كيف تؤثر المناطق الخضراء على صحتك النفسية، ومدى مساهمتها في زيادة رفاهية الفرد؟
كثيراً ما واجهتنا تحديات وصعوبات يومية تزيد الضغط النفسي للفرد؛ مؤثرة بالتالي على روتينه اليومي وحياته العملية. وفي هذا المقال سنوضح كيف تؤثر المناطق الخضراء في البيئة الحضرية على مواجهة المشاعر السلبية وتحسين صحتك النفسية.
في دراسة جديدة، وجد الباحثون أن المناطق الخضراء المتواجدة في وسط المدينة يمكن أن تحسِّن بشكل مباشر رفاهية السكان الحضريين. فضلاً عن ذلك، فالأشخاص الذين يعانون من عدم قدرة الدماغ على ضبط المشاعر السلبية يستفيدون إلى أقصى حد من المناطق الخضراء.
وقد أجري البحث ضمن دراسة متعددة التخصصات شارك فيها معهد Karlsruheللتكنولوجيا. فالمناطق الخضراء المجاورة ذات الأشجار والشجيرات والعشب الأخضر والأزهار تجعل الناس يشعرون بالرضى وليس فقط في حرارة الصيف.
فحص الفريق 33 مواطنا حضريا في الدراسة حيث تتراوح أعمارهم بين 18 و 28 عاما، طُلب منهم تقييم مزاجهم بهواتف ذكية مجهزة خصيصا نحو تسع مرات في اليوم لمدة أسبوع واحد.
وخلال هذه الفترة، تابع المشاركون روتينهم اليومي العادي. بعد ذلك، تم تحديد نسبة المناطق الخضراء في أحيائهم من خلال صور جوية واضحة وبمساعدة من وسائل المعلومات الجغرافية.
وفي الحالات التي كان فيها هؤلاء الأشخاص محاطين بمناطق خضراء أكثر في المدينة، تبين أنهم يتمتعون بقدر أكبر من الرفاهية.
وفي الخطوة الثانية، طُلب من 52 شاباً آخر تقييم مزاجهم في الحياة اليومية بالطريقة نفسها.
وبعد مرحلة التقييم التي دامت سبعة أيام، تم فحص هؤلاء المشاركين أيضاً باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. وتستخدم هذه الطريقة لتمثيل بعض وظائف الدماغ. وتبين أن نتائج المجموعة الثانية متناسقة مع نتائج الجولة الأولى.
يقول الفريق أنه كلما كبرت المساحات الخضراء في حي سكان المدن، كلما ازداد مستوى الرفاهية للأشخاص.
كما تبين أن الأشخاص الذين تفاعلوا بشكل إيجابي مع المناطق الخضراء ساعدهم الأمر في تقليل نشاط قشرة الفص الجبهي الدورسولتلاوي-dorsolateral prefrontal cortex. وهي منطقة في الدماغ لها وظيفة مركزية تتحكم في تدبير المشاعر السلبية والتجارب المجهدة.
وتشير هذه النتائج إلى أن المناطق الخضراء مهمة بشكل خاص للأشخاص الذين يعانون من مشاكل التغلب وضبط مشاعرهم السلبية ذاتياً.
ويمكن للمناطق الخضراء الموزعة بالتساوي في المدينة أن تطور إمكانيات كبيرة للوقاية من الأمراض النفسية، مثل الإكتئاب، إنفصام الشخصية، وإضطرابات القلق.
ويذكر أن الدراسة نشرت في مجلة Nature NeuroScience.
يدرك الكثير منكم كيف يمكن لتراكم الدهون في الشرايين أن يزيد من فرص الإصابة بمشاكل في القلب، ولكن الآن وجد العلماء أدلة مبكرة على أن نفس النوع من الانسداد يمكن أن يحدث في الرئتين ويؤدي إلى إنسداد الرئة بفعل الدهون الناتجة عن السمنة وقد يكون مرتبطًا بالربو.
حيث من المعروف بالفعل أن الأشخاص الذين يعانون من زيادة الوزن لديهم معدلات خطورة أعلى للإصابة بالربو. قبل الآن، كان يُعتقد أن الارتباط قد يكون ناتجًا عن ضغط إضافي على الرئتين، أو التهاب إضافي في الجسم. الآن هناك أدلة على أن الرواسب الدهنية قد تلعب دورًا أيضًا.
تفاصيل الدراسة:
باستخدام المواد التي تم جمعها من دراسة سابقة، نظر الباحثون في عينات أنسجة الرئة من 52 شخص متوفى: 15 لم يكن لديهم ربو مبلغ عنه، و21 لديهم ربو مبلغ عنه ولكنهم ماتوا بسبب شيء آخر، و16 توفوا بسبب الربو نفسه.
وبمساعدة الأصباغ لتسليط الضوء على هياكل مجرى الهواء، تم تحليل ما يقرب من 1400 عينة.
ما وجدوه كان مدهشًا حيث وجدوا دهون متراكمة (خلايا دهنية) في جدران مجرى الهواء. وما هو أكثر من ذلك، فإن مستوى الأنسجة الدهنية مرتبط بمؤشر كتلة الجسم (BMI) للفرد وهذا يعني أن زيادة الوزن تعني المزيد من الدهون.
ويقول عالم الفسيولوجيا بيتر نوبل من جامعة أستراليا الغربية:
“وجدنا أن الدهون الزائدة تتراكم في جدران مجرى الهواء حيث تشغل مساحة ويبدو أنها تزيد من الالتهابات داخل الرئتين. ونعتقد أن هذا يتسبب في زيادة سماكة الشعب الهوائية التي تحد من تدفق الهواء داخل وخارج الرئتين، وهذا قد يفسر جزئياً على الأقل زيادة في أعراض الربو.”
الحاجة إلى المزيد من الأبحاث:
إنها المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف رواسب دهنية في الرئتين، على الرغم من أنها تظهر في أعضاء أخرى إلى جانب القلب، بما في ذلك الكبد. وعلى الرغم من أن هذا لا يستبعد الافتراضات السابقة حول أن زيادة وزن تزيد فرص الإصابة بالربو، إلا أنه قد يكون عاملاً آخر في الاعتبار. يبدو أن الدهون تعمل بالفعل على تغيير بنية الشعب الهوائية وتزيد من الالتهاب، والذي يرتبط مرة أخرى بالربو.
إن الآلية الدقيقة التي تسبب ظهور الدهون في الشعب الهوائية ليست واضحة في الوقت الحالي وهذا شيء سيتعين عليه الانتظار للمجموعة التالية من البحوث. سيكون من المهم أيضًا إجراء الاختبارات على عدد أكبر من الأشخاص مقارنة بـ 52 المشاركين هنا.
السمنة وآثارها السلبية:
سؤال آخر هو ما إذا كان يمكن عكس التأثيرات مع فقدان الوزن – سواء مع ممارسة التمارين الرياضية بانتظام واتباع نظام غذائي صحي، فإن مستويات الدهون داخل الرئتين ستبدأ في الانخفاض مع انخفاض الوزن الكلي للشخص.
إن الأمر المؤكد هو أننا نحتاج إلى فهم أفضل للسمنة وآثارها، فضلاً عن طرق أفضل لمواجهتها، وبسرعة – بحلول عام 2025، يُقدر أن 18 بالمائة من الرجال و 21 بالمائة من النساء حول العالم سيتم تصنيفهم على أنهم يعانون من السمنة المفرطة. حيث قارنت إحدى الدراسات التي أجريت مؤخرًا السمنة بالأمراض المعدية، من خلال الطريقة التي يمكننا بها تقليد السلوكيات غير الصحية من الأشخاص حولنا.
ما تفعله آخر دراسة هو اقتراح سبب آخر يجعل الحفاظ على وزن صحي مهمًا للغاية حتى يعمل الجسم البشري بصورة سليمة. وكلما علمنا أكثر، كلما استطعنا الوصول إلى هدفنا.
ويقول تيري تروسترز، رئيس الجمعية الأوروبية للجهاز التنفسي، الذي لم يشارك في هذا البحث:
“هذا اكتشاف مهم للعلاقة بين وزن الجسم وأمراض الجهاز التنفسي لأنه يوضح كيف أن زيادة الوزن أو السمنة قد تزيد الأعراض سوءًا للأشخاص المصابين بالربو. هذا يتجاوز الملاحظة البسيطة التي يحتاجها المرضى الذين يعانون من السمنة في التنفس أكثر من خلال ممارسة الرياضة. إن الملاحظة تشير إلى تغييرات حقيقية في مجرى الهواء المرتبطة بالسمنة.”
تم نشر البحث في المجلة الأوروبية للجهاز التنفسي
الخاتمة:
هل تعتقدون أن إنسداد الرئة بفعل الدهون الناتجة عن السمنة يستدعي أن ننظر إلى السمنة كتهديد حقيقي؟
هل تحقق التدخلات الإنسانية للمنظمات الدولية النتائج المرجوّة منها؟
في ظل نشاط المنظمات الدولية بمناطق النزاع، يجيب العلم عمّا إذا كانت التدخلات الإنسانية لبعض المنظمات بتقديم برامج التكيّف لليافعين واليافعات، تجدي نفعها أم لا.
التدخل«Intervention» التي سنسلّط الضوء عليها اليوم هي من قبل منظمة «Mercy Corps»، وهي منظمة غير ربحية يقع مقرها الرئيسي في بورتلاند-أوريغون وتتبع لها مبادرة “Youth Take” أو بالعربيّة برنامج “نبادر”، الذي يأخذ على عاتقه تعليم إدارة الضغوط ومهارات العلاقات بين الفئات العمرية الحساسة من 11 وحتى 18عاماً ويستهدف على نحو خاصّ الأطفال المتضرّرين من النزاعات والحروب والكوارث الأخرى.
التدخلات الإنسانية مع اللاجئين
في سنة 2015، قُدّمت تسريحات معاصرة لما يقارب 800 يافع ويافعة في مخيّم شمال الأردن بغرض أخذ 100 خصلة شعر من رؤوسهم، نصفُهم كان لاجئون سوريون والنصفُ الآخر من سكان المنطقة الأردنيين. الغرض من الخصل هو الاستفادة منها مخبرياً لدراسة جدوى برنامج من تنسيق «نبادر»، صُمّم لزيادة تكيّف اليافعين في مرحلة ما بعد النزوح.
إنّ إيجاد الطرق لمساعدة هؤلاء الأطفال في الوقت الحالي أبدى من أي وقت مضى، فمن بين مئات ملايين الشباب الذين يعيشون في بلاد مزّقها النزاع المسلّح، تقريباً من 15 وحتى 20 بالمئة منهم قد تصيبهم اضطرابات ما بعد الصدمة (PTSD) واضطرابات نفسية وعقلية أخرى.
بمَ ستفيد الخصلات؟
شرحت دكتورة البيولوجيا الجزيئية «رنا دجاني» من جامعة الهاشمية في محافظة الزرقا للأطفال، أن هذه الخصل من الشعر تتصرف كموثّق بيولوجيّ لأيامهم، فالمواد الكيميائية المفرَزة داخل الشعر وأهمها الكورتيزول، توثّق مستويات الإجهاد الذي يعاني منه اليافعين، وسيتمّ قياس هذه المواد قبل وبعد مشاركتهم في برنامج صمّم لزيادة التأقلم لليافعين.
نقلت الخصلات التي أخذت من شعر اليافعين إلى مختبر في جامعة ويسترن اونتاريو في لندن، كندا. قام العلماء هناك بفحص العيّنات وقياس مستويات هرمون الإجهاد “الكورتيزول”، في حين قام علماء مساعدون في الأردن بمقابلة اليافعين والتحدّث معهم عن الصدمات السابقة التي تعرّضوا لها وعن الضغوط الحالية.
وخلال ذلك، أدلى السوريّون من اليافعين وسطياً ستة تجارب صادمة من مشاهد الحرب التي اختبروها، أغلبها مشاهدة إلقاء القنابل والتعرّض لتفتيش منازلهم عنوةً أو تدميرها.
كانت الدكتورة دجاني جزءاً من هذا الفريق المساعد واستمعت إلى قصص الأطقال المهولة، وتساءلت عندها عمّا إن كانت جلسات “نبادر”، المدعومة من قبل Mercy Corps والملخّصة بستّة عشر جلسة من التدريب النفسي لديها القدرة للتوصّل إلى هدف للمنظّمة وهو زيادة التكيف عن طريق تخفيف وطء الإجهاد على اليافعين، وتقوية العلاقات، وشفاء ندوب خلّفها النزاع.
مدى فعالية التدخلات الإنسانية
وهذا يضعنا أمام السؤال، هل العلاجات التي تسعى لتسهيل التأقلم للأطفال والمطوّرة منذ سبعينات القرن الماضي، تهدف لتعزيز الصحّة النفسيّة والعقليّة للأطفال بمساعدتهم على التماشي مع ظروف الحرب والتهجير؟ أم أنّها تسعى لمنع مضاعفات أعنف للصحّة العقليّة للأطفال؟
إن نتائج برامج التأقلم القليلة التي قيّمها العلماء تدلي بنتائج مختلطة، ففي عام 2016 نُشر مقال في «Current Psychiatry Reports» يظهر معلومات عن تطبيق 24 من برامج الصحة النفسيّة والعقليّة في تسع بلدان، من ضمنها البوسنة والهرسك، أوغندا ونيبال.على الرغم أن وجد الباحثون أثراً إيجابياً على الصحة النفسيّة إلا أن أقل من نصف هذه البرامج حقّقت الهدف المبتغى منها.
فكان من المثير أن بعض البرامج نجحت في دولة بينما لم تنجح في أخرى؛ كما يحدّث «Wiestse Tol» وهو أحد الناشرين لهذا المقال وباحث في الصحة العقليّة في جامعة جون هوبكنز:
“فعلى سبيل المثال، إنّ تعليم الضبط العاطفي لأطفال مجنّدين سابقاً في سييرا ليون حسّن من علاقاتهم الاجتماعيّة، بينما تطبيق برنامج مماثل على أطفال فلسطينيّين زاد من أعراض اضطرابات ما بعد الصدمة.”
وفي دراسة أقيمت في نيبال، ظهر أنّ الانخراط في حركة سياسيّة تحمي الحالة النفسيّة العقليّة بين أطفال مجنّدين سابقاً. وعلى النقيض من ذلك، ظهر أن الانخراط السياسي لأطفال البوسنة يعطي نتائج مناقضة.
فما هو السبب إذن وراء هذه النتائج المتنافرة؟
يجيب Tol، إن العوامل التي تدعم الصحة النفسية العقليّة في أحد المواقف قد تكون غير مفيدة بل قد تكون خطرة في موقفٍ آخر. ورغم هذه النتائج، إلّا أنّ منحى التعلّم مطمئِن، فالباحثون يظهرون لنا أنّ غرز التكيف بين اليافعين المتأثرين بالنزاعات هو ممكنٌ.
تقدّم لنا عالمة الانثروبولجي الطبيّة من جامعة ييل، كاثرين بانتر بريك، ثلاثة أبعاد للتأقلم هم: الشجاعة الذاتية، العلاقات مع الأسرة والأقران، و الدعم المجتمعيّ.
وإن مبادرة “نبادر” تركّز على تطبيق البعد الأوّل، فبين 2014 و 2016، اشترك أكثر من 4000 يافع يعاني من مضاعفات في الصحة العقليّة و تواصل ضعيف مع المجتمع في برامج مُدارة من قبل أفرع منظّمة Mercy Corps في الشرق الأوسط.
البرنامج المكثّف الذي طبّقتاه بانتر بريك ودجاني في الأردن استمرّ لشهرين، اجتمع خلالهما اليافعين مرتين أسبوعياً في مركز للشباب وساهموا بأنشطة جماعيّة من اختيارهم، منها ممارسة كرة القدم، الحياكة، وتصليح معدّات الحواسيب، تشجّع هذه الأنشطة الروابط الاجتماعيّة وتبني الثقة وتعزّز روح المنافسة.
كما تعلّم الأطفال على مدار الشهرين كيف للجهد المزمن أن يؤثّر على الدماغ، كضعف التحكّم في المشاعر. كما مارس المدربون مهارات تنمية العلاقات مع اليافعين، كالتعبير عن الوجدان والتعاطف.
نتائج معدّلات الكورتيزول المرتقبة
إذن ماحدث لمعدلات الكورتيزول قبل الاشتراك في علاجات التأقلم وبعدها؟
انخفضت معدلات الكورتيزول لمجموعة العلاجات لنحو الثلث، وفي مجموعة فرعية التي لديها إحصائياً مستويات أخف من الكورتيزول – وهي ظاهرة مرتبطة بارتفاع خطر الإصابة باضطراب ما بعد الصدمة- فإن إفراز الكورتيزول زاد بحوالي 60% وهو مؤشر إيجابي وصحّي. مما يظهر أن المشاركة في البرنامج كان أفضل من عدمه.
لقد احتفت Mercy Corps بهذه النتائج واعتبرتها نجاحاً، إلا أنّ دجاني وبانتر بريك كان لهما رأياً آخر، إذ لاحظوا فروقات على أرض الواقع:
رغم أن اليافعين أصبح لديهم مخاوف وضغوط أقل، لكن الدراسة لم تحقق تعريف التأقلم بشكله الدقيق، كما لم يظهر أن البرنامج قد مكّن من الدعم المجتمعي لدى اليافعين. أحد شكوك دجاني وبانتر بريك حول الموضوع أنّه من أسباب حدوث ذلك هو استمرار العلاجات لثمانية أسابيع فقط وتخصيصها لتحقيق بُعدٍ واحدٍ من أبعاد التأقلم وهو الشجاعة الذاتية، فكما تقول الدكتور دجاني: “تستطيع الذهاب كلّ يوم إلى مركز يقدّم برامج ممتازة لضمان التأقلم، لكن إن عدت وأمضيت بقية يومك مع ظروف حياة رهيبة لك ولعائلتك، فبمَ ينفع ذلك؟”
تقوم منظمات غير ربحية أخرى بتطبيق العلوم على علاجات التأقلم، ففي لبنان، قام فرع من المنظمة غير الربحية «War Child Holland» -الذي يساعد الأطفال الموجودين ضمن نطاقات النزاع- بتطوير ثلاثة مساعي تهدف للتأقلم وهي: برنامج للمهارات الحياتيّة، وبرنامج لتخفيف الضغط على الأهالي، وعلاجات للصحة النفسية من منظمة الصحة العالمية للاجئين السوريين.
الهدف الأسمى لهذه المنظمة هو إيجاد الطريقة الفضلى لدعم التأقلم في الأفراد، العائلة، والمجتمع دفعةً واحدة، وفق كلام مدير War Child Holland في امستردام، مارك جوردانز.
ثمّة عِبرٌ كثيرةٌ تتجلّى جرّاء العمل في مناطق النزاع، تختصرها الدكتور بريك-بانتر بقولها:” ليس الغرض من علاجات التأقلم هو إنقاذ الضحايا من العشواء التي يعيشون بها، بل إنّه عن إيجاد وتحديد مراكز القوة في اليافعين، التي بإطلاقها تقودهم إلى النجاة، وحتى إلى الازدهار، نحن نتكلّم عن إعادة تشكيل العدسات التي ترى بها العالم، لتخلق للناس شعوراً باحترامك لكراماتهم”.
الوقود الأحفوري: هو وقود يتم استعماله لإنتاج الطاقة الأحفورية، يستخرج من الفحم الحجري، والفحم النفطي الأسود، والغاز الطبيعي، ومن النفط، كما تستخرج أيضًا هذه المواد بدورها من باطن الأرض وتحترق في الهواء مع الأكسجين لإنتاج حرارة تستخدم في كافة الميادين.
أدى الاستهلاك البشري للوقود الأحفوري إلى زيادة انبعاثات ثنائي أكسيد الكربون على مستوى العالم، مما أدى إلى مشاكل خطيرة مرتبطة بارتفاع درجة حرارة الأرض وتغير المناخ والاحتباس الحراري.
على الرغم من أن الانبعاثات بدت وكأنها تتلاشى منذ عدة سنوات إلا أنها على ارتفاع مرة أخرى، فهناك الكثير من الطرق المتبعة حاليًا للتخفيف من هذه الانبعاثات ولكن تكمن العقبة في أن هذه الطرق تعتمد على الطاقة بدرجة كبيرة، انخفاض قدرة ثنائي أكسيد الكربون يزيد أيضًا من صعوبة التقاطه وتحويله بكفاءة عالية إلى مواد مفيدة، الأمر الذي دفع العلماء لبذل المزيد من الجهد والوقت لحل هذه المشكلة، بفضل العمل المستمر تكللت المساعي بالنجاح وتوصلوا إلى طريقة مبتكرة لمواجهة انبعاثات ثنائي أكسيد الكربون.
الطريقة المبتكرة حديثًا:
توصل العلماء بجامعة كيوتو إلى طريقة مبتكرة في محاولة لمواجهة الكميات الهائلة من ثنائي أكسيد الكربون الموجود في الهواء؛ من خلال تحويله إلى مادة مفيدة.
الجدير بالذكر أن هذه العملية تتم دون أن تستهلك الكثير من الطاقة، والأكثر من ذلك أن المواد الناتجة تكون قابلة لإعادة الاستخدام.
يقول سوسومو كيتاجاوا، كيميائي في جامعة كيوتو: “أحد أكثر الطرق إفادة لاحتجاز الكربون هو إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون إلى مواد كيميائية عالية القيمة، مثل الكربونات الدورية بحيث نستطيع استخدامها في الأدوية”.
PCP: وهو عبارة عن بوليمر تنسيق يسهل اختراقه«porous coordination polymer»، معروف أيضًا باسم MOF«إطار معدني عضوي-Metal-organi framework»، يتكون هذا البوليمر من أيونات الزنك المعدنية، أحد أهم ميزاته حسب ما وجد العلماء عن طريق استخدام التحليل الهيكلي للأشعة السينية أنه قادر على التقاط جزيئات ثاني أكسيد الكربون بشكل انتقائي وبكفاءة أعلى بمقدار 10 أضعاف من مركبات PCP الأخرى.
يقول كين إيتشي أوتاكي، الكيميائي بجامعة كيوتو من معهد علوم المواد الخلوية المتكامل (iCeMS): “لقد نجحنا في تصميم مادة مسامية لها تقارب كبير مع جزيئات ثنائي أكسيد الكربون ويمكنها تحويلها بسرعة وفعالية إلى مواد عضوية مفيدة”.
يحتوي البوليمر على مكون عضوي له بنية جزيئية تشبه المروحة، مع اقتراب جزيئات ثنائي أكسيد الكربون من الهيكل، وجد الباحثون أن الجزيء يدور ويعاد ترتيبه، لاحتجاز جزيئات الغاز.
مكون عضوي بهيكل يشبه المروحة.
ميزات PCP:
عندما تعيد الجزيئات ترتيب نفسها تحدث تغييرات طفيفة في القنوات الجزيئية داخل البوليمر، ونتيجةً لذلك يعمل البوليمر كمنخل يمكنه التعرف على الجزيئات حسب الحجم والشكل.
قابل لإعادة الاستخدام حتى مع عدم كفاية عملية التقاط الجزيئات ولو بعد 10 دورات.
يمكن للبوليمر تحويل جزيئات ثنائي أكسيد الكربون الملتقطة لصنع مادة «البولي يوريثين-polyurethane» وهي مادة لها مجموعة واسعة من التطبيقات، على سبيل المثال تستخدم في الملابس، والتعبئة، والأجهزة المنزلية وغيرها الكثير في مجالات متنوعة.
طرق أخرى تم تطويرها في وقت سابق:
قدمَ علماء من جامعة RMIT في أستراليا طريقة لتحويل ثنائي أكسيد الكربون إلى فحم، باستخدام تفاعل كيميائي يشمل السيريوم المعدني.
أيضًا تمكن فريق آخر من الباحثين، من جامعة رايس في الولايات المتحدة، من تطوير جهاز لتحويل ثنائي أكسيد الكربون إلى وقود سائل: في هذه العملية يكون البزموت المعدني هو المكون الرئيسي، وحامض الفورميك هو النتيجة النهائية، كل هذه الأفكار تحتاج إلى مزيد من البحث وتحتاج إلى العمل على نطاقات أكبر.
قد تصبح طريقة تحويل ثنائي أكسيد الكربون الجديدة مهمة جدًا بالنسبة لنا في المستقبل، لأسباب أقلها تحويل شيئًا ضار نوعًا ما لا نريده إلى شيء يفيدنا في مجالات متنوعة.
اندلعت مؤخراً حرائق غابات هائلة في لبنان وسوريا بعدة مناطق، بالإضافة إلى المناطق الزراعية؛ والتي أدت إلى مقتل وإصابة عدة أشخاص وخسائر مادية وبيئية كبيرة. وساهمت ارتفاع درجات الحرارة والرياح الشديدة دوراً كبيراً في امتداد النيران وتوسعها، في ظل عجز واضح من قبل فرق الدفاع المدني وفرق الإطفاء على الجانب السوري واللبناني. والحكومة اللبنانية تجري اتصالات مع دول مجاورة لطلب المساعدة في اخماد الحرائق.
أوضحت مديرية الدفاع المدني اللبنانية أن 104 حريقاً قد اندلع في لبنان منذ ليلة الاثنين. وقال المدير العام للدفاع المدني اللواء ريمون خطار:
لم يشهد لبنان شيئًا مماثلاً منذ عدة عقود، حيث وصلت الحرائق إلى المنازل والمؤسسات والغابات التي تضم تنوعاً بيولوجياً طبيعياً
ليلة الاثنين، اندلعت سلسلة من الحرائق في غابات جبال الشوف وشمال المتن في جبل لبنان، ووصلت إلى غابات زغرتا في الشمال. حاول رجال الإطفاء من الدفاع المدني إخماد النيران بشكل يائس، منتشرين طوال الليل بين منطقة وأخرى بسبب الرياح القوية. وبالتالي، كان على المدنيين التدخل لإطفاء الحرائق بأنفسهم، حيث لم تتمكن القوات الحكومية من الوصول إلى جميع المناطق المحترقة.
ومن مشرف – منطقة سكنية وهي الأكثر تضرراً – امتدت الحرائق باتجاه الدامور والضبية وكفرهم وكفر متى. والتهمت النيران عدة كيلومترات من مناطق الغابات، وغطى الدخان المنطقة بأكملها حتى ضواحي بيروت. قال خطار:
“تم نشر أكثر من 200 سيارة للدفاع المدني. كما أدت الحرائق الضخمة إلى انفجار 20 لغمًا بريًا، زرعت خلال الحرب الأهلية في مناطق تم إعلان حظرها”.
لبنان يطلب المساعدة لإخماد حرائق الغابات
طلب لبنان مساعدة عاجلة من قبرص التي أرسلت طائرتين. بعد اجتماع لجنة الاستجابة للكوارث، قالت وزيرة الداخلية راية الحسن:
وقعنا طلبًا للمساعدة من الدول المجاورة، واستجابت اليونان لطلبنا وستقوم بإرسال طائرة. كما عبر الأردن عن استعداده لإرسال المساعدة
وبعد الاجتماع، قال رئيس الوزراء اللبناني سعد الحريري:
إنها كارثة، نحن نعمل بجد، سترعى لجنة الإغاثة جميع الممتلكات التالفة، والشيء المهم الآن أنه لا توجد إصابات
إصابات بين المدنيين وفرق الإطفاء
صرح خطار وجود 5 إصابات طفيفة بين متطوعي الدفاع المدني؛ نتيجة النيران انفجار الألغام.
بينما ذكرت وكالة الأنباء الوطنية، أن المواطن سليم أبو مجاهد، 32 عاماً، توفي متأثرًا بنوبة قلبية بعد مساعدته في إطفاء الحرائق في بتاتر، جبل الشوف. وكان أبو مجاهد قد تعرض سابقا لزرع دعامة في قلبه.
أعلن الصليب الأحمر اللبناني عن إسعاف 72 شخصًا في المستشفيات الميدانية بين ليلة الاثنين وصباح الثلاثاء. ونقل البعض إلى المستشفى بينما كان آخرون يعانون من ضيق تنفس وحروق طفيفة.
فتحت الكنائس والمساجد وبعض الفنادق القريبة من المناطق المحترقة أبوابها للمتضررين. كما ساعدت قوات الدفاع المدني الفلسطينية في مخيم برج البراجنة في الضواحي الجنوبية لبيروت ومخيم عين الحلوة في جنوب لبنان على إخماد الحرائق. كما نشرت قوة الأمم المتحدة المؤقتة في لبنان مركبات لإخماد الحرائق.
عجز وتقصير وتبادل اتهامات
تبادل المسؤولون الحكوميون الاتهامات المتعلقة بثلاث طائرات هليكوبتر – متخصصة في مكافحة الحرائق – تم شراؤها بمساهمات مدنية في عام 2009، لكنها توقفت عن العمل منذ سنوات لأن الدولة لم تخصص الأموال لصيانتها.
وتساءل الوزير السابق فادي عبود، رئيس الرابطة الخضراء الدائمة التي اشترت المروحيات الثلاث، عن سبب عدم اللجوء إلى الأميركيين لتوفير لوازم الصيانة والتدريب الكافي للطيارين، بدلاً من طلب المساعدة من قبرص والدول الأخرى. وأضاف:
هذا إهمال خطير، لقد سخرت عامين من حياتي لشراء هذه المروحيات
حرائق سوريا
أما في سوريا، تعاونت فرق من مديرية الزراعة والإصلاح الزراعي مع لواء حريق اللاذقية والدفاع المدني وبدعم من كتائب مكافحة الحرائق من حماة وطرطوس على إخماد الحرائق التي اندلعت في ريف اللاذقية، التي انتشرت عند الفجر.
قال رئيس مديرية الزراعة منذر خيربيك:
تم فتح خطوط إطفاء جديدة لتقليل الأضرار وحماية الممتلكات. في غضون 24 ساعة، تمكن رجال الإطفاء من إخماد 17 حريقًا اندلعت في وقت واحد في جبلة والقرداحة، على الرغم من التضاريس التي يتعذر الوصول إليها والرياح الشرقية الشديدة
أعلن خيربك أن عضوين من الدفاع المدني قتلوا وإصابة آخرون.
وفي محافظة طرطوس، نشب أكثر من مئة حريق منذ الاثنين، وفق ما نقلت وكالة “سانا” عن المحافظ صفوان أبو سعدى الذي أشار إلى السيطرة على معظم الحرائق. ولفت إلى تزامنها مع موسم جني الزيتون.
أما في حمص، قامت فرق الإطفاء بالسيطرة على الحرائق، في المناطق الحرجية والزراعية في قرى وادي النصارى في ريف حمص الغربي، قرية الناصرة، والمشتى، والعين الباردة، وحبنمرة. وقال محافظ حمص طلال البرازي أن الأضرار اقتصرت على الماديات ولا سيما الأشجار في بعض المناطق الحرجية وشبكات الكهرباء التي تمر من هذه المنطقة الجبلية” ذات الطرق الوعرة.
مشاهد مرعبة
وتداول ناشطون على مواقع التواصل الاجتماعي صورا ومقاطع فيديو مرعبة للنيران التي أتت على مساحات واسعة مزروعة بالأشجار في سوريا ولبنان. هنا
وفقًا لإدارة الأرصاد الجوية في مديرية الطيران المدني اللبنانية، من المتوقع أن تهدأ درجات الحرارة بالأمطار اليوم.
اكتشف علماء نباتات قادرة على إتخاذ طريق مختصر نحو التطور عن طريق سرقة جينات من جيرانها، افترضت النتائج أن النباتات سارقة الجينات قادرة بصورة طبيعية على تعديل جيناتها لكسب ميزات تنافسية.
أهمية الاكتشاف
فهم آلية حدوث قد يتيح الفرصة للعلماء على تقليل خطر هروب الجينات من المحاصيل المعدلة وراثياً وبالتالي إمكانية انتاج «النباتات الخارقة »، تتم عملية هروب الجينات من النباتات المعدلة جينياً إلى النباتات البرية تحدث عند إنتقال الجينات للنباتات البرية جاعلةً إياها مقاومة للحشرات.
منذ داروين، جزء كبير من نظرية التطور بُنيَ على الأساس المشهور المعروف بالإنتقاء الطبيعي الذي يعمل على الجينات التي يتم تمريرها من جيل الآباء، لكن باحثون من قسم علم النبات والحيوان في جامعة شيفيلد وجدوا أن بعض النباتات قد كسرت هذه القاعدة.
التمرير الجانبي للجينات يسمح للكائن الحي بتجاوز بعض خطوات التطور والتقدم لبداية الصف عن طريق كسب جينات من أصناف بعيدة، يقول الدكتور «Luke Dunning» :
” هذه النباتات ببساطة تسرق الجينات وتتطور بخطوات مختصرة، إنها تعمل كالإسفنجة حيث أنها تمتص المعلومات الجينية من جيرانها، وتعيش في موطن عدائي بدون أن تضيع ملايين السنين التي تحتاجها بالعادة لتحصيل هذه التكيفات”.
يرى العلماء هذه النباتات ذات أهمية إقتصادية وبيئية كبيرة، وتتضمن العديد من المحاصيل الأكثر زراعة في العالم، مثل: القمح، الأرز، الذرة، السرغوم وقصب السكر.
الدراسة
نشرت الورقة البحثية في صحيفة Proceedings of The National Academy of Science
وضّحت الورقة الآلية التي قام العلماء من خلالها بإيجاد تسلسل وتجميع جينوم نبات Alloteropsis Semialata .
قارن العلماء جينوم Alloteropsis Semialata مع جينوم 150 نوع من المحاصيل كالأرز، الذرة والخيزران وحددوا الجينات التي أكتسبت جانبياً عن طريق مقارنة التشابهات في تسلسل الحمض النووي المكّون الأساسي لهذه الجينات.
يقول الدكتور Dunning :
” جمعنا عينات من نبات Alloteropsis Semialata من مناطق استوائية وأخرى شبه استوائية متوزعة بين قارة اسيا، افريقيا واستراليا لنتمكن بذلك من تتبع مكان وزمان حدوث الانتقال، الجينات المزيفة الإضافية تعطي المحاصيل ميزة إضافية وتساعدها على التكيف مع البيئة المحيطة، أظهر البحث كذلك أن هذا الإنتقال ليس مقتصراً على Alloteropsis Semialata بل تم تحديده في عدد كبير من أنواع المحاصيل الأخرى، ربما يساعدنا هذا البحث على إعادة النظر بكيفية التعامل مع تكنولوجيا التعديل الجيني بما ان المحاصيل استغلت عملية مشابهة بصورة طبيعية، إضافةً إلى ذلك، قد يساعدنا البحث في فهم الكيفية التي يستطيع الجين من خلالها الهرب من المحاصيل المعدلة وراثياً إلى الأنواع البرية أو غير معدلة. الخطوة القادمة ستكون في محاولة لفهم الآلية الحيوية التي تقف وراء هذه الظاهرة، وسنقوم بالعديد من التجارب والدراسات لمعرفة الإجابة. “
«معهد ماساتشوستس للتقنية- Massachusetts Institute of Technology» -يُعرف اختصارًا بـ MIT- قام بتطوير تقنية لاكتشاف سرطان الثدي حتى قبل 5 سنوات من حدوثه.
«سرطان الثدي-Breast cancer»
هو نوع من أنواع السرطان يظهر في أنسجة الثدي، من علاماته تغير في شكل الثدي، وظهور كتلة، تقشير الجلد، سائل قادم من الحلمة، حلمة مقلوبة حديثًا، بقع حمراء قد تكون متقشرة.
التشخيص والمعالجة:
هناك طريقتين للفحص يعدان الأكثر استخداماً، الأولى الفحص البدني للثدي من قبل مقدم الرعاية الصحية والثانية عن طريق جهاز الماموغرام (التصوير الشعاعي للثدي)، يمكن لهاتين الطريقتين أن تقدمان احتمال تقريبي ما إذا كانت الكتلة سرطانية أم لا؟
عادة ما يتم العلاج عن طريق الجراحة، والتي يمكن أن يتبعها العلاج الكيميائي أو العلاج الإشعاعي أو كليهما.
التقنية الحديثة والتي قد تُحدث ثورة في الكشف المبكر عن سرطان الثدي:
في مختبر علوم الحاسوب والذكاء الاصطناعي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قام الباحثون الأمريكيون بابتكار جهاز تم تدريبه لاكتشاف سرطان الثدي قبل حدوثه ب 5 سنوات وذلك من خلال تصوير الثدي بالأشعة السينية، وإدخال بيانات ومعلومات عن المريض.
يقوم الجهاز باستخدام التعلم العميق إتخاذ القرار وتحديد النتيجة، حتى الآن أظهرت النتائج دقة عالية.
لا يعتمد الجهاز في تشخيص السرطان على وضع الفرضيات ودراسة عوامل الخطر، كما أن الكشف الدوري للثدي يكون كل 3 أو 4 سنوات.
الفريق البحثي قام بتجربة الجهاز بإدخال أكثر من 90 ألف صورة تصوير ثدي بنتائجها -حصلوا عليها من حوالي 60 ألف مريضة بسرطان الثدي- تمكن الجهاز من اكتشاف أنماط خفية في أنسجة الثدي حيث تعتبر مقدمة للأورام الخبيثة، وكان من المستحيل ملاحظتها من قبل الأطباء البشريين.
نموذج يوضح القدرة على إكتشاف البؤرة التي ستتحول لسرطان، حوالي 4 سنوات قبل حدوثه ثم صورة بعد حدوثه.
بشكل عام، يهدف المشروع إلى مساعدة أخصائيي الرعاية الصحية على وضع برنامج الفحص الصحيح للأفراد والقضاء على النتائج المفاجئة للتشخيص المتأخر.
يأمل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن يتم استخدام هذه التقنية أيضًا لتحسين الكشف عن الأمراض الأخرى التي تعاني من مشكلات مماثلة مع نماذج المخاطر الحالية ذات الثغرات الكثيرة ودرجات الدقة المنخفضة.
كان هناك هدف سامٍ وراء ابتكار التقنية الحديثة، تُرى ما هو؟
مسألة التحيز الحسابي تمثل محور الكثير من الأبحاث الصناعية وحتى المنتجات الأحدث التي ستصدرها شركات التكنولوجيا التي تعمل على نشر الذكاء الاصطناعي في هذا المجال.
يلاحظ معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن النساء السود أكثر عرضة بنسبة 42 في المائة من النساء البيض للوفاة من سرطان الثدي، ويمكن أن يكون أحد العوامل المساهمة في ذلك هو عدم خدمتهن بتقنيات الكشف المبكر الحالية.
لذلك صمم الباحثون نموذجهم الخاص بحيث يكون الجهاز قادرًا على قراءة البيانات وإعطاء نتائج تضمن الدقة للنساء البيض والسود.
كان الهدف جعل تقييم المخاطر الصحية من هذه الطبيعة أكثر دقة للأقليات، الذين لا يتم تمثيلهم جيدًا في تطوير نماذج التعلم العميق.
من المحتمل جدًا أنك تقرأ هذا المقال في غرفتك مع وجود الإضاءة بجانبك. بالنسبة لمعظم الناس، تستلزم الحياة العصرية قضاء معظم اليوم في غرف مغلقة، جالسين مستغرقين في مجموعة من الإضاءات الاصطناعية والطبيعية. رغم أن الضوء الاصطناعي قد أتاح للبشرية إمكانيات لا تُحصى، فقد تسبب أيضًا في حدوث بعض الارتباكات في أجسامنا التي تطورت منذ آلاف السنين للاستجابة لمنبهات ضوء الشمس في النهار والظلام في الليل. تدعى هذه الاستجابة للضوء الطبيعي بدورة الساعة البيولوجية، تتأثر الساعة البيولوجية بشكل أساسي باستقبال الضوء، بالإضافة لدرجة الحرارة وغيرها من المحفزات التي تلعب أيضًا دورًا في هذه العملية.
توجد لدينا جميعًا ساعة طبيعية داخلية وهي جزء من الدماغ يسمى (ما تحت المهاد – hypothalamus) ومرتبطة بمستقبلات الضوء الموجودة في جميع أنحاء الجسم (مثل شبكية العين). هذه المستقبلات مسؤولة عن مزامنة الساعة الداخلية لدينا مع الضوء الذي نمتصه خلال اليوم. يعد فهم الدورة اليومية أمر ضروري، لأنه يؤثر على الجسم البشري ويؤثر على النوم والمزاج واليقظة والهضم والتحكم في درجة الحرارة وحتى عمليات تجديد الخلايا. تظهر الأبحاث أن وجود كمية كافية من الضوء يحسن مستويات الحالة المزاجية والطاقة، في حين أن الإضاءة السيئة تساهم في الاكتئاب وأوجه القصور الأخرى في الجسم. كما تؤثر كمية ونوع الإضاءة بشكل مباشر على التركيز والشهية والمزاج والعديد من جوانب الحياة اليومية.
ولكن كيف يمكن أن يكون لدينا دورة يومية صحية إذا قضينا معظم وقتنا في بيئات مغمورة بالضوء الصناعي؟ أو إذا كان آخر شيء نقوم به قبل النوم وأول شيء نفعله عندما نستيقظ هو فحص هواتفنا؟ كيف يمكن للمهندسين المعماريين استخدام الإضاءة لتعزيز الساعة البيولوجية الصحية، وبالتالي، جعل حياتنا صحية أكثر؟
يوصي الباحثون بمحاكاة دورات ضوء النهار الطبيعي باستخدام المصابيح الصناعية. حيث يُنصح باستخدام مصابيح أكثر إشراقًا وأقوى في الصباح وخلال النهار، في حين يُنصح باستخدام مصابيح خافتة لليل. يمكن أن تتسبب الإعدادات المعاكسة لذلك في إرباك إيقاع الساعة البيولوجية، أو تغيير مواعيد النوم لدينا، أو تؤدي إلى انخفاض طاقتنا طوال اليوم. أظهرت دراسة من جامعة تورنتو أهمية قوة الضوء في اتخاذ القرارات، حيث أظهرت أن الأضواء الساطعة تكثف من رد فعلنا العاطفي الأولي للمحفزات وأن آثاره يمكن أن تكون إيجابية وسلبية على حد سواء.
درجة حرارة الضوء
تؤثر درجة حرارة لون الضوء بشكل كبير على جسم الإنسان. وعادةً ما يتم تقديرها بالكلفن (K)، فكلما ارتفعت درجة حرارة الضوء، كان الضوء أكثر إشراقًا وبرودة ويميل للأزرق. في هذه الحالة، لا يشير “دافئ” و “بارد” إلى الحرارة المادية الفعلية للمصباح، ولكن إلى لون الضوء. الأنوار الدافئة تجعل البيئة تشعرك بمزيد من الترحيب والاسترخاء. في حين أن الأضواء الباردة تجعل البيئة أكثر تحفيزًا، فهي تجعلنا نشعر بمزيد من اليقظة والتركيز، ويمكن أن تزيد من مستويات الإنتاجية.
ويُعتقد أيضًا أن الضوء الأزرق يقلل من مستويات هرمون الميلاتونين المرتبط بالنوم، مما يجعلنا نشعر بمزيد من اليقظة. وتنبعث من خلال شاشات أجهزة الكمبيوتر والهاتف المحمول كثيرًا من الضوء الأزرق. بحيث يمكن لفحص البريد الإلكتروني الأخير قبل النوم أن يجعل نومنا أقل راحة. ولكن عند استخدام الضوء الأزرق البارد بذكاء، يمكن أن يكون مثاليًا للمساحات التي يحتاج فيها العقل إلى العمل بأقصى سرعة، مثل غرف الاجتماعات والمطابخ الصناعية وحتى المصانع، حيث يكون المتوقع التركيز العالي والانتباه.
تتوافق الإضاءات الصفراء مع فترة الغسق أو الفجر، وهي أوقات يكون فيها الجسم عمومًا أكثر استرخاءًا. هذا أمر منطقي، إذا اعتقدنا أنه حتى وقت قريب لم يكن يتعرض البشر لأضواء عالية الشدة في الليل، ولكن ببساطة كان الليل لضوء القمر والنار. ولذا تميل الإضاءة الضعيفة وغير المباشرة والدافئة إلى جعل البيئات أكثر هدوءًا وراحة. وعلى الرغم من أن ذلك قد لا يكون اختيارًا جيدًا لبيئة عمل تتطلب الكفاءة والإنتاجية، إلا أنه قد يكون مفيدًا جدًا لمطعم أو منطقة استراحة أو غرفة نوم.
الإضاءة الطبيعية
يتفق الخبراء على أن الاستفادة من أشعة الشمس أثناء النهار، وتجنب التعرض المباشر للضوء البارد أو الأزرق في وقت النوم. يمكن أن يحسن نوعية النوم ويؤثر إيجابًا على رفاهية الناس وإنتاجيتهم. وعلى الرغم من أنه من المستحيل التحكم في إضاءة جميع البيئات والفراغات التي نعيش بها، فإن إدراك تأثيرات الإضاءة على أجسامنا، يمكن أن يجعلنا نفكر مرتين في بعض الخيارات التي نتخذها بدون أي تردد، سواء كان ذلك شراء هذا المصباح الذي يوجد عليه تخفيض كبير، أو حتى مجرد التحقق من هاتفنا آخر مرة قبل النوم.
قد لا يبدو للوهلة الأولى أن هنالك صلة بين “الجراثيم الحية” و”علاج السرطان”، ولكن يبدو أن بعض الأحياء الدقيقة تملك قدرةً على إعاقة نمو الورم عندما تحقن داخله، وذلك وفقاً لبيانات قدمت للمؤتمر الدولي الرابع للعلاج المناعي للسرطان في 30 أيلول الماضي، والتي بينت استخدام حقن جرثومية داخل الأورام لعلاج بعض أنواع السرطان.
يبدو أن هذه الحقن تنشط استجابة مناعية تستهدف الورم. لا يزال هنالك أسئلة حول أمان هذه الطريقة. لكن بالنظر إلى عدد المرضى الذين تتطور لديهم مقاومة أو عدم استجابة لعلاجات السرطان الحالية، فإن هذه الحقن الجرثومية قد ولدت اهتماماً كافياً بكونها جزء من تجارب سريرية جديدة تجمع بين البكتريا والعلاج المناعي المعمول به.
يحمل البحث أصداء تجربة عمرها أكثر من قرن. في تسعينيات القرن التاسع عشر، بدأ عالم الأورام ويليام كولي بحقن مرضى السرطان المصابين بأورام غير قابلة لإجراء جراحي بمزيج من الجراثيم القاتلة. أبلغ كولي عن نجاح هذه الطريقة وتم بيع «سموم كولي – coley’s toxins» كعلاج للسرطان في الولايات المتحدة حتى الستينات. لكن أطباء آخرين شككوا في نتائج كولي، وتم تخطي هذا العلاج بواسطة العلاجات الكيميائية والشعاعية، والتي أصبحت معيارية في علاج السرطان.
قبل أربع سنوات، أشار فريق كبير من علماء السرطان إلى أن تطبيق حقن جرثومية داخل الأورام قد تكون وسيلة صالحة لعلاج السرطان. قاموا بنشر ورقة في مجلة «Science Translational Medicine» يصفون فيها كيف أن ستة كلاب من أصل ستة عشر كلباً مصاباً بأورام صلبة قد تقلصت الكتل الورمية لديهم أو حتى اختفت عند حقنها بنسخ حية من جراثيم «Clostridium novyi». في هذا التجربة، قام الفريق البحثي بإزالة الجينات المنتجة للسموم من البكتريا الحية. وبتشجيع من تجربة الكلاب، قامت المجموعة بعلاج امرأة تبلغ من العمر 53 عاماً مصابة بـ «ساركوما عضلية ملساء – leiomyosarcoma»، وهو شكل من السرطان الذي يبدأ في العضلات الملساء. تقلّص ورمها أيضاً، رغم أنها سعت بعد ذلك إلى علاج أخر.
هذه المريضة هي الآن الأولى من بين الكثيرين. في عمل سريري إضافي بقيادة عالم الأورام الطبي فيليب جانكو في مركز أندرسون للسرطان بجامعة تكساس في هيوستن، والذي كان جزءاً من الفريق العلمي قبل أربع سنوات، 23 مريضاً يعانون من ساركوما متقدمة أو أورام صلبة أخرى تتراوح من سرطان الثدي إلى سرطان الجلد، حصلوا على حقنة واحدة في أورمهم تحتوي من 10,000 إلى 3 ملايين من أبواغ – وهي شكل خامد من الجراثيم- الكلوستريديوم. فوجئ الفريق البحثي بالتأثيرات المضادة للأورام لهذه الجراثيم. 19 مريضاً، بمن فيهم المرأة الأولى، كانت سرطاناتهم مستقرة، مما يعني أن أورامهم لم تستمر في النمو بعد العلاج.
قال جانكو: “بالرغم من أن الحقن كانت موضعية، إلا أن الجراثيم في بعض الأحيان قللت من نمو الأورام في أماكن أخرى من الجسم كما يظهر التصوير”.
قد تؤدي الاستجابة الالتهابية للأبواغ إلى توليد النشاط المناعي المقاوم للسرطان، كما يتكهن هو وزملاؤه في الفريق. رأى الباحثون في 11 مريضاً أدلة -حمى، ألم، تورم في موضع الحقن- على أن الأبواغ الجرثومية قد نمت، وهذه هي العملية التي تستأنف بها الجراثيم الخامدة تكاثرها النشط.
كانت الاستراتيجية جديدة إلى درجة أن العلماء لم يكونوا متأكدين من أهمية الجرعة، خاصة وأنهم كانوا يأملون بأن تصبح الأبواغ نشطة دفعة واحدة داخل الورم. تبين أن عدد الجراثيم التي تم حقنها كان من اعتبارات السلامة الرئيسية، حيث أن المريضان اللذان تلقيا أعلى جرعة من 6 جرعات تطورت لديهما حالة «غرغرينا gangrene» و«إنتان دم sepsis»، وهي حالة مهددة للحياة.
قال جانكو: “لم نقم بالتعمق في الآليات”. الجراثيم الغير متبوغة حررت أنزيمات متنوعة كانت قادرة على تحطيم الخلايا الورمية، وتماماً كأي غازٍ، حرضت الجهاز المناعي على الدخول في حالة التهابية والتي ربما تستهدف الكتل السرطانية أيضاً. لكن التفاصيل لا تزال غامضة.
العثور على سلاح جديد ضد مقاومة المضادات الحيوية حيث تم اكتشاف مضاد حيوي جديد تمامًا في تربة الغابات الاستوائية المطيرة، ويمكن أن تجعله خصائصه الفريدة جذابًا للاستخدام في الزراعة. حيث أن المركب المعروف باسم (phazolicin)، كان مركبًا غير معروف سابقًا معزولًا في أعماق الغابات الاستوائية في لوي توكستلاس بالمكسيك.
ويقول كونستانتين سيفيرينوف، عالم الأحياء الجزيئي والكيمياء الحيوية في جامعة روتجرز – نيو برونزويك:
“مقاومة المضادات الحيوية مشكلة كبيرة في كل من الطب والزراعة ، والبحث المستمر عن مضادات حيوية جديدة أمر مهم للغاية لأنه قد يؤدي إلى عوامل مضادة للبكتيريا في المستقبل”.
أين وجد وكيف يعمل:
وجدت في العقيدات الجذرية للفاصوليا البرية (Phaseolus vulgaris)، ويتم إنتاج هذا المضاد الحيوي غير العادي من قبل بكتيريا التربة التكافلية التي تحدد النيتروجين للنبات وتبقي الميكروبات الضارة بعيدة.
وينتمي الميكروب التكافلي المذكور إلى جنس (Rhizobium) من البكتيريا، التي تشكل عقيدات على جذور نبات الفول. خلافا لغيرها من (Rhizobium)، فإن هذه البكتريا المعينة تنتج «الفازوليسين-phazolicin» أيضًا.
إن المضاد الحيوي فازوليسين هو فئة من الببتيد يتم إنتاجه في الريبوسوم، وهو جزء من مجموعة متنوعة من المنتجات الطبيعية مع مجموعة متنوعة من الاستخدامات البيولوجية التي بدأنا في اكتشافها.
يقول المؤلفون:
“حتى مع وجود عشرات من تسلسلات الجينوم الكاملة ، فإن عدد المنتجات الطبيعية الريزوبية التي كانت تتميز حتى الآن لا يزال صغيراً للغاية مقارنة بالمجموعات المثمرة مثل «البكتيريا الشعاوية- Actinobacteria» أو «البكتيريا المعوية- Enterobacteriales»”.
نتائج مبهرة:
باستخدام الكمبيوتر والتحليل المعلوماتي الحيوي، قرر الفريق البحث عن أي مجموعات جينية للمنتجات الطبيعية داخل جينوم بكتيريا الفاصوليا البرية، وهو ما جعل بحثهم يصل إلى الفازوليسين.
لم يقتصر الأمر على مهاجمة هذه المضادات الحيوية لمجموعة متنوعة من الخلايا البكتيرية، فقد وجد الباحثون أيضًا أنها يمكن أن تدخل البكتيريا وترتبط بالريبوزومات الخاصة بالبكتيريا، حيث تعبث بقدرتها على تخليق البروتينات.و هذه المضادات الحيوية هي فقط الببتيد الثاني المعروف الذي يمكنه القيام بذلك.
وخلص الباحثون إلى أن تنوع أنماط العمل هذه، وهو أمر لم يسبق له مثيل بالنسبة للببتيدات التي تشترك في ميزات كيميائية شائعة، يجعل [هذه الببتيدات الريبوسومية] مجموعة ذات أهمية خاصة للبحث عن مضادات حيوية جديدة.
استخدامات زراعية:
علاوة على خصائصه المضادة للمضادات الحيوية المحتملة، يعتقد الباحثون أنه يمكن أيضًا الاستفادة من المركب لمساعدة النباتات مباشرةً.
يقول سيفيرينوف:
“نأمل أن نظهر أن البكتيريا يمكن أن تستخدم كبروبيوتيك للنبات لأن الفازوليسين سيمنع البكتيريا الأخرى التي يحتمل أن تكون ضارة من النمو في نظام جذر النباتات ذات الأهمية الزراعية.”
مثل البروبيوتيك البشري، يتطلب بروبيوتيك التربة خلط الميكروبات “الجيدة” في الأسمدة، حتى يتمكنوا من حماية البقوليات مثل الفول والبازلاء والحمص والعدس والفول السوداني وفول الصويا من البكتيريا الضارة، مما يسمح لهم بالازدهار.
باستخدام هذه الطريقة ، يمكن أن يساعدنا الببتيد الجديد في يوم من الأيام على زراعة الطعام بشكل أكثر استدامة ، مما يزيد من إنتاجية البقول وقدرتها على مقاومة الآفات.
تم نشر هذا البحث في مجلة Nature Communications.
الخلاصة:
هل تعتقد عزيزي القاريء أن العثور على سلاح جديد ضد مقاومة المضادات الحيوية يعطينا أملًا في القضاء على البكتيريا المستعصية؟
بطاريات الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019 ، كيف تعمل؟ وما أهميتها في حياتنا؟
بطاريات الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019 حولك في كل مكان، في هاتفك النقّال وفي سيارتك وفي حاسوبك المحمول وغيرها من الأجهزة التي لا تُلزمك الإلتصاق بجانب قابس الكهرباء كي تبقى حية، في هذا المقال سنأخذكم معنا في جولة إلى عالم البطاريات وتطورها لتعرف كيف تعمل؟ وما أهميتها في حياتنا؟ وصولا إلى بطاريات الليثيوم التي كانت سببا لنيل جائزة نوبل في الكيمياء عام 2019.
بطارية الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019 المستخدمة في حياتنا يوميًا
مبدأ عمل البطارية بوجه عام
تحتوي البطارية على عدد من الخلايا والتي تتكون من قطبان موصولان بدارة كهربائية ويفصل بين القطبين محلول أيوني يحوي أيونات موجبة وسالبة، كما يفصل بين القطبان حاجز يمنع تكون دارة كهربائية قصيرة. تبدأ عملية الشحن بأكسدة القطب السالب والذي يعرف بـ«الأنود»، مما يؤدي إلى حركة الألكترون خلال الدارة بإتجاه القطب الموجب المسمى «كاثودا» فيختزل الإلكترون القادم من الدارة، وتعتمد فولتية البطارية على مقدار فرق الجهد بين القطبين وتتم كامل العملية بصورة لحظية أما عملية إعادة الشحن فتتم بصورة عكسية غير لحظية وتحتاج إلى مصدر كهربائي خارجي.
بدايات بطاريات الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019
أولى البطاريات ظهوراً هي البطارية الفولتية والتي يمثل فيها عنصر «الزنك» الأنود الذي ينتج الإلكترون للدارة، على الجهة المقابلة يقف كاثود النحاس معتمدا على الظروف المحيطة، ففي جوٍ مليء بالأكسجين يتأكسد النحاس جزئيًا إلى CuO ومن ثم يختزل إلى «النحاس» الحُر مجددًا. أما في غياب الأكسجين يُختزل البروتون الموجود في المحلول الأيوني إلى الهيدروجين على سطح النحاس وتصل فولتية البطارية ما بين 0,8 – 1,1 إعتمادًا على المحيط، كما أن هذه البطارية غير قابلة لإعادة الشحن.
بطاريات (الرصاص-الحمض) المستخدمة كبطارية ابتدائية للسيارات تتشابه إلى حدٍ كبير مع البطارية الفولتية، لكنها تختلف عنها في خاصية إعادة الشحن، نذكر أيضا بطارية «النيكل- الحديد» وبطارية «النيكل-الكادميوم» والتي تعتبر أسلافًا لبطارية «النيكل-الهيدرايد الفلزي».
الليثيوم
تم اكتشاف عنصر الليثيوم عام 1817، بعدده الذري 3، وبكثافته التي لا تتجاوز 0,53 جم/مل ويعد أخف عنصر فلزي كما أنه يمتلك جهد اختزال معياري منخفض، مما يجعله مرشحًا قويًا مناسبًا لخلايا البطاريات عالية الفولتية ومرتفعة الكثافة، وبما أنه عنصر نشط سريع التفاعل، فهو ما يستوجب حمايته وعدم تعريضه للهواء.
عنصر الليثيوم وأيونه الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019
تخلل الكاثود
نظرا لأن مرشحنا وعنصرنا النشط قد استحوذ على إعجاب العلماء حيث نصبوه أنودًا، اتجهت الأنظار وقتها لإيجاد كاثود مناسب يحقق جهد فولتي عالي، وقد وقع الإختيار على «TiS2» حيث أثبت هذا المركب قدرته على إحتواء الكترون الليثيوم. فالترتيب الصفائحي لمركب TiS2 وبينها أيونات الليثيوم، سمح لها بالتخلل، كما قدم العالم «والتر رودف-Walter Rudoff» التخلل الكيميائي في الأمونيا السائلة منتجًا «Li(0.6)/TiS2»، لكن الثورة الحقيقية كانت عندما استطاع «إم ستانلي وايتيجتون-M.Stanely Whittington» و «فريد جامبل-Fred Gamble» إيضاح أن عملية التخلل تتم ضمن الصيغة «Li(x)TiS2» حيث x أكبر من صفر وأقل أو تساوي واحد. هذه المادة كانت نظير «CdI(2)-NiAs» وأيونات الليثيوم وهذا بدوره حفز وايتنجون لإكتشاف التخلل الكهروكيميائي في هذه المواد، ومع بداية 1973 قدّم هذه المواد كأقطاب في البطاريات.
خلية بطاريات الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019
خلية البطارية مكونة من عنصر الليثيوم كـ أنود و«TiS2» كـ كاثود و«LiPF6» كمحلول أيوني مُذاب في «كربونات البروبيلين-Propylene carbonate» القوة المُحركة الكهربائية للخلية تقترب من 2.5 فولت وتظهر كثافة التيار الأساسي قريبة من ١٠ مترأمبير لكل سم مربع وهذا يعطينا: «(XLi + TiS(4) – → Li(x)TiS(2» ويستمر التفاعل بتخلل أيونات الليثيوم في شبكة «TiS2».
عملياً:
يتم خلط بودرة TiS2 مع «التفلون-Teflon» وترتبط مع داعم معدني مُحاط بفلز بولي بروبالين ومعدن الليثيوم. ولزيادة مرونة الدارة وحركتها بنسبة ١١٠٠ مرة أكبر، يتم غمس خليط من «تيتراهيدروفيوران-Tetrahydrofuran» و «Dimethoxyethane» يحوي على «LiClO 4».
المشكلة التي نسعى لحلها الآن هي حماية الليثيوم وتقليل تفاعله مع الجو، حيث أنه تم العثور على زوائد شجرية تكونت على سطح الخلية لها القدرة على اختراق الطبقة العازلة والوصول إلى القطب الآخر وبالتالي تكون دارة قصيرة أدت إلى انفجارات.
تكوين زوائد وشجيرات الليثيوم التي تتسبب في الدارة القصيرة
الحل أتى في نهاية عام 1979:
على يد «جون جودنوف-John B.Goodenough» وزملائه في جامعة أكسفورد الفائزون بنوبل الكيمياء 2019 وفقًا لبيان اللجنة العلمية لنوبل ، حيث وجد أن «Li(x)CoO» وهو مركب نظير «Li(x)TiS 2» من الممكن أن يعمل كـ «كاثود» لكن بدون توسع الشبكة حيث أن عنصر صغير سالب الشحنة كالأكسجين الذي سيأخذ الأيون الموجب بعملية مصحوبة بتغير أكبر في الطاقة الحرة السالبة وبفولتية أعلى كما أنه سيُتاح لأيونات الليثيوم حركة كافية في شبكات الأكسجين المغلفة المُغلقة، وقد تحقق ذلك مع فرق جهد وصل 5,4 فولت.
بطاريات الليثيوم المعتمدة على الـ LixCoO2
الثورة الثالثة في عالم البطاريات:
تمت في عام 1985 على يد مجموعة بقيادة «اكيرا يوشين- Akira Yoshin» حيث لجأ إلى مركبات الفحم البترولية المستقرة، تتكون هذه المادة من خليط كريستالي وغير كريستالي، وبإستخدام درجة كريستالية محددة ومستقرة بحيث تشكل المنطقة المحيطة حماية للجزء الكريستالي، فاستطاعت أيونات الليثيوم وبشكل متكرر التخلل في هذه المواد. طوّر يوشين بطارية الليثيوم إعتمادًا على ترتيب إنتقال الأيون في الخلية، واستخدم الكربون كـ «أنود» و«Li(x)CoO 2» ك «كاثود»، وتتألف الطبقة العازلة من البولي ايثلين أو بولي بروبولين، والمحلول الأيوني عبارة عن «LiClO 4» المُذاب في كربونات البروبولين. هذه التطورات أدت إلى إنتاج بطاريات الليثيوم تجاريا عام 1991 بفولتية تصل إلى 4.1 و بكثافة طاقة أقتربت من 200 وات لكل لتر، واتضح أن أدخال الجرافيت مع المكونات الأيونية المناسبة بدوره قد يوصل الفولتية إلى 4.2 وبطاقة تقترب من 400 وات لكل لتر.
انتقال أيون الليثيوم داخل بطاريات الليثيوم وتعديلاتها
(1) Volta, A. On the Electricity Excited by the Mere Contact of Conducting Substances of Different
Kinds. Philos. Trans. Royal Soc. 1800, 90, 403–431.
(2) Planté, G. Nouvelle Pile Secondaire d’une Grande Puissance. Comptes Rendus Acad. Sci.
1860.
(3) Planté, G. The Storage of Electrical Energy: And Researches in the Effects Created by
Currents Combining Quantity with High Tension; London: Whittaker, 1887.
(4) Placke, T.; Kloepsch, R.; Dühnen, S.; Winter, M. Lithium Ion, Lithium Metal, and Alternative
Rechargeable Battery Technologies: The Odyssey for High Energy Density. J. Solid State
Electrochem. 2017, 21 (7), 1939–1964.
(5) Munro, J. Pioneers of Electricity; or, Short Lives of the Great Electricians; London: The
Religious Tract Society, 1890.
(6) Sinsteden, W. J. Versuche über den Grad der Continuität und die Stärke des Stroms eines
grössern magneto-elektrischen Rotations. Ann. Phys. Chem. 1854, 92, 1–21.
(7) Gautherot, N. Sur le galvanisme. Ann. Chim. 1801, 39, 203–210.
(8) Jungner, E. W. Sätt att på elektrolytisk väg förstora ytan af sådana metaller, hvilkas
syreföreningar äro kemiskt olösliga i alkaliska lösningar. Swedish patent no. 15567, 1901.
(9) Jungner, E. W. Primärt eller sekundärt elektriskt element. Swedish patent no. 10177, 1899.
(10) Edison, T. A. Reversible Galvanic Battery. US patent no. 692,507, 1902.
(11) Arfwedson, J. A. Untersuchung einiger bei der Eisen-Grube von Utö vorkommenden Fossilien
und von einem darin gefundenen neuen feuerfesten Alkali. J. Chem. Phys. 1818, 22, 93–117.
(12) Berzelius, J. J. Ein neues mineralisches Alkali und ein neues Metall. J. Chem. Phys. 1817, 21,
44–48.
(13) Glaize, C.; Genié, S. Lithium Batteries and Other Electrochemical Storage Systems; ISTE
Ltd., 2013.
(14) Lewis, G. N.; Keyes, F. G. The Potential of the Lithium Electrode. J. Am. Chem. Soc. 1913,
35, 340–344.
(15) Harris, W. S. Electrochemical Studies in Cyclic Esters; PhD thesis, University of California,
Berkeley, 1958.
(16) Yao, Y.-F. Y.; Kummer, J. T. Ion Exchange Properties of and Rates of Ionic Diffusion in BetaAlumina. J. Inorg. Nucl. Chem. 1967, 29 (9), 2453–2475.
(17) Kummer, J. T.; Neill, W. Thermo-Electric Generator. US patent No. 3,458,356, 1969.
(18) Newman, J. Transport in Electrolytic Solutions. Adv. Electrochem. Electrochem. Eng. 1967,
5, 87–135.
(19) Whittingham, M. S. Chemistry of Intercalation Compounds: Metal Guests in Chalcogenide
Hosts. Prog. Solid State Chem. 1978, 12 (1), 41–99.
(20) Rüdorff, W. Chimia 1965, 19, 489.
(21) Bichon, J.; Danot, M.; Rouxel, J. Systematique Structurale Pour Les Series d’intercalaires
Mxtis2 (M= Li, Na, K, Rb, Cs). Comptes Rendus Acad. Sci., Ser. C, Sci. Chim. 1973, 276, 1283–
1286.
(22) Whittingham, M. S.; Gamble, F. R. The Lithium Intercalates of the Transition Metal
Dichalcogenides. Mater. Res. Bull. 1975, 10 (5), 363–371.
(23) Whittingham, M. S. Electrointercalation in Transition-Metal Disulphides. J. Chem. Soc.,
Chem. Commun. 1974, 328–329.
(24) Whittingham, M. S. Batterie à Base de Chalcogénures. Belgian patent no. 819672, 1975.
(25) Whittingham, M. S. Electrical Energy Storage and Intercalation Chemistry. Science 1976,
192 (4244), 1126–1127.
(26) Whittingham, M. S. History, Evolution, and Future Status of Energy Storage. Proc. IEEE
2012, 100, 1518–1534.
(27) Armand, M. B. Intercalation Electrodes. In Materials for Advanced Batteries. NATO Conf.
Ser. (VI Mater. Sci.); Murphy, D. W., Broadhead, J., Steele, B. C. H., Eds.; Springer, Boston, MA,
1980, 2, 145–161.
(28) Armand, M.; Touzain, P. Graphite Intercalation Compounds as Cathode Materials. Mater.
Sci. Eng. 1977, 31, 319–329.
(29) Rüdorff, W.; Hofmann, U. Über Graphitsalze. Z. Anorg. Allg. Chem. 1938, 238, 1–50.
(30) Schafhaeutl, C. Über die Verbindungen des Kohlenstoffes mit Silicium, Eisen und anderen
Metallen, welche die verschiedenen Gallungen von Roheisen, Stahl und Schmiedeeisen bilden. J.
Prakt. Chem. 1840, 3, 129.
(31) Fredenhagen, K.; Cadenbach, G. Die Bindung von Kalium durch Kohlenstoff. Z. Anorg. Allg.
Chem. 1926, 158, 249.
(32) Goodenough, J. B.; Mizushima, K. Fast Ion Conductors. US patent no. 4,357,215, 1982.
(33) Mizushima, K.; Jones, P. C.; Wiseman, P. J.; Goodenough, J. B. LixCoO2 (0<x<-1): A New
Cathode Material for Batteries of High Energy Density. Mater. Res. Bull. 1980, 15 (6), 783–789.
(34) Yoshino, A.; Sanechika, K.; Nakajima, T. Secondary Battery. US patent no. 4,668,595, May
26, 1987.
(35) Yoshino, A.; Sanechika, K.; Nakajima, T. Japanese patent no. 1989293, 1985.
(36) Yoshino, A. The Birth of the Lithium-Ion Battery. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5798–
5800.
(37) Nishi, Y. The Development of Lithium Ion Secondary Batteries. Chem. Rec. 2001, 1, 406–
413.
(38) Fong, R.; Sacken, U. von; Dahn, J. R. Studies of Lithium Intercalation into Carbons Using
Nonaqueous Electrochemical Cells. J. Electrochem. Soc. 1990, 137 (7), 2009–2013.
(39) Peled, E. The Electrochemical Behavior of Alkali and Alkaline Earth Metals in Nonaqueous
Battery SystemsThe Solid Electrolyte Interphase Model. J. Electrochem. Soc. 1979, 126 (12),
2047–2051.
(40) Padhi, A. K.; Nanjundaswami, K. S.; Goodenough, J. B. Phospho-Olivines as PositiveElectrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries. J. Electrochem. Soc. 1997, 144, 1188–
1194.
(41) Thackeray, M. M.; David, W. I. F.; Bruce, P. G.; Goodenough, J. B. Lithium Insertion into
Manganese Spinels. Mater. Res. Bull. 1983, 18, 461–472.
بطارية الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019 المستخدمة في حياتنا يوميًا
قررت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم أن تمنح جائزة نوبل الكيمياء 2019 إلى:
(جون ب. جودنوف- John B. Goodenough)
(ام. ستانلي ويتنغهام- M. Stanley Whittingham)
(اكيرا يوشينو-Akira Yoshino)
وذلك لتطويرهم بطاريات الليثيوم.
نبذة عن الفائزين بجائزة نوبل الكيمياء 2019
ستانلي ويتنغهام
ولد عام 1941 في بريطانيا وحصل على شهادة الدكتوراه عام 1968 من جامعة أوكسفورد، وعمل بروفيسور في جامعة بينغهامتون في الولايات المتحدة الأمريكية.
جون جودنوف
ولد عام 1922 في مدينة جينا في ألمانيا وحصل على شهادة الدكتوراه عام 1952 من جامعة شيكاغو بأمريكا، وشغل منصب رئيس كلية كوكريل الهندسية في جامعة تكساس.
اكيرا يوشينو
ولد عام 1948 في مدينة سويتو في اليابان وحصل على شهادة الدكتوراه عام 2005 من جامعة أوساكا اليابانية، كما حصل على الزمالة الفخرية من مؤسسة اساهي كاساي في طوكيو، وعمل بروفيسور في جامعة مياجو في اليابان.
بطاريات الليثيوم وسبب فوزها بجائزة نوبل الكيمياء 2019
بفضل هؤلاء العلماء تمكن العالم من صنع كل الأشياء التي يمكن إعادة شحنها، تُستخدم تلك البطاريات القوية في كل شيء بداية من الهواتف المحمولة وحتى أجهزة اللابتوب والأجهزة الكهربائية، أضف على ذلك قدرتها على تخزين كميات كبيرة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية، جاعلةً حلم الاستغناء عن الوقود الحفري ممكناً.
دور ستانلي ويتنغهام
بدأت فكرة صنع بطاريات الليثيوم أيون أثناء أزمة الوقود في السبعينيات، سعى وقتها العالم ستانلي ويتنغهام إلى تطوير تقنيات توفر طاقة بعيدة عن الوقود الحفري. فبدأ بحثه بدراسة المواد (فائقة التوصيل-Superconductors) وأكتشف حينها مادة غنية بالطاقة استخدمها في صنع قطب كاثود مبتكر في بطارية الليثيوم، تلك المادة كانت (ثنائي كبريتيد التيتانيوم – titanium disulfide) والتي – على المستوى الجزيئي – تمتلك مسافات بينية تستطيع استيعاب أيونات الليثيوم. أما قطب الأنود فقد استخدم ستانلي معدن الليثيوم في صنعه والذي يمتلك قدرة كبيرة على فقد الإلكترونات.
وبهذا أُنتجت أول بطارية بجهد عظيم يقدر ب 2 فولت، بالرغم كون معدن الليثيوم شديد التفاعل وكون البطارية قابلة للانفجار حينها.
دور جون جودنوف
جاء بعد ذلك دور العالم جون جودنوف، الذي تنبأ بإمكانية زيادة جهد بطارية الليثيوم بمجرد تبديل ثنائي كبريتيد المعدن بأوكسيد المعدن. وبعد بحث قدمه عام 1980، توصل إلى أن استخدام قطب كاثود مصنوع من أوكسيد الكوبالت مع أيونات الليثيوم ينتج بطارية بجهد يصل إلى 4 فولت، والذي كان اكتشاف جلل وقتها، جذب انتباه جميع الأوساط العلمية.
دور اكيرا يوشينو
باستخدام قطب الكاثود الذي طوره جودنوف، قام اكيرا يوشينو عام 1985بابتكار أول نسخة من بطاريات الليثيوم الآمنة التي يمكن استخدامها تجارياً. فبدلاً من استخدام الليثيوم النشط الغير آمن في قطب الأنود، قام باستخدام (فحم الكوك- petroleum coke) وهو مادة كربونية تملك نفس خصائص قطب الكاثود من حيث قدرتها على استيعاب أيونات الليثيوم.
تضافر جهود العلماء الثلاثة
وكانت نتيجة جهود العلماء الثلاثة بطارية قوية يمكن إعادة شحنها مئات المرات قبل أن يقل أداءها، فالشيء المميز في بطاريات الليثيوم أيون أن عملها لا يعتمد على تفاعل كيميائي يقوم بتدمير الأقطاب، لكن على انسياب أيونات الليثيوم ذهاباً وأياباً بين قطبي الكاثود والأنود.
وبدخول بطارية الليثيوم السوق التجاري عام 1991، حدثت ثورة في عالمنا وانفتح الطريق أمام غزو التقنيات اللاسلكية والطاقة الغير أحفورية حياتنا.
بدايةً دعونا نتفق متابعونا وأصدقاؤنا أننا هنا لا نناقش وجهة النظر الدينية عن الموت والتي تتلخص برؤية هذا العالم على أنه مرحلة في حياة الإنسان والموت هو الطريق الذي يقودنا للمرحلة التالية، سنتحدث هنا عن وجهة نظر العلم وسنرى ما هي الإجابة التي يقدمها العلماء لسؤال ” لماذا نموت ” .
علمياً، الإجابة على هذا السؤال تتعلق بالأسباب التي ينظر إليها العلم والتي تقسم إلى أسباب تقريبية وأسباب جوهرية.
لنأخذ مثالاً نوضح فيه الفرق بين أنواع الأسباب هذه،
لماذا يبدو طعم السكر حلواً؟
الأسباب التقريبية
بسبب إحتواء اللسان على مستقبلات جزئية موجهة لإرسال إشارات لجزء معين من الدماغ مسؤول عن تحديد الحلاوة.
الأسباب الجوهرية
تخبرنا أن الطعام حلو المذاق نادر ومغذّي وبالتالي تطور لدينا هذا الاحساس لنستهلك كميات أكبر من المواد الحلوة المغذية.
التطبيق
والآن لنطبق الأسباب السابقة على سؤال ” لماذا نموت”؛
الاسباب التقريبية
ستظهر لنا إجابات كالسرطان وأمراض القلب وتصلب الشرايين.
الأسباب الجوهرية
يمكن تلخيصها بمبدئين،
المبدأ الأول
القانون الثاني لديناميكية الحرارة أو القصور الحراري الإنتروبي والذي ينص على أن كل شيء سينفد لا محالة وهذا يشمل أجسادنا والكون بأكمله، فلو أمتلكت قدرة التعمير للمالانهاية فلن تستيطيع ذلك فالكون بذاته سيموت بسبب إنتهاء الحرارة.
المبدأ الثاني
مبدأ الإنتقاء الطبيعي والذي دائما ما يقوم بتحليل الثمن والفوائد للموارد المحدودة والتي يتم صرفها على الكائنات الحية، ولذلك سيكون من الواضح تفضيل الرضع والأطفال ليتم الإعتناء بهم لحين وصولهم مرحلة البلوغ وبالتالي ضمان نقل الجينات للأجيال اللاحقة، لهذا على سبيل سنلاحظ أن سرعة تمايز وإنقسام الخلايا لدى الأطفال أكبر بكثير من البالغين، بالتالي فإن أي جرح صغير لدى الأطفال سيلتئم بسرعة أكبر من البالغين.
تقنياً، بعد وصول جيل لمرحلة البلوغ لن يكون هناك أي حاجة للجيل الذي سبقهم، من الممكن أن يكونوا أباء وأجداد جيدين، لكن بعد ذلك لا يوجد سبب منطقي لبقاء الأجداد واستهلاكهم للموارد القابلة للنفاد.
ربما تبدو هذه الفكرة غريبة لكن الطبيعة تعمل بسبب الإنتروبي وهي بحاجة لتوزيع الموارد بحكمة .
وكإجابة مختصرة، نحن نموت كي نسمح للأجيال اللاحقة بالعيش.
لطالما كانت التفاصيل هي كلمة السر للحل لطالما كانت الإجابة كامنة في مخبأ ليس في الطب فقط بل في كل العلوم وهذا ما حدث في علاقة قد يظن البعض أنها سهلة الفهم وهي علاقتنا بإكسير الحياة الشفاف الأوكسجين فها نحن نرى تسليم جائزة نوبل لعام 2019 لاكتشافات قوية عن العلاقة بين الجسم والأوكسجين وما نحن بصدد عرضه بين أيديكم عزيزي القاريئ هو شرح كامل لما يحدث في الجسم استجابة للأوكسجين. تعتمد كمية خلايا الدم الحمراء المصنعة وسرعة تصنيعها على سلسة من التفاعلات حيث تفرز الكلية هرمون «Erythropoieten» كاستجابة لنقص الأوكسجين تحت تأثير من بروتين «hypoxia inducible factor-1» نحن هنا يغمرنا الشوق لمعرفة تفاصيل تلك المواد وتفاعلها مع الأوكسجين.
هرمون «Erythropoieten»:
هو هرمون يتم إفرازه من كلٍ من الكلية بنسبة(85-90)% ،والكبد بنسبة (10-15)% مسؤول عن نضج خلايا الدم الحمراء في نخاع العظام ويزداد إفرازه في حالات نقص الأوكسجين «hypoxia» وذلك تحت تأثير من بروتين «hypoxia inducible factor-1» الذي يقوم بزيادة إنتاج الهرمون عن طريق التأثير على ترجمة الجين المسؤول عنه، ويقوم الهرمون بدوره بالتأثير على تكون خلايا الدم الحمراء عن طريق زيادتها عدداً ،وكذلك زيادة سرعة الانتقال بين المراحل المختلفة في تكوين الخلايا. عندما يتم إزالة الكليتين من شخص فإنه يعاني من أنيميا شديدة ذلك لإن النسبة المتبقية المفرزة من قبل الكبد تكفي فقط لتكوين ثلث إلي نصف خلايا الدم الحمراء المطلوبة من قبل الجسد. وبذلك يعتمد الجسم على نسبة ذلك الهرمون أشد الاعتماد، الذي بدوره يعتمد على كمية الأوكسجين الواصلة للأنسجة.
بروتين «Hypoxia inducible factor-1» :
1.وظيفته:
قد يكون أخطأ ظنك عزيزي القاريء معتقداً أن كلمة السر في تكوين خلايا الدم الحمراء هو هرمون «Erythropoieten» ولكن ذلك الهرمون ما هو إلى عاقبة من بعض أفعال بروتين صغير يسمى «Hypoxia inducible factor-1» ذلك البروتين له وظيفة قوية في الخلايا حيث أنه يؤثر على سرعة ترجمة الجينات فعُرفَ بإنه «transcription factor عنصر استنساخ» حيث أنه يؤثر فى الجينات المسؤولة المختصة بعملية علاج نقص الأوكسجين مثل تصنيع إوعية دموية جديدة «angiogenesis»، استخدام الجلوكوز لإنتاج الطاقة، تكاثر الخلايا، وكذلك موتها، وكذلك عمليات الأيض. بالإضافة إلى كل ما سبق فإنه يؤثر على إنتاج هرمون «Erythropoieten» لتجتمع كل ما سبق من وظائف في هدف واحد وهو علاج أزمة نقص الأوكسجين بأي شكل ممكن بأقل الخسائر.
2.تركيبه:
ذلك البروتين يتكون من جزئين مختلفين «heterodimer» حيث يتكون من تحت وحدة بيتا وتحت الوحدة ألفا. وهو من عائلة من البروتينات تسمى «Basic helix loop helix transcription factors» حيث أنها تحتوي على ترتيب معين من الأحماض الأمينية يسمح لها بالارتباط بالجينات، وبالتالي التأثير فيها تلك العائلة المتواجدة فى حقيقيات النواة من إنسان، وبنات وحيوان، وغيره. وهي المسؤولة عن الارتباط بجينات الحمض النووي والتأثير على ترجمتهم.
3. تأثير الأوكسجين:
لطالما كانت العلاقة بين كمية الأوكسجين ونسبة ذلك البروتين في الخلية مسألة بحث، ونقاش كبيرة حيث لوحظ أن كمية البروتين تقل مع زيادة الأوكسجين ولكن كيف يحدث ذلك؟!
الإجابة على هذا السؤال تتطلب معرفة مركبين بالغين الأهمية وهما «VHL» و « Proline hydroxylase-2 »
ما هو «VHL»؟
كلمة سر عمل الخلايا هي النظام والتحديد فمن انتهت وظيفته يموت! وللوصول لتحقيق ذلك المبدأ تطلب وجود بعض العضيات مثل «proteosome»المسؤولة عن التخلص من البروتينات منتهية الوظيفة وهذا بالضبط ما يحدث مع «Hypoxia inducible factor-1» ولكن كيف؟ تأتي كلمة السر المفضلة لدى الخلية وهي التحديد لتفرض نفسها خالقة طريقة منظمة ومحددة للتخلص من البروتينات منتهية الوظيفة وذلك عن طريق وصمها بمركب يسمي «Ubiquitin» الذي يعمل كإشارة بانتهاء حياة ذلك البروتين والمسؤول عن ذلك التأشير هى مركبات تسمى «Ubiquitin ligase» الذي يربط البروتين المرغوب في إعدامه بمركب «Ubiquitin». في الحقيقة عائلة «Ubiquitin ligases» كبيرة جدا متعدة الأفراد أحد أبرز أعضائها هو «VHL» -الذى يعتبر كابح لكثير من السرطانات- الذي يقوم بالدور السابق على أكمل وجه وأظهرت الأبحاث أنه من ضمن البروتينات التي يتفاعل معها مسبباً إعدامها هو صديقنا هنا «Hypoxia inducible factor-1» ولكن كيف أو متى يتم الارتباط؟ هنا يأتي الإنزيم «Proline hydroxylase-2» الذي يضيف مجموعة هيدروكسيل إلى أحماض أمينة اسمها «Proline»، وتتم تلك الإضافة تحديداً في تحت الوحدة ألفا ذلك التفاعل يعتمد بنسبة 100% على نسبة الأوكسجين الموجودة حيث في حالة توافر الأوكسجين يحدث ذلك التفاعل. بعد إتمام ذلك التفاعل يستطيع مركبنا «VHL» التعرف على «Hypoxia inducible factor-1» وتكملة سلسلة التفاعل حتى يتم تدميره.
تحكم الأكسجين في عملية التحلل لبروتين الـ HIF-1a
وبذلك عزيزي القارئ تكونت لديك فكرة كاملة عن كل المراحل الجزيئية التي يحدثها الجسم استجابةً الأوكسجين. والواجب ذكره أن بروتيننا العزيز «Hypoxia inducible factor-1» له جانب مظلم؛ فنظرا لقدرته القوية على التأثير على الكثير من الجينات تقوم خلايا السرطان باستغلاله حتى يصل الأوكسجين إلى الأجزاء فقيرة الأوكسجين من الورم، وكذلك قد ينتشر السرطان عن طريق ما يصنعه من أوعية دموية جديدة مما يعزز من قدرة السرطان المرضية التدميرية فما بين أيدينا من فهمٍ واعٍ للتفاصيل يجعل الأمل في علاج الكثير من الأمراض الفتاكة ليس بسرابٍ بل باحتمال قوي وارد الحدوث.
تكيف الخلايا مع الأكسجين يفوز بـ جائزة نوبل الطب 2019
بفضل العمل الرائد لهؤلاء الحائزين على جائزة نوبل، تعرفت البشرية على كيفية تنظيم مستويات الأكسجين المختلفة للعمليات الفسيولوجية الأساسية، فاستحق تكيف الخلايا مع الأكسجين أن يفوز بـ جائزة نوبل الطب 2019، ولكن ماذا حدث بالضبط؟ وما دور هؤلاء العلماء في الاكتشاف في نوبل الطب 2019 ؟ وما أهميته حقًا؟ سنتعرف في هذا المقال على آلية تكيف الخلايا مع تغير مستويات الأكسجين ونجيب على كل ما سبق من أسئلة تدور في بال متابعينا.
جائزة نوبل الطب 2019:
جاءت الاكتشافات الجوهرية التي قام بها الحاصلون على جائزة نوبل لعام 2019 عن واحدة من أهم آليات العمليات الأساسية في الحياة، فقد وضعوا حجر الأساس لفهمنا لكيفية تأثير مستويات الأكسجين على عملية الأيض الخلوية والوظيفة الفسيولوجية. أيضًا مهدت اكتشافاتهم الطريق لاستراتيجيات جديدة واعدة لمكافحة العديد من الأمراض مثل فقر الدم والسرطان وغيرهم.
تبدأ قصة هذا الاكتشاف بالعنصر الهام والمعروف والأساسي للحياة على الأرض، وهو الأكسجين. يشكل الأكسجين O2، حوالي خمس الغلاف الجوي للأرض، وهو ضروري للحياة؛ إذ يتم استخدامه بواسطة الميتوكوندريا الموجودة في جميع الخلايا الحية تقريبًا من أجل تحويل الغذاء إلى طاقة مفيدة. كل هذا معروف لكل طالب في المرحلة الابتدائية. إذن فما الجديد؟ وما الذي يستدعي منح جائزة كنوبل لهؤلاء العلماء؟
فوز ويليام جي كلين، غريغ سيمينزا، بيتر راتكليف بجائزة نوبل 2019 في الطب
قصة تكيف الخلايا مع الأكسجين و جائزة نوبل الطب 2019 تبدأ من 1931:
للقصة بداية قديمة، إذ كشف الباحث “أوتو واربرج”، الحائز على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب عام 1931، أن هذا التحويل (يقصد به تحويل الغذاء إلى طاقة مفيدة) هو عبارة عن عملية إنزيمية، ولاحقًا تم الكشف عن آليات تضمن توفير كمية كافية من الأكسجين للأنسجة والخلايا.
الاستجابة الفسيولوجية الأساسية لنقص الأكسجة تتمثل في ارتفاع مستويات هرمون EPO «الإريثروبويتين-Erythropoietin»، مما يؤدي إلى زيادة إنتاج خلايا الدم الحمراء (الكريات الحمر). من هنا، ظهرت أهمية السيطرة الهرمونية على الكريات الحمر والتي عُرفت بالفعل في بداية القرن العشرين، ولكن بقاء هذه العملية نفسها تحت سيطرة الأكسجين بقيت لغزًا سنكشفه لك عبر مقالنا.
كيف يتم تنظيم جين EPO؟
باستخدام الفئران المعدلة وراثيًا، عرض «جريج سيمينزا-Greg Semenza» قطع الـ DNA محددة تقع بجانب جين EPO تتجاوب مع نقص الأكسجين، فدرس «بيتر راتكليف» أيضًا التنظيم المعتمد على الأكسجين لجين EPO، ووجدت كلتا المجموعتين البحثيتين أن آلية استشعار الأكسجين كانت موجودة في جميع الأنسجة تقريبًا، وليس فقط في خلايا الكلى التي يتم فيها إنتاج EPO بشكل طبيعي. كانت هذه نتائج مهمة وتُبين أن الآلية كانت عامة ووظيفية في العديد من أنواع الخلايا المختلفة.
في خلايا الكبد المزروعة، اكتشف العالم سيمنزا مركب هام وهو مركّب بروتيني يرتبط بجزئ الحمض النووي بطريقة تعتمد على الأكسجين، ودعي هذا المركب باسم الـ(HIF) أو «العوامل المحفّزة لنقص الأكسجين-Hypoxia-inducible factors».
كيف مهدت أعمال العالم سيمينزا الطريق؟
بدأ سيمينزا جهود مكثفة في تنقية مُركّب الـ HIF لمعرفة ماهيته، وفي عام 1995، تمكن من نشر بعض النتائج الرئيسية، بما في ذلك تحديد الجينات التي ترمز بروتين الـ HIF. وتم معرفة مكونات بروتين الـ HIF بنجاح، فعرفنا أنه يتكون من بروتينين مختلفين مرتبطين بالحمض النووي، تمت تسميتهم بعوامل النسخ (HIF-1α و ARNT).
أمكن للباحثين حينئذ البدء في حل اللغز، فقد فتحت أعمال سيمنزا الباب لفهم المكونات الإضافية المشاركة، وكيف تعمل الآلية. فقد لاحظ الباحثون أن ارتفاع مستويات الأكسجين، يصحبه نقص في محتويات الخلايا من الـ HIF-1α، وأن انخفاض مستويات الأكسجين، يصحبها ارتفاع في كمية الـ HIF-1α بحيث يمكن ربطهما سويًا بشكل عكسي، وبالتالي يمكن ربطهما بتنظيم جين الـ EPO والجينات الأخرى الملازمة لقطع المادة الوراثية الخاصة بالـ HIF. ثم أظهرت عدة مجموعات بحثية أن «HIF-1α» -والذي عادة ما يتحلل ويتكسّر بسرعة- محمي من التحلل والتكسير مع نقص الأكسجة، وهو أمر غريب!
إذن فكيف يتحلل بروتين الـ «HIF-1α» وتقل نسبته عند ارتفاع مستويات الأكسجين في الخلية؟
هنا قصة أخرى لا تقل في روعتها عن قصة سيمنزا وراتكليف، إذ اكتشف الثلاثي Aaron Ciechanover وAvram Hershko وIrwin Rose آلية تُعرف باسم ال Proteasome وحصلوا عن كشفهم هذا جائزة نوبل عام 2004 في الكيمياء، وتعمل تلك الآلية على تكسير بروتين الـ «HIF-1α»، عند مستويات الأكسجين الطبيعية والمرتفعة، إذ يتم إضافة ببتيد صغير يُدعى اليوبيكويتين، إلى بروتين HIF-1α، ويعمل اليوبيكويتين كعلامة وإشارة للبروتينات الموجهة لتكسير وتحليل بروتين الـ«HIF-1α». ولكن تظل كيفية ارتباط اليوبيكويتين بـ HIF-1α بطريقة تعتمد على الأكسجين مسألة مركزية وغامضة لكنها مؤكدة!
إذن، فما قصة الباحث ويليام كيلين؟ ولماذا حصل على نوبل معهم؟
في نفس الوقت الذي كان سيمينزا وراتكليف يكشفان عملية تنظيم جين الـ EPO، عكف باحث السرطان ويليام كيلين جونيور على كشف أسرار حالة وراثية غريبة، تُعرف باسم (VHL) «فون هيبل لينداو-Von Hippel Lindau»، وهي حالة مرضيّة تؤدي لزيادة كبيرة في خطر الإصابة ببعض أنواع السرطان في العائلات التي تحمل طفرات الـ VHL الموروثة.
هل هناك علاقة تربط بين VHL وHIF-α1؟
اكتشف كايلين أن جين VHL ينتج بروتينًا يمنع ظهور السرطان، ووجد أيضًا أن الخلايا السرطانية التي تفتقر إلى جين الـ VHL الوظيفي السليم، تعبر -بشكل غير طبيعي- عن مستويات عالية من الجينات المنظمة لنقص الأكسجة؛ ولكن عندما أعيد إدخال جين الـ VHL في الخلايا السرطانية، استعادت المستويات الطبيعية. كان هذا دليلًا مهمًا يوضح أن جين الـ VHL متورطًا بطريقة ما في التحكم في الاستجابة لنقص الأكسجة.
إذن فما دور العالم راتكليف؟
أظهرت أدلة إضافية من عدة مجموعات بحثية أن جين الـ VHL هو جزء من مجموعة معقّدة من البروتينات التي تعمل مثل اليوبيكويتين، فتكسر وتحلل الHIF-α1، إلى أن استفاد راتكليف من أعمال كايلين وقام هو ومجموعته البحثية بعد ذلك باكتشاف رئيسي يثبت أن VHL يمكن أن يتفاعل مع HIF-1α لتكسيره وتحليله في مستويات الأكسجين الطبيعية. وهو ما ربط بين الـ VHL وHIF-α1 بشكل قاطع. وبالرغم من كشف الكثير من قطع اللعبة، إلا أنه ما زال ينقصنا فهم كيفية تنظيم مستويات الأكسجين للتفاعل بين VHL و HIF-1α حتى ذلك الوقت!
ركز البحث على جزء معين من بروتين HIF-1α المعروف بأهميته في التحلل المعتمد على جين الـ VHL، وقد اشتبه كل من كايلين وراتكليف في أن مفتاح استشعار الأكسجين يتواجد في مكان ما في هذا البروتين.
هل تم حل اللغز؟
في عام 2001، نشر العالمين في وقت واحد بحثين علميين يقولان بأنه يتم إضافة مجموعات الهيدروكسيل في موقعين محددين في الـ HIF-1α في ظل مستويات الأكسجين الطبيعية. يسمح هذا التعديل للبروتين -والذي يسمى «prolyl hydroxylation»- للـ VHL بالتعرف على الـ HIF-1α والارتباط به، وهو ما كشف عن دور الهيدروكسيل في التحفيز الجيني لبروتين الـ HIF-1α وبالتالي تم تفسير كيفية تحكم مستويات الأكسجين الطبيعية في التحلل السريع لـ HIF-1α بمساعدة إنزيمات حساسة للأكسجين (البروليل هيدروكسيليز)، ليُحل اللغز!
تحكم الأكسجين في عملية التحلل لبروتين الـ HIF-1a
ما أهمية الاكتشاف في حياتنا؟
إن جهاز المناعة لدينا يتم ضبطه هو والعديد من الوظائف الفسيولوجية الأخرى بواسطة استشعار خلايانا للأكسجين. فقد ثبت أن استشعار الأكسجين ضروري أثناء نمو الجنين للسيطرة على تكوين الأوعية الدموية الطبيعية وتطور المشيمة. وتشمل الأمثلة الأخرى للعمليات التكيفية التي يتحكم فيها استشعار الأكسجين في توليد أوعية دموية جديدة وإنتاج خلايا الدم الحمراء.
إن استشعار الأكسجين أمر أساسي لعدد كبير من الأمراض، على سبيل المثال، المرضى الذين يعانون من الفشل الكلوي المزمن غالبا ما يعانون من فقر الدم الحاد بسبب انخفاض تعبير الـ EPO، إذ ينتج الـ EPO بواسطة خلايا في الكلى وهو ضروري للسيطرة على تكوين خلايا الدم الحمراء.
هل للآليات المنظمة للأكسجين دور في السرطان؟
في الأورام، يتم استخدام الآلية المنظمة للأكسجين لتحفيز تكوين الأوعية الدموية وإعادة تشكيل الأيض من أجل الانتشار الفعال للخلايا السرطانية، وتركز الجهود المستمرة والمكثفة في المختبرات الأكاديمية وشركات الأدوية على تطوير عقاقير يمكنها أن تتداخل مع حالات مرضية مختلفة إما عن طريق تنشيط أو تثبيط آلية استشعار الأكسجين. من يعلم، فقد يحمل الكشف علاج نهائي لمرض طالما حلمنا بالقضاء عليه.
Semenza, G.L, Nejfelt, M.K., Chi, S.M. & Antonarakis, S.E. (1991). Hypoxia-inducible nuclear
factors bind to an enhancer element located 3’ to the human erythropoietin gene. Proc Natl
Acad Sci USA, 88, 5680-5684
Wang, G.L., Jiang, B.-H., Rue, E.A. & Semenza, G.L. (1995). Hypoxia-inducible factor 1 is a
basic-helix-loop-helix-PAS heterodimer regulated by cellular O2 tension. Proc Natl Acad Sci
USA, 92, 5510-5514
Mircea, I., Kondo, K., Yang, H., Kim, W., Valiando, J., Ohh, M., Salic, A., Asara, J.M., Lane,
W.S. & Kaelin Jr., W.G. (2001) HIFa targeted for VHL-mediated destruction by proline
hydroxylation: Implications for O2 sensing. Science, 292, 464-468
Jakkola, P., Mole, D.R., Tian, Y.-M., Wilson, M.I., Gielbert, J., Gaskell, S.J., von Kriegsheim,
A., Heberstreit, H.F., Mukherji, M., Schofield, C.J., Maxwell, P.H., Pugh, C.W. & Ratcliffe,
P.J. (2001). Targeting of HIF-a to the von Hippel-Lindau ubiquitylation complex by O2-
regulated prolyl hydroxylation. Science, 292, 468-472
