دانشمند خوب به دنبال معنی اتفاقات تعجب آور، تصادفی و اشتباهی است. او با کمی کنجکاوی و سماجت، می تواند اتفاقات غیرمنتظره را تبدیل به دیدگاه های جدید کند.
جایزه ی گلدن مول (موش طلایی، نوعی موش کور که دارای حواس لامسه و شنوایی فوق العاده است) که در ماه فوریه ی سال جاری از سوی رادیو ملی آمریکا برگزار شد، به تقدیر از این اتفاقات خوش یمن در تاریخ علم می پردازد. این مسابقه 30 شرکت کننده داشت. در اینجا به معرفی 12 نامزد دریافت موش طلایی می پردازیم.
1. وقتی قورباغه ها حمله می کنند
کارلوس جیرد، در حین کار مطالعاتی در جنگل های جنوب غربی برزیل، یک قورباغه را در دست داشت. قورباغه با سر خود ضربه ای به دست او وارد کرد و درد شدیدی بازوی جیرد را فرا گرفت. او که تا پنج ساعت به خود می پیچید، به طور اتفاقی فهمید که قورباغه ها هم ممکن است سمی باشند.
بسیاری از دوزیستان از طریق پوست خود سمومی ترشح می کنند، اما قورباغه ای که جیرد برداشته بود (گرینینگ) اولین موردی بود که می توانست این سموم را وارد گردش خون یک مهاجم کند. جیرد و همکارش ادموند برودی متوجه زوائد استخوانی در فک قورباغه شدند که با کنار رفتن پوست اطراف لب نمایان می شوند و در قاعده ی هر زائده غده ای وجود دارد که موکوس زهرآگینی تولید می کند. قدرت زهر قورباغه ی گرینینگ دو برابر زهر افعی برزیلی است.
2. اهمیت حباب لامپ
مهندسی به نام دیوید آشالوم تازه از دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا به دانشگاه شیکاگو نقل مکان کرده بود که تحقیقات او به مانعی برخورد. گروه او درباره ی فلز عجیبی تحقیق می کردند که امیدوار بودند روزی در پردازش کوانتومی (quantum computing) به کار بیاید. پردازش کوانتومی بر پایه ی کیوبیت (qubit) یا بیت کوانتومی انجام می شود و شاید بتوان مهم‌ترین تفاوت بیت دیجیتال و کیوبیت کوانتومی را در این دانست که بیت فقط می‌تواند در یکی از دو حالت صفر و یک قرار داشته باشد در حالیکه کیوبیت می‌تواند به طور بالقوه در بیش از دو حالت وجود داشته باشد.
آشالوم یک صفحه ی نازک از اتم ها را بر روی بستری از تیتانات استرونسیوم قرار داد. نتایج آزمایش پر از صداهای نامفهوم بود. ماه ها طول کشید تا دو دانشجو به نام های آندرو یتس و پیتر مینتون مشکل را پیدا کنند: لامپ های جدید آزمایشگاه.
طول موج نور این لامپ ها تصادفاً طوری بود که می توانست تیتانات استرانسیوم را پلاریزه کند و خواص الکتریکی ماده ی جدید را تحت تأثیر قرار دهد. آنان با کمی تغییرات توانستند با استفاده از این طول موج، اتصالات الکتریکی این ماده ی شکننده را به سرعت و ملایمت تغییر دهند. این فرآیند که به قلم زنی نوری (optical Etch A Sketch) موسوم است، می تواند روزی به ساخته شدن یک رایانه ی کوانتومی کمک کند.
3. به رنگ آبی
آبی رنگ به شدت گول زننده ای است. این رنگ در طبیعت نادر است—سنگی که در قدیم برای ساخت رنگ آبی به کار می رفت، از طلا گران تر بود. به همین دلیل انسان تلاش کرد رنگ آبی بسازد. نتایج متفاوت بود. برخی از این رنگ ها سمی بودند. برخی گرانقیمت بودند. بعضی هم ناپایدار بودند.
ماس سوبرامانیان هیچ علاقه ای به این مسئله نداشت. او در بخش شیمی دانشگاه ایالتی ارگون به دنبال موادی می گشت که که خواص مغناطیسی بهتری داشته و به کار تولید سخت افزارهای رایانه ای بیایند. او مواد شیمیایی مختلف را با هم مخلوط می کرد و در دمای بیش از هزار درجه ی سانتیگراد می پخت. سوبرامانیان متوجه شد با افزودن اکسید منگنز به مخلوط، یک پودر آبی رنگ به دست می آید.
رنگ جدید پایدار و غیرسمی است و نور مادون قرمز را منعکس می کند. می توان از آن برای خنک نگهداشتن ساختمان ها و وسایل نقلیه استفاده کرد.
4. مبارزه با حرارت
تغییرات آب و هوا از دشمنان اصلی پیکا (خرگوش بی دم) است. این پستاندار کوچک و دوست داشتنی که بیشتر در کوهستان های غرب آمریکا سکونت دارد، حتی دردمای24 درجه ی سانتیگراد هم گرمازده می شود. این جانور اغلب لانه ی خود را در ارتفاعات، درون شیب صخره ها می سازد تا در آنجا خنک بماند.
اما یک دسته از پیکاها در کلمبیا جرج واقع در اَرگون در ارتفاع سطح دریا زندگی می کنند. اکولوژیستی به نام جوهانا وارنر می خواست علت آن را بداند. او ماه ها به تماشای پیکاها پرداخت و حسگرهای حرارتی را در این مکان کم ارتفاع کار گذاشت. او برای مقایسه، همین کار را در صخره های کوهستانی مجاور در مونت هود (به عنوان سایت شاهد) نیز انجام داد.
چند روز پس از پایان اولین تابستان، یکآتش سوزی در مونت هود روی داد که درختان را سوزاند و ذخایر غذای پیکاها را از بین برد. آزمایش او شکست خورد و سایت شاهد دیگر وجود نداشت.
اما وارنر متوجه شد این فاجعه می تواند یک فرصت باشد. اطلاعات به دست آمده از حسگرها در جریان آتش سوزی نشان می داد حرارت داخل لانه ی پیکاها، حتی وقتی دمای آتش به 500 درجه ی سانتیگراد رسیده، هرگز از 24 درجه ی سانتیگراد فراتر نرفته است. او همچنین به مطالعه ی رفتار پیکاها در دوران بازیابی پس از حریق پرداخت و به نتایج منحصر به فردی دست یافت.
5. رقص قطره ها
وقتی ناته سیرا به عنوان یک دانشجوی کالج در زیر میکروسکوپ دنبال رنگ های غذا بود، متوجه چیز عجیبی شد. به نظر می رسید دو قطره به رنگ های مختلف به گرد یکدیگر می رقصند، درست مثل این که زنده هستند.
او وقتی کالج را تمام کرد و وارد دانگاه استانفورد شد، موضوع را با استاد خود، مانو پراکاش، در میان گذاشت. هر دو به موضوع کنجکاو شدند. آنان سه سال تلاش کردند علت این پدیده را پیدا کنند
به نظر می رسید آن رقص دینامیک حاصل دو پدیده ی ساده ی فیزیکی باشد: کشش سطحی و تبخیر. بخاری که از یک قطره برمی خاست برای قطره ی دیگر مانند یک پیام عمل می کرد—به تعبیری، آن ها با هم در ارتباط بودند. اصولی که پراکاش، سیرا و همکار دیگر آنان، آدریان بنوسیگلیو پیدا کردند می تواند در تولید ماشین های آبی خودکار، مانند صفحات خورشیدی که خود را تمیز می کنند، به کار رود.
6. آلت اشتباهی
ملیسا براون در دانشگاه نورث وسترن به مطالعه ی بیماری ام اس (اسکلروز متعدد) در موش ها مشغول بود. او نیز مانند بیشتر محققین ام اس تنها از موش های ماده استفاده می کرد—موش های نر به این بیماری مبتلا نمی شدند.
او در حال نجام آزمایش بر روی موش هایی بود که به دلیل یک جهش ژنی دچار اختلال دستگاه ایمنی می شوند. موش های ماده ی طبیعی به سرعت بیمار می شوند. موش های ماده ای که جهش ژنی داشته باشند در مقابل بیماری مقاوم تر هستند. براون می خواست بداند چرا.
اما وقتی نتایج آماده شد، برخی از آن ها بر خلاف انتظار بود. برخی موش های طبیعی بیمار نشده بودند. برخی از موش هایی که دچار جهش بودند بیمار شده بودند. بررسی دقیق تر، علت را مشخص ساخت. موش هایی که نتایج عجیبی داشتند در واقع نر بودند! یک دانشجوی تازه کار به نام مارگارت کالفیلد هنوز به درستی نمی توانست آلت موش های نر را تشخیص دهد.
اما این اشتباه، نتیجه ی خوبی داشت. براون، کالفیلد و ابی روسی توانستند به این ترتیب گروه خاصی از سلول ها را شناسایی کنند که موش های نر را در مقابل ام اس مقاوم می کنند—سلول های لنفاوی ذاتی. این کشف دریچه های جدیدی در مقابل پژوهشگران ام اس گشوده است.
7. راز سرم
مرضی به نام میلوفیبروز باعث رشد بافت جوشگاه (اسکار) در داخل مغز استخوان می شود. این بیماری وقتی روی می دهد که سلول های سفید خون به نام منوسیت وارد مغز استخوان شده و تبدیل به فیبروسیت می شوند. سال ها دانشمندان به دنبال راهی برای توقف تولید فیبروسیت بوده اند. مشکل چه بود؟ امکان مطالعه درباره ی آن وجود نداشت. در شرایط عادی آزمایشگاه، وقتی منوسیت ها در داخل سرم رشد می کنند، تبدیل آنها به فیبروسیت امکان پذیر نیست.
اخیراً دارل پیلینگ و ریچارد گومر، دو بیولوژیست از دانشگاه کشاورزی و مکانیک تگزاس (A&M، تامو)، در حال بررسی نوع کاملاً متفاوتی از سلول های خونی بودند. آن ها می خواستند بدانند آیا سلول های T در محیط کشت فاقد سرم زنده می مانند. نمونه های سلول T آنان به طور ناخواسته به منوسیت آلوده شده بود. و هنگامی که آنان با میکروسکوپ به محیط کشت نگاه کردند، فیبروسیت ها را مشاهده کردند.
چیزی در داخل سرم از تبدیل منوسیت به فیبروسیت جلوگیری می کرد.
پیلینگ و گومر به سرعت دنده را تعویض، کار روی سلول T را رها و به جای آن، روی منوسیت ها تمرکز کردند. هدف آنان شناسایی پروتئینی بود که از تشکیل فیبروسیت در داخل سرم جلوگیری می کند. در حال حاضر، این پروتئین در حال آزمایش برای درمان میلوفیبروز است.
8. چهره به چهره با زنبور
لیز تیبتز به عنوان یک دانشجوی جوان در زمینه ی سلسله مراتب اجتماعی روی کلنی زنبورها مطالعه می کرد. او زنبورها را می گرفت و نقطه های رنگی بر پشت آنان می گذاشت تا امکان شناسایی شان فراهم شود و سپس از رفتارهای شان فیلمبرداری می کرد.
تیبتز یادش رفت چند زنبور را علامت گذاری کند و تا وقتی فیلم را ندیده بود پی به اشتباه خود نبرد. یک مشکل وجود داشت. اگر نمی توانست زنبورها را دنبال کند، جمع آوری اطلاعاتی که لازم داشت امکان پذیر نبود. اما وقتی بیشتر دقت کرد، متوجه شد بدون علامت گذاری هم می تواند زنبورها را شناسایی کند. چهره ی هر زنبور رنگ و شکل منحصر به فردی داشت.
تیبتز نمی دانست که زنبورها هم یکدیگر را می شناسند یا خیر. این قضیه برای یک محقق باتجربه عجیب به نظر می رسد—بر اساس فرضیات پیشین، حشرات اجتماعی قادر به افتراق بین افراد نبودند. اما تیبتز تازه کار بود و به هر حال این پرسش را مطرح کرد.
تحقیقات وی نشان داد که زنبورها علاوه بر این که قادر به شناسایی یکدیگر هستند، مغز کوچک آنان طوری تکامل یافته که توانایی شناسایی چهره هم هستند. این توانایی امکان تعاملات پیچیده ی اجتماعی درون کلنی ها را فراهم می کند.
9. سنگر رنگی
باکتری ها رنگ های متنوعی دارند و کلنی های آن ها ممکن است به رنگ های سرخ درخشان تا زرد در آید. اما محققینی که در زمینه ی بیماری های باکتریایی تحقیق می کنند معمولاً توجهی به مباحث زیبایی شناسی ندارند.
جرج لیو در دانشگاه کالیفرنیا واقع در سن دیگو از این قاعده مستثنی نبود. او در حال مشاهده ی دو سوش باکتری استرپتوکوک بود—یک سوش طبیعی و یک سوش جهش یافته که قادر به تولید نوع خاصی از یک زهر مهلک نیست. (باکتری جهش یافته قادر به تولید رنگدانه هم نیست اما این نکته بی اهمیت بود.)
آزمایش های لیو خوب پیش نمی رفت و نتایج هم خوانی نداشت. گاهی باکتری ها بی هیچ دلیلی می مردند. سپس لیو متوجه وجود مقداری ماده ی سفید کننده در ظروف شیشه ای آزمایشگاه شد. یکی از دانشجویان برای تمیز کردن ظروف آزمایشگاه از ماده ی سفید کننده استفاده کرده بود و آن را به خوبی نشست بود. لیو هنگام مرور نتایج متوجه شد سوش طبیعی باکتری، نسبت به سوش جهش یافته، مقاومت بیشتری در مقابل ماده ی سفیدکننده دارد. اما چرا؟ آیا زهر خاصیت محافظتی در مقابل ماده ی سفیدکننده داشت؟
نکته ی دوم وقتی به ذهن لیو خطور کرد که مادرش به خاطر نخوردن سبزیجات رنگی به او نق می زد. او به خاطر آورد که برخی رنگدانه ها دارای خواص آنتی اکسیدان هستند.شاید این رنگدانه ی باکتری بود که باعث مقاومت می شد، نه زهر آن.
اما چرا استرپتوکوک رنگدانه تولید می کرد؟ باکتری ها در داخل بدن معمولاً به مواد تمیزکننده برخورد نمی کنند. وقتی لیو برچسب بطری سفیدکننده را خواند، متوجه قضیه شد. نام شیمیایی سفیدکننده هیپوکلریت است—ماده ای که در مقابله با باکتری ها، از سلول های ایمنی آزاد می شود.
آزمایش های بعدی این فرضیه را تأیید کرد—استرپتوکوک با استفاده از رنگ، هیپوکلریت دستگاه ایمنی را خنثی می کند. لیو تصادفاً یکی از سلاح های سرّی استرپتوکوک را کشف کرده بود.
10. یک کشف علمی تصادفی به معنی واقعی کلمه
به تصور کالدن کارول، روزهای او به عنوان یک دانشجوی شیمی در دانشگاه ارگون رو به پایان بود—پایان نامه اش تقریباً کامل شده بود. او فکر می کرد توانسته مولکولی پیدا کند که وجود کلر را تشخیص می دهد. چنین مولکولی به دانشمندانی که در حال مطالعه بر روی فیبروز کیستی بودند کمک می کرد. این بیماری انتقال کلر از غشای سلولی را مختل می کند.
اما وقتی او مولکول جادویی خود را آزمایش کرد، نتیجه به شدت مأیوس کننده بود. آن مولکول به جای کلر، نیترات را تشخیص می داد.
یکی از اساتید گفت این نشانگر شکست خورده می تواند در واقع مفید باشد—شاید نه در پزشکی، بلکه در کشاورزی. کارول کشف خود را ثبت کرد و در حال حاضر شرکتی دارد که برای کمک به کشاورزان، حسگر نیترات تولید می کند.
11. ویروس در خانه ی شیشه ای
کن استدمن در جست و جوی ویروس های فسیل شده بود—سوش هایی که احتمالاً میلیون ها سال پیش در میان رسوبات معدنی چشمه های آب گرم به دام افتاده اند.
آیا ممکن است چنین فسیل هایی به شکلی باقی مانده باشند که تا حدودی قابل شناسایی باشند؟ استدمن به این منظور در آزمایشگاه خود یک چشمه ی آب گرم مصنوعی ساخت و آن را با ویروس هایی امروزی پر کرد. واضح است که ویروس ها به سرعت توسط لایه ای از سیلیس پوشانده شدند. اما نتایج بیشتر شبیه حباب های سنگی بود—هیچ شواهدی از ویروس مشاهده نمی شد و هیچ سر نخی وجود نداشت که به کمک آن بتواند فسیل ها را در محل کارگاه پیدا کند.
استدمن و یکی از دانشجویانش به نام لیدلر دنبال چیزی بودند تا به عنوان نتیجه ی تحقیق شکست خورده ی خود منتشر کنند. بنابراین ویروس های پوشیده از سیلیس را آزمایش کردند تا ببینند آیا هنوز توان تکثیر دارند. ویروس ها توان تکثیر نداشتند—میکروب ها کاملاً مرده بودند.
یک شب یکی از دانشجویان هنگام ترک آزمایشگاه، به طور کاملاً تصادفی، یک محلول از ویروس های پوشیده از سیلیس را روی میز جا گذاشت. سیلیس در این فاصله دوباره حل شد و صبح روز بعد، ویروس ها دوباره فعال شدند.
بررسی بیشتر نشان داد سیلیس، نه تنها ویروس را به طور بازگشت پذیر غیرفعال می کند، بلکه آن را در مقابل خشک شدن و مرگ در اثر حرارت حفظ می کند. شاید روزی با این روش بتوان گروه بسیار خاصی از ویروس ها را—که بیشتر در واکسن ها به کار می روند—در جاهایی که یخچال در دسترس نیست، گسترش داد.
12. ویروس عشق
شلی آدامو، بیولوژیست دانشگاه دالهاوزی، به طور خاص درباره ی جیرجیرک ها و نحوه ی پاسخ آن ها به استرس مطالعه می کرد.
چگونه می توانید برای یک جیرجیرک استرس ایجاد کنید؟ آن را به یک مهاجم معرفی کنید.
یکی از دانشجویان آدامو، اژدهای ریش دار خانگی (پاگونا) داشت و آن را برای ترساندن جیرجیرک ها با خود می آورد. یکی از سوسمارها ویروسی داشت که به سرعت جیرجیرک ها را آلوده کرد. اما آن ها، دست کم در ابتدا، بیمار نشدند. ویروس باعث شد جیرجیرک ها به شدت نسبت به جفت گیری علاقمند شوند.
او یک انگل تقویت کننده ی قوای جنسی کشف کرده بود—ویروسی که میل جنسی حیوان را تقویت می کند و از این طریق سرایت خود را افزایش می دهد.