نجاح علماء في تخزين الجينوم البشري في بلورة خماسية الأبعاد!

في إنجاز رائد، نجح العلماء في مركز أبحاث الإلكترونيات الضوئية بجامعة ساوثهامبتون في تخزين الجينوم البشري بأكمله في “بلورة ذاكرة خماسية الأبعاد” (5D memory crystal). يمكن أن يكون هذا الاختراع الرائع بمثابة مخطط لإحياء البشرية في حالة انقراضها. حيث أن البلورة قادرة على استيعاب ما يصل إلى 360 تيرابايت من المعلومات لمليارات السنين.

كما يمكنها تحمل الظروف القاسية مثل التجمد والحرائق والصدمات المباشرة والإشعاع الكوني ودرجات حرارة تصل إلى 1000 درجة مئوية. وقد فتح الفريق بقيادة البروفيسور بيتر كازانسكي، إمكانيات جديدة للحفاظ على المعلومات الجينومية للكائنات المعقدة مثل النباتات والحيوانات. ولكن كيف حققوا هذا الإنجاز الرائع، وما هي الآثار المترتبة على هذا الاكتشاف؟

فهم الجينوم البشري

الجينوم البشري هو لغز معقد يحتوي على أكثر من 3 مليارات قطعة تشكل المخطط المعقد للحياة. حيث يحتوي هذا المخطط على تعليمات خلق الحياة والحفاظ عليها، ويتكون من الحمض النووي، وهو جزيء مزدوج يلتف في الكروموسومات. إن الجينوم البشري يشبه مكتبة ضخمة تضم أكثر من 20 ألف جين، ولكل منها مجموعة التعليمات الخاصة به.

لفهم الموضوع بشكل أوضح، إذا قمت بكشف الحمض النووي في خلية بشرية واحدة، فسوف يمتد طوله حوالي 183سم، لكنه معبأ في نواة صغيرة يبلغ قطرها حوالي 0.0004 بوصة فقط. هذا الهيكل المعقد هو ما يجعلنا ما نحن عليه، فهو يتحكم في كل شيء بدءًا من لون أعيننا وحتى قابليتنا للإصابة بأمراض معينة.

يعد فهم الجينوم البشري أمرًا بالغ الأهمية لتطوير الأبحاث الطبية وعلاج الأمراض. ومع التقدم في تسلسل الحمض النووي وتحليله، تمكن العلماء من فك الشفرة الوراثية، مما سمح لنا بفهم تعقيدات البيولوجيا البشرية بشكل أفضل. وقد أدى هذا إلى اكتشافات في مجالات مثل الهندسة الوراثية، والعلاج الجيني، وحتى البيولوجيا الاصطناعية.

ومع ذلك، فإن الجينوم البشري ليس مجرد مجموعة ثابتة من التعليمات؛ حيث أنه كيان ديناميكي عرضة للتغيرات والطفرات. ويمكن أن يكون لهذه التغييرات عواقب وخيمة، بدءًا من التأثير على استجابتنا للعوامل البيئية وحتى زيادة خطر الإصابة بأمراض معينة.

بلورة الذاكرة خماسية الأبعاد

استخدم العلماء في مركز أبحاث الإلكترونيات الضوئية بجامعة ساوثهامبتون أشعة ليزر فائقة السرعة لتسجيل بيانات الجينوم البشري في فراغات صغيرة يصل حجمها إلى 20 نانومتر على البلورة. ولكن ما الذي يجعل هذه البلورة مميزة جدًا؟ تكمن الإجابة في خصائصها الفريدة التي تمكنها من تخزين كميات هائلة من البيانات في خمسة أبعاد مختلفة لبنيتها النانوية، الارتفاع والطول والعرض والاتجاه والموضع.

لنقل أن هناك رقعة شطرنج ثلاثية الأبعاد حيث تمثل كل قطعة جزء واحد من البيانات. الآن، تخيل بُعدًا رابعًا حيث يمكن لكل قطعة أن تتحرك وتغير شكلها، وبعدًا خامسًا حيث يمكن التلاعب برقعة الشطرنج بأكملها وإعادة ترتيبها. وهذا هو ما تفعله بلورة الذاكرة خماسية الأبعاد، مما يسمح لها بتخزين كمية هائلة من البيانات في مساحة صغيرة بشكل ملحوظ.

يسمح هيكل البلورة بتخزين ما يصل إلى 360 تيرابايت من المعلومات، أي ما يعادل سعة تخزين حوالي 200000 قرص DVD. وهذا يعني أن الجينوم البشري بأكمله، الذي يضم أكثر من 3.2 مليار زوج أساسي من الحمض النووي، يمكن تخزينه على بلورة واحدة. علاوة على ذلك، تضمن متانة البلورة بقاء البيانات سليمة لمليارات السنين، حتى في الظروف القاسية. في الواقع، لقد تم منحها موسوعة غينيس للأرقام القياسية عن “مواد التخزين الرقمية الأكثر متانة” في عام 2014.

• البلورات الزمنية وعلاقتها بالحواسيب الكمية
• ما هي أشباه الموصلات وتطبيقاتها؟
• كيف نظف الناس أنفسهم قبل اختراع الصابون؟
• مخطط فين: نقاط التشابه والاختلاف
• كيف لا يصدأ الفولاذ المقاوم للصدأ؟

التأثير المحتمل لبلورات الذاكرة خماسية الأبعاد

يمكن أن يتم تخزين الجينوم البشري بأكمله، جنبًا إلى جنب مع مخططات الأنواع الأخرى، بأمان في بلورة يمكنها تحمل اختبار الزمن والظروف القاسية. وهذا قد يعني أنه حتى لو واجهت البشرية خطر الانقراض، فإن إمكانية إحياء جنسنا البشري أو إعادة بناء النظم البيئية من الصفر يمكن أن تصبح حقيقة واقعة.

الآثار عميقة. باستخدام هذه التكنولوجيا، يمكننا إنشاء “بوليصة تأمين” لبقاء الحياة على الأرض. ومن خلال تخزين المعلومات الجينية للأنواع المهددة بالانقراض، يمكننا إعادتها إلى الحياة في المستقبل، والحفاظ على التنوع البيولوجي الغني لكوكبنا.

علاوة على ذلك، يمكن أن تكون بلورة الذاكرة خماسية الأبعاد أيضًا بمثابة كبسولة زمنية، مما يسمح للأجيال القادمة بالتعلم من ماضينا، وربما حتى التواصل مع حضارات من عوالم أخرى. المفتاح المرئي المنقوش على البلورة، والذي يوفر دليلاً لقراءة البيانات، يمكن أن يصبح بمثابة حجر رشيد لفهم لغة الماضي.

وفي حين لا تزال هناك العديد من الأسئلة التي يتعين الإجابة عليها، مثل كيفية قراءة البلورة في المستقبل، فإن إمكانات هذه التكنولوجيا مثيرة بلا شك.

المصدر

Scientists store entire human genome on ‘memory crystal’ that could survive billions of years | cnn