انظر حولك لوهلة وتأمل في المبنى الذي أنت فيه الآن. المباني جزء طبيعي من حياتنا اليومية لدرجة أننا قد ننسى بسهولة مدى تعقيدها وعدد المهارات الفريدة المطلوبة لتشييدها. فلتشييد أي بناء، يجب أن يتعاون أشخاص من مختلف المهن الإنشائية، بحيث يساهم كلٌ منهم بأدواته ومعرفته المتخصصة لتصميم جوانب مختلفة من المبنى: فيضطلع المهندسون المعماريون بتصميم المخططات، وفريق البناء بإنشاء الأساس الخرساني، والنجارون ببناء الجدران والأسقف وقد يضيفون كذلك تفاصيل خشبية لكل غرفة، والسباكون بتركيب الأنابيب اللازمة لتشغيل المياه، والكهربائيون بتوصيل الأسلاك التي تسمح لك بتوصيل جهاز الكمبيوتر وقراءة هذا المقال. فلا يستطيع السباكون أن يشيدوا بمفردهم مبنى كاملًا، وكذلك الكهربائيون وصبابو الخرسانة والنجارون، ولكن عندما يتعاونون معًا، يمكنهم تشييد أي شيء، من المنازل والمباني المكتبية والمستشفيات والمدارس وصولًا إلى الأنواع الجديدة من المباني التي لم يفكر فيها أحد من قبل!

وفي هذا المقال، سننظر إلى العلم كمشروع معماري ضخم، أي ≪بناء≫ معقد يحتاج إلى خبرة مختلف ≪الحرف≫ وتعاونها لإخراجه إلى النور وبناء حلول لبعض التحديات الكبيرة التي تواجه عالمنا اليوم.

للعلم تخصصات متعددة

إذا قلتَ يومًا لأحد والديك أو لمعلمك أنك تود أن تصبح عالمًا أو طبيبًا يومًا ما، فمن المحتمل أن يكون قد سألك ذلك الشخص البالغ: ≪أي تخصص؟≫ ويرجع هذا إلى أن العلوم والطب موضوعان ضخمان ينطويان على الكثير من الأمور التي لا يستطيع شخص واحد إتقانها؛ فسيكون ذلك أشبه بمحاولة شخص واحد بناء ناطحة سحاب كاملة بمفرده. ومثلما يصبح النجار خبيرًا في النجارة أو الكهربائي خبيرًا في الأنظمة الكهربائية، يختار العلماء موضوعًا -يُسمى أيضًا تخصصًا- ثم يتخصصون فيه. ويكرسُّون وقتهم لإتقان مهنتهم وفهم التفاصيل الدقيقة لذلك الموضوع. وثمة المئات من التخصصات العلمية حرفيًا للاختيار من بينها.

وتقتضي طبيعة العلم ذاتها أن تصبح متخصصًا في تخصصٍ ما؛ إذ يسمح التخصص للعالم بـ≪التعمق≫ في موضوعه وتركيز كل وقته وطاقته على تعلمه، مما قد يؤدي إلى توصله إلى استكشافات مذهلة وأحيانًا طفرات علمية كبيرة. ولكن ماذا عن بناء ناطحة السحاب؟ كيف يمكن حل بعض المشكلات العلمية المعقدة حقًا؟

≪بناء الروابط≫: العلوم البينية

مثلما يتطلب تشييد مبنى آمن وعملي تعاون العديد من الحرف، فإن العلم يزدهر عندما يجتمع الخبراء من تخصصات متنوعة للتعاون يدًا بيد، حيث يشبه بعض أنواع المسائل العلمية ناطحات السحاب؛ لذا فإنها تحتاج إلى المعرفة والأدوات من أكثر من تخصص واحد ≪لبناء≫ إجابات كاملة (الشكل 1).

فلنفترض مثلًا أن العلماء يريدون فهم سبب اختفاء نوع معين من الطيور. قد يدرس علماء الأحياء سلوك الطيور وموائلها، في حين قد يبحث علماء الكيمياء في الملوثات في البيئة التي يمكن أن تضر الطيور، وقد يحلل علماء الرياضيات أنماط ازدياد أعداد الطيور وانخفاضها. فيضيف كل تخصص -من خلال المساهمة بمعارفه وأدواته الفريدة والعمل كفريق واحد- جزءًا مهمًا للغاية إلى العملية الشاملة. يساعد هذا التعاون العلماء على تكوين روابط مثيرة للاهتمام ربما ما كانوا سيتوصلون إليها بمفردهم وقد يسمح لهم باستكشاف السبب الكامل وراء اختفاء الطائر، وربما حتى التوصل إلى كيفية حماية هذا النوع. ويُطلق على التعاون للجمع بين المعرفة العلمية والأساليب والأفكار من تخصصات متعددة لحل المشكلات العلمية أو الطبية اسم العلم البيني، وهو طريقة ناجحة للغاية لمواجهة التحديات العلمية المعقدة وبعض المشكلات الواقعية التي تواجهنا اليوم.

هل ندعو الفيزياء إلى عيادة الطبيب؟

هل تعلم أن بعض التطورات الطبية المهمة للغاية هي نتاج التعاون بين التخصصات، الذي أحيانًا ما يشمل تخصصات يبدو أنها لا علاقة لها بالحفاظ على صحة الناس؟ وستتناول بقية هذا المقال كيفية تعاون علماء الفيزياء -لا سيما أولئك الذين يدرسون فيزياء الجسيمات والفيزياء النووية- مع الأطباء بطرق مثيرة للاهتمام يمكن أن تُحسّن، وربما حتى تُنقذ، العديد من الأرواح.

علم فيزياء الجسيمات هو تخصص علمي يسعى إلى فهم أصغر اللبنات الأساسية للكون. وهذه الجسيمات صغيرة لدرجة أننا لا نستطيع رؤيتها بأعيننا أو حتى بالمجاهر المتقدمة. ويستخدم علماء فيزياء الجسيمات -لدراستها- آلات ضخمة وقوية تسمى مُسرِّعات الجسيمات، التي تجعل الجسيمات تتحرك بسرعات عالية جدًا ثم تصطدم ببعضها البعض. ويمكن لفحص ما ينتج عن هذه التصادمات، باستخدام الكاشفات العملاقة، أن يعلِّم العلماء الكثير عن الجسيمات متناهية الصغر التي تشكِّل الذرات، مثل الإلكترونات والكواركات، وحتى جسيم بوزون هيغز الشهير. كما يمكن لعلماء الفيزياء النووية استخدام ودراسة النظائر المشعة، وهي الذرات التي تُطلق نوعًا من الطاقة يسمى الإشعاع في تجاربهم.

وقد يبدو ظاهريًا أن فيزياء الجسيمات والطب مختلفان كالسباكة والنجارة. لكن بعض علماء فيزياء الجسيمات لديهم هدف الأطباء نفسه؛ فهم يرغبون في نهاية المطاف في رؤية أبحاثهم تحسِّن حياة البشر. وبالتعاون معًا، يمكن للأطباء وعلماء فيزياء الجسيمات الجمع بين الأدوات والأفكار من هذين التخصصين المنفصلين لتحسين طريقة تشخيص الأمراض -مثل السرطان على سبيل المثال- وعلاجها. وعندما يتعاون علماء فيزياء الجسيمات مع الأطباء، فإن حدودهم السماء!

علاج السرطان باستخدام أدوات فيزياء الجسيمات

قد تكون الأدوات الثلاث التي وصفناها للتو -أي مسرِّعات الجسيمات والكاشفات والنظائر المشعة- مفيدة في مكافحة السرطان. ويمكن للتقنيات الطبية القائمة على هذه الأدوات تحسين قدرة الأطباء على تشخيص (اكتشاف) بعض أنواع الأورام وعلاجها.

ولعلاج الأورام وعلى أمل شفاء المريض من السرطان، يستخدم العلاج بالهادرونات مسرعِّات جسيمات خاصة للحصول على جسيمات متناهية الصغر، مثل البروتونات وأيونات الكربون (شكل من أشكال ذرة الكربون يحمل شحنة كهربائية)، تتحرك بسرعات عالية جدًا (الشكل 2A). يمكن بعد ذلك تركيز هذه الجسيمات -التي تحمل الكثير من الطاقة- على الورم مثل شعاع الليزر، مما يؤدي إلى إتلاف خلايا الورم بالطاقة التي تحملها، مع تجنيب الأنسجة السليمة القريبة. ويُستخدم العلاج بالهادرونات القائم على البروتونات حاليًا في حوالي 100 موقع حول العالم. وثمة تقنية مشابهة -تُسمى الوميض - تقدم جرعة عالية جدًا من الإشعاع (أشعة سينية أو بروتونات أو أيونات أو إلكترونات) في نبضة قصيرة جدًا. تتسبب تقنية الوميض في إلحاق ضرر بالخلايا السرطانية أكثر مما تلحقه بالأنسجة السليمة، مما قد يقلل من الآثار الجانبية للعلاج الإشعاعي. وستُشيد قريبًا أول منشأة وميض في لوزان بسويسرا.

وتُصمم إصدارات أصغر من الكاشفات السريعة والحساسة التي يستخدمها علماء فيزياء الجسيمات في تجاربهم لتشخيص الأمراض (الشكل 2B). على سبيل المثال، أظهرت الكاشفات المتقدمة الجاري تطويرها في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) نتائج مذهلة من حيث تحسين كمية المعلومات التي يمكن للأطباء الحصول عليها من الأشعة السينية.

يمكن أيضًا استخدام الكاشفات الحساسة للمساعدة في التقاط صور مفصلة لداخل الجسم، باستخدام طريقة تسمى التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (للاطلاع على مزيد من المعلومات عن التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني، انظر هذا المقال من مقالات Frontiers Young Minds). ويمكن لبلورات خاصة -على غرار تلك التي تجري دراستها للكاشفات في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية- أن تجعل صور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني واضحة ومفصلة للغاية، مما قد يساعد الأطباء على تشخيص السرطان في مرحلة مبكرة وبدء العلاج في وقت أقرب - وقد يساهم هذا في إنقاذ حياة المرضى [1–3].

وأخيرًا، يمكن استخدام النظائر المشعة في تقنية تُسمى العلاج التشخيصي. يأتي اسم ≪العلاج التشخيصي≫ من مزيج من كلمتي ≪العلاج≫ و≪التشخيص≫ (الشكل 2C). وفي علاج السرطان التقليدي، يضطلع الأطباء بتشخيص السرطان وعلاجه باستخدام إجراءات طبية متنوعة. فقد يشخصون المرض باستخدام اختبارات الدم أو الأشعة السينية أو التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني -مثلًا- ثم يعالجون المرض باستخدام الجراحة أو الأدوية التي تسمى العلاجات الكيميائية أو العلاج الإشعاعي. ولكن مع العلاج التشخيصي، نجد أن الوضع مختلف بعض الشيء؛ إذ تحتوي بعض الخلايا السرطانية على بِنى على أسطحها تفتقر إليها الخلايا السليمة بشكل عام. وإذا تمكن الباحثون من تصميم جزيئات تلتصق فقط بتلك الِبنى الخاصة بالسرطان، فيمكنهم ربط النظائر المشعة بالجزيئات وحقنها في المريض، بحيث تنتقل في جميع أنحاء جسم المريض. ويمكن لنوع واحد من النظائر المشعة أن يسمح للأطباء بالكشف عن مكان السرطان في الجسم (باستخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني)، ومن ثمّ يمكن حقن نوع ثانٍ من النظائر المشعة لعلاج السرطان، عن طريق الالتصاق بالخلايا السرطانية وقتلها، مع ترك الخلايا الطبيعية السليمة دون أن تتضرر [4]. ويجري حاليًا اختبار نهج العلاج التشخيصي باستخدام النظائر المشعة لمادة تسمى التيربيوم على المرضى.

بناءُ الغد

سيواجه جيلنا القادم من العلماء والأطباء (ربما تكون واحدًا منهم، لمَ لا؟) تحديات بالغة التعقيد خلال مسيرتهم المهنية، منها أزمة المناخ، وحماية الأرض وأنواعها من الأذى مع استمرار نمو السكان، والتعامل مع المشاكل الصحية البشرية الخطيرة مثل السرطان والأوبئة، على سبيل المثال لا الحصر. هذه مشاكل صعبة للغاية ولا يمكن التعامل معها في إطار تخصص واحد.

ولكن عندما تتضافر جهود العلماء من مختلف التخصصات، فإن الأمر يشبه موقع البناء الذي يجمع جهود العديد من الحِرف. فيتعاون الجميع ويجمعون بين معارفهم ومهاراتهم المتخصصة لتشييد المبنى من أساسه إلى تفاصيله المعقدة. وفي العلوم البينية، تتعاون تخصصات علم الأحياء والكيمياء والفيزياء والرياضيات وغيرها لحل المعضلات الجسيمة وترسيخ فهمنا للعالم بطريقة متكاملة. ومن خلال تقدير الإسهامات الفريدة لكل تخصص وتعزيز التفاهم في مختلف المجالات، يمكن للعلماء والأطباء بناء صرح علمي شامخ ما كان لتخصص واحد أن يبنيه بمفرده؛ صرح يصمد أمام اختبار الزمن ويحدث تأثيرًا دائمًا على حياة البشر وصحة كوكبنا.

مسرد للمصطلحات

البيني (Interdisciplinary): ↑ تشير إلى تعاون الخبراء من مختلف المجالات لحل المشكلات الجسيمة، مثل تعاون العلماء والأطباء معًا للتوصل إلى اكتشافات جديدة وإيجاد حلول.

فيزياء الجسيمات (Particle Physics): ↑ هي دراسة أصغر أجزاء المادة والطاقة التي تشكِّل كل شيء في الكون، مثل البروتونات والإلكترونات والفوتونات. ويدرس علماء فيزياء الجسيمات نطاقًا أوسع من الجسيمات مقارنةً بعلماء الفيزياء النووية.

الفيزياء النووية (Nuclear Physics): ↑ تشير إلى دراسة الجسيمات الموجودة داخل نوى الذرات. وغالبًا ما يدرس علماء الفيزياء النووية النظائر المشعة لأن فهم تلك النظائر تساعدهم على معرفة ما يحدث في نوى الذرات.

مُسرِّع الجسيمات (Particle Accelerator): ↑ هو آلة ضخمة تجعل الجسيمات المتناهية الصغر تتحرك بسرعة كبيرة وتصطدم ببعضها البعض. ويستخدمه العلماء لمعرفة أصغر اللبنات الأساسية للكون.

الكاشف (Detector): ↑ هو أداة أو جهاز خاص يستخدمه العلماء لمراقبة المعلومات حول الجسيمات وسلوكها وجمعها، لمساعدتهم على معرفة المزيد عن كيفية عمل الكون على أصغر مستوى.

النظير المشع (Radioactive Isotope): ↑ هو نوع خاص من الذرات يطلق نوعًا خاصًا من الطاقة يسمى الإشعاع. ويستخدمه العلماء في الطب والأبحاث لدراسة أمراض مثل السرطان وعلاجها.

العلاج بالهادرونات (Hadron Therapy): ↑ هو نوع من علاجات السرطان يستخدم جسيمات عالية السرعة تُسمى البروتونات لاستهداف الخلايا السرطانية وتدميرها مع تقليل الضرر الذي يلحق بالأنسجة السليمة، مما يساعد المرضى على محاربة السرطان.

العلاج التشخيصي (Theranostics): ↑ هو تقنية طبية يحدث فيها التشخيص والعلاج في الوقت نفسه، باستخدام جزيئات خاصة تلتصق بالخلايا السرطانية وتوصل العلاج مع مساعدة الأطباء على رؤية مكان السرطان.

إقرار تضارب المصالح

وُظفت SD لدى شركة إس جي دي للاستشارات ذ.م.م.

ويعلن المؤلف المتبقي أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.

شكر وتقدير

هذا المقال مُستوحى من منتدى سباركس! (Sparks!) Serendipity Forum at CERN. لمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع بالتحديد، راجع محادثات Charlotte Warakaulle و Magdalena Kowalska. وقد مولَّت المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) هذه الدراسة.