تعليم

الخلايا الصنعيّة الأكثر واقعية حتى الآن

Image: syr-res.com تبدو هذه الخلايا المحاكية للخلايا الحيَّة شبيهة بها إلى حدٍّ ما تحت المجهر الضوئي؛ لكنَّها مُصنَّعة بالكامل من مواد صناعية.Image: syr-res.comعلى عكس الخلايا الحيَّة ذات الغشاء اللبيدي؛ يتكون غشاء الخلايا المحاكية من البلاستيك وبوليميرات الأكريليت.Image: syr-res.comاحتوت الخلايا المحاكية على نوى أيضًا، وصُنِّعت عبر رقاقة من السيليكون تحتوي على قنوات مملوءة بسائل عملت على قذف قطيرات صغيرة من مواد خام ( DNA  ومعادن موجودة في التربة وجزيئات مفردة من الأكريليت).Image: syr-res.com عُرِّضَت القطيرات إلى الأشعة فوق البنفسجية ومواد كيميائية؛ حفَّزت تشكُّل غشاء مثقّب حول كل قطيرة؛ إضافة إلى ملاحظة تكثُّف للدنا والمعادن على شكل جل بملمس العدسة الناعم، لتتشكّل نسخة مشابهة للنواة.Image: syr-res.com من أهم مميزات الخلايا الحيَّة هي قدرتها على التواصل فيما بينها عن طريق الجزيئات الإشارية (معظمها بروتينية بوزن جزيئي كبير)، وأيضًا هذه الخلايا المحاكية تمكَّنت من التواصل فيما بينها عبر جزيئات صغيرة كالسكر وجزيئات الماء الأكسجيني.Image: syr-res.comلأجل بعض التجارب؛ صمَّم فريق البحث نوى محتوية على DNA مرمَّز لبروتين مفلور أخضر (GFP)، وأخرى محتوية على DNA يلتقط هذا البروتين المفلور؛ لتتشكل  خلايا منتجة لـ GFP وخلايا مستقبلة له على الترتيب.Image: syr-res.comبإضافة مزيج من الأنزيمات وبعض المواد الأخرى الضرورية لاصطناع البروتينات –كالريبوزومات- إلى السائل المحيط بهذه الخلايا، لوحظ دخول هذه الآلة الجزيئية عبر الغشاء المثقب إلى النواة؛ وقراءتها للمعلومات الجينية فيها وبدء اصطناع GFP في الخلايا المنتجة.Image: syr-res.comوعلى الجانب الآخر؛ حضنت الخلايا المنتجة مع الخلايا المستقبلة؛ فلوحظ تلوّن الخلايا المستقبلة التي جاورت المنتجة باللون الأخضر بعد ساعتين من الحضن؛ مما يدلُّ على التقاطها لإشارة GFP.Image: syr-res.comفي تجربة مشابهة، صمّم الفريق خلايا تحرّر إشارات بروتينية مختلفة محفزة لاصطناع GFP في الخلايا المستقبلة، وتمكّنت هذه الخلايا من التواصل مع مجاوراتها وتحفيزها لاصطناع البروتينات.Image: syr-res.comوخلال التجربة، وضعت الخلايا المنتجة بكثافات مختلفة، فلم تستجب معظم الخلايا المستقبلة للإشارات إلا بعد وصول الكثافة الخلوية لعتبة معينة؛ لتعزز بذلك جانبًا آخر من التشابه ألا وهو خاصية استشعار النصاب quorum sensing؛ أي لم تستطع الخلايا التعبير عن GFP إلا بعد استقبالها لحدٍّ أدنى من البروتينات المفعّلة.Image: syr-res.comوبذلك تكون هذه الخلايا الصنعية المتفاعلة قادرة على تشكيل نسيج صنعيٍّ ومواد ذكيّة قادرة على استشعار البيئة المحيطة والتأقلم معها.المصادر: هنا? * إعداد: : Rand Salman* تدقيق لغوي: : جهاد محمد* تعديل الصورة: : Juman Hasan* نشر: : Nour Abdou

أكمل القراءة »

نصائح عامة لدراسة الرياضيات

تعدُّ الرياضيات من العلوم الأساسية، ولها تطبيقات متميزة وتداخلات مع جميع العلوم الأخرى، إذا كنت تعاني عزيزي القارئ مشكلةً في دراسة هذه المادة، إليك بعض النصائح المهمة التي تساعدك على دراستها:- لا تفوت الدروس إن الرياضيات هي مادة تراكمية تحتاج إلى الحضور الدائم للصفوف؛ لذلك بالغياب المتكرر عن الدروس قد تضيع الكثير من المعلومات المهمة، ومن الصعب متابعة المواضيع اللاحقة بوجود هذا النقص في المعلومات.- لا تتأخر عن الصف قد تخسر الكثير من المعلومات أو الفقرات المهمة عندما تتأخر عن حضورك لصف الرياضيات.- الاستماع والاهتمام بكل ما يقوله المعلم لك في الفصل أو الصف حيث يشرح المعلم الكثير من النقاط الأساسية والمهمة لكن يكتفي بتدوين بعضها، لذلك أنت بحاجة إلى الانتباه والتركيز على كل ما يقول وتدوين بعض المعلومات التي ذكرها المعلم ولم يكتبها على السبورة.- الاستماع الجيد للمعلماستمع جيدًا إلى المعلم وخصوصًا الأشياء التي يشدد عليها، حتى ولو بالكلمات فقط. عندما يؤكد المدرس على موضوع ما؛ فإنه بالتأكيد بالغ الأهمية وسوف تراه في الامتحان.- دوّن ملاحظاتك وحاول أن تكتب قائمة تضم كل ما هو مهم قد تخونك ذاكرتك عندما يحين وقت استخدام المعلومة التي لم تظن أنك سوف تنساها عندما سمعتها من معلمك. مجموعة من الملاحظات المكتوبة سوف تساعدك صديقنا على التذكر.قد ترى أن الاستماع بتركيز وتدوين الملاحظات هما شيئان متناقضان ولا يمكن فعلهما معًا، لكن هذا ممكن ويمكن اكتسابه بالممارسة العملية وحضور الدروس والمحاضرات، عندها تصبح قادرًا على الاستماع وتدوين الأجزاء المهمة بكفاءة وفعالية.- إذا واجهتك مشكلة في الاستماع، يمكنك الاستعانة بجهاز التسجيل الصوتي لسماع المحاضرة بتركيز في وقت لاحق، لا تنسَ أن تطلب موافقة معلمك في البداية.- اسأل بدون تردددائمًا اسأل عن أي موضوع لم تفهمه...

أكمل القراءة »

إثبات فرضية قديمة بعمر 53 عامًا لتلوين الشبكات

هل تبادر إلى ذهنك يومًا أن إثباتًا خاصًّا بالتلوين قد أرق علماء رياضيات كثيرين؟ رغم بساطة ما ذُكِر، لكن أهميته بالغة حتى تعدَّت حدود كراسات الرسم الخاصة بأطفالنا، بدءًا بتمييز الخرائط تضاريسَ كانت أم طبيعة وتوزيع الضيوف في حفلات الزفاف وجدولة مهام مصنع ما لفترة زمنية محددة أو حتى حل لغز السودوكو.استوحت مسائل تلوين الشبكات من التساؤل القاضي بتلوين الخرائط لتمييز البلدان المتجاورة؛ فقد كانت هذه المسائل موضع دراسة بين علماء الرياضيات لما يقرب من 200 عام. الهدف من ذلك هو معرفة كيفية تلوين نقاط التقاء الشبكات (أو الرسومات كما يسميها علماء الرياضيات) دون تشابه في اللون لأي نقطتين...

أكمل القراءة »

الكارسينوئيد

الكارسينوئيد؛ هو نوع من السرطان البطيء النمو الذي يمكن أن ينمو في عدة أماكن في أنحاء الجسم، وهو مجموعة فرعية من مجموعة أورام تُسمى الأورام الغدية الصماوية العصبية، وعادةً ما يبدأ في الجهاز الهضمي (المعدة، الزائدة الدودية، الأمعاء الدقيقة، القولون، المستقيم) أو في الرئتين.غالبًا لا يسبب الكارسينوئيد علامات وأعراضًا حتى مرحلة متأخرة، ويُمكنه أن ينتج هرمونات في الجسم تُسبِّب أعراضًا مثل الإسهال أو التوهج الجلدي. ما متلازمة الكارسينوئيد؟بعض الأورام الغدية الصماوية العصبية تُنتج كميات كبيرة من الهرمونات (وأكثرها شيوعًا هو السيروتونين) التي تُطلق في مجرى الدم؛ الأمر الذي يمكن أن يسبب مجموعة من الأعراض تسمى متلازمة الكارسينوئيد.أعراض متلازمة الكارسينوئيد الرئيسية؛ هي: التوهج الجلدي؛ إذ يبدو جلد الوجه والرقبة والصدر بلون أحمر، مع الشعور بحرارة وحكة. الإسهال، وألم في البطن، وخفقان القلب، وعلامة العنكبوت الوعائي (توسع الشعريات)، ووذمة في الساقين، صوت صفير عند التنفس (الوزيز)...

أكمل القراءة »

الحواسيب تحل مسائل رياضيات لم يستطع العلماء حلها منذ قرون

يعمل باحثو الرياضيات دائمًا مع بعضهم، حتى ولو كان كل باحث يعمل بمفرده في مكتبه؛ فهم غالبًا ما يتابعون أعمال العلماء الآخرين، ويعتمدون على استنتاجاتهم والمبرهنات التي أثبتت من قبلهم، ثم يكوّنون أفكارًا جديدة خاصة بهم.يتعرض العلماء لمسائل رياضيات قد تكون سهلة الحل، ولكن الطريقة اللازمة للحل معقدة جدًّا وهم غالبًا ما يبتعدون عنها، ويرفضون حل تلك المسألة مع أنها غالبًا ما تكون مسائل مهمة وقابلة للحل؛ إذ يجتهد الباحثون والمبرمجون من أجل إيجاد تقنيات وبرامج حاسوبية لتسهيل حل هذا النوع من المسائل، فقد انتهى الباحثون من إنهاء برنامج قادر على حل معادلة (S-Unit Equation)، على أمل أن يتمكن باحثو نظريات الأعداد من الاستفادة من مثل هذه البرامج الحاسوبية في أبحاثهم.في البداية دعنا نعرّف لك ما هي معادلة S-Unit، يعود رمز S في المعادلة إلى مجموعة الأعداد الأولية، مثل: S=2, 3, 7   عندئذ يمكننا القول إن S-Unit في هذه الحالة هو العدد الكسري الذي يتكون بسطه ومقامه من جداء أعداد المجموعة السابقة، وبهذه الحالة يكون 3/7، 14/9 هما S-Unit ولكن العدد 6/5 ليس كذلك.أما معادلات ديوفانتين (Diophantine equations) فهي المعادلات التي تتكون من أكثر من متغير، ولكن يجب أن تكون جميع حلولها أعدادًا طبيعية، ودرس العلماء هذه المعادلات لفترات طويلة لما لها من أهمية كبيرة في نظرية الأعداد والهندسة.ولكن ما الهدف من تقييد حلول المعادلة إلى الأعداد الطبيعية فقط؟ بالطبع إن هذا القيد ليس من أجل زيادة الصعوبة وإنما لوجود بعض المعادلات التي لا تقبل إلا حلولًا طبيعية، مثل معادلة لإيجاد عدد السيارات مثلًا هل تستطيع قول -1.22  سيارة هو حل لهذه المعادلة، وفي حالة معادلة تعبر عن عدد أشخاص، هل من الممكن أن يكون الحل هو 2.5 شخص؟ بالطبع لا، يجب أن يكون الحل عددًا طبيعيًّا بدون أجزاء.ينجذب العلماء لهذا النوع من المسائل دائمًا؛ فهي مسائل صعبة الحل ولكن لها تطبيقات عملية كثيرة ومفيدة. ويظهر اليوم بعض الباحثين قدرة برامجهم عبر استطاعتهم إيجاد حلول لمعادلات ديوفانتين غير محلولة سابقًا، بالرغم من أنهم غالبًا غير مهتمين في حلها ولكنها فقط لإظهار مقدرات برامجهم.إن البرهان الذي قدمه العالم Andrew Wiles لمسألة فيرما الأخيرة هو أكبر مثال على ذلك؛ ففي عام 1637 ادعى العالم فيرما (Pierre de Fermat) أنه أوجد حلولًا لمعادلة ديوفانتين من الشكل:Xn + Yn = Znولكنه لم يقدم أي برهان على ذلك، وبعد 300 عام استطاع العالم ويلز تقديم البرهان...

أكمل القراءة »

الضغط داخل جُسيم البروتون

تُصنَّف النجوم النيوترونيّة من بين أكثر الأجسام المعروفة كثافةً في الكون؛ فهي تتحمل ضغوطًا كبيرة جدًّا لدرجة أنّ ملعقة صغيرةً من مادّة هذا النّجم تساوي قرابة 15 مرّةً وزن القمر.لكن اتضح مؤخرًا أن البروتونات (الجُسيمات الأساسية التي تُشكِّل معظم المادة المرئية في الكون) مضغوطةٌ ضغطًا أكبر.فقد حسب علماء فيزياء من معهد "ماساتشوستس" للتكنولوجيا -أول مرة- توزيعَ ضغط البروتون ليجدوا أنَّ لُبَّ هذا الجُسيم مضغوطٌ للغاية، وفي أشدّ النقاط كثافةً داخله، فإنّ الضغط أكبر من الضغط الموجود داخل نجم نيوتروني.ويحاول هذا اللُّب المضغوط أن ينبثق من داخل البروتون، في حين تدفع المنطقة المحيطة به إلى الداخل، (تخيّل محاولة كرة بيسبول التوسّع داخل كرة قدم)، وتعمل الضغوط المختلفة على تثبيت هيكل البروتون العام.وتبيّن هذه النتائِج التي نُشرت في "Physical Review Letters" تَوزُّع ضغط البروتون مع مراعاة دور كل من الكواركات والغلوونات (الجُسيمات الأساسيّة التي تؤلّف البروتونات).وقد وجد الباحثون أنَّ الكواركات والغلوونات الموجودة وسط البروتون تولد ضغطًا كبيرًا نحو الخارج، فنحن مع هذه النتيجة نسير نحو صورةٍ كاملة لهيكل البروتون.وقد أعلن علماء الفيزياء في مايو (أيار) 2018 في مرفق "توماس جيفرسون" التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، أنهم تمكّنوا من قياس توزيع ضغط البروتون أول مرة باستخدام حزمة من الإلكترونات التي أطلقوها على هدف مصنوع من الهيدروجين؛ إذ تفاعلت الإلكترونات مع الكواركات الموجودة داخل البروتونات في الهدف، ثمّ حدد الفيزيائيون توزّع الضغط في جميع أنحاء البروتون بناءً على الطريقة التي تبعثرت بها الإلكترونات من الهدف. وأظهرت نتائجهم وجودَ منطقةٍ ذات ضغطٍ عالٍ في البروتون، بلغ ارتفاع الضغط فيه قرابة 10^35 باسكال؛ أي 10 أضعاف الضغط داخل نجم نيوتروني.وعلى الرغم من ذلك؛ يقول العلماء إنَّ صورتهم لضغط البروتون ليست كاملة، لا ريب في أن نتائجهم كانت رائعة، لكن هذه النتيجة خاضعة لعدد من الافتراضات بسبب فهمنا غير المكتمل لطبيعة البروتون.المصادر:هناهناهناهناهنا * إعداد: : نيفين الخربوطلي* تدقيق علمي: : Aya Abdul Hamid* تدقيق لغوي: : Nouray Najib* تصميم الصورة: : Rasha Alkhayer* نشر: : Muhammad Massoud

أكمل القراءة »

هل صحة جنينك في خطر؟

صرَّحت منظمة الصحة العالمية WHO أنّ معظم وفيّات حديثي الولادة neonatal deaths ناتجة عن حوادث الولادة المبكرة Preterm delivery والمضاعفات المصاحبة لها؛ إذ كانت الولادة المبكرة السبب الرئيس لانخفاض الوزن عند الولادة.نطرًا إلى أهمية ما سبق؛ سعت مجلة البحوث البيئيّة Environmental Research إلى محاولة ربط مدى تأثير التعرّض لعوامل بيئية معينة في فترة الحمل (كالتلوّث الهوائي، والمواد الصناعية، والعيش بالقرب من المساحات الخضراء، وغيرها...) في حدوث ولادةٍ لطفلٍ خديج (قبل أوانه) ذي وزن أقل من الطبيعي، مع الأخذ بالحسبان العوامل الأخرى كالعوامل الطبيّة (ولادة مبكرة سابقة أو الإصابة بالسكري الحملي)، والسلوكية (شرب الكحول أو التدخين)، والديموغرافية (عمر الأم أو مؤشر كتلة الجسم الخاص بها BMI)، والاقتصاديّة الاجتماعية (دخل الأسرة أو مستوى التعليم).شملت الدراسة عيِّنة كبيرة من النساء الحوامل من جنوب غرب مدينة أونتاريو Ontario اللواتي أنجبن مولودًا جديدًا بين عامَي (2014-2009) -هي الفترة التي جرت في أثنائها الدراسة-، وأظهرت النتائج أنّه من بين 25.263 ولادة حيّة: 5.7% من النساء أنجبن مولودًا تحت الوزن الطبيعي، و5.7% منهنَّ أنجبن مولودًا خديجًا. وحسب ما أظهر مُعدُّو الدراسة أنّ التعرّض لغاز ثنائي أوكسيد الكبريت SO2 sulfar dioxide (غاز عديم اللون، ذو رائحة خانقة، شديد السمِّية) كان المتَّهم الأبرز في ظهور التبعات الخطيرة السابقة؛ إذ ترافق ازدياد تركيز غاز ثنائي أوكسيد الكبريت المستنشق بمقدار وحدة واحدة مع ازدياد فرصة إنجاب طفل تحت الوزن الطبيعي بقرابة 3.4 مرة، وارتفاع احتمال حدوث الولادة المبكرة قرابة المرتين.وفي أحد الأبحاث الأخرى المُجراة في الصين -التي قادها الباحث Jie Hu وزملاؤه- أُجريت دراسة مدى ارتباط تعرّض الأم في فترة حملها للعناصر المعدنيّة واحتمال حدوث الولادة المبكرة أو إنجاب طفل تحت الوزن الطبيعي. ...

أكمل القراءة »

الرياضيات لأجل ديمقراطية أكثر عدلًا وشفافيةً

تضمن الديمقراطية تمثيل أفراد الدولة جميعًا تمثيلًا متساويًا لتحقيق احتياجاتهم ومتطلباتهم المدنية والسياسية، وذلك بانتخاب ممثلين سياسيين عنهم لإيصال أصواتهم والحفاظ على مصالحهم في أثناء اتخاذ القرارات في هيئة حكم تشريعية (برلمان). ...

أكمل القراءة »

الفرار من الجاذبية

هل تتوق إلى الفرار؟عندما تقفز في الهواء، سرعان ما تعود إلى الأرض مرتطمًا بها، ليس لأن قوانين الطبيعة تحظر مغادرتك الأرض، بل لأن قفزتك ليست قوية كفاية للإفلات من مجال الجاذبية الأرضية. لتنجح في هذا، يجب أن تتخطى سرعة قفزتك أو تساوي "سرعة الإفلات"، والتي سنعرفها ونستنتجها رياضيًّا وَفق الآتي:عند قفزك في الهواء؛ فإن طاقتك الحركية (Ek) تعادل:علمًا بأن (m) هي كتلتك، و(v) ترمز إلى السرعة.أما طاقة الوضع (Ep) التي تختبرها بفعل سحب الجاذبية الأرضية فإنها تحسب كالآتي:علمًا بأن (m) كتلتك أنت، مجددًا.M: كتلة الأرض (5.9736 x 1024 kg).G: ثابت الجاذبية ويعادل (6.670 × 11-10 m3/kg.s2).r: نصف قطر الأرض (m 106×(6.38.ويكمن نجاحك في الإفلات من مجال الجاذبية بتحقق هذه العلاقة:لذا؛بإعادة ترتيب المتباينة أعلاه لإيجاد قيمة السرعة (v)، ينتج لدينا:نستنتج أن سرعة الإفلات (vearth)، توصف بأنها أصغر سرعة تسمح لجسم ما بالفرار من مجال الجاذبية، لذلك:بتعويض قيم الثوابت آنفة الذكر، نحصل على الآتي:باستخدام الآلة الحاسبة، ينتج لدينا:سرعة الإفلات= 11182 م/ث  أي 671 كم/ساعة.يمكنك استخدام هذه الحسابات لإيجاد سرعة الإفلات الخاصة بأي جسم كروي آخر أيضًا، طالما أنك تعرف كتلته ونصف قطره.لاحظ أن الصيغة الرياضية لهذه السرعة لا تعتمد على كتلة الجسم المراد حسابها له؛ لهذا فإنك سوف تحقق السرعة نفسها التي يصل إليها فيل مثلًا، بإهمال تأثير مقاومة الهواء الذي يؤثر فيك على نحو مختلف عن الفيل. وإن حصلَ هذا بالفعل ضمن غلاف الأرض الجوي، ستحترق! ...

أكمل القراءة »

المفاهيم الخاطئة عن الرياضيات

يمكن للرياضيات أن تكون موضوعًا صعبًا، إذ أتذكر أنني في أيام المدرسة كنت طالبًا جيدًا في الرياضيات، لكن وعلى ما يبدو فإن ذلك لم يكن ينطبق على الكثير من زملائي الطلاب، فقد كانت هناك أوقات ساعدت فيها على تدريس الطلاب الآخرين في الفصل، ووجدت أن مساعدة شخص ما على فهم المفاهيم الرياضية مفيدة  للغاية؛ فبمجرد أن يفهم الطالب المفاهيم الأساسية يبدو له أن كل شيء آخر يقع في مكانه. بعد هذا، كنت أتساءل في كثير من الأحيان عن سبب قضاء بعض الوقت في الرياضيات بسهولة مع الآخرين، واتضح أن الرياضيات موضوع محاط بالأساطير والأفكار والمفاهيم الخاطئة والحواجز الأخرى التي تعيق فهم الرياضيات، والتي يمكن أن تمنع الطلاب من الأداء الجيد.في وقت سابق من هذا العام، أجرت جمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية (SIAM) دراسة إحصائية لأكثر من 1500 من طلاب المدارس الثانوية الذين شاركوا في تحدي MathWorks Math Modeling السنوي...

أكمل القراءة »