كيف تشعر الخلايا؟

هل يمكن لومضات ضعيفة من الضوء حتى تخبرنا بالكيفية التي تشعر بها الخلايا،يا ترى؟ وإذا تفهمنا لغتها، فهل يمكننا التحكم بها… من يدري!

هناك مجموعة صغيرة من الباحثين في جميع أنحاء العالم تجري أبحاثها في مختبرات مظلمة على أمل التقاط ذلك الضياء الخافت الذي ينبعث من جميع الأنسجة الحية. وهذا الضياء مراوغ لدرجة أننا لا نستطيع رؤيته سوى باستخدام أكثر أجهزة الاستشعار حساسية، لكننا لا نتحدث عن الأورة الروحانية هنا، لكن تلك النبضات الخافتة من الضوء قد تكون أكثر قليلا من مجرد نواتج ثانوية لاستقلاب الخلية ذاتها- وهولقاء انبعاث عادم السيارة.

وعلى الرغم من ذلك، يأمل الباحثون في حتى يؤدي الفرق في شدة الضوء المنبعث من الخلايا السليمة وتلك السرطانية، إلى منح الأطباء وسيلة غير جراحية أخرى لاكتشاف السقم الخبيث. ويمضى آخرون إلى أبعد من ذلك، إذ يعتقدون حتى الخلايا بوسعها تنسيق أنشطتها بواسطة أنماط الفوتونات photons. بينما يجرؤ أقل القليل على اقتراح حتى هذه الفوتونات قد تكون في واقع الأمر، هي الوسائط المستبطنة للوعي ذاته.

ومما لا ريب فيه حتى كثير من الكائنات الحية تشع ضوءاً؛ وعلى سبيل المثال، فإن 80% من المخلوقات البحرية، وذبابة النار، وعدد قليل من الفطريات، والحريش (أم أربعة وأربعين centipede)، تستخدم الضياء الحيوي bioluminescence للتواصل فيما بينها. ويتم توليد الضوء عادة عن طريق تفاعل كيميائي بين ثلاثي فسفات الأدينوزين ATP- وهومخزن طاقة الخلية- وبين الأكسجين وجزيء اسمه لوسيفرين luciferin. ويقوم الأخير بتحويل الطاقة الكيميائية المحتبسة في ثلاثي فسفات الأدينوزين إلى فوتونات ضوئية. وفي أغلب الحالات، تنتج هذه الخلايا وميضا خافتا يرى بالكاد بالعين البشرية.

لكن نوع الضوء الذي نتحدث عنه هنا أضعف من ذلك بكثير- بل إنه أوهى بنحومليون مرة من الضوء المنبعث من ذبابة النار. وفي الحقيقة حتى انبعاث "البيوفوتونات"- أوالفوتونات الحيوية biophotons، ضعيف لدرجة حتى الباحثين لم يبدءوا سوى مؤخرا في الاتفاق على مصدرها!… والمصدر الرئيسي لها هوالجذور الحرة Free radicals، وهي ذرات أوجزيئات تحتوي على إلكترون طليق ومن ثم تسعى جاهدة للاقتران بإلكترونات الجزيئات الأخرى. وكثيرا ما تمثل الجذور الحرة نواتج جانبية غير مرغوبة لتفاعلات تتم في الغشاء الداخلي للمتقدرات mitochondria- وهي مصانع الطاقة للخلية، والتي تستخدم الأكسجين لصنع وقود الخلايا- ثلاثي فوسفات الأدينوزين ATP. وهذه الجذور الحرة خطيرة للغاية ؛ فعندما تصطدم بالجزيئات الأخرى داخل الخلية مثل البروتينات أوالدهون أوالسكريات، تقوم بتدميرها عن طريق تحطيمها إلى بتر صغيرة.

وتتم أغلب التفاعلات البيولوجية عبر الكثير من المراحل الصغيرة، وكل منها مصمم لاستهلاك الطاقة بصورة مقتصدة. لكن تفاعلات الجذور الحرة تستهلك قدرا كبيرا من الطاقة يكفي لجعلها تتم في خطوة واحدة كبيرة . لكن هذا لا يعني حتى طاقة الخلية تستنفد بالكامل في هذا التفاعل ، فهناك قدر ضئيل منها يمتصه إلكترون موجود على الجزيء الذي تتم مهاجمته، وبالتالي يصبح هذا الإلكترون غير مستقر ، ويطلق طاقته الفائضة في صورة فوتون ضوئي. وباعتبار حتى الإنزيمات ومضادات الأكسدة antioxidants تقوم بإزالة جزيئات الأكسجين المتفاعلة والجذور الحرة قبل حتى تتمكن من إلحاق الأذى بالخلية، تنزع الخلية السليمة لإطلاق عدد قليل جدا من الفوتونات ، قد لا تزيد عن عشرة في الدقيقة الواحدة، وهومقدار يصعب اكتشافه حتى في أدق المختبرات المظلمة. ويعد هذا أحد مسببات بقاء تلك الظاهرة عصية على الدراسة والبحث؛ ففي سبعينات القرن العشرين، كان فهماء الكيمياء الحيوية يعتبرون البيوفوتونات إحدى الطرق التي يمكن بها دراسة جزيئات الأكسجين المتفاعلة reactive. لكن انبعاث هذه البيوفوتونات ضعيف ، وآليات إنتاجها معقدة لدرجة أصابت أغلب الباحثين بالإحباط، الأمر الذي نادىهم لإيقاف أبحاثهم في هذا المضمار في نهاية الأمر. وعلى سبيل المثال، أظهر عالم الفيزياء الحيوية – بريتون تشانس Chance- من جامعة بنسلفانيا الأمريكية، حتى الضوء كان ينبعث من الجذور الحرة التي تنتجها المتقدرات المعزولة ، لكن الدراسات المتعمقة فشلت في اكتشاف أية إشارة تدل على وجودها في أمخاخ الحيوانات. وقد تحسنت الأمور قليلا في عقد الثمانينات التالي، عندما قامت شركات مثل Hamamutu، وهي شركة يابانية متخصصة في صناعة أجهزة الاستشعار الضوئي المعروقة باسم المتضاعفات الضوئية photomultipliers ، بتطوير أدوات جديدة بالغة الحساسية صممت لتسجيل الإشارات الضوئية الواهية. ولاستغلال تلك الفرصة ، قامت الحكومة اليابانية بتمويل برنامج للأبحاث المتعلقة بالبيوفوتونات مدته خمس سنوات (بدأت عام 1986) ، وتبلغ تكلفته مليارات الدولارات. وقد ترأس المشروع هوميوإينابا Inaba، وهومهندس يعمل في معهد أبحاث الاتصالات الكهربائية التابع لجامعة توهوكواليابانية.

وقد اكتشف عشرات الباحثون من جميع أنحاء اليابان والذين عملوا في المشروع، حتى هذه الانبعاثات تصدر من جميع شيء تقريبا؛ من بذور الطماطم إلى ذبابة الفاكهة! وقد اكتشف إينابا أيضا حتى الخلايا المصابة أوالمعرضة للضغوط تطلق عددا من الفوتونات يزيد بكثير عما تطلقه مثيلاتها السليمة. وبصورة خاصة، عثر حتى نبتات فول الصويا التي يتم بترها بشكل الصليب، تنبعث عنها مستويات أعلى من هذه الفوتونات في موضع البتر. وقد اكتشفت فرق بحثية أخرى زيادة معدلات إطلاق البيوفوتونات في مواضع تلف الخلية؛ فقد قامت مجموعة بحثية بجامعة كالجاري الكندية بتمزيق أوراق الأشجار بالقرب من أجهزة الاستشعار الحساسة ، فوجدوا ذروة هائلة من عشرات آلاف البيوفوتونات ، فيما يشبه انفجارا ضوئيا… ويبدوالأمر كما لوكانت أوراق الأشجار تبكي عندما نمزقها ، لكننا نستطيع الآن حتى "نرى" صرختها بدلا من حتى نسمعها! وليست الخلايا النباتية فقط هي التي تمتلك هذه الخاصية، فقد اكتُشف في معهد الفيزياء بجامعة كاتانيا الإيطالية حتى الخلايا السرطانية المعزولة من الثدييات تطلق الفوتونات بمعدلات مرتفعة تصل إلى 1400 /سم2/ دقيقة- بينما لا تزيد معدلات إطلاق الخلايا السليمة عن 40 في الدقيقة!

وفي دراسة أجريت على سرطان المثانة، اكتشف الباحثون اليابانيون حتى شدة الضوء في خلايا الورم تبلغ أربعة أضعاف مثيلاتها في الخلايا السليمة المحيطة بها. ومن الواضح حتى الخلايا عندما تتعرض للضغوط أوالتلف تنطلق منها كميات من الجذور الحرة – وهذا يطلق الضوء. لكن السؤال الآن هو: هل يستطيع الأطباء استخدام هذا الوهيج الناتج عن الضغوط distress flare، كعلامة منذرة بحدوث السقم أوالاعتلال؟… يرى بعض الباحثين حتى ذلك شبه مؤكد؛ فالانبعاث الضوئي قد يزودنا بمؤشر بالغ الحساسية عن الظروف الحادثة داخل الخلايا ، وعن وظيفة الآليات الدفاعية الخلوية. وربما كان بوسعنا استخدام البيوفوتونات يوما لتقييم حدة الالتهاب في الأنسجة ، الأمر الذي قد يحذرنا من حدوث قرحة في الساق، على سبيل المثال. ومن أجل التوصل إلى التشخيص، فإن ما نحتاجه الآن هوأجهزة استشعار sensors وأنظمة للتحليل حساسة، يفضل حتى تستخدم طرقا غير جراحية، تقوم بقياس الانبعاث الضوئي وتحديد مصدره – من الممكن باستخدام قياس الطيف الضوئي أومن خلال الخصائص الإحصائية للفوتونات. ويحاول الباحثون حاليا فهم ما إذا كان بوسعنا استخدام الفوتونات لاكتشاف الأمراض في البشر، وليس فقط في خلايا المختبر، كما يطورون طرقا لتحويل أنماط انبعاث الفوتونات إلى صور للجسم تشبه صور الأشعة السينية أوالأشعة المبترية المحوسبة (CT).

الالتفات نحوالضوء!

وعلى الرغم من ذلك، يعتقد البعض حتى البيوفوتونات أكثر بكثير من كونها مجرد إشارات تدل على تعرض الخلية للضغوط. ففي أوائل التسعينات من القرن الماضي، اكتشف أحد الباحثين من جامعة نورث وسترن الأمريكية حتى بعض الخلايا تستطيع اكتشاف الضوء المنبعث من الخلايا الأخرى ، بل والاستجابة له. وتمثلت التجربة التي أجراها في إعداد خليط من الكريات المصنوعة من اللاتكس بحجم الخلايا ، ومن الخلايا البانية للألياف fibroblasts المأخوذة من الفئران ، ومن ثم تعريض الخليط للأشعة تحت الحمراء. وعندئذ، بدأ الكثير من الخلايا البانية للألياف بفرد أقدامها الكاذبة الشبيهة بالأذرع محاولة الوصول إلى الضوء المتناثر بعمل كريات اللاتكس. وسرعان ما كانت هذه الخلايا تتجه مباشرة إلى كريات اللاتكس، وقد التف بعضها بدرجة 180 ْ للوصول إليها . ونظرا لقدرته الواهية وطوله الموجي الذي لا يزيد عن 380 نانومترا، لا يولّد هذا الضوء سوى القليل من الحرارة ، وبالتالي فلا يمكن اعتبار حتى الخلايا كانت متجهة نحوالحرارة، ولكن إلى مصدر الضوء. وباعتبار كون بعض الخلايا حاولت التوجه في الوقت نفسه لمصدرين ضوئيين مختلفين لهما نفس الشدة ، يظهر أنها تستطيع "رؤية" جميع من المصدرين بوضوح. وفي تجارب أخرى ، قام الباحثون بتوزيع خلايا مأخوذة من همستر (جرذ أرنبي: hamster) على جانبي شريحة من الزجاج. ومع نموالخلايا، وجدوا حتى هذه الخلايا انحرفت حتى استقرت عند زاوية تزيد على 45 ْ من تلك الموجودة على الجانب الآخر من الزجاج. ولكن عندما أضيفت للزجاج طبقة مرشحة تحجب الأشعة تحت الحمراء، بدأت الخلايا تنموبصورة عشوائية. وباعتبار حتى الأنسجة حتى تترتب الخلايا تصالبيا crisscross ، لأن ذلك يمنحها قوة إضافية ، فربما كانت الخلايا الموجودة على الشريحة الزجاجية تستخدم الضوء كإشارات تهديها إلى الطريق السليم للنمو. وإذا كان الأمر كذلك، فلابد أنها تمتلك نوعا من "العيون".

يعتقد بعض الباحثين حتى الأمر كله يهجرز في مريكزات الخلية centrioles، وهي بنى أسطوانية لها نصل blade منحرف، يعتقد أنها تعمل كمصراع سهل لحجب الضوء اختياريا؛ فمن خلال السماح بمرور الضوء إلى المريكزات من زوايا معينة فقط، يمكن لمصراع مستقبلة الضوء البسيطة الموجودة داخل المريكزات – مثل جزيئات الهيم heme ، وهوأحد مكونات الهيموجلوبين- فهم الاتجاه الذي يأتي منه الضوء. كما يمكن للييفات microtubules – وهي خييطات filaments مجوفة تمر عبر الخلايا ، حتى تعمل كألياف بصرية توصل الضوء إلى المريكزات من جدار الخلية.

ولكن لما ترغب الخلايا اكتشاف الضوء أصلا،يا ترى؟ … تتمثل الإجابة الأكثر وضوحا في أنها تتحدث إلى بعضها البعض بهذه الطريقة كما يرى بعض الفهماء… وقد تكون الإشارات التي ترسل بها لخلايا الجنينية هي تعبير عن فوتونات ، وبالتالي فهي تتعهد من خلالها على كيف من الممكن أن وأين سيكون مسقطها في الجسم النامي للجنين.

لكن ماذا إذا أردنا تفهم لغتها هذه،يا ترى؟ …لنتخيل يوما يصبح الأطباء فيه قادرين على توجيه الخلايا لما تعمله باللغة ذاتها التي تتواصل بها فيما بينها؛ وحينئذ سيمكننا حتى نأمر الخلايا السرطانية بالتوقف عن النمو، أوحتى نشجع الخلايا المحيطة بالجروح على حتى تنمولتسد الجرح. وقد نتفهم عندئذ حتى نصيغ رسائلنا الخاصة بلغة الخلايا لإجبارها على تطبيق مهام خاصة لم تقم بها من قبل. وليست هذه الأحلام وليدة يومنا هذا ؛ ففي عقد الثمانينات من القرن العشرين ، عثر الباحثون في جامعة ماربورج الألمانية في سلسلة من التجارب أنه عند الفصل بين خليتين بواسطة حاجز معتم ، فإن هاتين الخليتين تبثان بيوفوتونات بأنماط غير متناسقة (عشوائية). وعند إزالة الحاجز الذي يفصل بينها، سرعان ما كانت الخليتان تطلق الفوتونات بصورة متناسقة. وقد خلصت هذه التجارب إلى حتى الخلايا تتواصل فيما بينها بواسطة الضوء. وربما كان الأمر كذلك بالعمل، فالفوتون يمكنه إحداث وقائع معينة في الخلايا المستقبلة ، مما يجعلها تغير معدلات انقسامها أوتعبيرها expression للبروتينات المتنوعة.

وفي تجارب أخرى، يحاول الباحثون بجامعة كالجاري الكندية اكتشاف ما إذا كانت هذه المحفزات تستطيع عمل ذلك بالعمل. وبرغم حتى أولئك الباحثين يتكتمون حتى الآن على نتائج أبحاثهم، إلا أنهم يؤكدون على حتى النتائج التي توصلوا إليها حتى الآن مشجعة للغاية.

البساطة سر النجاح

لكنه من المرجح حتى البيوفوتونات لا يمكنها سوى توصيل رسائل بسيطة ، فالواضح حتى ما تخبر به الخلايا الأخرى هوحتى ثمة تفاعلات تأكسدية معينة تجري في ذلك الوقت. ومن الصعب فهم ما إذا كان بوسع الخلايا المضيئة حتى تمكننا يوما من تحقيق فهم أفضل للأمراض ، أومساعدة الفهماء على سبر غور لغة الخلايا ، أوحتى فهم ما إذا كانت البيوفوتونات تلعب دورا في الوعي البشري. وسبب ذلك ، ببساطة، هوحتى الخلايا تمتلك حساسية مفرطة لتلك العوامل التي تغير معدلات إطلاق الفوتونات. وكذلك، فمن المشكلات الرئيسية التي تقابل الأبحاث الجارية في هذا المضمار إمكانية تكرار النتائج reproducibility ، حتى بالنسبة للمنظومات البسيطة نسبيا مثل مزارع الخلايا؛ فانبعاث الضوء قد يحدث معتمدا على الجذور الحرة، لكنه يتأثر أيضا بعوامل مثل النشاط الإنزيمي، وتوفر مضادات الأكسدة الطبيعية مثل الفيتامين E أوالكاروتينويدات، وبالتالي فإذن التشخيص المباشر للأمراض بهذه الطريقة سيبقى غاية في الصعوبة ما لم تتحقق تطورات تقنية أوطبية هائلة في هذا الميدان. وفي الوقت الحالي، هجرز الأبحاث على أهداف أكثر واقعية ، فقد تم في ألمانيا إنشاء شركة أطلق عليها اسم Biophotonen ، وتعرض الشركة خدماتها "لقراءة" انبعاثات الفوتونات لقياس مدى طزاجة ونقاء الأطعمة! وتتضمن قائمة عملاء الشركة إحدى كبرى شركات صناعة المشروبات في ألمانيا، حيث تقوم أجهزة الشركة باكتشاف الضياء المنبعث من البكتريا الضارة قبل حتى تلوث المشروبات. وتقوم مجموعة بحثية أخرى في العاصمة الصينية بكين بتطوير اختبار معتمد على الفوتونات يمكنه اكتشاف وجود الجراثيم ، ويعد لاستخدامه في صناعة المواد الغذائية,

لكن سيأتي اليوم قريبا الذي لن تكون فيه الجراثيم وحدها هي المستهدفة من تلك الأبحاث، إذ يأمل الباحثون في تطوير جيل حديث من الكواشف detectors- مثل الأجسام الضوئية الغامرة avalanche photobodies، والتي تزيد كثيرا من فرص اكتشاف الفوتونات المنفردة (من 20% إلى 80% أوأكثر)، وبالتالي يمكنها حتى تزودنا بالطفرة التي نحتاجها لتطوير ماسح scanner يمكنه تشخيص الأمراض. وقد يستغرق هذا الأمر 10-20 سنة ، لكن على الأقل هناك بصيص من الضوء في نهاية النفق… من يدري!

الضوء الداخلي

يقترح بعض المنظرين المستقلين حتى فكرة وجود لغة مشهجرة بين الخلايا تجعل الاهتمام بالأمر يتمحور حول البيوفوتونات ، ليس فقط بالنسبة لعمليات التواصل البيولوجي، ولكن أيضا بالنسبة لدراسة الوعي consciousness. لكن الوعي أمر شديد الاختلاف عن بقية الوظائف البيولوجية الأخرى؛ ففي جميع العمليات الحيوية الأخرى، تقوم جميع ذرة أوجزيء بتأدية مهمة منفردة خاصة بها ، لكننا لا نستطيع حتى "نفكر" إلا من خلال عمل خلايا المخ بصورة متزامنة ومتناسقة – كأجزاء من جميع متكامل وليس كجزر منفصلة. ولا توجد ثمة طريقة يمكن بها للفيزياء التقليدية حتى تفسر هذه العملية، لكن في فيزياء الكم quantum physics، هناك أنظمة معروفة بأن كلا منها "كل في حد ذاته"، وهوما يعهد باسم "الحالات الكمية المترابطة" Quantum Coherent States؛ وهي حالات تندمج فيها الوظائف الموجية للذرات أوالجزيئات لتكون وحدة منفردة واحدة! (انظر الإطار رقم 1) . ويقودنا البحث في الحالات الكمية المترابطة في المخ إلى البحث داخل الخلايا العصبية – أوالعصبونات neurons- أي النظر إلى بنيتها الشبيهة بالهيكل العظمي، والتي تتكون من نبيبات مجهرية microtubules ، والتي يعتقد أنها تقوم بنقل الطاقة عبر الخلية ، والمساعدة في بناء الوصلات بين العصبونات ، والاحتفاظ بالذكريات. وتعمل أدوية التخدير anesthetics عن طريق الارتباط بهذه النبيبات. ولأن هذه الأدوية تجعل الوعي يتبخر ، فإن موضع عملها يتمتع بأهمية فائقة في تحديد الآليات المسؤولة عن الوعي. وفي نظرية تخمينية للغاية، يقترح العالمان سكوت هاجان (بريطاني)، وستيوارت هامروف (أمريكي) حتى الترابط الكمي في الوحدات الفرعية subunits للبروتينات الموجودة في النبيبات المجهرية قد تؤدي للوعي ذاته، كما يرى واضعا النظرية حتى البيوفوتونات قد تتحكم في هذه العملية بصورة ما غير معلومة لنا حتى الآن.

إطار 1: معضلة الوعي

يمكن تقسيم معضلة الوعي إلى قسمين ؛ الأول هومعضلة كيفية تفسير ما أسماه عالم الأعصاب والمؤلف الأمريكي الشهير أنطونيوداماسيو "بالفيلم المخي" movie in the brain، أي ذلك السيل من الصور المترابطة التي تمر في رءوسنا بصورة مستمرة. وبعد ذلك تأتي معضلة تفسير إحساسنا "بامتلاك" هذا الفيلم – أي الإحساس بوجودنا كمشاهد أول للصور والأفكار ، أي "كذات" مستقلة. وبرغم أنه من الممكن – نظريا- حل معضلة الذات بالطرق الفهمية المتاحة لنا حاليا، دون حتى نحتاج إلى ميكانيكا الكم المعقدة لتفسيرها. أما إذا أردنا تفسير "الفيلم المخي"، فتلك معضلة أخرى! … فهناك فجوة كبيرة بين ما يمكن للفهم معهدته حول أنماط النشاط العصبي في المخ، وبين ما أعهده أنا وأنت عن صورنا العقلية الذاتية. ولسد هذه الفجوة، قد نحتاج لفهم أكثر مما نفهمه الآن عن المادة matter وطرق سبر أغوارها. لكن السؤال الآن هو: هل سيؤدي التعهد على هذه "الأفلام المخية" لتعريض خصوصية تفكير جميع منا للخطر في يوم من الأيام،يا ترى؟ ؛ كأن يتم اختراع جهاز تقدر من الاطلاع على "الفيلم" الذي يدور داخل رأسي… اطمئن ! … فذلك لن يحدث أبدا؛ لأنك في هذه الحالة لن تحظى أبدا بمنظور "المشاهد الأول" الذي ذكرناه للتو، فما يحدد وعيك الشخصي هوحتى هذا "الفيلم" يتم تصويره من منظورك أنت، وليس غيرك.

المراجع