يعتبر دون أيغار جزء من حفنة من الطليعيين العاملين على حدود هذا العالم، وهو يعمل في مركز أبحاث أي بي إم في كاليفورنيا حيث يمضي أوقاته مستكشفا المناطق الطبيعية، التي يعتبرها دون أيغار الوديان والقمم جزء من الأسطح الذرية.
لقد حالفه الحظ في العمل بعالمين أولها العالم الذي نعمل ونفكر فيه بشكل اعتيادي حول الأشياء المجهرية، والعالم الثاني هو عالم الذرات الصغير جدا. رغم تباعد المسافات بين العالم الذي نعيش فيه من عالم الأشياء المجهرية التي نستطيع لمسها ورؤيتها وعالم الذرات.
لا شك أن مدى العمق الذي نستطيع التقدم فيه نحو قلب المادة قد أحرز تطور مدهش خلال السنوات الماضية، وقد مكنت التقنيات الجديدة العلماء من دراسة عالم جديد منفرد.
لا يمكن تشبيه هذه التكنولوجيا بالتنزه وسط الغابات أو في المدن، لا شيء نألفه هنا إلا بعد دراسات متكررة وإثباتات من قبل عدة باحثين، لأن جزءا منه ما زال مجهولا. لهذا تثير هذه الأشياء فضولا لدى العلماء. يعتقد أنه مقياس للعالم الحقيقي فالفضول هو الذي يقود الناس للدراسة والبحث.
ساهمت تقنيات تصوير جديدة اخترعت مع بداية القرن في جعل كيميائيات الحياة المعقدة تكشف عن أسرارها. البروتين والدي إن إيه الأساسيان في الحياة، والأدوية كالبنسلين لمكافحة الأمراض.
فهي تهاجم الجراثيم حتى شفاء الفئران..
ساهمت هذه الإطلالة على هيكلية الحياة في الثورة البيولوجية في التوصل إلى الأدوية الحديثة، وقد عمل العلماء على اختراع أدوات جديدة لتعزيز المعارف، وذلك في مغامرة قادتهم إلى ما هو أبعد من المجهر.
مجهر باول وليلاند وقد صنع عام ألف وثمانمائة وأربعة وستين ولا شك أنه شكل ذروة صناعة المجهر في هذا البلد. يمكن أن نرى صلابة النحاس الأصفر وجمال التصميم الهندسي.
مع نهاية القرن التاسع عشر بلغ المجهر الخفيف ذروة قوته، إذ أصبح ملهاة للهواة الأثرياء، وأداة للجديين من العلماء. وقد ساهم في الكشف عن غنى الطبيعة، وجمالها المدهش.
صنع أول مجهر في نهايات القرن السابع عشر، وذلك من قبل متحمس ثري في أوقات فراغه.
من أشهر هؤلاء تاجر كتان هولندي وقد كان هاويا صنع خمسمائة نموذج من المجهر. يوجد نسخة عن أحدها هنا. لم يبق من هذه الأدوات الأصلية إلا تسعة حتى الآن. إنها مصنوعة من النحاس بطريقة بدائية عبر صفيحتين مبرمشتان معا. وضعت العدسة بينهما كانت العينة توضع عند رأس المسمار، وإذا أراد المرء دراسة النموذج كان عليه رفع المجهر ليصبح قريبا من العين ، والنظر به نحو النافذة.
أثناء عمل ليوينهوك في هولندا، فكر الإنجليزي توماس هوك باستعمال عدستين بدل الواحدة. وقد ساهم هذه التصميم الجديد في جعل هوك يتابع هوايته الجديدة.
إن صور هوك المجهرية لا شك أنها جميلة. كان حريص جدا على اختيار ما يعرضه ، إنها بداية مراقبة واقعية، كما أنه فن جيد. أعتقد أنها تعكس قيمة الروح العلمية فعلا.
ولكن المجهر الضوئي لن يكون الأداة التي تقود علوم القرن العشرين عميقا في العالم الخفي، مهما بلغ من ترف في التصميم والهندسة. مع نهاية القرن التاسع عشر أدت المفاهيم الفيزيائية الجديدة إلى اعتراف الصانعين ببلوغهم الحد الأقصى.
فالمجهر والعين البشرية يستعملان الضوء المرئي في التصوير، ولكن موجات الضوء طويلة جدا ولا تكشف عن التفاصيل الدقيقة. يبدو أن بنية الذرة المجهولة كانت أبعد من وصول العلماء إليها.
مع بداية القرن أُحرز اكتشاف مكن العلماء من بلوغ عالم الذرة. وكان في مقدمة هذه الطريقة الجديدة في تأمل المادة عالم الفيزياء وليام براغ.
لا يمكن لأي مجهر مهما بلغ من دقة أن يضعنا على مسافة من رؤية الذرة والجزيئات. أما في أشعة إكس، فقد بلغنا نوع جديد من الضوء، هو ضوء أرق بعشرة آلاف مرة من الضوء العادي. هنا تكمن فرصة جديدة.
ابتدع وليام براغ وابنه لورنس تقنية جديدة تشكل اليوم حجر الزاوية في علم الأبحاث، وهي بلوريات أشعة إكس، التي أدى اكتشافها إلى تأثير حاسم على جميع العلوم من بنية الصخور إلى الأحياء البشرية.
يعتقد أن بلوريات أشعة إكس شكلت أداة بنيوية فريدة كشفت عن العالم المجهري للكيمياء في ذلك القرن. لم يقوموا بعمل روتيني حينها بل كانوا طليعيين فعلا.
ألهم براغ جيلا جديدا من بلوريات أشعة إكس الذي عمل على تحويل مفهومنا وتعاملنا مع الطبيعة. بدأت العالمة البريطانية دوروثي هودجكين عملها على الفوز بجائزة نوبل بفضل وليام براغ.
كانت في سن المراهقة عندما أعطتها أمها نسخة عن هذا الكتاب وهو بعنوان "بالنسبة لطبيعة الأشياء" الذي كتبه وليام براغ حيث يتحدث عن كيفية استعمال أشعة إكس للتأمل في بلوريات العناصر الكيميائية لرؤية الذرات. أدهشت دوروثي بذلك ومن هنا كانت بدايتها.
ألهمت عين براغ الجديدة شاب بلوري آخر، فاز أيضا بجائزة نوبل على جهوده.
بدأ ماكس بيروث عام ألف وتسعمائة وثلاثين مشروع سبّاق لتحديد بنية اليحمور، وهو البروتين المركب والمسئول عن نقل الأكسجين إلى أرجاء الجسم.
شكلت بنية البروتين مسألة أساسية في علم الأحياء. كان على علم أن التفاعلات الكيميائية تحفز بالإنزيمات التي تتألف جميعها من البروتين، ولكن كان يجهل ملامحها وطريقة عملها، وكأنها علب سوداء.
رغم بدء بيروتس عمله في الثلاثينات إلا أنه لم يحرز النجاح إلا في الخمسينات.
عندما بدأ لورانس براغ العمل على بنية اليحمور البلورية اعتقد بقية الطلبة أنه مجنون مصاب بالهوس، لمعالجة جزيء من عشرة آلاف ذرة، رغم أن بنية السكر بذراتها الستة وأربعين لم تكن قد حلّت بعد.
لو قال أحدهم أنه سيستغرق عشرين عاما في حل هذه المعضلة، لكان ذلك رائعا، حتى أنه حلم يوما بأنه توصل إلى البنية، وعندما صحا تملكه الحزن الإحباط لأنه لم يتمكن بعد.
هذه البنية الصغيرة هي من أول ما تم التوصل إليه عبر هذه الأساليب الجديدة.
كانت بنية الجزيئات من المواد الأساسية منذ ما قبل براغ، وما زال الملح العادي غامضا حتى الآن، ولكنه يرينا كيفية إطلاق أشعة إكس عبر بنية بلورية كالملح. طول موجات أشعة إكس يساوي نفس المسافة بين الذرات. يشكل الترتيب الذري العادي للبلوريات يعني انعكاس الإشعاعات لتشكل أنماط معقدة من البقع على الصفيحة التصويرية.
تشكل مواقع وكثافة هذه البقع مفتاحا لحل معضلة البنية. وكانت هذه البنية بالنسبة لدوروثي هودجكين تخص البنسلين.
بدأت جورجينا فيري أولا بشيء لا يعد بالكثير وهي الصورة الداكنة وما عليها من نقاط سوداء، فحاولت مقارنة هذه النقاط بما لديها من مجموعة لتحديد مدى سواد كل منها.
بعد قياس الكثافة وتحديد المواقع أخذت تسجل ذلك في مفكرتها، عبر الجداول الطويلة من الأرقام. كانت هذه معلومات أولية يفترض أن تستعملها لمعرفة موقع كل ذرة من بلورية البنسلين بدقة وفي أبعادها الثلاث.
كان عمل مجهد ودقيق، ولكن مكافأة النجاح كانت هائلة. إذا تمكن العلماء من فهم بنية البنسلين سيتمكنون بعد ذلك من التوصل إلى أدوية جديدة وأكثر فعالية.
كانت دوروثي هودجكن تعمل في البنسلين خلال الحرب العالمية الثانية، ما جعلها تبحث عن الجزيئات في مواقع أشعة إكس بحماس إضافي.
يتطلب الكشف عن ذلك بالعودة من تلك البقع إلى مواقع الذرات. هذا ما يتطلب عمليات حسابية بالغة التعقيد، وهذه مسألة لم تكن المساعدة فيها متوفرة جدا، باستثناء آلة الجمع التي تتطلب لف مقابض تلك الآلة على طاولتها.
بعد حصولها على هذه الأرقام وإجراء حساباتها أخذت ترسم الكثافة في كل مكان لتحصل على شبكة من الأرقام الصغيرة. إذا تأملت بما لديها ستجد أن أعلى رقم على الصفيحة هو ثلاثمائة وأربعة وثلاثين، وهي محاطة بثلاثمائة وأربعة عشر وثلاثمائة وواحد وأربعين وثلاثمائة واثنان وعشرين أي أنها جميعا كبيرة ولكنها ليست أكبر من هذا، لهذا رسمت إطارا يشبه قمة الجبل على خريطة المساحة.
ثم يليه إطار آخر لأرقام أقل تتراوح بين مائتين ومائة وتسعين لهذا رسمت إطار آخر يجمعها، وهكذا بدأت ترى البنية وهي تنهض من وسط ضباب الإلكترونات.
تمثل النقطة الأكبر نسبة الكثافة الأعلى ما يعني أن هناك شيء ما يفترض أن يمثل الذرّة. وقد تمكنت بعد ذلك من تحديد المواقع على مستويات منفردة ثم رسمت نموذجا يمكنك من رؤية البنية بأبعادها الثلاث.
تكمن الخطوة الأخيرة بأخذ كثافة الإلكترونات وتحديد مواقع الإلكترونات عليها وهذا ما قامت به تحديدا. يمكن أن ترى الإطارات المرسومة في الخلف والتي رسمت فوقها نموذجا لجزيء البنسلين، هي الذرات كما يتوقع رؤيتها في كتاب للكيمياء.
يكمن المفتاح الأساسي في هذه النقطة التي سميت حلقة "بيتا لاكتام" والتي تفسر عمل البنسلين في تدمير الجدران الجرثومية لهذا يقتل الجراثيم، مع أن عددا من أفضل علماء الكيمياء في البلد لم يصدقوا طويلا بأن هذه هي جزء من بنية البنسلين، حتى أثبتت دوروثي ذلك.
في هذه الأثناء تابع ماكس بيروتس عمله في كمبردج بمثابرة وجهد، بمعالجة جزيئات أكثر تعقيدا، هي اليحمور.
عمل طوال سنوات على أخذ صور أشعة إكس لقياس البقع، حتى لجأ أخيرا إلى نوع من الكمبيوتر البدائي لإجراء الحسابات الخاصة في البنية.
وأخيرا حصل عام تسعة وأربعين على ذلك الرسم البياني، فتملكه الفرح لأنه بهذا تمكن من رؤية أثر لسلاسل بروتينات موازية، فاعتقد فعلا أن المعضلة قد حُلّت.
ثم جاء طالب أبحاث جديد هو الشاب فرنسيس كريك ليصبح عضوا في فريق بروتس، ويشارك في الحصول على جائزة نوبل مع اكتشاف بنية الدي إن إيه.
أول نتيجة عرضها عليهّ، وقد كان في الرياضيات أفضل منه، هي أن نموذجه كان متصدعا. كان قد بذل جهودا جبارة في ذلك العمل، تخيل شعوره حين أدرك أن كل هذا الجهد قد ذهب هدرا.
استمر ذلك الجهد لما يقارب الثلاثين عاما، وكانت المكافأة تتمثل بما اعتبره أجمل جزيء عرفه حتى الأن.
كان ذلك رائعا هو أشبه بالوصول إلى قمة الجبل ومعرفة الحب في آن معا.
تمكن من رؤية جزيء اليحمور لأول مرة وقد بدا معقدا. ولا شك أنه لا يبدو كأي شيء جميل ببساطة، بل يكمن الجمال على حدود الفوضىوالنظام حيث التناسق والتنافر في نزاع مستمر.
ما زالت بلورية أشعة إكس تشكل تقنية في العلوم الحديثة،وما زالت تعمل اليوم في نفس الطريقة التي توصل إليها الأوائل، ولكن ما أن يتم التوصل إلى البلوريات حتى يستطيع الكمبيوتر تشكيل البنية خلال ساعات وليس سنوات.
أصبحت بلورية أشعة إكس روتينية. يمكن لشخص أن يتعاون في نصف دوام عمل مع آلة تساوي نصف مليون دولار لتحديد بنية جزيء صغير. لم يعد عمل مرهق.
ما تراه من خلال البلوريات هو بنية الذرة. أما المجهر البصري فلا إلا الأشياء الصغيرة نسبيا. هذا ما يبقي مساحة وسطية كبيرة لم يسبق أن رآها العلماء. جاء الحل في أواسط الثلاثينات، حين بدأ العلماء تجاربهم على آلات بصرية جديدة هي الإشعاعات الإلكترونية.
وأخيرا تم الكشف عن المساحات الوسيطة. ولكن هذا تم أولا في بعدين فقط، وذلك لإعداد الجزيئات كشرائح دقيقة. ولكن هذا تغير كليا مع اختراع أداة جديدة في الخمسينات.
هذه دودة ألفية أو ما يسمى أحيانا وحش صغير. الحشرات مناسبة جدا لتفسير المسح المجهري الإلكتروني.
يساعد المسح المجهري الإلكتروني على تصوير النموذج بطريقة ثلاثية الأبعاد.
للحصول على هذه الصورة أخذت جزءان وضعتا معا ثم فصلتا تاركة الأطراف، ثم جبت من حولها بالمجهر الإلكتروني. يمكن أن ترى مدة ترابط الأشياء ولماذا يصعب فصل الأشياء عن بعضها ولماذا تشكل ترابط مدهش.
تعمل دي بريغر في مختبر المسح الإلكتروني في جامعة كولومبيا. وهي تعمل كفنانة تصوير مجهري إلى جانب عدد من علماء الأبحاث حيث تساعدهم في أبحاث نماذجهم.
يود العالم رؤية ما في داخل الجزيء ولا يمكنه ذلك بمجهر ضوئي، لأن المجهر الضوئي لا يمكنك من التقاط صور ثلاثية الأبعاد كالتي يحصل عليها من الإس إي إم.
إذا أردت اختيار صورة تاريخية مفضلة ستكون هذه. لما فيها من سكون وتأثير. ترى هنا قشرة لاريوم الشعاعية التي تعجز العين المجردة عن رؤيتها، فهي بحجم نقطة بيضاء صغيرة جدا، تأوي حيوان بخلية واحدة في أعماقها. إنه نموذج زجاجي صنع من السليكون.
يسعى العقل البشري لربط صور العالم الغير مرئي بعالمنا الواقعي، مع أنه عالم لم نشاهده من قبل، وهذا ما يقوم به جهاز المسح المجهري الإلكتروني، يعتقد أنه عمل جيد. ترى الأشياء بطريقة لم تعهدها من قبل بدون المجهر كما أنك تستطيع أن تألفها وتربطها بالمفاهيم البشرية.
أضيفت بضع مئات من العوالق المجهرية في هذه الأعقاب المعدة، وهي مجهزة بلاصق مضاعف وهي لاصقة، حيث يزال الفائض منها برتبها. حين تنظر إليه تحت المجهر. تبدو بحالة جيدة، ثم تمنح غشاء معدني لتصبح موصلة.
بعد تجهيز النموذج تنتقل إلى الخطوة التالية وهي وضعه في حجرة النماذج وإخراج غالبية الهواء منه.
افتح حجرة المجهر. يحتوي هذا على الأنبوب الدافئ على الرف، ستدخل هذه.
هذا ما يعد اللازم قبل الضغط على الزناد الذي يعلو عدسات المغنطيس الإلكتروني.
لا تنزل الإلكترونات مباشرة نحو القاع بل تهبط لولبيا. عند خروجها من آخر عدسة تحط على النموذج السفلي الذي يوضع بعدة طرق من اللف والتقليب. هذا ما يعد لأحداث ذرية متعاقبة، وهناك عدد من المجسات المنتشرة حول النموذج للالتقاط تلك الأحداث المختلفة لتعرض كل منها نوعا من الصور المختلفة.
تقدم الإلكترونات صورا واقعية مدهشة، لا ينقصها إلا شيئا واحدا هو الألوان. ذلك أن الإس إي إم لا تصور إلا بالأبيض والأسود.
أعدت على الشاشة نموذج الأبيض والأسود لجناح البعوضة، بمحاولة الاعتماد على الألوان للفصل بين العناصر المختلفة الثلاث المتوفرة في الصورة ما يسهل الأمر على العين المجردة الغير مدربة كما ولجعلها أكثر جاذبية.
الجميع يحب الألوان. المقصود من ذلك هو التوصل إلى صورة علمية عبر محتويات ذات معنى. ولكني يجب جعلها فنية من حيث التوازن بين الأبيض والأسود. العاملين في الأبحاث العلمية يستمتعون بالألوان شرط ألا تشكل زيفا على تكامل النموذج. العمل الذي يتطلب صبرا يؤتي ثماره في الختام.
يستعمل دون أيغلير الإلكترونات بطريقة جذرية جديدة، تصور الذرات على الأسطح. وهو لا يكتفي بالنظر إلى الذرات، بل يستطيع تحريكها أيضا. وهو يستعمل في ذلك مجهر مسح نفقي.
عندما يعمل المجهر بطريقته التصويرية يبقي الرأس بعيد نسبيا عن السطح، بحيث أنه حين يقترب محاولا التقاط التيار الكهربائي من الذرة، يرتفع الرأس قليلا عن الذرة ليهبط على الجانب الآخر منه بحيث يظهر مرتفعا، هذه هي مسير الرأس التي يحاول قياسها. ولتحريك الذرة يوجه الرأس فوقه مباشرة، ثم ينزل الرأس نحو الذرة لزيادة قوى التجاذب بين الذرتين. عند تثبيته على ارتفاع مناسب وتحريكه جانبيا يستطيع جر الذرة إلى موقع جديد حيثما يريد والعودة به مجددا وتحول المجهر إلى نظام التصوير.
يأخذ التيار الكهربائي مع الإشارة المتعلقة بهذا التيار، ويضعه في مجسام المختبر الصوتي ويستمع إليه عبر معلومات للأذن.
العقول تألف جدا تحليل المعلومات البصرية والسمعية في آن معا، والعيون تركز على رؤية تحريك الذرة، لتصغي الآذان إلى تحرك الذرة حيثما يجب أن تتحرك.
تختلف طريقة التصوير عن المجهر البصري أو حتى المجهر الإلكتروني مع أنهما يستعملان الإلكترون، إلا أن المجهر الإلكتروني هو أشبه بالمجهر البصري بحيث أن كلا النوعان يحنيان الموجات لصنع الصور المكبرة. المجهر البصري يحني الموجات الضوئية بينما يحني المجهر الإلكتروني موجات إلكترونية .
يمنح المجهر النفقي القدرة على تحسس ملامح الأشياء بإغماض العينين واستعمال اليدين لتحسس شكل وملامح تلك الأشياء.
يعتقد البعض أن العلوم والفنون يشكلان عالمان مختلفان، ما تراه في اللوحة هو فنان يتأمل التفاصيل ويعكسها لنا. لا يعتقد أن هذا يختلف عما يفعله العلماء من سعي للتركيز بشدة على شيء ما، من خلال المجهر طبعا إلى جانب أدوات أخرى، حتى تبلغ إلى مستوى إدراك ما تراه، وما يمكن إبلاغه للآخرين أيضا. تمتاز عملية التأمل هذه بقيمة روحية ذلك أنها تعنى بفهم جزء مما يحيط بنا من هذا العالم.
عندما تنظر للوهلة الأولى تبدو وكأنها فوضى مذهلة، ولكن هذه البنية تمثل مواقع ذرات جزيء اليحمور العشرة آلاف، إذ أن لكل ذرة موقعه الخاص، ما يعكس لنا الميزة الفريدة للمادة الحية، والتعقيدات الهائلة المرتبطة بالنظام الأمثل.
في مكان ما من العقل الباطني وليس في العقل الواعي تسمع صوتا يؤكد أنك تحرك الذرات لتتجمد حينها وتتوقف العقول عن التفكير في لحظة تجفل فيها، يستغرق هذا بعض الوقت حتى تعود مجددا إلى العمل. مع أن البعض ما زال يجفل بعد سبع سنوات من ذلك لقدرتهم على تحريك الذرات.
يوصف هذا تكنولوجيا ونصفه الآخر فن.
--------------------انتهت.
