كيف تمكن العلماء من تسجيل معدل نبضات قلب الحوت الأزرق؟

نجح العلماء ولأول مرة في تسجيل معدل نبضات الحوت الأزرق في البرية، حيث قام العلماء بوضع آلة رسم قلب على جسم الحوت، وبالتحديد على زعنفته اليسرى، وزودت آلة رسم القلب بأربع أكواب شفط، حتى تلتصق الآلة بجسد الحوت، أثناء إبحاره في المحيط.

وجد العلماء هذا الحوت في خليج مونتيري قبالة ساحل كاليفورنيا، ويصل طوله إلى 72 قدم (22 متر تقريبًا). وقد حصل العلماء على ما يقرب من 9 ساعات من البيانات المثيرة للاهتمام، والتي تعطينا نظرة ثاقبة عن فسيولوجيا أكبر كائن حي في العالم!

من خلال هذه البيانات وجد الباحثون أن معدل نبضات قلب الحوت الأزرق ينخفض إلى نبضتين فقط في الدقيقة الواحدة عند بداية رحلته تحت سطح الماء للبحث عن الطعام، وعندما يجد فريسته في أعماق البحر، فإن معدل نبضات قلبه يزداد إلى 2.5 الحد الأدني، ثم ينخفض ببطء مرة أخرى.

وعندما يعاود الحوت الظهور مرة أخرى على سطح الماء، يرتفع معدل نبضات قلبه إلى 25-37 نبضة في الدقيقة، وهو أقصى معدل تم تسجيله.

هذه البيانات توضح لنا أن قلب الحوت الأزرق يعمل بالفعل عند حده الأقصى، وربما يفسر عدم تطور الحيتان الزرقاء لتصبح أكبر.

وقال جيريمي جولدبوجن، عالم الأحياء البحرية بجامعة ستانفورد، الذي قاد الدراسة التي نشرت في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم: “الحوت الأزرق هو أكبر حيوان على الإطلاق، وقد فتن علماء الأحياء لفترة طويلة”.

وأضاف جولدبوجن: “هذه القياسات الجديدة للمعدلات الحيوية والفسيولوجية تساعدنا على فهم هذه الحيوانات ذات الأجسام الضخمة، وكيف تكون الحياة ووتيرتها بالنسبة لها”.

وبشكل عام، كلما كان الحيوان أكبر، قل معدل ضربات القلب، مما يقلل من كمية العمل التي يقوم بها القلب أثناء توزيع الدم حول الجسم.

 وكمثال، يتراوح معدل ضربات القلب الطبيعي عند الإنسان بين 60 إلى 100 نبضة في الدقيقة، وقد يصل إلى حوالي 200 خلال مجهود رياضي. بينما أصغر الثدييات، الزبابة shrews (حيوان ثديي يشبه الفأر)، لديها معدل ضربات القلب يصل إلى ألف نبضة في الدقيقة.

وقد واجه العلماء العديد من الصعوبات عند القيام بهذه الدراسة، أولاً، احتاج العلماء إيجاد حوتًا أزرق، وهو أمر صعب للغاية؛ لأن هذه الحيوانات تعيش عبر مساحات شاسعة من المحيط المفتوح. احتاج إيجاد هذا الحوت الجمع بين العديد من سنوات الخبرة الميدانية وبعض الحظ.

الآن يعمل العلماء على تطوير الجهاز المستخدم في قياس معدل نبضات القلب، بإضافة المزيد من الأدوات له، مثل مقياس التسارع، مما قد يساعدهم في الحصول على فهم أفضل لكيفية تأثير الأنشطة المختلفة على معدل نبضات القلب. كما يرغب العلماء في إعادة هذه الدراسة على أنواع أخرى من الحيتان مثل الحيتان الحدباء، وحيتان المنك.   

المصادر:

• sciencedaily
• sciencealert

مركبة فوياجر 2 الفضائية ترسل لنا أول رسائلها من الفضاء النجمي

على بعد 18 بليون كيلومتر من الأرض يوجد الحد الذي يفصل بين الغلاف الشمسي heliosphere والفضاء النجمي Interstellar Space (ويُقصد به المنطقة بين النجوم التي لا تخضع لتأثير الرياح الشمسية والمجال المغناطيسي لشمسنا). عندما عبرت مركبة فوياجر 2 الفضائية هذا الحد، في يوم 5 نوفمبر 2018 بعد أكثر من 40 عامًا على إطلاقها، أرسلت لنا إشارة خافتة، والتي تمكن العلماء الآن من فكها.

تعد مركبة فوياجر 2 ثاني مركبة فضائية تتخطى الغلاف الشمسي إلى الفضاء النجمي، بعد مركبة فوياجر 1 التي وصلت إلى الفضاء النجمي في عام 2012. على الرغم من إطلاق فوياجر 2 قبل فوياجر 1 بستة عشر يومًا، إلا أنها احتاجت إلى 6 سنوات لتلحق بها وتصل إلى الفضاء النجمي، بعد ما سافرت بجوار الكواكب العملاقة بنظامنا الشمسي، ووفرت لنا الصور القريبة الوحيدة المتاحة لنا لكوكبي أورانوس ونبتون. 

والآن أرسلت لنا فوياجر 2 النظرة الأكثر تفصيلاً حتى الآن للفضاء النجمي -على الرغم من أن علماء ناسا لم يكن لديهم أدنى فكرة في البداية من أن المركبة ستتمكن من الاستمرار في العمل لهذه الفترة الطويلة.

يقول البروفيسور إد ستون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، الذي كان يعمل على المهمة قبل إطلاقها في 1977: “لم نكن نعرف حجم الغلاف الشمسي، وبالتأكيد لم نكن نعرف أن المركبة الفضائية يمكن أن تعيش لفترة كافية للوصول إلى حافته والدخول إلى الفضاء بين النجوم”.

يمكن اعتبار الغلاف الشمسي كواجهة مناخية كونية، حيث له حدود مميزة حيث تلتقي الجسيمات المشحونة التي تتدفق من الشمس بسرعة تفوق سرعة الصوت مع رياح نجمية تهب من المستعرات العظمى التي انفجرت قبل ملايين السنين. كان يعتقد ذات يوم أن الرياح الشمسية تلاشت تدريجياً مع المسافة، لكن فوياجر 1 أكدت أن هناك حدودًا، يحددها انخفاض مفاجئ في درجة الحرارة وزيادة في كثافة الجسيمات المشحونة، المعروفة باسم البلازما.

تقدم المجموعة الثانية من القياسات، القادمة من فوياجر 2، رؤى جديدة حول طبيعة حدود الغلاف الشمسي، حيث أن الأداة الخاصة بقياس خصائص البلازما الموجودة في فوياجر 1 قد تحطمت في عام 1980.

تكشف المجموعة الثانية من القياسات المنشورة في خمس ورقات منفصلة في مجلة Nature Astronomy، أن فوياجر 2 واجه حدودًا أكثر حدة وأرفع من الغلاف الشمسي مقارنةً بفوياجر 1. قد يرجع ذلك إلى عبور فوياجر 1 خلال النشاط الأقصى للطاقة الشمسية (النشاط منخفض حاليًا)، أو لأن المسبار اتخذ مسارًا أقل عمودية، مما يعني أن المسبار احتاج لوقت أطول لاختراق الحافة.

تعطي مجموعة البيانات الثانية أيضًا نظرة على شكل الغلاف الشمسي، متتبعةً شكل الغلاف الشمسي إلى حافة بارزة تشبه رصاصة حادة.

وقال بيل كورث، عالم الأبحاث بجامعة أيوا ومؤلف مشارك في إحدى الدراسات: “هذا يعني أن الغلاف الشمسي متماثل، على الأقل في النقطتين اللتين عبرت منهما المركبتان فوياجر”.

تقدم فوياجر 2 أيضًا أدلة إضافية على سمك الغشاء الشمسي heliosheath، وهو المنطقة الخارجية للغلاف الشمسي heliosphere، والنقطة التي تتراكم فيها الرياح الشمسية ضد الرياح القادمة من الفضاء النجمي، مثل موجة القوس المرسلة أمام سفينة في المحيط.

تقودنا البيانات إلى نقاش حول الشكل العام للغلاف الشمسي، والذي تتنبأ بعض النماذج بأنه يجب أن يكون كرويًا، بينما تشبهه نماذج أخرى بكُم الريح، مع ذيل طويل يتدفق خلفه بينما يتحرك النظام الشمسي عبر المجرة بسرعة عالية.

يعتمد الشكل، بطريقة معقدة، على القوة النسبية للحقول المغناطيسية داخل وخارج الغلاف الشمسي، وتشير أحدث القياسات إلى شكل أكثر كروية.

مع الأسف، هناك حدود لكمية المعلومات التي يمكننا الحصول عليها من مجموعتي قياسات فقط.

لا تزال مركبة فوياجر 2 ترسل لنا إشارات من خارج الغلاف الشمسي. تستغرق الإشارة أكثر من 16 ساعة للوصول إلى الأرض، ويتم إلتقاط الإشارة بواسطة أكبر هوائي بوكالة ناسا، وهو طبق يبلغ قطره 70 مترًا.

من المتوقع أن تنخفض طاقة المسبارين فوياجر المدعومين بالبلوتونيوم المتحلل بشكل ثابت إلى ما دون مستويات الطاقة الحرجة في عام 2025. لكنهما سوف يستمران في مسارهما لفترة طويلة بعد أن تنفذ منهما الطاقة. يقول كورث: “سوف يصمد المسباران لفترة أطول من الأرض. سوف يدوران في مداريهما الخاص حول المجرة لمدة 5 مليارات سنة أو أكثر. واحتمال اصطدامها بأي شئ يقرب من الصفر”.

المصادر: 

• The Guardian
• NASA

قالب جليدي عمره مليوني عام يقدم لنا لمحات عن تاريخ الغازات الدفيئة على الأرض

اكتشف فريق من الباحثين في القارة القطبية الجنوبية مؤخرًأ قطعة من الجليد تبلغ من العمر مليوني عام. سيساعد هذا الاكتشاف في منح العلماء صورة أوضح للعلاقة بين الغازات الدفيئة والمناخ في العصور القديمة، والذي بدوره سيمكن العلماء من فهم التغير المناخي في المستقبل.

في ورقة علمية نُشرت في دورية Nature استخدم فريق من العلماء الهواء المحصور في الفقاعات المتواجدة في قطعة الجليد، لقياس مستويات الغازات الدفيئة، ثاني أكسيد الكربون والميثان. ترأس الفريق العالمان جون هيغنز ويوزين يان من جامعة برينستون، والعالم أندريه كورباتوف من جامعة ماين، وضمّ الفريق العالمان إد بروك من جامعة ولاية أوريغون، وجيف سيفرينجهاوس من جامعة كاليفورنيا. 

هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها العلماء من دراسة قالب جليدي بهذا القِدم، قبل هذا الاكتشاف، كان عُمر أقدم قالب جليدي تم دراسته 800000 عام. أظهرت الدراسات السابقة حول هذا القالب، أن مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بدرجات الحرارة في القطب الجنوبي والعالم خلال الـ 80000 عام الماضية. قبل هذا لم تكن العلاقة بين المناخ ومستويات ثاني أكسيد الكربون مفهومة جيدًا، ولكن الورقة العلمية الجديدة التي ُنشرت في Nature غيرت ذلك.

خلال المليون سنة الماضية، حدثت دورات من العصور الجليدية يتبعها فترات دافئة كل مئة ألف عام، ولكن من 2.8-1.2 مليون سنة ماضية، كانت هذه الدورات أقصر، بمعدل 40 ألف لكل دورة، وكانت العصور الجليدية أقل تطرفًا.

أراد الفريق معرفة كيف تباينت مستويات ثاني أكسيد الكربون في هذه العصور الزمنية القديمة، والذي حتى الآن لا يمكننا معرفته إلا بطريقة غير مباشرة، عن طريق دراسة كيمياء الرواسب في المحيطات. 

إحدى النتائج المهمة لهذه الدراسة إظهار أن معدلات ثاني أكسيد الكربون ترتبط بدرجات الحرارة في الحقب الزمنية القديمة.

هذه النتيجة مبنية على على الدراسات التي أجريت على كيمياء قالب الجليد المكتشف مؤخرًأ، والتي تعطي دليل على أن التغير في درجات الحرارة في القارة القطبية الجنوبية مرتبط بالتغير في معدلات ثاني أكسيد الكربون.

هذه الدراسة تمنحنا أساس مهم لفهم علوم المناخ، ولإنشاء نماذج يمكنها توقع التغير المناخي في المستقبل.

يأتي القالب الجليدي المتكون من 2 مليون عام من منطقة تعرف باسم تلال ألان Allan Hills، وهي تبعد حوالي 130 ميل عن محطة أبحاث أنتاركتيكا الأمريكية المعروفة باسم محطة مكموردو McMurdo Station. وقد عُثر على نيازك قديمة أيضًا في هذه المنطقة، وهو ما يدفع العلماء إلى الاعتقاد أنه يمكن أن يحتوي الغطاء الجليدي في المنطقة على جليد قديم.

سيتجه الفريق مرة أخرى إلى تلال ألان في الأيام القادمة ولمدة شهرين، لجمع المزيد من العينات من الجليد، ومحاولة البحث عن عينات أكثر قدمًا.

يقول العالم بروك: “لا نعرف الحد للعمر في هذه المنطقة. قد يكون هناك جليد أكبر عُمرًأ في بعض الأماكن. لهذا السبب سنعود. تجاوز حاجز المليوني عام سيكون أمرًا رائعًا”.

المصدر: Phys.org

بطانات الضوء قد تعطينا حواسيب كمومية أفضل

تعد ميكانيكا الكم واحدة من أنجح نظريات العلوم الطبيعية، فعلى الرغم من أن تنبؤاتها غالبًا ما تكون غير بديهية، إلا أنه لم يتم إجراء تجربة واحدة حتى الآن لم تتمكن النظرية من تقديم وصف مناسب لها.

إلى جانب الزملاء في bigQ (المركز القومي للأبحاث الوطنية الدنماركية)، يعمل قائد المركز البروفيسور أولريك لوند أندرسن على فهم واستخدام الآثار الكمومية العيانية.

يقول أولريك: “إن الرأي السائد بين الباحثين هو أن ميكانيكا الكم هي نظرية صالحة عالميا، وبالتالي تنطبق أيضا على العالم اليومي المرئي الذي نعيش فيه عادة. وهذا يعني أيضًا أنه من الممكن مراقبة الظواهر الكمومية على نطاق واسع، وهذا هو بالضبط ما نسعى جاهدين للقيام به في bigQ”.

في مقال جديد في دورية Science، يصف الباحثون كيف نجحوا في خلق ضوء متشابك ومضغوط في درجة حرارة الغرفة. هذا الاكتشاف يمكن أن يمهد الطريق لحواسيب كمومية أقل تكلفة وأكثر قوة.

يهتم عملهم بأحد أكثر الظواهر الكمومية صعوبةً في فهمها: التشابك entanglement. هذه الظاهرة تصف كيف يمكن جلب الأشياء المادية إلى حالة تكون مرتبطة فيها بشكل معقد بحيث لا يمكن وصفها بشكل فردي.

إذا كان هناك تشابك بين جسمين، فيجب اعتبارهما كيان واحد بغض النظر عن مدى بعدهما عن بعض، سيظلان يتصرفان كوحدة واحدة. وإذا تم قياس الأجسام بشكل فردي، فستكون النتائج مرتبطة بدرجة لا يمكن وصفها استنادًا إلى قوانين الطبيعة الكلاسيكية. هذا ممكن فقط باستخدام ميكانيكا الكم.

التشابك لا يقتصر على الأجسام المادية فقط. في جهودهم لرصد الظواهر الكمومية على نطاق ماكروسكوبي، تمكن الباحثون في bigQ من إنشاء شبكة من 30000 نبضة متشابكة من الضوء مرتبة في شبكة ثنائية الأبعاد موزعة في المكان والزمان. هذا تقريبا يحدث عن حياكة عدد لا يحصى من الخيوط الملونة معًا في بطانية منقوشة.

أنتج الباحثون أشعة ضوئية ذات خواص ميكانيكية خاصة، ونسجوها معًا باستخدام مكونات الألياف الضوئية لتشكيل حالة كم متشابكة للغاية مع بنية شبكية ثنائية الأبعاد، تسمى أيضًا حالة الكتلة.

يقول ميكيل فيلسبل لارسن، المؤلف الرئيسي للبحث: “على عكس حالات الكتلة التقليدية، فإننا نستفيد من درجة الحرية المؤقتة  للحصول على شبكة ثنائية الأبعاد مكونة من 30000 نبضة ضوئية. الإعداد التجريبي بسيط للغاية بشكل مدهش. معظم الجهد المبذول كان في تطوير فكرة إنتاج حالة الكتلة cluster state”.

إنشاء مثل هذه الدرجة الواسعة من التشابك الفيزيائي الكمومي -في حد ذاته- هو بحث أساسي مثير للاهتمام. حالة الكتلة هي أيضًا مورد محتمل لإنشاء جهاز كمبيوتر كمي بصري. يعد هذا النهج بديلاً مثيراً للاهتمام للتقنيات فائقة التوصيل الأكثر انتشارًا، حيث يحدث كل شيء في درجة حرارة الغرفة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام وقت التماسك الطويل لضوء الليزر، مما يعني أنه يمكن الحفاظ عليه كموجة ضوئية محددة بدقة لمسافات طويلة جدًا.

وبالتالي لن يحتاج كمبيوتر الكم البصري إلى تقنية تبريد مكلفة ومتقدمة. في الوقت نفسه، ستكون وحدات الكيوبت الموجودة في ضوء الليزر أكثر تحملًا من أقاربه الإلكترونية شديدة البرودة المستخدمة في الموصلات الفائقة.

يضيف أولريك: “من خلال توزيع حالة الكتلة التي تم إنشاؤها في المكان والزمان، يمكن أيضًا بسهولة توسيع نطاق جهاز كمبيوتر الكم البصري بحيث يحتوي على مئات من وحدات الكيوبت. وهذا يجعله مرشحًا محتملاً للجيل القادم من أجهزة الكمبيوتر الكمومية الأكبر والأكثر قوة”.

المصدر: Phys.org

كيف تتكون الذكريات؟ وكيف تتلاشى بمرور الوقت؟ هل تساءلت من قبل لماذا تستطيع تذكر اسم صديق طفولتك المفضل الذي لم تره لسنوات، وفي نفس الوقت تعجز عن تذكر اسم الشخص الذي قابلته قبل لحظات؟ أي، وبمعنى آخر، لماذا تستقر بعض الذكريات في عقولنا على مدى عقود، بينما يتلاشى البعض الآخر خلال لحظات؟

من خلال القيام بالعديد من التجارب على الفئران، توصل باحثو معهد كاليفورنيا للتقنية Caltech إلى أن الذكريات القوية المستقرة، كذكرى صديق طفولتك المفضل، مسؤول عن تكوينها فرق من الخلايا العصبية المتزامنة، والتي تكون فيما بينها وفرة من الروابط العصبية، وهي المسؤولة عن استقرار هذه الذكريات حتى بعد مرور فترة طويلة من الزمن. هذا البحث سيساعدنا على فهم كيف يمكن للسكتات الدماغية ومرض الزهايمر أن يُأثروا على ذاكرتُنا.

وتحت إشراف الباحث والتر جونزاليس قام الفريق بتطوير اختبار، لفحص النشاط العصبي للفئران وهم يتذكرون ويتعرفون على مكان جديد عليهم. وفي الاختبار، وُضِعَ أحد الفئران في حاوية مستقيمة طولها حوالي 5 أقدام وجدرانها بيضاء اللون، وقد وُضعت علامات مميزة على أماكن مختلفة من جدران الحاوية، فعلى سبيل المثال، وُضِعت علامة زائد غامقة بالقرب من أقصى يمين الحاوية، وشرطة مائلة بالقرب من المركز. ثم وُضِع ماء السكر(طعام تحبه الفئران) في نهاية المسار. أثناء استكشاف الفأر للحاوية، قام الباحثون بقياس النشاط العصبي لبعض الخلايا العصبية المحددة في منطقة الحُصَين hippocampus (وهي منطقة في الدماغ تتكون بها الذكريات الجديدة)، هذه الخلايا العصبية مسؤولة عن تكوين الذكريات الخاصة بالأماكن.

في البداية، عندما وُضع الفأر في الحاوية، لم يكن يعرف ماذا يجب أن يفعل، وأخذ يتجول يمينًا ويسارًا إلى أن وصل إلى ماء السكر. وعندما فحص الباحثون نشاطه العصبي، وجدوا أن الخلايا العصبية المفردة تنشطت، عندما لاحظ الفأر العلامات المميزة على الجدار. لكن بعد فترة من التجارب، أصبح الفأر أكثر أُلفة مع المكان الجديد، وتذكر أماكن السكر. وقد وجد الباحثون أنه كلما أصبح الفأر أكثر أُلفة مع المكان، تنشط المزيد والمزيد من الخلايا العصبية في تزامن عند رُؤية العلامات المميزة على الجدار. نستنتج من هذا أن الفأر كان يستخدم هذه العلامات ليستدل بها على مكانه داخل الحاوية.

تحدثنا عن أن الذكريات تتكون نتيجة تكون روابط بين الخلايا العصبية المسؤولة عن تكوين الذكريات، ولكن لماذا تضعف الذكريات وتتلاشى بمرور الوقت؟ لدراسة كيف تتلاشى الذكريات بمرور الوقت، قام الباحثون بسحب الفئران من الحاوية لمدة 20 يوم، ثم أعادوهم مرة أخرى، فوجدوا أن الفئران التي كونت ذكريات قوية مشفرة بأعداد أكبر من الخلايا العصبية، تذكرت المكان بسرعة. وعلى الرغم من أن بعض الخلايا العصبية أظهرت نشاطًا مختلفًا، إلا أن تذكر الفأر للحاوية كان واضحًا عند تحليل نشاط المجموعات الكبيرة من الخلايا العصبية. أي أن مجموعات الخلايا العصبية تمنح الدماغ وفرة من الروابط العصبية تمكنه من استعادة الذكريات، حتى لو كانت بعض الخلايا العصبية الأصلية صامتة أو تالفة.

ويشرح جونزاليس هذا: “تخيل أن لديك قصة طويلة ومعقدة تريد أن ترويها. من أجل الحفاظ على القصة، يمكنك أن تخبرها إلى خمسة من أصدقائك ومن ثم تجتمع معهم من حين لآخر لإعادة سرد القصة، ومساعدة بعضكم البعض في سد أي فجوات نسيها الفرد. بالإضافة إلى ذلك، في كل مرة تعيد فيها سرد القصة، يمكنك جلب أصدقاء جدد للتعلم وبالتالي المساعدة في الحفاظ عليها وتقوية الذاكرة. بطريقة مماثلة، تساعد الخلايا العصبية الخاصة بك بعضها البعض على تشفير الذكريات التي ستستمر مع مرور الوقت”. 

الذاكرة أساسية للغاية في السلوك البشري، حيث يمكن أن يؤثر أي ضعف في الذاكرة بشكل كبير على حياتنا اليومية. يمكن لفقدان الذاكرة الذي يحدث كجزء من الشيخوخة الطبيعية أن يمثل عائقًا كبيرًا لكبار السن. علاوة على ذلك، فإن فقدان الذاكرة الناجم عن العديد من الأمراض، وأبرزها مرض الزهايمر، له عواقب مدمرة يمكن أن تتعارض مع أبسط الإجراءات الروتينية بما في ذلك التعرف على الأقارب أو تذكر الطريق إلى المنزل. توضح لنا هذه الدراسة أن الذكريات قد تتلاشى بسرعة أكبر مع تقدمنا في العمر لأن الذاكرة يتم ترميزها بواسطة عدد أقل من الخلايا العصبية، وإذا فشلت أي من هذه الخلايا العصبية، تُفقَد الذاكرة. كذلك تقترح الدراسة، أنه في المستقبل ستُصمم علاجات يمكنها تعزيز وزيادة عدد الخلايا العصبية المسؤولة عن ترميز الذكريات، مما يمكن أن يساعد في منع حدوث فقدان للذاكرة.

لسنوات، عرف الناس أنه كلما مارست نشاطًا ما، زادت فرصة تذكره لاحقًا. ونحن الآن نعرف السبب، فكلما مارست إجراءً ما، زاد عدد الخلايا العصبية التي ترمز هذا الإجراء. النظريات التقليدية افترضت أنه لجعل الذاكرة أكثر ثباتًا يجب تقوية الروابط بين الخلايا العصبية. ولكن، تشير نتائج هذه الدراسة إلى أن زيادة عدد الخلايا العصبية هو العامل الذي يُمكن الذاكرة من الاستمرار لفترة أطول.

المصدر: Caltech

لأول مرة يتمكن العلماء من تكوين حلقة مستقرة من الكربون النقي!

توصل العلماء إلى أنه يمكن لذرات الكربون في الجزيء أن تترتب في عدد من التكوينات المختلفة، فعندما تُكَون ذرة كربون روابط مع ثلاث ذرات كربون أخرى يتكون الجرافيت اللين نسبيًا، وإذا أضفنا ذرة كربون أخرى، يتكون أحد أصلب المعادن المعروفة وهو الماس، أما إذا رتبنا 60 ذرة كربون على شكل كرة قدم نحصل على الفُليرينات وهي أحد أول الجزيئات النانوية المكتشفة.

ولكن ماذا إذا حاولنا تكوين حلقة من ذرات الكربون، حيث ترتبط فيها كل ذرة كربون بذرتين أخرتين فقط؟ هذه المعضلة حيرت العلماء لأكثر من 50 عامًا، وكانت أفضل محاولتهم هو الحصول على حلقة كربونية غازية، والتي تبددت بسرعة.

ولكن الآن، ولأول مرة تمكن باحثون من جامعة أكسفورد ومنظمة IBM للبحث العلمي من ابتكار حلقة مستقرة من الكربون النقي.

هذه الحلقة الكربونية والتي تسمي سيكلو كربون، تتكون من 18 ذرة كربون، وتعد أصغر سيكلو كربون مستقر حراريًا، والصورة في أول المقال هى صورة للحلقة أُلتقطت باستخدام تقنيات الفحص المجهري المتقدمة.

حتى الآن، أشارت الأبحاث التي أجريت على هيكل الحلقة الكربونية إلى أنها تعمل كأشباه موصلات، مما يُتيح إمكانية استخدامها في مجال صناعة الإلكترونيات، وكذلك يمكن من خلالها الحصول على المواد الغنية بالكربون.

لتحقيق هذا الإنجاز الرائع، بدأ العلماء بتوليف أكسيد السيكلوكربون الثلاثي C₂₄O₆، هذا هو ذرات الكربون الـ 18مرتبطة بستة جزيئات من أول أكسيد الكربون، كل جزيئان من جزيئات أول أكسيد الكربون مجتمعان في كل من الزوايا الثلاث للمثلث.

ثم قاموا بنقل هذا الهيكل إلى صفيحة من النحاس على سطحها طبقة من كلوريد الصوديوم مبردة في حجرة مفرغة إلى ما فوق الصفر المطلق. هذا يوفر سطح خامل يحافظ على استقرار الهيكل.

بعد ذلك، وباستخدام مجهر القوة الذرية atomic force microscope، قام الفريق بإخراج جزيئات أول أكسيد الكربون من الهيكل تاركًا ذرات الكربون في الحلقة فقط.

بالطبع العملية أصعب بكثير مما تبدو عليه، لم يتمكن العلماء دائمًا من إخراج كل جزيئات أول أكسيد الكربون دون انهيار هيكل الحلقة، لذلك وفي كثير من الحالات، حصل العلماء بدلاً من ذلك على جزيئات أخرى مثل C₂₂O₄ و C₂₀O₂ (انظر الصورة أعلاه).

ماذا الآن؟ حسنا، هذا لا يزال غير واضح قليلا. ستحتاج عملية بناء السيكلوكربونات إلى التحسين من أجل الحصول على إنتاج أكبر، ففي الوقت الحالي، يمكن بناء حلقة كربونية واحدة فقط في نفس الوقت، لذلك يخطط الفريق لإيجاد طرق أكثر فعالية لبناء مركبات سيكلوكربونية متعددة في وقت واحد.

بعد أن تمكن العلماء من إنتاج حلقة كربونية مستقرة، يسعى العلماء الآن إلى دراسة تطبيقاتها وإمكانية استخدامها كأشباه موصلات في صناعة الإلكترونيات، أو استكشاف خواص جديدة للحلقة، واستخدامها كوحدة بناء، لبناء هياكل أكثر تعقيدًا.

المصدر: ScienceAlert

ابتكار جهاز يمكنه التلاعب في الدوائر العصبية في الدماغ

تمكن فريق من العلماء من كوريا والولايات المتحدة من ابتكار جهاز يمكنه التلاعب في الدوائر العصبية في الدماغ. من خلال زرعه في الدماغ، والتحكم به بواسطة الهاتف الذكي.

يثق العلماء في قدرة هذا الجهاز على تسريع عملية اكتشاف أمراض الدماغ مثل: الشلل الرعاش، الزهايمر، الإدمان، والاكتئاب. 

وكذلك يستطيع الجهاز باستخدام عبوات من الأدوية القابلة للاستبدال، وجهاز بلوتوث قوي استهداف عصبونات معينة، وتزويدها بالدواء والضوء، مما يسمح لعلماء الأعصاب بدراسة هذه العصبونات لعدة أشهر دون الحاجة إلى القلق بشأن نفاذ الأدوية.

وقد قال Raza Qazi الباحث في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) وجامعة كولورادو بولدر عن هذا الجهاز: “إن هذا الجهاز العصبي اللاسلكي يتيح لنا إمكانية إجراء تعديلات عصبية لم يكن من الممكن تحقيقها من قبل”.

مقارنة بين الحاضر والمستقبل

هذه التقنية تتخطى الأساليب التقليدية، والتي يستخدمها علماء الأعصاب مثل استخدام الأنابيب المعدنية الصلبة والألياف بصرية لتوصيل الأدوية والضوء للعصبونات، فعلى عكس هذا الجهاز العصبي، والذي يمكن زراعته في المخ دون مشاكل، فإن المعدات التقليدية لها العديد من المساوئ، فبصرف النظر عن أنها تعيق حركة الشخص بسبب اتصاله بهذه المعدات الضخمة، فإن أكبر عيوبها أنها تسبب ضرر لأنسجة المخ الرخوة بمرور الوقت، بسبب هياكلها القاسية، مما يجعلها غير مناسبة للزرع في الدماغ على المدى الطويل.

يتم التحكم في الجهاز باستخدام برنامج على الهاتف الذكي، مما يُمكن علماء الأعصاب أن يطلقوا بسهولة أي تركيبة محددة أو تسلسل دقيق لتسليم الضوء والدواء لأي جزء في الدماغ في أي حيوان زُرِعَ به الجهاز دون الحاجة إلى تواجدهم داخل المختبر، هذا يسمح للعلماء بإعداد دراسات على هذه الحيوانات، وفيها يمكن لسلوك حيوان واحد أن يؤثر بالسلب أو الإيجاب على سلوك الحيوانات الأخرى في التجربة، حيث يتحكم سلوكه في إرسال الدواء والضوء إلى أدمغة الحيوانات الأخرى.

هذا الجهاز الثوري هو ثمرة هندسة الإلكترونيات المتقدمة والهندسة النانوية. في الوقت الحالي يمكن استخدام الجهاز على الحيوانات فقط، ولكن يتطلع الباحثون إلى تطوير هذا الجهاز حتى يمكن تجربته على البشر في الاختبارات السريرية.

مثل هذه التقنية الثورية لاشك سوف تساعد الباحثين على فهم السلوك العصبي للدوائر العصبية بشكل أفضل، وكيف يمكن للمعدلات العصبية neuromodulators التأثير في سلوك الدماغ بطرق مختلفة، كما يمكن للجهاز مساعدة الباحثين في إجراء الدراسات الدوائية المعقدة، والتي يمكن أن تساعد في تطوير وإنتاج علاجات جديدة للألم والإدمان والاكتئاب.

المصدر: sciencedaily

جهاز جديد يمكنه رفع كفاءة الخلايا الشمسية إلى 80%!

تقنية جديدة من جامعة Rice نستطيع من خلالها استخدام أنابيب الكربون النانوية المتواضعة، لصنع خلايا شمسية أكثر كفاءة.

لجعل هذا الأمر ممكنًا، صمم علماء من الجامعة مصفوفة من أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار، تقوم بتوجيه الأشعة تحت الحمراء، وبالتالي زيادة كفاءة الخلايا الشمسية بشكل كبير.

وقد أشرف على هذه التقنية العالمان Gururaj Naik و Junichiro Kono بمدرسة براون للهندسة بالجامعة. وقد نُشِرَ عملهما بدورية ACS Photonics.

هذا الجهاز يُعد بمثابة باعث حراري زائدي المقطع، حيث يمكنه أن يمتص الحرارة الشديدة، التي يمكنها أن تتشتت وتنتشر في الغلاف الجوي، ثم ضغطها في نطاق ترددي ضيق، وإشعاعها مرة أخرى كضوء يمكن تحويله إلى كهرباء.

وقد اعتمدت صناعة هذا الجهاز على اكتشاف قام به نفس فريق العلماء، ففي عام 2016 تمكن الفريق من العثور على طريقة بسيطة لتصنيع رقاقة متجانسة وعالية الدقة باستخدام الأنابيب النانوية، وقد أدى هذا الاكتشاف إلى أن يفكر العلماء في استخدام الرقاقة لتوجيه الفوتونات الحرارية.

الفوتونات الحرارية هي مجرد فوتونات تنبعث من جسم ساخن، فإذا نظرت إلى جسم ساخن باستخدام كاميرا حرارية، سترى أن الجسم يتوهج، وهذا لأن الكاميرا تلتقط هذه الفوتونات المثارة حراريًا.

إن الأشعة تحت الحمراء هي أحد مكونات الضوء الصادر من الشمس التي تزود كوكبنا بالحرارة، ولكنها تمثل جزء صغير من الطيف الكهرومغناطيسي. مشكلة الإشعاع الحراري أن نطاقه عريض حيث أن له طول موجي كبير، في حين أن تحويل الضوء إلى كهرباء في الخلايا الشمسية لا يكون فعالًا إلا إذا كان الإشعاع في نطاق ضيق، لهذا لا نستفيد من الإشعاع الحراري في عملية إنتاج الكهرباء.

لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية، كان لابد من الإستفادة من الإشعاع الحراري المفقود، وذلك عن طريق ضغط الفوتونات الحرارية ذات النطاق العريض إلى نطاق ضيق، وهو ما مثل تحدي كبير للعلماء.

لضغط الفوتونات الحرارية إلى نطاق ضيق، استخدم العلماء رقائق الأنابيب النانوية، والتي سمحت لهم بعزل الفوتونات الحرارية -والتي كانت تهدر في الأحوال العادية- ثم امتصاصها وتحويلها إلى فوتونات ضيقة النطاق، يمكن إشعاعها مرة أخرى كضوء، ثم استخدام الضوء في إنتاج الكهرباء.

يمكننا أن نتخيل مدى أهمية هذه التقنية، والتي تعد بمثابة طفرة في مجال إنتاج الطاقة، فإذا نظرنا إلى إنتاج الطاقة في الصناعة سنجد أن 20% من الطاقة المنتجة يهدر في صورة إشعاع حراري لا يُستفاد منه، هذه الطاقة المهدرة تكفي لإمداد ولاية تكساس بالكهرباء لمدة ثلاث سنوات!

ومن ناحية أخرى فإن كفاءة تحويل الطاقة للوسائل المتبعة حاليًا في الحصول على الطاقة لا تتعدى 50%، لكن باستخدام هذا الجهاز في الخلايا الشمسية يمكننا رفع كفاءة تحويل الطاقة بها من 22% إلى 80% وهو شئ غير مسبوق!

بلا شك، فإن هذه التقنية تعد طفرة كبيرة، وسيكون لها تطبيقات كثيرة في الأجهزة التي تعتمد على الحرارة في توليد الكهرباء.

المصدر: Phys.org