آلودگی پلاستیکی دلیل مرگ باکتری تولید کننده اکسیژن

تازه ترین یافته ها نشان می دهد که آلودگی پلاستیکی در اقیانوس ها، سبب از بین رفتن باکتری هایی شده است که بیش از ۱۰ درصد اکسیژن کره زمین را تولید می کنند.

تاکنون برخی برآوردها حاکی از آن بود که آلودگی پلاستیکی باعث خسارت اقتصادی ۲٫۵ تریلیون دلاری در سال است که در نتیجه آن، عملا تمامی صنایع مرتبط به این بخش مختل می شود.

حالا محققان در تازه ترین بررسی های خود دریافته اند که آلودگی پلاستیکی در اقیانوس ها با آسیب رساندن به برخی میکروارگانیسم های بسیار کوچک اما ضروری، می توانند زمینه مرگ سیاره سبز را فراهم کنند. بررسی ها نشان می دهد که این باکتری های کوچک، به تنهایی ۱۰ درصد از اکسیژن مورد نیاز زمین را تامین می کنند.

این پژوهش نشان داد مواد شیمیایی که از زباله های پلاستیکی شناور در اقیانوس به دست می آیند، ممکن است سبب از بین رفتن پروکلوروکوکوس (Prochlorococcus) شوند. این موجودات مهمترین تولید کننده های اکسیژن هستند.

نویسنده اصلی این مقاله، دکتر «ساشا تیتو» از دانشگاه مک کواری سیدنی استرالیاست که می گوید:

«اخیرا متوجه شده ایم که قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی که از صافی آلودگی پلاستیکی عبور کرده اند، موجب کاهش رشد پروکلوروکوکوس ها و تولید اکسیژن این باکتری ها می شود که از قضا فراوان ترین باکتری های فوتوسنتز کننده اقیانوس ها محسوب می شوند.»

تخمین زده می شود که ۳ اکتیلیون (۱۰ به توان ۲۷) پروکلوروکوکوس در اقیانوس های سراسر جهان زندگی می کنند. برای درک بزرگی این عدد، بهتر است بگوییم که تقریبا ۷٫۵ میلیارد انسان در کره زمین زندگی می کنند. به ازای هر نفر، ۴۰۰ پروکلوروکوکوس وجود دارد.

محققان در ضمن این پژوهش، بخش هایی از PVC و پلاستیک معمولی PE را به مدت ۵ روز در آب های مصنوعی قرار دادند (منظور از آب مصنوعی، مقیاس آزمایشگاهی است.)

در طی این آزمایش چندین گونه پروکلوروکوکوس بررسی شد و سرانجام یافته ها نشان داد که  میزان رشد و تولید اکسیژن این میکروارگانیسم ها کاهش یافته است. حتی در یکی از موارد، یک گونه از این پروکلوروکوکوس فقط با گذشت ۲۴ ساعت از قرار گرفتن در کنار پلاستیک ها، تولید اکسیژن خود را به صفر رساند.

آلودگی پلاستیکی دلیل مرگ باکتری تولید کننده اکسیژن

نتیجه ای که از این پروژه به دست آمد، نشان می دهد که قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی مصنوعی می تواند مانع رشد باکتری ها و توانایی آنها در فتوسنتز شده که می تواند تغییراتی در ژنوم این باکتری ها را در پی داشته باشد.

دکتر مور، از جمله نویسندگان این مقاله می گوید:

«این باکتری های بسیار ریز برای انجام زنجیره های غذایی دریا حیاتی هستند و به چرخه کربن کمک می کنند. تخمین زده می شود که ۱۰ درصد از نیاز کره زمین به اکسیژن، توسط این موجودات بسیار کوچک تامین شود.»

در حقیقت به ازای هر ۱۰ مولکول O2 که تنفس می کنیم، یکی را این موجودات بسیار ریز تولید کرده اند.

اگر چه برخی از کشورها در سراسر جهان برای کاهش یا توقف استفاده از پلاستیک های زیست تخریب ناپذیر تلاش هایی را انجام داده اند، اما میزان پلاستیک های موجود در اقیانوس ها همچنان در حال افزایش است.

برآوردها نشان می دهد که تا سال ۲۰۵۰، وزن کلی پلاستیک های موجود در اقیانوس ها حتی از آبزیان هم بیشتر شود. ضمن آنکه خسارات اقتصادی آلودگی پلاستیکی از نهادهای گوناگون، رقمی بین ۱۳ میلیارد تا ۲٫۵ تریلیون دلار در سال را اعلام می کنند.

تعدادی از کشورهای توسعه یافته در نقاط مختلف جهان تصمیم گرفته اند از گسترش آلودگیپلاستیک ها جلوگیری کرده و یا آن را به حداقل برسانند که اقدام قابل تحسینی است.

با این همه اما دکتر تیتو، نویسنده این مقاله، عقیده دارد که تاثیر این آلودگی ها به مراتب فراتر از زندگی آبزیان خواهد بود.

اطلاعات به دست آمده نشان می دهد که آلودگی پلاستیکی ممکن است اثرات اکوسیستمی گسترده تری فراتر از این پروکلوروکوکوس ها داشته باشد و روی گونه هایی همچون مرغ دریایی و لاک پشت ها، اثرات مخرب بر جای بگذارد.

به نظر شما چه راهکاری برای کاهش آلودگی پلاستیکی در کشور ایران قابل انجام است؟ ما چه سهمی از این آلودگی ها داریم و چگونه می توانیم آن را کاهش دهیم؟

 

انتقال بی سیم انرژی برق به ادوات متحرک

انتقال بی سیم انرژی برق به ادوات متحرک

 

دانشمندان توانسته‌‌اند سیستمی عملی و پربازده برای شارژ بی‌‌سیم تجهیزات متحرک طراحی کنند که احتمالا آینده‌‌ی صنعت خودروهای الکتریکی، ربات‌‌ها و پهپادها را متحول خواهد کرد.

امروزه تکنولوژی شارژ بی‌‌سیم ازجمله فناوری‌‌های نام‌‌آشنا در صنعت گوشی‌‌های هوشمند به‌‌شمار می‌‌آید؛ ولی آنچه که دانشمندان به‌دنبال آن هستند، سطح بالاتری از این فناوری با قابلیت تأمین انرژی در فواصل دورتر و برای اشیا در حال حرکتی نظیر خودروها است.

تصور کنید با خودروی الکتریکی خود در حال حرکت در جاده هستید و هم‌زمان باتری خودرویتان نیز در حال شارژشدن باشد یا ربات‌‌هایی را تصور کنید که هرگز هنگام جابجایی در محیط کارخانه‌‌ها با مشکل اتمام شارژ باتری‌های خود مواجه نشوند. این می‌‌تواند همان چشم‌‌اندازی باشد که درصورت موفقیت تیم فعلی از پژوهشگران دانشگاه استنفورد، دیگر رؤیایی دور از دسترس محسوب نخواهد شد.

البته فناوری یادشده پیش‌‌تر در سال ۲۰۱۷ نیز معرفی شده بود؛ اما این‌‌بار بازدهی و توان آن بالاتر رفته و البته کاربردی‌‌تر نیز شده است؛ بنابراین انتظار می‌‌رود دیر یا زود شاهد خروج این فناوری از فاز آزمایشگاهی  و ورود آن به مرحله‌ی تجاری‌سازی باشیم. سانهوی فن، از مهندسان برق دخیل در پروژه‌‌ی فعلی می‌‌گوید:

این به‌‌منزله‌‌ی گامی مهم درجهت توسعه‌‌ی یک سیستم عملی و پربازده برای شارژ بی‌‌سیم خودروها و ربات‌‌ها خواهد بود؛ حتی در مواقعی که این تجهیزات با سرعت بالایی در حال حرکت باشند. ما باید تنها توان سامانه را افزایش دهیم تا قادر به شارژ یک خودرو در حال حرکت شویم و من فکر نمی‌‌کنم مانع بزرگی در این مسیر وجود داشته باشد. برای شارژ ربات‌‌ها نیز این فناوری همین حالا قابل‌‌استفاده است.

فناوری انتقال بی‌‌سیم الکتریسیته براساس روش تولید میدان‌‌های مغناطیسی متناوب کار می‌‌کند. این میدان‌‌های نوسان‌‌کننده باعث نوسان الکترون‌‌ها در یک فرکانس خاص می‌‌شوند. مشکل اینجا بود که این فرکانس برای اشیا در حال حرکت، ثبات ندارند. برای همین است که گوشی‌‌های هوشمند امروزی برای شارژشدن نیاز به قرارگیری در یک جایگاه ثابت مخصوص (به‌‌عنوان پد شارژ) دارند.

پژوهشگران دانشگاه استفورد در سال ۲۰۱۷ موفق شده بودند باکمک یک آمپلی‌‌فایر و حلقه‌‌ی فیدبک مقاومتی، میزان فرکانس کاربری دستگاه را در حین حرکت دریافت‌‌کننده تنظیم کنند. در آن زمان، دستگاه تنها قادر به دریافت ۱۰ درصد از توان ارسالی ازسوی فرستنده بود. اما این‌‌بار آن‌‌ها موفق شده‌‌اند بازدهی سامانه را به ۹۲ درصد برسانند. چنین جهش چشمگیری در میزان بازدهی مرهون به‌‌کارگیری یک آمپلی‌‌فایر سوئیچینگ جدید است که به‌‌دلیل دقت بالا و پیچیدگی بسیار، برای طراحی آن بیش از سه سال زمان صرف شد.

ایده‌‌ی اصلی طراحی هنوز براساس فناوری ارائه‌‌شده در سال ۲۰۱۷ است. با حرکت گیرنده، فرکانس متغیر توان ارسالی از فرستنده تنظیم می‌‌شود. این سامانه در حال حاضر می‌‌تواند میزان ۱۰ وات توان را تا فاصله‌‌ای به‌‌اندازه‌‌ی ۶۵ سانتی‌‌متر ارسال کند؛ اما پژوهشگران می‌‌گویند دلیلی نمی‌‌بینند که نتوان ابعاد فعلی سیستم را تا مقیاس‌‌های بسیار بزرگ‌‌تر افزایش داد.

خودروهای برقی برای شارژ شدن نیاز به صدها کیلووات توان دارند و خوشبختانه سیستم نوظهور درصورت استفاده در سطح جاده‌‌ها از سرعت کافی برای فراهم‌‌کردن این میزان توان برخوردار است. تنها محدودیت پیش‌‌رو احتمالا سرعت باتری‌‌ها در جذب این میزان انرژی در سرعت‌‌های بالا خواهد بود.

یکی دیگر از کاربردهای احتمالی فناوری یادشده، قابلیت شارژ باتری ربات‌‌های مشغول در محیط کارخانه‌‌ها باکمک پدهای مخصوص نصب‌‌شده روی کف زمین است. همچنین این کاربری می‌‌تواند شامل حال پهپادهایی شود که با حرکت در نزدیکی سقف محیط‌‌های سربسته می‌‌توانند انرژی لازم را به‌‌صورت بی‌‌سیم از طریق شارژهای سقفی دریافت کنند. درصورت عملیاتی‌‌شدن این فناوری، احتمالا دیگر نیازی نخواهد بود که ربات‌‌ها یا پهپادها برای شارژ به ایستگاه‌‌های ثابت خود بازگردند و عملا امکان فعالیت بی‌‌وقفه‌‌ی این‌گونه تجهیزات فراهم خواهد شد.

اما در این میان موانعی نیز به‌‌چشم می‌‌خورند که شاید یکی از مهم‌‌ترین آن‌‌ها، هزینه‌‌ی بالای پیاده‌‌سازی آن در حال حاضر باشد. با این حال، فناوری یادشده (دست‌کم در مقیاس نمونه‌‌ی اولیه) همین حالا نیز دردسترس است. به‌‌گفته‌‌ی دانشمندان، فرکانس کاری دستگاه در محدوده‌‌ی کاملا بی‌‌خطر برای سلامت انسان قرار می‌‌گیرد.

ما اکنون به فناوری مهمی دست یافته‌‌ایم که می‌‌تواند امکان انتقال بی‌‌سیم انرژی برق آن‌هم برای تجهیزات در حال حرکت فراهم کند؛ موضوعی که شاید انقلابی واقعی در نحوه‌‌ی کاربری گجت‌‌ها و حتی حمل‌‌ونقل جهانی ایجاد کند. پژوهشگران در مقاله‌‌ی اخیر خود در Nature Electronics چنین اظهار داشته‌‌اند که:

به‌‌منظور بهره‌‌گیری کامل از مزایای فناوری انتقال بی‌‌سیم توان بسیار مهم است که یک طرح پایدار و پربازده برای ارسال توان به تجهیزات در حال حرکت ارائه کنیم.

یون‌های نقره چگونه باکتری‌ها را از بین می‌برند؟

دانشمندان می‌خواهند بدانند فلز نقره چگونه می‌‌تواند باکتری‌ها را از بین ببرد تا از این ویژگی برای مقابله با مقاومت آنتی‌بیوتیکی استفاده کنند.

یون‌های نقره چگونه باکتری‌ها را از بین می‌برند؟

 

در حالی که چگونگی کشتن باکتری‌ها توسط فلز خاص نقره رازی سربه‌مهر است، انسان از قرن‌ها پیش خواص ضدمیکروبی آن را می‌شناسند. حال پژوهشگران دانشگاه آرکانزاس در آرکانسای آمریکا، با نگاهی به پویایی پروتئین‌ها در باکتری‌های زنده در سطح مولکولی، گامی بزرگ در جهت درک بهتر این فرآیند برداشته‌اند. یونگ وانگ، استادیار فیزیک و نویسنده‌ی پژوهش جدیدی که در مجله‌ی میکروبیولوژی کاربردی و محیطی منتشر شده است، می‌گوید:

به‌طورسنتی، اثرات ضد میکروبی نقره از طریق زیست‌سنجی (bioassay) سنجیده می‌شود. این روش، اثر یک ماده‌ در ارگانیسم آزمایشی را در برابر یک داروی استاندارد و بدون درمان، مقایسه می‌کند؛ این‌گونه روش‌ها موثر هستند؛ اما معمولاْ تنها تصویر و واکنشی لحظه‌ای را در زمان تولید می‌کنند.

برای اینکه گفته‌ی یونگ‌وانگ بهتر درک شود باید گفت، زیست‌سنجی برای تعیین قدرت نسبی یک ماده (به عنوان مثال، یک دارو یا هورمون یا ماده‌ی سمی) با مقایسه‌ی اثر آن بر روی یک ارگانیسم مدل با استاندارد از پیش آماده شده است. به طور مشابه، زیست‌سنجی روشی برای توسعه‌ی اطلاعات سم‌شناسی روی موجوداتی است که فیزیولوژی آن‌ها شبیه به موجوداتی فرض می‌شود که مورد توجه مستقیم قرار دارند.

یون‌های نقره چگونه باکتری‌ها را از بین می‌برند؟

وانگ و همکارانش برخلاف معمول، از یک روش تصویربرداری پیشرفته استفاده کردند؛ آن‌ها با استفاده از یک میکروسکوپ بومی‌سازی‌شده‌ی «ردیاب تک‌ذره» و فوتوکتیزه‌شده (PALM یا FPALM) پروتئین خاص موجود در باکتری‌های E.Coli را به‌مرورزمان مشاهده و بررسی کردند.

شایان ذکر است فوتوکتیزه‌شده (PALM یا FPALM) یه نوع روش تصویربرداری با میکروسکوپ فلورسانس است که تصاویری با وضوح بسیار بالا ارائه می‌دهد؛ همچنین «اشریشیا کُلی۶» (نام علمی: Escherichia coli) یا بطور اختصار E.coli، نوعی باسیل گرم منفی از خانواده‌ی انتروباکتریاسه‌ است که بطور شایع در روده‌ی جانوران خون‌گرم وجود دارد.

در نهایت برخلاف آنچه که قبلاْ‌ تصور می‌شد، پژوهشگران دریافته‌اند که یون‌های نقره باعث افزایش پویایی یا دینامیک پروتئین می‌شود. وانگ می‌گوید:

یون‌های نقره به عنوان سرکوب‌کننده و ازبین‌برنده‌ی باکتری‌ها شناخته شده است؛ بنابراین انتظار این‌ بود که در مواقع درمان با نقره همه‌چیز در باکتری‌ها کند شود؛ اما در کمال تعجب دریافتیم که پویایی پروتئین سریع‌تر می‌شود.

پژوهشگران مشاهده کردند که یون‌های نقره باعث می‌شود رشته‌های جفت‌شده‌ی DNA از باکتری‌ها جدا شوند و اتصال بین پروتئین و DNA تضعیف شود. وانگ اضافه می‌کند:

بنابراین پویایی سریع‎تر پروتئین‌ها ناشی از نقره، قابل درک است. وقتی پروتئین به DNA متصل می‌شود، به آرامی همراه با DNA حرکت می‌کند؛ چراکه یک مولکول حجیم در باکتری است. درمقابل وقتی با نقره درمان شود، پروتئین از DNA جدا می‌شود و به‌خودی‌خود حرکت می‌کند؛ بنابراین سریع‌تر می‌شوند.

مشاهده‌ی جداسازی DNA ناشی از یون‌های نقره جزو کارهای اولیه وانگ و همکارانش بود؛ آن‌ها این‌کار را از طریق خم‌کردن DNA انجام داده بودند. در حال حاضر رویکرد آن‌های ثبت‌اختراع تحت فشارقراردادن DNA با استفاده از خم‌کردن آن‌ها است؛ این کار DNA را مستعد تعامل با سایر مواد شمیمیایی، از جمله یون‌های نقره می‌کند.

اکنون با تأمین بودجه‌ توسط بنیاد ملی علوم، ایده‌ی تحقیق درباره پویایی پروتئین‌های منفرد در باکتری‌های زنده تأیید شده است؛ وانگ گفت:

این رویکرد می‌تواند به پژوهشگران در درک واکنش‌های واقعی باکتری‌ها نسبت به نانوذرات نقره کمک‌کند. نانوذرات‌نقره برای مبارزه با سوپرباگ‌های مقاوم در برابر آنتی‌بیوتیک‌های معمول که تجویز می‌شوند، پیشنهاد شده است. آنچه که ما در نهایت می‌خواهیم این است که با استفاده از دانش جدید حاصل از این پروژه، آنتی‌بیوتیک‌های بهتری براساس نانوذرات نقره ساخته شوند.

رقابت کیمیاگران امروزی برای کشف عنصری جدید

دانشمندان امیدوار هستند بتوانند به کمک برخورددهنده‌های غول‌آسا، هشتمین سطر از جدول تناوبی را پر کنند و اتم‌های جدیدی را کشف کنند که تاکنون دیده نشده‌اند.

رقابت کیمیاگران امروزی برای کشف عنصری جدید

 

شاید تبدیل فلزهای اصلی مانند سرب به فلز طلا برای کیمیاگران قرون وسطا، تلاشی بیهوده بود اما به آن‌ها در درک اولیه‌ی جایگاه انسان در جهان کمک بسیاری کرد. بسیاری از جادوها و افسانه‌های آمیخته درباره‌ی کیمیاگری، به‌دنبال اهدافی مثل پرده‌برداری از راز طول عمر انسان بودند. در نگاه اول، چنین تلاشی در دنیای امروزی عجیب به‌نظر می‌رسد؛ اما فیزیک‌دان‌های کنونی هم به شیوه‌ی خود مجذوب کیمیاگری شده‌اند با این تفاوت که هدف آن‌ها، تبدیل عناصر به یکدیگر است.

آن‌ها کاری را انجام می‌دهند که برای کیمیاگران باستان ممکن نبود: ساخت اتم‌های جدید که به حوزه‌ی شناخته‌شده‌ها نفوذ می‌کنند و نکات زیادی را درباره‌ی رفتار ماده در جهان ارائه می‌دهند. کوسوکه موریتا، فیزیکدان هسته‌ای دانشگاه کیوشوی ژاپن یکی از کیمیاگران مدرن است. او سرپرست اولین تیم آسیایی بود که موفق به ساخت عنصر فوق سنگین ۱۱۳ در جدول تناوبی شد.

این بار دانشمندان به‌جای تلاش برای تبدیل فلزی بی‌ارزش به فلز ارزشمند با اشیایی افسانه‌ای مثل سنگ جادو فیلسوف، رویکرد دیگری دارند. هدف آن‌ها رسیدن به اتم‌های جدید از طریق برخورد اتم‌ها است. تاکنون ۱۱۸ عنصر در جدول تناوبی شناخته‌ شده‌اند. رقابت بر سر یافتن عنصر ۱۱۹ بالا گرفته است. در طبیعت روی زمین عنصری با بیش از ۹۲ پروتون در هسته‌ی اتم وجود ندارد. در جدول تناوبی عناصر، عدد اتمی برابر با تعداد پروتون‌ها است. با این حال می‌توان در محیط آزمایشگاه و از طریق ترکیب اتم‌ها، به اتم‌های بزرگ‌تری دست یافت.

رقابت کیمیاگران امروزی برای کشف عنصری جدید

^{تلاش بیهوده‌ی کیمیاگران قرون وسطا برای تبدیل عناصری مثل سرب، امروزه در کیمیاگری مدرن، شکل جدیدی به خود گرفته است}

 

در عمل، ترکیب عناصر سنگین با عدد اتمی بالاتر از عنصر ۱۱۳، کار دشواری است. وقتی دو اتم با یکدیگر برخورد می‌کنند، پروتون‌های باردار مثبت در هسته‌ی اتم‌ها، نیروی دافعه‌ی الکترواستاتیک را ایجاد می‌کنند. دانشمندان برای پیشگیری از جدا شدن اتم‌ها باید آن‌ها را با سرعت‌های بالایی برخورد دهند. معمولا در این فرایند از یک عنصر به‌عنوان هدف استفاده می‌شود و با پرتوی شدید یون‌های عنصر دوم که با سرعت هزاران کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کنند، بمباران می‌شود.

بزرگ‌ترین مشکل در ترکیب عناصر فوق سنگین، کوچک بودن هسته‌ی اتم است که عرض آن تنها به یک تریلیونیوم سانتی‌متر می‌رسد. در صورت برخورد دو هسته‌ی اتم، شانس ترکیب آن‌ها تنها یک در ۱۰۰ تریلیون است. حتی با فرض برخورد مستقیم و ترکیب دو هسته‌ی اتمی با یکدیگر، ثابت ماندن این وضعیت در مدت زمانی‌که برای کشف آن کافی باشد، چالشی دیگر است. ایزوتوپ‌های ۱۱۳ (انواع اتم‌هایی که به دلیل تعداد نوترون‌های موجود هسته‌ی اتمی، وزن اتمی متفاوتی دارند) در مرکز نیشتای RIKEN در ژاپن، تنها یک هزارم ثانیه دوام آوردند. بااین‌حال، موریتا مرد علم است و این سختی‌ها او را ناامید نکردند؛ زیرا با وجود چند پژوهش منطبق دراین‌زمینه همچنان امیدوار بود به نتیجه‌ی خوبی برسد.

رقابت کیمیاگران امروزی برای کشف عنصری جدید

^{کوسوکه موریتا در حین تلاش برای اثبات نیوهونیوم، اهمیتی به اندک پژوهش‌های مرتبط نمی‌داد}

از طرفی پروژه‌ی موریتا و همکاران او، فاصله‌ی زیادی با ماورا‌ء‌الطبیعه و جادو داشتند. موریتا می‌گوید: «عنصر ۱۱۳ زمانی ترکیب شد که سرعت پرتوی هسته‌ی عنصر روی را بالا بردیم و آن را با ده درصد سرعت نور، به عنصر هدف بیسموت زدیم.» عنصر ۱۱۳ در بازه‌ای ۹ ساله و پس از چهار تریلیون برخورد، سه مرتبه ساخته شد؛ اما همین سه مرتبه برای شناخت و کشف این عنصر کافی بود.

با وجود خاموشی موقتی ژاپن در زلزله‌ی بزرگ توهوکو در سال ۲۰۱۱، تیم موریتا در تاریخ ۱۲ اوت ۲۰۱۲ به مشاهده‌ی مهمی دست یافت که شبهات قبلی درباره‌ی وجود عنصر ۱۱۳ را رد می‌کرد. کیتلین کوک، فیزیک دان هسته‌ای دانشگاه ایالتی میشیگان می‌گوید:

تنها با مشاهده‌ی واپاشی عنصر می‌توانیم از کشف آن خبر دهیم. تمام این عناصر رادیواکتیو هستند و ذرات آلفا منتشر می‌کنند. انرژی واپاشی آلفا حکم اثر انگشت هسته‌ای مشخص را دارد که با آشکارساز، قابل اندازه‌گیری است. در فرایند ساخت عنصر جدید، واپاشی جدیدی را شاهد خواهیم بود. این واپاشی هسته‌هایی را تولید می‌کند که زنجیره‌ی واپاشی آن‌ها قبلا شناخته شده‌اند.

گروه موریتا پس از کشف عنصر، حق نام‌گذاری آن را هم داشتند. پس از مشورت، بالاخره اسم نیهونیوم با نماد Nh برای این عنصر انتخاب شد. به مناسبت این کشف جدید، خیابانی در شهر واکو براساس عنصر جدید نام‌گذاری شد. موریتا پس از کشف عنصر ۱۱۳  در خبرنامه‌ی RIKEN گفت:

از دیدگاه شیمی، این کشف اهمیت زیادی دارد زیرا یکی از جاهای خالی را در جدول تناوبی پر می‌کنیم و ممکن است تنها ۱۷۳ فضای خالی دیگر در این جدول وجود داشته باشد.

طبق محاسبات دانشمندان، قبل از واپاشی هسته‌ی اتم امکان تولید حداکثر ۱۷۲ الی ۱۷۳ عنصر وجود دارد. اگرچه به اعتقاد برخی، جدول تناوبی بیش از این هم قابل گسترش است.

رقابت کیمیاگران امروزی برای کشف عنصری جدید

^{گروه‌های پژوهشی امیدوار هستند بتوانند برای اولین‌بار عنصر ۱۱۹ را بسازند و جدول تناوبی را گسترش دهند}

موریتا می‌گوید:

تاکنون کمتر از ۱۲۰ عنصر کشف شده‌اند. کشف عناصر، اهمیت نمادین دارند. تمام عناصر گذشته در غرب کشف شده‌اند و حالا عنصری داریم که در آسیا کشف شده است.

موریتا و تیم او بر سر کشف عنصر جدید دیگری به رقابت می‌پردازند که آغازگر سطر هشتم جدول تناوبی خواهد بود. عنصر ۱۱۹، موقتا اونونیوم نام‌گذاری شده است و هنوز عنصری فرضی است که احتمالا هفتمین فلز قلیایی با خواصی مشابه دیگر عناصر فرار این گروه مثل لیتیم، سدیم، پتاسیم و سزیم خواهد بود.

ترکیب عنصر و کشف آن کار ساده‌ای نیست. به‌گفته‌ی جیمز روبرتو، رئیس آزمایشگاه علم و فناوری در آزمایشگاه ملی اوک ریج تنسی: «برای دستیابی به عنصر ۱۱۹ و برخورد پرتوهای وانادیوم به هدف کوریوم، ماه‌ها زمان لازم است.» حتی پس از این تلاش‌ها ممکن است، عنصر تولیدی ۱۱۹ بسیار کوچک و دارای عمری بسیار کوتاه باشد. یکی از چالش‌های دیگر، تضمین دوام کوریم در طول بمباران است.

ممکن است عنصر ۱۱۹ عمر بسیار کوتاهی داشته باشد

تیم ژاپنی با رقابت شدید از سوی دیگر گروه‌های اطراف دنیا از جمله تیم مؤسسه‌ی مشترک پژوهش‌های هسته‌ای در دوبنای روسیه روبه رو است. سرپرست این تیم، فیزیکدانی به‌نام یوری اوگانسیان است و عنصر اوگانسن (سنگین‌ترین عنصر جدول تناوبی) با الهام از او نام‌گذاری شده است. او برای اولین‌بار در ترکیب عنصر اوگانسن در سال ۲۰۰۲ نقش داشت. تیم روسی مسیر دشواری را طی کرده است و تاکنون موفق به کشف چهار عنصر سنگین ۱۱۴ تا ۱۱۸ در جدول تناوبی شده است.

هر دو تیم مذکور از واکنش همجوشی داغ برای یافتن عنصر ۱۱۹ استفاده می‌کنند، تیم اوگانسن از همین روش برای کشف عناصر ۱۱۴ تا ۱۱۸ استفاده کردند. در این روش از دماهای بالا برای همجوشی هسته‌ها استفاده می‌شود. روس‌ها می‌خواهند از پرتوی تیتانیوم برای بمباران هدف برکلیوم استفاده کنند درحالی‌که تیم ژاپنی قصد دارد از وانادیم برای بمباران کوریم استفاده کند.

رقابت کیمیاگران امروزی برای کشف عنصری جدید

^{پرتودهی به هدف کوریوم با پرتوی وانادیوم و تولید عنصر ۱۱۹، به ماه‌ها زمان نیاز دارد، نام عنصر کوریم، برگرفته از نام ماری کوری و همسر او است.}

هیرومیتسو هابا، یکی از رهبران تیم گروه پژوهشی موریتا در RIKEN می‌گوید:

 احتمال واکنش تیتانیوم، برکلیوم بیشتر از واکنش وانادیوم، کوریم است بااین‌حال برکلیوم هدف بسیار کمیابی است و دسترسی پیوسته به این ماده برای ما دشوار است زیرا نیمه عمر ایزوتوپ برکلیوم کمتر از یک سال است. ازآنجاکه آزمایش ما چند سال به طول می‌انجامد، هدفی مثل کوریم را ترجیح می‌دهیم که عمر طولانی‌تری دارد.

صرف‌نظر از اینکه گروه‌ها از چه عناصری به‌عنوان هدف استفاده کنند، هر دو عنصر هدف از رآکتور هسته‌ای آزمایشگاه ملی اوک ریج به دست می‌آیند. تیم موریتا برای دستیابی به عنصر ۱۱۹، از دو نوع شتاب‌دهنده‌ی ذرات استفاده خواهد کرد. کار با پرتوی سیکلوترون آغاز می‌شود که ذرات را دور یک حلقه‌ی بسته پرتاب می‌کند، سپس شتاب‌دهنده‌ی خطی فعال می‌شود. هیدتو اینیو، رئیس مرکز علوم شتاب‌دهنده‌ی نیشینای RIKEN، می‌گوید:

سیکلوترون حلقه‌ای بسیار تطبیق‌پذیر است و بسیاری از کاربران دیگر مؤسسه به‌دنبال استفاده از آن هستند. با استفاده از شتاب‌دهنده‌ی خطی جدید به نتایج خوبی خواهیم رسید؛ و مهم‌تر از هرچیز می‌توانیم دو جستجوی موازی را با استفاده از دو شتاب‌دهنده‌ اجرا کنیم.»

تیم پژوهشی ژاپنی آزمایش پرتوی اول را در ماه فوریه انجام خواهند داد. آن‌ها می‌گویند: «آزمایش دوم در سال مالی ۲۰۱۹ ژاپن اجرا خواهد شد.»

رقابت کیمیاگران امروزی برای کشف عنصری جدید

^{دانشمندان روسی تاکنون چهار عنصر سنگین در جدول تناوبی را کشف کرده‌اند}

در صورت موفقیت پژوهشگران، عصر جدیدی در علوم اتمی آغاز خواهد شد. فیزیک‌دان‌ها معتقدند سطر هشتم جدول تناوبی جایی برای جستجوی جزیره‌ی ثبات خواهد بود. سطر هشتم منبع ایزوتوپ‌ عناصر فوق سنگین با عددهای جادویی خواهد بود که به‌شدت پایدار هستند و نیمه عمر آن‌ها می‌تواند به صدها سال برسد. درنتیجه باتوجه به خصوصیت‌ّهای این عناصر، زمینه‌ی کاربردهای جدید آن‌ها فراهم خواهد شد.

کاربردهای بالقوه‌ی کشف عناصر جدید در نگاه اول واضح نیست؛ اما آن‌ها در آینده به‌شدت سودمند خواهند بود. برای مثال می‌توان به کشف عنصر گادولینیوم در ۱۸۸۰ و تکتونیوم در ۱۹۳۷ اشاره کرد. این دو عنصر، فلزهایی هستند که در اسکن‌های پزشکی از جمله تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) و تومورگرافی (CT) کاربرد دارند و به تصویربرداری از بافت‌ها کمک می‌کنند. در صورتی که عناصر جدید موریتا و همکاران او، در آینده سودمند واقع شوند می‌توانند هدف کیمیاگران قدیمی را محقق کنند با این تفاوت که ارزش آن‌ها از طلا هم بیشتر خواهد بود.

تولید گیاهان همیشه درخشان دستاورد جدید مهندسان ژنتیک

دانشمندان گیاهانی را مهندسی ژنتیک کرده‌اند که نه‌تنها درخش قابل مشاهده‌ای دارند بلکه این درخشش خودپایدار در کل دوران زندگی گیاه ماندگار است.

تولید گیاهان همیشه درخشان دستاورد جدید مهندسان ژنتیک

 

موفقیت جدید دانشمندان در تولید گیاهان درخشان، پیشرفتی حیرت‌انگیز در گیاهان درخشان قبلی است. این گیاهان، از نمونه‌های مهندسی ژنتیک‌شده‌ی تنباکوی قبلی درخشان‌تر بوده و برای حفظ درخشش نیازی به تغذیه با مواد شیمیایی ندارند. همچنین، مدت زمان درخشش بسیار طولانی‌تر از گیاهان درخشنده‌ای است که با استفاده از نانوبیونیک گیاهی تولید شده‌اند.

البته همه‌ی ما ممکن است فورا به باغ شبانه‌ی شگفت‌انگیز آواتارمانندی فکر کنیم که در تاریکی می‌تابد و در آینده‌ی بسیار دور موجب کاهش وابستگی ما به نور الکتریکی می‌شود. اما گیاهان درخشان به ما در درک خود گیاه نیز کمک می‌کنند و بینشی درمورد نحوه‌ی متابولسیم گیاهان و چگونگی پاسخ آن‌ها به دنیای پیرامون در اختیار ما قرار می‌دهند.

پژوهشگران مطالعه‌ی جدید، روی دو گونه از گیاه تنباکو کار کرده‌اند. برخلاف گیاهان مهندسی ژنتیک شده‌ی درخشان قبلی که از باکتری‌های زیست‌تاب یا DNA کرم شب‌تاب استفاده می‌کردند، در این گیاهان از DNA قارچ زیست‌تاب استفاده شده است. پژوهشگران در مقاله‌ی خود نوشتند:

اگرچه ژن‌های باکتری زیست‌تاب می‌تواند برای مهندسی‌ خودزیست‌تابی به پلاستید افزوده شود، این کار ازنظر فنی دشوار بوده و نمی‌تواند نور کافی تولید کند. چرخه‌ی کافئیک اسید که مسیر متابولیکی مسئول درخشندگی در قارچ‌ها است، اخیرا توصیف شده است. ما انتشار نور را در گیاه گل توتون (Nicotiana tabacum) و نیکوتیان (Nicotiana benthamiana) بدون افزودن هیچ‌گونه بستر خارجی و ازطریق وارد کردن ژن‌های زیست‌تاب قارچ به ژنوم هسته‌ای گیاه گزارش می‌کنیم.

 

در پایان سال 2018 بود که گروهی از پزوهشگران (که بسیاری از آن‌ها در پژوهش جدید نیز مشارکت داشتند) مقاله‌ای را درمورد بیوسنتز لوسیفرین قارچی منتشر کردند. لوسیفرین ترکیبی است که عامل درخشش قارچ‌های زیست‌تاب است. آن‌ها دریافتند که این قارچ، لوسیفرین را از ترکیبی می‌سازد که کافئیک اسید نامیده می‌شود و طی این فرایند به عمل چهار آنزیم نیاز دارد. دو آنزیم در تبدیل کافئیک اسید به پیش‌ساز درخشان نقش دارند و آنزیم سوم، این پیش‌سازها را برای تولید فوتون اکسیده می‌کند. سپس آنزیم چهارم، این مولکول را مجددا به کافئیک اسید تبدیل می‌کند که می‌تواند طی همین فرایند بازیافت شود.

این‌جاست که همه‌چیر جالب می‌شود زیرا کافئیک اسید (ربطی به کافئین ندارد) در تمام گیاهان یافت می‌شود. کافئیک اسید در بیوسنتز لیگنین که پلیمر چوبی است که موجب سختی و استحکام دیواره‌های سلول گیاهی می‌شود، نقشی حیاتی دارد. براین‌اساس، این تیم استدلال کرد که شاید بتوان گیاهان را به طریق ژنتیکی مهندسی کرد تا همان‌طور که در قارچ‌های زیست‌تاب دیده می‌شود، مقداری از کافئیک اسید خود را به بیوسنتز لوسیفرین اختصاص دهند.

آن‌ها چهار ژن قارچی مرتبط با زیست‌تابی را وارد ژنوم گیاهان تنباکو کرده و آن‌ها را به دقت کشت کردند. پژوهشگران دریافتند که گیاهان از دوران جوانه تا بلوغ، با نوری مرئی که برای چشم غیرمسلح قابل مشاهده بود، می‌درخشیدند. این فرایند ظاهرا هزینه‌ای برای سلامتی گیاه نداشت. پژوهشگران در مقاله‌ی خود نوشتند:

در گلخانه، فنوتیپ کلی، کلروفیل و محتوای کاروتنوئید، زمان گلدهی و جوانه‌زنی بذر با تنباکوی نوع وحشی تفاوتی نداشت، فقط متوسط ارتفاع گیاهان ترانس‌ژنیک ۱۲ درصد افزایش یافته بود. این امر نشان می‌دهد که برخلاف بیان زیست‌تاب باکتریایی، بیان چرخه‌ی کافئیک اسید در گیاهان سمی نیست و بار آشکاری را حداقل در شرایط گلخانه، روی رشد گیاه تحمیل نمی‌کند.

پژوهشگران دریافتند که قسمت‌های جوان‌تر گیاه با روشنی بیشتری می‌درخشید و درخشش گل‌ها بیشتر از بخش‌های دیگر گیاه بود. به‌گفته‌ی پژوهشگران، این‌ گیاهان حدود یک میلیارد فوتون در دقیقه تولید می‌کنند. این مقدار روشنایی برای خواندن کافی نیست، اما به‌حدی روشن است که بتوان به وضوح دید. پژوهشگران گفتند گیاهان آن‌ها همچنین حدود ۱۰ برابر درخشان‌تر از دیگر گیاهان مهندسی ژنتیک‌شده‌ی درخشنده هستند.

البته افتخار درخشان‌ترین گیاه تولیدشده به گیاه آب‌تره‌ای تعلق دارد که به‌وسیله‌ی دانشمندان موسسه‌ی فناوری ماساچوست با استفاده از تکنیکی به نام نانوبیونیک گیاهی تولید شد که تابشی حدود یک تریلیون فوتون در ثانیه تولید می‌کرد اما این درخشش تنها برای ۳/۵ ساعت دوام داشت.

پژوهشگران دریافتند که درخشش طولانی‌مدت و خودپایدار جدید می‌تواند به‌عنوان شاخصی برای نشان دادن نحوه‌ی واکنش گیاه به محیط خارجی خود عمل کند. برای مثال وقتی آن‌ها یک پوست موز را در حوالی گیاه قرار دادند، گیاه در پاسخ به اتیلن ساطع‌شده درخشش بیشتری پیدا کرد. همچنین سوسو و امواجی در نور مشاهده می‌شد که به‌وسیله‌ی فرایندهای متابولیکی درونی که معمولا پنهان هستند، تولید می‌شود. این مساله نشان می‌دهد که این پژوهش می‌تواند روشی جالب برای مطالعه‌ی سلامت گیاه باشد. پژوهشگران در مقاله‌ی خود نوشتند:

با فعال‌کردن انتشار خودکار نور، می‌توان فرایندهای پویایی نظیر توسعه و فتوسنتز، پاسخ به شرایط محیطی و اثر تیمارهای شیمیایی را در گیاهان مورد نظارت قرار داد. با حذف نیاز به افزودن خارجی لوسیفرین یا بسترهای دیگر، این قابلیت‌های درخشندگی باید خصوصا برای آزمایش‌های رشد گیاه در خاک سودمند باشد.

درهمین‌حین، این تیم در تلاش است تا پژوهش خود را گسترش دهد. آن‌ها گیاهان گلداری مانند پیچ تلگرافی، اطلسی و رزها را ازنظر ژنتیکی اصلاح کرده‌اند. آن‌ها همچنین در تلاش برای تولید درخشندگی بیشتر و ایجاد رنگ‌های مختلف هستند. این پژوهشگران به اهداف بزرگ‌تری نیز فکر می‌کنند و می‌گویند:

اگرچه کافئیک اسید بومی جانوران نیست، درخشش خودکار در حیوانات نیز امکان‌پذیر است.