درحالی‌که انسان، برای حفظ تعادل و جهت‌یابی، به گرانش وابسته است، مکانیسمی که ما، به‌واسطهٔ آن، نیروی بنیادی گرانش را حس می‌کنیم تا حد زیادی ناشناخته مانده است؛ حتی عجیب‌تر از آن، ارگانیسم مدل کرم سی. الگانس (یک کرم میکروسکوپی) نیز می‌تواند جهت گرانش را حس کند؛ گرچه هیچ دلیل زیست‌محیطی برای این امر شناخته نشده است.

گروهی از محققان مهندسی پن، با مدیریت هایم بائو استاد مهندسی مکانیک و مکانیک کاربردی و دیوید رایزن دانش‌یار نورولوژی در مدرسه پزشکی پرلمن، برای پرده‌برداشتن از این راز و رسیدن به بنیادی‌ترین احساس ما از گرانش، سلسله آزمایش‌هایی را بر روی این ارگانیسم مدل انجام دادند. هم‌چنین، آلکس چن دانشجوی دکترا و هونگ‌تانگ کو دانشجوی کارشناسی‌ارشد و اُسوالد چوانگ همکار پسادکترا در این پژوهش مشارکت کردند.

کرم سی. الگانس، با وجود سادگی فیزیولوژی بسیارش، بیش از نیمی از ژن‌هایش با انسان مشترک است، که این امر سبب می‌شود مطالعات ژنتیکی منجر به شناخت عمیق ژن‌های مسئول در رفتارهای مشابه در انسان شوند. اما فکر اولیهٔ مطالعهٔ ژنتیک گراویتاکسی (gravitaxis)، یا توانایی حرکت در واکنش به نیروی گرانش، کاملاً اتفاقی بود. این به معنای آن است که محققان از رفتار این کرم‌ها آگاه نبودند.

 بائو می‌گوید: «ما در حال مطالعه دربارهٔ موضوعی دیگر بودیم؛ یعنی هیدرودینامیک کرم سی. الگانس. بدین‌منظور، آن‌ها را در آب رها کردیم. وقتی مشاهده کردیم که کرم‌ها همگی در حال رفتن به سمت کف ظرف آزمایش هستند، این پرسش برایمان ایجاد شد که آیا آن‌ها در حال واکنش به گرانش هستند یا به دلیل سنگینی، منفعلانه در حال غرق‌شدن‌ هستند.»

این گروه کار خود را با تحقیق دربارهٔ گذرگاه مولکولی مسئول برای گراویتاکسی، آغاز کرد که این تحقیق در مجلهٔ BMC Biology به چاپ رسید.

بائو می‌گوید: «کرم سی‌. الگانس، به‌طور ویژه، قادر به انجام دست‌کاری‌های ژنتیکی است؛ به‌طوری‌که ما می‌توانیم ژن‌ها را فعال یا غیرفعال کنیم. این موضوع به ما در مورد عملکرد کرم‌ها اطلاعاتی می‌دهد که در نتیجهٔ آن می‌توان این دانش را برای ژن‌های انسان نیز به کار برد، چرا که این مکانیسم‌های مولکولی در قلمرو حیوانی دوام آورده‌اند.» 

 با محلول‌های آبی، که هم پُرچگال‌تر و هم کم‌چگال‌تر از کرم بودند، آزمایش‌هایی انجام شد تا توانایی آن در شناسایی و شناخت گرانش بررسی شود.

بائو می‌گوید: «در عرض چند ثانیه، کرم‌ها به سمت پایین چرخ خوردند و به سمت کشش گرانش شناور شدند. ما مشاهده کردیم که واکنش کرم‌ها فعالانه و خودخواسته بود و نه غرق‌شدنی منفعلانه. ما، سپس، دیگر متغیرها، از جمله وجود مژک‌های حسی و نورون‌های دوپامینرژیک سالم را بررسی کردیم.»

برای شناسایی سازوکار (مکانیسم) واکنش کرم‌ها به گرانش، محققان در ابتدا عملکرد مژک‌های حسی را مختل کردند -که ساختارهای سلولی مسئول در عملکردهای حسی مثل مزه، بو و دما بودند. کرم‌ها، بدون این مژک‌ها دیگر به سمت پایین شناور نشدند و با گرانش هم‌راستا نگردیدند. سپس، محققان دریافتند که کرم‌های فاقد انتقال‌دهندهٔ نورونی دوپامین، یا گیرنده‌هایی که به دوپامین واکنش می‌دهند، فاقد توانایی تشخیص گرانش نیز هستند.

بائو می‌گوید: «ما متغیرهای ژنتیکی را ــ هم به‌منظور تعیین متغیرهای مسئول و کاربردی و هم به‌منظور کاستن متغیرهایی که نتایج آزمایش را از مسیرش منحرف می‌کنند ــ بررسی می‌کنیم. ما وقتی که می‌خواهیم ژن‌ها را در جهش‌های بسیارِ کرم سی. الگانس فعال و غیرفعال کنیم، در ابتدا با فرضیهٔ عملکرد ژن‌ ــ که از یافته‌هایمان در رابطه با ژنی خاص داریم ــ شروع می‌کنیم. ما می‌دانیم که دوپامین یک انتقال‌دهندهٔ نورونی رایج است که بسیاری از کارکردهای بدن را کنترل می‌کند؛ بنابراین، وقتی ما آن را در جهش‌ها غیرفعال کردیم، توانایی شناسایی گرانش از بین رفت.

او همچنین اضافه کرد: «جالب است که وقتی کرم‌ها، در مرحلهٔ رشد کرمینه‌ای، در معرض مکمل‌های دوپامین و سپس در محلول قرار گرفتند، تا حدی توانایی حسی آن‌ها بازگشت، که این نشان می‌دهد ترمیم دارویی می‌تواند ممکن باشد.»

ارتباط بین دوپامین و احساس گرانش می‌تواند منظری برای برنامه‌های کاربردی در سلامت انسان فراهم کند. 

بائو می‌گوید: «تحقیق ما در مرحله‌ای ابتدایی قرار دارد و هنوز تا برنامه‌های کاربردی مربوط به سلامت انسان، مسیری طولانی در پیش است. هرچند، قطعاً، برنامه‌های کاربردیِ حاصل از این مطالعه ــ که فراتر از کنجکاوی علمی باشد ــ وجود دارد. یافته‌های ما، تحقیق‌های آینده دربارهٔ احساس گرانش در انسان را تسهیل می‌کند؛ مخصوصاً این یافته‌ها برای اشخاص پیرتر ــ که در معرض افتادن هستند ــ مفید است.

به‌عنوان‌مثال، بیماران مبتلا به پارکینسون ــ که نورون‌های دوپامین معیوب دارند ــ مکرراً در معرض افتادن‌ هستند، که این احتمالاً ناشی از عدم احساس گرانش است. بنابراین، دانستنِ این‌که چگونه دوپامین و احساس گرانش در کرم‌ها با یکدیگر در تعامل قرار می‌گیرند، ممکن است با هدف یافتن کاربرد آن برای انسان باشد.

 

ترجمه: علی سیدآبادی

منبع:

https://phys.org/news/2021-09-microscopic-worm-gravity.html

 

عنوان رویداد: روز فیزیک – در دانشکدهٔ فیزیک دانشگاه تهران

فیزیک برای دانش آموزان، دانشجویان کارشناسی و همهٔ علاقمندان فیزیک

 

محورها:

• سخنرانی علمی، شرح جایزهٔ نوبل فیزیک ۲۰۲۲
• از کارشناسی فیزیک تا تأسیس شرکت دانش بنیان
• انجام آزمایش
• مسابقهٔ علمی و اهدای جوایز
• بازدید از آزمایشگاه‌های آموزشی و پژوهشی

 

برنامه‌ٔ روز فیزیک دانشگاه تهران
برنامه	زمان
پذیرش	۸:۴۵
انجام آزمایش‌های جالب فیزیکی	۹
سخنرانی‌ها	۱۰
علی صالح‌پور (شرکت فناوری کهربا)	از ایده تا تأسیس شرکت دانش بنیان
دکتر ابولفضل بیات ( دانشگاه علوم و تکنولوژی الکترونیک چین)	جایزهٔ نوبل فیزیک ۲۰۲۲
اعلام سوال مسابقه
پذیرایی +‌ گروه‌بندی بازدید از آزمایشگاه‌ها	۱۱:۱۵
بازدید از ۴ آزمایشگاه فیزیکی هر کدام به مدت ۱۵ دقیقه	۱۱:۳۰

 

ثبت‌نام در رویداد حضوری

ثبت‌نام در رویداد مجازی

(در صورت به حد نصاب رسیدن در این صفحه قابل دسترسی است)

 

تاریخ و زمان برگزاری: پنجشنبه ۱ دی ۱۴۰۱

                            ساعت ۹ صبح تا ۱۲ ظهر

 

تلفن تماس: 02161118652

مکان برگزاری: خیابان کارگر شمالی، روبروی خیابان نوزدهم، دانشکدهٔ فیزیک دانشگاه تهران

 

 

فسفرگیری اکسایشی

 

 

گردآوری و ترجمه: علی کباری

 

 

 

 

فسفرگیری اکسایشی (oxidative phosphorylation) فرآیند انرژی‌زایی است که باعث می‌شود حامل‌های انرژی ADP با انرژی پایین به حامل‌های انرژی ^۱ATP با انرژی بالا تبدیل شوند. نام فسفرگیری به این خاطر است که مولکول ADP با گرفتن یک بنیان فسفات به مولکول ATP تبدیل می‌شود. اکسایش یا همان اکسیدشدن هم به‌دلیل اکسایش مولکول‌های الکترون‌دهنده (مانند FADH و NADH) است. مولکول‌های  FADH و NADH هم پیش‌تر در سوخت قندها، مانند گلوکز، تولید شده‌اند.

الکترون‌دهنده‌هایی مانند  FADH و NADH در فضای ماتریکسی میتوکندری^۲ اکسید می‌شوند و الکترون خود را به کانال‌های یونی قرار گرفته در غشای داخلی میتوکندری منتقل می‌کنند. این الکترون‌ها با جابه‌جایی بین کانال‌های یونی مختلف، مقداری انرژی آزاد می‌کنند و در هر انتقال، یک یا چند یون هیدروژن از داخلی‌ترین قسمت میتوکندری (فضای ماتریکسی) به فضای بین‌غشایی آن منتقل می‌شود (شکل ۱).

 شکل ۱) انتقال الکترون بین مولکول‌های مختلف از جمله NADH ،FADH₂ و کانال‌های یونیِ قرارگرفته در غشایِ داخلیِ میتوکندری.

زنجیرهٔ انتقال الکترون در میتوکندری یوکاریوت‌ها یا سیتوزول پروکاریوت‌ها انجام می‌شود و بخش اعظم  ATP  ارگان‌ها را تأمین می‌کند.

به صورت دقیق‌تر، واکنش آزاد‌شدن الکترون از مولکول‌های NADH و FADH₂ در زنجیرهٔ انتقال الکترون به شرح زیر است: 

 NADH ⇄ NAD⁺ + H⁺ + 2e^– 

 FADH₂ ⇄ FAD⁺ + 2H⁺ + 2e^– 

الکترون‌های دومولکول NADH و  FADH₂  انرژی پتانسیل الکتریکی بالایی دارند. این الکترون‌ها به مولکول‌های دیگری (کانال‌های یونی) منتقل می‌شوند که انرژی الکتریکی آن‌ها کمی پایین‌تر می‌آید. در نتیجه در طی این انتقال، مقداری انرژی آزاد می‌شود. با استفاده از این انرژی، این کانال‌ها چند یونِ ⁺H را به فضای بین‌غشایی انتقال می‌دهند (شکل ۲).

شکل (۲) چهار کامپلکس پروتئینی که در انتقال زنجیره‌ای الکترون نقش دارند و یون‌های ⁺H را پمپاژ می‌کنند.

نام هر کدام از کانال‌های یونی چنین است:

Protein complex 1              NADH dehydrogenase

Protein complex 2              succinate dehydrogenase

Protein complex 3              cytochrome c reductase

Protein complex 4              cytochrome c oxidase

علاوه بر چهار پروتئین بالا، پروتئین 10-coenzyme q بر روی کامپلکس دو و پروتئین cytochrome c  بین کامپلکس سوم و چهارم قرار دارد.

یک مولکول NADH پس از اکسایش، دو الکترون آزاد می‌کند و آن‌ها به کامپلکس اول و در نتیجه، به زنجیرهٔ انتقال الکترون وارد می‌شوند. عبور الکترون‌ها از کامپلکس اول باعث می‌شود ⁺4H از فضای ماتریکسی به فضای بین‌غشایی پمپ شود. پس از آن، الکترون‌ها از کامپکس سوم عبور می‌کنند و ⁺4H  دیگر پمپاژ می‌شود. هنگام عبور از کامپلکس چهارم نیز ⁺2H پمپ می‌شود. پس هر NADH  تعداد ⁺10H را پمپ می‌کند. در انتهای زنجیره الکترون منتقل شده و یون‌های ⁺H در ماتریکس، با اکسیژن واکنش می‌دهند و مولکول آب می‌سازند. قابل ذکر است که تا زمان پایان چرخهٔ تنفسی، اکسیژن درگیر چرخه نمی‌شود.

زنجیرهٔ انتقال الکترون به صورت مشابه با FADH₂ هم انجام می‌پذیرد؛ با این تفاوت که الکترون‌های آزادشده از FADH₂ به جای کامپلکس اول وارد کامپلکس دوم می‌شوند. هر FADH₂ تعداد ⁺6H را پمپ می‌کند.

وجود غلظت بیشتر یون‌های هیدروژن در فضای بین‌غشایی میتوکندری نسبت به فضای ماتریکسی یک اختلاف پتانسیل الکتریکی شکل می‌دهد که با نام Proton motive force از آن یاد می‌شود. این اختلاف پتانسیل یک ذخیرهٔ انرژی محسوب می‌شود و سلول می‌تواند از آن برای تولید ATP  سود ببرد. یعنی یون‌های هیدروژن، با انتقال از فضای بین‌غشایی به فضای ماتریکسی، انرژی آزاد می‌کنند. هیدروژن‌ها در طی این انتقال از یک پروتئین غشایی با نام ATP synthase عبور می‌کنند و این پروتئین با انرژی حاصل از انتقال ⁺4H یک مولکول ADP  را به ATP  تبدیل می‌کند (شکل ۳).

شکل ۳) عمل تولید حامل‌های انرژی ATP از ADP، با استفاده از اختلاف غلظت یون‌های هیدروژن بین فضای ماتریکسی و بین‌غشایی و بنیان فسفات داخل فضای ماتریسی. این عمل توسط یک پروتئین با نام AT synthase صورت می‌گیرد.

در مجموع، می‌توان گفت:

    ۱.   هر مولکول NADH  باعث تولید دو و نیم مولکول ATP  می‌شود.

    ۲.  هر مولکول  FADH₂  باعث تولید یک‌و‌نیم مولکول ATP  می‌شود.

 

 

 

 

---

1. adenosine triphosphate مولکولی است که انرژی درون سلول‎‌ها را با خود حمل می‌کند و به‌‎عبارت‌دیگر، حامل انرژی سلول است.

2. میتوکندری از دو غشای لیپیدی تودرتو تشکیل شده است. غشای داخلی فضای ماتریکسی (داخلی‌ترین قسمت میتوکندری) را احاطه کرده است و غشای بیرونی با مقداری فاصله، غشای داخلی را احاطه کرده است، که این فاصله با نام فضای بین‌غشایی شناخته می‌شود.

عنوان سخنرانی: پیشرفت در نظریه‌های علمی

سخنران: دکتر محمد مهدی شیخ‌جباری (پژوهشکده فیزیک، پژوهشگاه دانش‌های بنیادی)

چکیده سخنرانی: نظریه ساختار انقلاب‌های علمی توماس كوهن از منظر اجتماعی-تاریخی توصیف‌گر مراحل تحول در علوم است که در مرحله‌ای طی یک «انقلاب علمی» به تغییر پارادایم منجر می‌شود. مطابق این نظریه تغییر پارادایم‌ها جهت‌مند نیستند و پیشرفتی را نشان نمی‌دهند. در این سمینار با نقد این نظریه، مفهوم «ابرنظریه» را به ‌جای پارادایم پیشنهاد و معرفی می‌کنم. بحث می‌کنم که نه تنها مدل‌های علمی قابل رتبه‌بندی هستند، بلکه مفهوم پیشرفت در نظریه‌ها و ابرنظریه‌های علمی نیز معنادار است. پس از این بحث، «مدل پیشرفت علمی» را در تبیین دیدگاه خود ارائه می‌کنم.

 

 

ویدیوی این سخنرانی در زیر در دسترس است.

 

Physics Colloquium – On Progress in Scientific  Theories

Title of talk: On Progress in Scientific  Theories

Speaker: Prof. M. M. Sheikh-Jabbari

Affiliation: Physics school, IPM

Abstract

Thomas Kuhn’s “theory of scientific revolutions” describes evolution in sciences from a socio-historic viewpoint, wherein paradigm shift happens as a result of a scientific revolution. According to this theory paradigm shifts are not oriented, there is no progress in scientific paradigms. In this seminar, I critically review Thomas Kuhn’s theory and introduce the notion of “hyper-theory” instead of paradigm. We then discuss that not only there are meaningful ratings for scientific models, but there is also a notion of progress in theories and hyper-theories. I present and state “model of progression scientific theories” instead of Kuhn’s theory.

 

 

تاریخ برگزاری: چهارشنبه ۱۵ دی ۱۴۰۰

ساعت ۶ عصر

 

 

سی و هفتمین سمینار علوم و فنون دبیرستان علامه حلی تهران در تاریخ ۱۶ الی ۱۹ اردیبهشت ماه ۱۴۰۰ به صورت مجازی برگزار می‌شود.  این سمینار شامل سخنرانی‌های اساتید دانشگاه و فعالان صنعت در حوزه‌های مختلف در سطح عمومی و مناسب برای دانش‌آموزان و افراد غیر متخصص و نیز ارائه‌های دانش‌آموزان این دبیرستان درباره پروژه‌های پژوهشی آن‌هاست. از عموم علاقمندان دعوت می‌شود، در این سمینار حضور به هم رسانند.

در ادامه می‌توانید لیست سخنرانی‌ها و ارائه‌های این سمینار و زمان برگزاری هرکدام را ببینید:

 

لیست ارائه‌های دانش‌آموزان:

 

علاقمندان برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانند به سایت دبیرستان علامه‌حلی تهران و یا صفحه اینستاگرام یا کانال تلگرام این دبیرستان مراجعه کنند.