تحولات دنیای علم در سال 2021

وقتی سرو کارمان به پزشکی و یا کارهای صنعتی و خرید و فروش محصولات متنوع می افتد تازه میفهمیم سرعت پیشرفت علم چه قدر زیاد است. تجهیزات و روشهایی که در زندگی مان به کار می بردیم داروهایی که مصرف می کردیم و مشکلاتی که با بعضی ابزارها داشتیم هر سال تغییراتی می کنند و با گذشت مدت زمان بیشتری تازه می توانیم از محصولات دنیای علم در زندگی‎مان استفاده کنیم. روش های جدید جراحی و داروهای پزشکی، اطلاعاتی تازه که در درک ما نسبت به جهان پیرامون اثر می گذارد، سریع و راحت تر شدن بسیاری از فرآیندها و کاربری ابزارها و وسایل را مدیون همین مطالعات سالانه محققان هستیم.

بعضی از آنها خیلی مستقیم و برخی دیگر به شکل هایی که فکرش را نمی کنیم در زندگی بشر تاثیر می گذارند. امسال هم پژوهشگران در مراکز علمی مشغول اکتشاف و ابداع بوده اند و در نهایت دستاوردهایی داشتند که مرورش برای پایان سال میلادی و آغاز سال جدید خالی از لطف نیست. با ما همراه باشید تا ببینیم در سالی که گذشت در دنیای علم چه خبر بود؟

شناخت دقیق بخش های ناشناخته DNA

دی‌ان‌ای ما بسیار شبیه به دی‌ان‌ای شامپانزه است که از نظر تکاملی نزدیک‌ترین خویشاوند زنده انسانهاست. محققان سلول های بنیادی بخشی از DNA ما را یافته اند که قبلا مورد مطالعه قرار نگرفته بود، به نظر می رسد مطالعه این DNA غیر رمزگذاری شده، می تواند توضیح بدهد که چرا مغز ما متفاوت کار می کند. در طی این مطالعه پژوهشگران با استفاده از سلول های بنیادی سلول های مغزی انسان و شامپانزه را رشد دادند و این دو نوع سلول ها را با ه مقایسه کردند و مشخص شد که انسان ها و شامپانزه ها از بخشی از DNA خود از زوش های مختلفی استفاده می کنند. اما اساسا چرا دانستن این تفاوت ها در بین انسان و شامپانزه برای محققان مهم است؟ پاسخ به این پرسش کمک می کند فرآیندی که  باعث شده مغز انسان به شکل امروزی کار کند و جوامع را بسازند، فرزندان خود را آموزش بدهد و به توسعه فناوری و علم کمک کند چه بوده است؟ هم چنین شناخت ژنتیک و پاسخ دادن سوالات مربوط به این حوزه می تواند به درمان بعضی از اختلالات روان پزشکی مثل اسکیزوفرنی هم کمک کند. از طرفی نتایج این پژوهش ها نشان می دهد که اساس تکامل مغز انسان مکانیسم های ژنتیکی است که احتمالاً بسیار پیچیده تر از آن چیزی است که قبلاً تصور می شد، زیرا فرض بر این بود که پاسخ در آن دو درصد از DNA ژنتیکی باشد. نتایج ما نشان می ‎دهد که آنچه قبلاً وجود داشته است. در عوض شاید در 98 درصد نادیده گرفته شده، مهم برای رشد مغز پنهان شود، که به نظر مهم است. این یک یافته شگفت‌انگیز است.

گرم شدن زمین و تغییر اقلیم باعث تغییر شکل حیوانات می شود

تغییر اقلیم مشکلات زیادی را برای همه جانداران سیاره زمین به وجود آورده است، در این میان حیوانات در تلاش اند با این تغییرات سازگار شوند. برای مثال برخی از حیوانات خون گرم در حال تغییر شکل هستند و منقار و پاها و گوش هایشان بزرگتر شده تا بتوانند دمای بدن خود را با گرم تر شدن سیاره، بهتر تنظیم کنند. در جریان گزارش های این تغییرات چندین گونه از موش ها افزایش اندازه دم داشته و بعضی از گونه های طوطی های استرالیایی طول منقارشان بلندتر شده است. برای درک بهتر این تغییرات، پژوهشگران تلاش می کنند اسکن های سه بعدی پرندگان موزه ها را در 100 سال گذشته بررسی کنند. البته باید توجه داشت که این تغییرات به معنای آن نیست که حیوانات با گرم تر شدن هوای سیاره کنار آمده اند و شرایط خوب است و جای نگرانی وجود ندارد، بلکه اتفاقا این به معنای آن است که حیوانات برای زنده ماندن در شرایط فعلی در حال تغییر هستند. حال این که پیامد زیست محیطی این تغییرات چیست هنوز روشن نشده است. سوال مهمی که مطرح می شود این است که آیا همه گونه ها قادر به تغییر برای بقا هستند؟

RNA و واکسن های نجات بخش

در حالی که اولین واکسن ساخته شده از ژن در دسامبر گذشته تایید شد، در سال 2021 بود که بالاخره دانشمندان متوجه شدند تزریق فایزر چقدر در دنیای واقعی موثر است. ایده این است که این ماده ژنتیکی که به عنوان اسید ریبونوکلئیک یا به اختصار RNA شناخته می‌شود، به سلول‌هایی منتقل می‌شود که در آنجا آنتی ژن برای ایجاد مصونیت در برابر بیماری و مرگ ساخته می‌شود. دو چیز دیگر واکسن های  RNA   (پیام رسان) را قابل توجه و متمایز با دیگر واکسن ها می کند. اول، از ساخت تا تایید واکسن 10 ماه طول کشید، در حالی که به طور معمول تهیه واکسن ها عموما یک دهه طول می کشبد. مورد دوم، این بود که واکسن‌های RNA درون ذرات ریز چربی بسته‌بندی می‌شوند و این فرآیند برای وارد کردن RNA به سلول‌های بدن انسان کاملا سالم و بدون مشکل هستند. در جریان تهیه این واکسن ها و مقابله با بیماری کرونا نکته مهم دیگری هم برای محققان روشن شد، این که واکسن ها از نوع شدید بیماری ها پیشگیری می کنند اما همیشه نمی توانند انتقال بیماری را متوقف کنند. در اواخر سال گذشته میلادی، فاز سوم کارآزمایی بالینی واکسن نوواواکس در ایالات متحده و انگلستان شروع شد و نتایج آن تا اوایل سال2022به دست خواهد آمد. این واکسن بر اساس پروتئین اسپایک‌ویروس توسعه یافته است. اگر این مراحل با موفقیت انجام شود این شرکت می‎ تواند دومیلیارد دوز از آن را در هر سال آماده کند. شرکت جانسون‌اندجانسون هم در حال آزمایش واکسن تک‌دوزی خود است، برخلاف واکسن‎های فایزر و مدرنا که در دو مرحله باید تزریق شوند. کشورهای روسیه و چین هم از کشورهایی بودند که در مسیر تولید واکسن تلاش های موثری داشتند

زمین عاری از کربن رویا یا دستاوردی نزدیک

بعد از توافق اقلیمی پاریس در سال 2015 بار دیگر برخی از کشورها در آبان سال آینده به منظور برگزاری اجلاس تغییرات اقلیم سازمان ملل و دادن تعهد برای توقف انتشار گازهای گلخانه ای در گلاسکو اسکاتلند دور هم جمع خواهند شد. چین که بزرگترین تولید کننده دی اکسید کربن جهان است و همین طور اتحادیه اروپا قصد دارند تا 30 الی 40 سال آینده از نظر میزان انتشار کربن به سطح خنثی برسند. منظور از سطح خنثی، رساندن میزان تولید گازهای گلخانه‎ای به میزان جذب این گاز از جو زمین با استفاده از جنگل‎کاری و فناوری های جذب و ذخیره سازی کربن است. این که تصمیم آمریکا در این معاهده چه خواهد بود هنوز مشخص نیست اما بایدن پیشتر گفته بود که به به توافق اقلیم پاریس برای مقابله با گرمایش زمین بازخواهد گشت.

تکمیل ژنوم انسان

دو دهه پیش خبر به دست آمدن اولین پیش نویس توالی ژنوم انسان همه را متحیر کرد. اما پس از چند سال تحقیق هنوز بخش هایی از کد ژنتیکی ما به شکل دقیق مشخص نشده بود. در اردیبهشت ماه امسال بالاخره بخش های مجهول شناسایی شد و تیمی متشکل از 99 پژوهشگر توانستند اولین توالی کامل ژنوم انسان را گردآوری کنند. این ژنوم ۳.۰۵۵ میلیارد جفت‌باز (Base Pairs) در ۲۳ کروموزوم را داراست. این پژوهش می تواند بخش های ژنتیکی انسان و فرآیند تغییرات آن را برای محققان روشن کند و دستاورد بسیار مهمی در علم به حساب می آید. گرچه کار هنوز تمام نشده و محققان در پی توالی یابی کروموزوم Y هستند.

سلول های بنیادی و تجدید نظر درباره قوانین آن

زیست‌شناسان با استفاده از سلول‎های بنیادی انسانی می‎توانند در آزمایشگاه، ساختاری را شبیه به مراحل اولیه جنین بسازند که هرگز به یک انسان تبدیل نخواهد شد، ولی ویژگی‎های مراحل رشدش مانند رشد جنین در انسان است. طبق قوانین انجمن بین‌المللی تحقیقات سلول‎های بنیادی (ISSCR) پژوهشگران نمی‎توانند جنین متولدشده در آزمایشگاه را بیشتر از ۱۴ روز پس از لقاح نگه‌دارند. پژوهشگران سلول‎های بنیادی مشتاقانه منتظر بازنگری این قوانین و تمدید این زمان در محدوده دوهفته‎ای هستند چون این تحقیق کمک می کند تا بفهمند چرا بعضی از حاملگی های زودرس به سقط جنین منجر می شوند. آگاهی های بیشتر در این زمینه می تواند به تولید داروهای بی خطر برای زنان باردار کمک کند.

چند قدم مانده به تولید داروهای آلزایمر

سالهاست بودجه و زمان زیادی برای کشف داروی آلزایمر صرف شده است اما هنوز هیچ یک از داروها به تایید نهایی سازمان غذا و داروی آمریکا نرسیده است. به تازگی شرکت بایوژن (Biogen) قصد دارد به‌زودی دارویی به نام آدوکانوماب (aducanumab) را برای درمان آلزایمر تولید و به بازار عرضه کند. این دارو طبق نظر سازندگانش احتمالا می تواند سرعت پیشرفت بیماری را کاهش داده و باعث شود فرآیندهایی مثل از دست دادن توان تکلم و حافظه کند شود. این دارو نوعی آنتی بادی است که پروتئین های چسبناک مغز به نام آمیلوئید، وصل می شود. دانشمندان حدس می زنند که همین آمیلوئید ها عامل ایجاد عارضه آلزایمر هستند. نتایح فاز سوم کارآزمایی بالینی این دارو امیدوار کننده است و باید منتظر باشیم و ببینیم آیا بالاخره جهان به دارویی برای آلزایمر دست پیدا خواهد کرد یا نه.

موفقیت در واکسن مالاریا

سازمان بهداشت جهانی، واکسن مالاریا را برای نخستین بار در ماه اکتبر تأیید و رونمایی گسترده از این واکسن‌های نجات‌دهنده را آغاز کرد. مالاریا توسط یک انگل ایجاد و از طریق نیش پشه‌های آلوده پخش می‌شود. این بیماری می‌تواند منجر به تب بالا و علائمی شبیه آنفولانزا شود که در برخی موارد به بیماری شدید و مرگ می‌انجامد. در سال ۲۰۲۰ حدود ۶۲۷ هزار نفر بر اثر مالاریا جان خود را از دست دادند که نزدیک به ۸۰ درصد آن‌ها کودکان زیر ۵ سال بودند. واکسن تازه تأیید شده، «ماسکیریکس» (Mosquirix) در آزمایش‌های بالینی حدود ۵۶ درصد در طول یک سال کارایی داشت. این یعنی به‌طور کامل جایگزین دیگر روش‌های پیشگیری که احتمال نیش پشه را کاهش می‌دهند، مانند توری و اسپری نمی‌شود. اما کارشناسان این واکسن را ابزاری ارزشمند می‌دانند تا در کنار روش‌های دیگر برای مبارزه با این بیماری مهلک استفاده شود.

پیوند عضو بدن خوک به انسان

در مهر ماه امسال، جراحان یک کلیه‌ی رشد یافته در بدن خوک تغییر ژنتیکی داده شده را به انسان پیوند زدند و این عضو را به مدت ۵۴ ساعت تحت نظر داشتند تا عملکرد طبیعی آن را تأیید کنند. این روش که توسط جراح «رابرت مونتگومری» (Robert Montgomery) و تیمش در دانشگاه نیویورک انجام شد، نخستین مورد مهم در زمینه‌ی پیوند‌های بیرونی، یعنی پیوند سلول‌ها، بافت‌ها یا اندام‌ها از غیرانسان‌ها به انسان را نشان می‌دهد. در آینده خوک‌های دستکاری شده‌ی ژنتیکی می‌توانند منبعی پایدار از اندام‌هایی باشند که به‌شدت مورد نیاز فهرست رو به رشدی از بیماران هستند. اما این فناوری هنوز در روزهای اولیه‌ی خود است. جراحان این آزمایش اولیه را بر روی یک بیمار مرگ مغزی متصل به دستگاه تنفس مصنوعی و با رضایت خانواده‌ی او انجام داده بودند. پزشکان کمی بیش از دو روز عملکرد کلیه‌ی بیمار را تحت نظر داشتند اما اینکه آیا این اندام در درازمدت پس زده می‌شود یا خیر، مشخص نیست.

آیا قوانین شناخته شده فیزیک نیاز به تغییر دارند؟

در یک تلاش مهم به نام آزمایش «میون جی-۲» (Muon g-2) دانشمندان به شواهدی دست یافتند که نشان می‌دهد میون، که ذره‌ای سنگین‌تر از الکترون است، ظاهرا از قوانین شناخته شده‌ی فیزیک که در نظریه‌ معروف و مهم «مدل استاندارد» تعریف شده‌اند، سرپپیچی می‌کند.این آزمایش که در آزمایشگاه شتاب‌دهنده‌ی ملی فرمی (Fermi National Accelerator Laboratory) در ایلینوی انجام شد، ارتعاشات را در اسپین میون اندازه‌گیری کرد که با دقت فوق‌العاده‌ای توسط مدل استاندارد پیش‌بینی می‌شود. اما تجزیه‌وتحلیل انجام شده در فروردین ماه، همراه با کارهای قبلی از آزمایشگاه ملی در آپتون نیویورک نشان داد که میون کمی سریع‌تر از حد انتظار ارتعاش دارد. احتمال تصادفی بودن داده‌های هر دو آزمایش تقریبا ۱ در ۴۰ هزار است و این نشان می‌دهد که ممکن است هنوز ذرات و نیروهای کشف نشده در جهان وجود داشته باشند. این تیم اکنون در حال کار برای تأیید نتیجه، تجزیه‌وتحلیل داده‌های دو دوره‌ی دیگر آزمایش است.