة الأنزيمية، بل إنها تأتي من طفرات عشوائية يحددها الانتقاء الطبيعي. في هذه العمليات، حتى اليوم، تقوم البكتيريا، على سبيل المثال، بإنشاء إنزيم قادر على تحطيم البلاستيك - على الرغم من أن مستوى تعقيده مرتفع جدًا. كل ذلك عن طريق التطور والانتقاء الطبيعي.

    أنصحك بالقراءة عن التطور ومحاولة فهمه بعمق، قبل إطلاق مثل هذه الادعاءات التي لا أساس لها.

  12. لقد سمعنا وسمعنا، ولكن ما لم يسمعه البعض، هو رفض المجتمع العلمي لهذه النظرية البعيدة المنال.
    وهناك العديد من العلماء الذين ألفوا كتباً لدحض هذه النظرية رغم أنها كانت مقبولة جداً لفترة طويلة.
    أنا شخصياً سمعت من أستاذ محترم [عضو في حركة ميرتس] منخرط في دراسة الجينوم البشري، أعلن في أذني أن أولئك الذين يؤمنون بالتطور ليس لديهم ما يبحثون عنه بين الباحثين. ويقول إنه من الواضح كالنهار أن هذه النظرية برمتها مرفوضة من الأساس وأنه لا بد من وجود خالق للعالم، وما إلى ذلك.

  13. ناهي:
    ونرى أنها معجزة.
    وتبين أن هناك من لم يسمع حتى عن التطور.
    وتقوم وزارة التربية والتعليم بتحرير المزيد والمزيد من المدارس من الالتزام بتدريس المناهج الأساسية.

  14. اقتباس: هذه هي الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، مثل النباتات والطحالب وأنواع مختلفة من البكتيريا. قامت هذه المخلوقات بتطوير قدراتها وتحسينها على مدى ملايين السنين من التطور، وبالتالي تمكنت من تصميم آلية لامتصاص الضوء على النحو الأمثل. وتسمح هذه الآلية المتطورة للكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي (التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي) باستخدام ضوء الشمس والمواد البسيطة - الماء وثاني أكسيد الكربون - بغرض تكوين السكريات وغيرها من المواد عالية الطاقة التي تغذي نشاطها البيولوجي.
    بعد طلب المغفرة من المؤلف، يبدو لي أنه من السخافة بعض الشيء أن ننسب مثل هذه الحكمة العظيمة إلى طحالب بسيطة، أو إلى مخلوقات صغيرة أخرى، فإن كريم عقلها، إن وجد، لا يتجاوز ذكاءه. رضيع. وهنا يتساءل الابن هل فعلا هذه المخلوقات "اخترعت" براءة اختراع كيفية الوجود؟ علاوة على ذلك، كيف كانت موجودة طوال تلك "الملايين" من السنين حتى التطور المعجزة؟ في أي مختبرات قامت الطحالب بإجراء التجارب؟ ما هي الأدوات التكنولوجية التي كانت تحت تصرفهم؟
    من البدائي ببساطة الاعتقاد بأن البكتيريا قادرة على تطوير شيء ما بشكل مستقل. وهو أقل فكريا من الإيمان بالأصنام المختلفة التي لا يزال يؤمن بها سكان أفريقيا الوسطى وأمثالهم.
    من المحتمل أن يكون هناك نوع من "الكائن الخارق" الذكي جدًا [جدًا جدًا] الذي يصعب علينا فهم جوهره، لكن وجودنا يتطلب واقعه. يمكنك أن تسميه الله أو أي اسم آخر، ولكن وجوده يفرضه الواقع.
    للرجوع اليها!

  15. وجاء في المقال أن امتصاص الضوء في الخلايا النباتية يحرك الإلكترونات. ألا يمكن استخدام هذه الحركة كتيار كهربائي؟ لماذا من الضروري تحويله إلى الهيدروجين؟ بعد كل شيء، لا يتم تنفيذ كل تحويل للطاقة بكفاءة 100%، وبالتالي يتم "إهدار" بعض الطاقة.

ترك الرد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها *

يستخدم هذا الموقع Akismat لمنع الرسائل غير المرغوب فيها. انقر هنا لمعرفة كيفية معالجة بيانات الرد الخاصة بك.