5 مجالات علمية مدهشة ستغير حياتنا في المستقبل

لا يعتقد معظمنا أننا نعيش فيما عرفه الأدباء بـ«المدينة الفاضلة»، ولكن إذا نظرنا حولنا، فسنلاحظ العديد من التطورات التكنولوجية المثيرة، وسنرى أن الحياة تبدو أكثر وأكثر مثل الخيال العلمي.

تقنيات علمية رائعة جديدة آخذة في الظهور بلا توقف، وفي حين أن معظم هذه التقنيات، لا تملك قسمًا خاصًا بها، في أي جامعة كبيرة، حتى الآن، إلا أنها تقنيات مسببة لموجات جدل ونقاش كبيرة، في الأوساط العلمية والتكنولوجية. ويجري بالفعل تحويل عددٍ من هذه التقنيات، إلى الكثير من التطبيقات لأغراض عملية، مثل سيارة جوجل ذاتية القيادة، كما أن بعض هذه التقنيات ينظر إليها بالكثير من الشك والريبة، وربما القلق، مثل الذكاء الصناعي، إنه عالم الـAI الكامل الذي نتوغل فيه كل يوم.

ويرى بعض الخبراء أن المستقبل أصبح بين أيدينا الآن، وأن التكنولوجيا لن تؤدي إلا إلى الحصول على المزيد، نحو المستقبل هذه خمسة من أكثر التقنيات جنونًا، والمؤدية لتغيير قواعد اللعبة التكنولوجية، البادئة بالفعل في عام 2016. ويجدر بنا أن ننظر لهذه التقنيات، بالكثير من الاهتمام، لأن البعض منها سيعيد تشكيل حياتنا في السنوات القادمة.

الإلكترونيات العضوية وتحول الإنسان إلى آلة

في حين أن بعض فروع العلوم تركز على صنع الآلات، العاملة بصورة أقرب للكائنات الحية، فإن الإلكترونيات العضوية تركز على جعل العناصر العضوية تتصرف أكثر مثل الآلات. باستخدام هذه التكنولوجيا الجديدة، يعمل العلماء على إيجاد سبل، للسيطرة على الناقلات العصبية في خلايانا، بنفس الطريقة التي يمكننا السيطرة بها على أجهزتنا الإلكترونية. هذه التكنولوجيا ستؤدي إلى ثورة بالفعل، في طريقة تصميم ودمج الأطراف الصناعية، والأجهزة الطبية الأخرى.

وحتى نكون أكثر دقة، فإن الإلكترونيات العضوية هي مجال من مجالات «علوم المواد»، المتعلقة بتصميم وتركيب وتوصيف وتطبيق الجزيئات العضوية الصغيرة، المعروفة بـ«البوليمرات»، وهي جزئيات تظهر خصائصًا إلكترونية مرغوبة، مثل القدرة على التوصيل الكهربي «الموصلية». وعلى عكس الموصلات، وأشباه الموصلات العضوية التقليدية، فقد شيدت المواد الإلكترونية العضوية، من جزيئات أو بوليمرات عضوية صغيرة، قائمة على الكربون، باستخدام إستراتيجيات اصطناعية، وضعت في سياق الكيمياء العضوية والبوليمرات.

وتتمثل واحدة من الفوائد الواعدة للإلكترونيات العضوية، في انخفاض تكاليفها، مقارنًة بالإلكترونيات غير العضوية التقليدية. وتشمل الخصائص الجذابة والمميزة للموصلات البوليمرية، قدرتها على التوصيل الكهربائي، وهي قدرة متفاوتة طبقًا لتركيزات المواد المذابة. وبالنسبة إلى المعادن، فهذه الموصلات العضوية تتميز بمرونتها الميكانيكية، بالإضافة إلى أن بعضها شديد الاستقرار حراريًّا.

هل تذكرون الجزء الثاني من سلسلة أفلام سبايدرمان «SpiderMan2»، كان محور الفيلم يدور حول الدكتور «أوكتوبوس»، عالم عبقري، تمكن من صناعة أربع أذرع إلكترونية، مدمجة بظهره، وعلى اتصال مباشر بجهازه العصبي، ما يمكنه من التحكم بها بأوامر من عقله فقط، والاستفادة من إمكانياتها الإلكترونية والميكانيكية معًا. هذه الأذرع أيضًا تحتوي على خلايا بشرية حية، ما يجعل لها إرادتها الخاصة، التي تُمكّن «أوكتوبوس» من السيطرة عليها وتطويعها لخدمته، ليصبح معه آلة ذكاء صناعي مميزة وقوية.

نحن في طريقنا إلى أن تصبح هذه التكنولوجيا المميزة حقيقيةً، تكنولوجيا تحول الإنسان إلى آلة، أو ما يعرف بـ«السايبورغ». ويبدو أن فكرة تعزيز قدرات البشر، بإمكانيات إلكترونية وميكانيكية وحيوية في ذات الوقت، أصبحت على بعد خطوات من متناول أيدينا، لقد استطاع العلماء بالفعل التحكم التام في بعض الحشرات، عبر أوامر إلكترونية أو كهربائية.

هذا النوع من الكائنات يطلق عليه اسم سايبورغ «Cyborg»، كلمة مختصرة لمصطلح كائن سيبراني «cybernetic organism»، إشارةً للكائنات الممتلكة لأجزاء عضوية وأخرى بيوميكاترونيك «أي دمج عناصر ميكانيكية وأخرى إلكترونية وثالثة حيوية»، وقد أطلق كل من «مانفريد كلاينس» و«ناثان كلاين» هذا المصطلح لأول مرة عام 1960.

ويختلف هذا المصطلح عن مصطلحات مشابهة أخرى، مثل «بيونيكbionic »، أو «بيوروبوت biorobot»، وهما مصطلحان يُعبران عن إنسان آلي في الأساس، ببعض الأجزاء البشرية أو الحيوية، لكن مصطلح «سايبورغ» أو «الكائن السيبراني»، ينطبق على كائن حي في الأساس، استطاع استعادة وظيفته أو تعزيز قدراته، من خلال دمج بعض المكونات الاصطناعية التكنولوجية في جسده، هذه التكنولوجيا هي التي نتحدث عنها في تجربة ساتو ورفاقه.
ولا يشترط أن يكون الكائن السيبراني بشريًّا أو ثدييًّا؛ إذ يشمل المصطلح أي نوع من أنواع الكائنات الحية. ويعتقد العلماء أن تكنولوجيا السايبورغ ستكون جزءًا من ثورة «ما بعد البشرية»، حين يتم تعزز البشر بشكل صناعي، من خلال منحهم بعض القدرات المميزة والخاصة.

تمكن الباحث الياباني «هيروتاكا ساتو»، وفريقه في جامعة «نانيانغ» للتكنولوجيا، بسنغافورة، من تركيب أقطاب كهربائية في نوع معين من الخنافس، معروف باسم «خنافس الزهرة flower beetles»، والمعروفة علميًّا باسم «Mecynorrhina torquata» ، وذلك بغرض تحفيز مجموعات عضلات معينة، موجودة في أرجلها.

ومن خلال تغيير تسلسل التحفيز الكهربائي، بترتيبات معينة، تمكن الفريق من السيطرة على سير الخنافس. وعبر تغيير مدة الإشارات الكهربائية، المرسلة عبر هذه الأقطاب، تمكن العلماء أيضًا من تغيير سرعة السير وطول الخطوة، وذلك طبقًا لما نشره فريق العمل، في مجلة الجمعية الملكية العلمية المتخصصة.

علم المورثات الغذائية

كنا قد سمعنا من قبل عن عبارة «الإنسان هو ما يأكل»، لكن الدراسة الصاعدة والواعدة، لعلم المورثات الغذائية «nutrigenomics» لم تكتفِ بهذه المقولة، وإنما استفادت منها وأوصلتها إلى أقصاها.

في الأساس، فإن علم المورثات الغذائية، أو علم الجينوم الغذائية، هو العلم المعني بدراسة الطرق التي يؤثر بها الغذاء على جيناتنا. وكلما عرف العلماء أكثر، كلما بحثوا عن طرق جديدة، يمكن من خلالها لوجباتنا الغذائية أن تكمل وتعزز، أو حتى تغير الجينوم لدينا. وفي المستقبل القريب، لا يوجد شك في قدرة العلماء على تحديد الوجبة الغذائية المثالية، الملائمة لطبيعة الحمض النووي الخاص بنا، كما سيتمكن العلماء من وصف بعض الأطعمة، لتغيير التركيب الجيني الخاص بنا.

وحتى نكون أكثر دقة، فإن علم المورثات الغذائية، هو فرع من علم الجينوم الغذائي، وهذا يعني أن المورثات الغذائية هي البحوث المعنية بتحديد وفهم التفاعلات، على المستوى الجزيئي، بين المواد الغذائية، وغيرها من المواد الغذائية النشطة حيويًّا، مع الحمض النووي. كما جرى وصف المورثات الغذائية بأنها: «تأثير الاختلافات الجينية على التغذية، من خلال ربط طبيعة الحمض النووي، أو الاختلافات الفردية في النيوكليوتيدات المكونة للحمض النووي، مع المواد الغذائية، وما تتأثر به داخل الجسم من عمليات الامتصاص، والتمثيل الغذائي، والإخراج أو الآثار البيولوجية». وبذلك، تهدف المورثات الغذائية لتطوير وسائل عقلانية، لتحسين التغذية الخاصة بالفرد البشري ذاته.

بمعنى آخر، فإن هذا العلم يعني تخصيص الوجبة الغذائية المثالية لك أنت تحديدًا، دون غيرك من البشر، والتي تتلاءم مع طبيعة جيناتك، وأي عيوب أو مشاكل موجودة في الحمض النووي الخاص بك.

ومن خلال تحديد آلية الآثار الخاصة بالمواد الغذائية، أو آثار النظام الغذائي، فإن علم المورثات الغذائية يحاول تحديد العلاقة السببية، أو العلاقة بين هذه العناصر الغذائية المحددة، والأنظمة الغذائية محددة «النظام الغذائي»، على صحة الإنسان. وارتبط علم المورثات الغذائية، مع فكرة التغذية الشخصية، بناءً على التركيب الوراثي.

وفي حين أن هناك أملًا في أن المورثات الغذائية، في نهاية المطاف، ستمكننا من إعطاء المشورة الغذائية، بشكل شخصي وليس عامًا، فإن هذا العلم ما يزال في مراحله الأولى، ويعتقد أن مساهمته في الصحة العامة، على مدى العقد المقبل، ستكون مساهمةً رائدة.

البيولوجيا الاصطناعية

يقول العلماء دائمًا إنه لا يمكن أن نفهم شيئًا، حتى نتمكن من خلق نموذج منه. هذه القاعدة كانت هي القوة الدافعة، وراء صعود علم الأحياء الحوسبي، أو البيولوجيا الاصطناعية، ومحاولة استنساخ الوظائف الداخلية للكائن الحي، في صورة برمجيات حوسبية.

البيولوجيا الاصطناعية «synthetic biology»، هو العلم الخاص بعملية تخليق كائن بيولوجي، أو كائن حي، من خلال الوسائل التكنولوجية. وبالفعل، فقد خَلّق العلماء نموذجًا حاسوبيًّا من البكتيريا، ثم قاموا بتصنيعها، وتحويل النموذج إلى خلية بكتيرية صناعية بالفعل، وذلك عام 2012.

وكان المهندسون والمعماريون يستخدمون، على مر العقود السابقة، تصاميم بمساعدة الحاسوب، لبناء الآلات والأبنية، إلا أنه مؤخرًا تمكن علماء الأحياء من الحصول على هذه الفرصة أيضًا. فالعمليات البيولوجية داخل الكائنات الحية، تميل لتكون في الطبيعة في صورة حوسبية جدًّا. وفي كثير من الأحيان، تتكشف الكيفية التي يمكن بها تحويل هذه العملية البيولوجية، إلى برنامج حاسوبي. لكن التحدي الأكبر كان توثيق وفهم كل الخوارزميات المختلفة، والعمليات الخاصة بوظائف الكائن الحي ككل.

وبالفعل، حدث الكثير من هذا العمل الخاص بتوثيق وفهم الخوارزميات، إلا أنه لم يأخذ أحد حدود التجربة إلى المستوى التالي، حتى جاء عام 2012، عندما أخذ فريق بحثي من جامعة ستانفورد بيانات من أكثر من 900 ورقة علمية، لحساب كل التفاعلات الجزيئية الحادثة في دورة حياة بكتيريا تسمى «Mycoplasma genitalia»، وهي المسؤولة عن بعض الأمراض التناسلية البشرية.

هذه البكتيريا تعتبر أصغر بكتيريا تعيش بحرية في العالم؛ مما جعل منها مرشًحا ممتازًا لمثل هذه التجارب، وذلك لأنه ليس لديها سوى 525 جينًا، مقارنة بـ4288 جينًا موجودًا في بكتيريا إيشيريشيا كولاي الشهيرة، ما جعل منها نقطة انطلاق ممتازة، لعلماء الأحياء الحوسبية.

ولكن ليس معنى كونها واحدة من أكثر كائنات العالم بساطة أنها غير معقدة بما يكفي، فاضطر فريق البحث لفصل أكثر من 1900 عامل تجريبي مختلف، من أجل هذه البكتيريا البسيطة، بمعنى آخر وجود حوالي 1900 وظيفة مختلفة، تحدث داخل هذه البكتيريا. وسعيًا لخلق المعادلة الحسابية، وضع فريق البحث 28 نموذجًا حوسبيًّا، كل منها تحكمه خوارزمية خاصة.

في المقابل، كان لا بد من ربط هذه النماذج لتتفاعل بشكل صحيح، مع بعضها البعض، وهو ما فعله العلماء بالفعل، وبالتالي قاموا بخلق نموذج ظاهري، بدقة استثنائية، مكنتهم لاحقًا من تخليق البكتريا معمليًّا.

احتمالات تطبيق البيولوجيا الاصطناعية، على نطاق واسع، تدغدغ مشاعر وعقول العلماء حاليًا، خصوصًا وأنها تتعلق بتصميم وابتكار كائنات حية دقيقة من الصفر. لكننا ما نزال بعيدي المنال، عن تجميع شكل من أشكال الحياة الفريدة، من نوعها أو الأكثر تعقيدًا، إلا أن الخطوات العلمية لا تتوقف عن التطور.

تقنية إشارات الأكسدة والاختزال

لم يسمع الكثير من الناس عن إشارات الأكسدة والاختزال، رغم أنها عملية تحدث داخل جسم كل شخص حي، في كل دقيقة. وتعد جزيئات الأكسدة والاختزال بمثابة حاملات للرسائل الخلوية، والجاري إنشاؤها باستمرار، ضمن كل خلية من خلايا الجسم، للمساعدة على حماية وتجديد واستعادة هذه الخلايا، وبالتالي فلها القدرة على إطالة العمر والحياة. ولقد عرف العلماء هذه العمليات منذ بدايات القرن الماضي، لكن الاهتمام بها وبفهمها وتطويرها أخذ منحى أكثر جدية، في السنوات القليلة الماضية.

وكتب العلماء والباحثون أكثر من 10 آلاف ورقة بحثية، لاستعراض ودعم الوظائف الحيوية، الخاصة بإشارات الأكسدة والاختزال، في كل نظام رئيس من الجسم. وفي الواقع، فإنه توجد حاليًا مجلة علمية كاملة، متخصصة في نشر البحوث الخاصة بعمليات الأكسدة.

السؤال المثار هنا هو: لماذا هذا الاهتمام المفاجئ بهذه الإشارات؟ وتقول الإجابة إننا لم نعد نعرف مدى أهمية هذه الجزيئات الحيوية لحياتنا فقط، ولكننا أصبحنا نبحث عن كيفية استنساخها. هذا الأمر مهم كثيرًا هنا، لأن التقدم في العمر، والسموم، والإجهاد البيئي، وغيرها، أصبحت شائعة بما يكفي، مما يسبب انخفاض الوظائف الخلوية، ومعها قدرة الجسم على إنتاج والحفاظ على التوازن السليم، من جزيئات إشارات الأكسدة والاختزال.

معنى هذا أننا سنملك سلاحًا غير تقليدي لمحاربة الشيخوخة، وإطالة فترة الشباب، لأننا سنقوم بحماية الخلايا، ومنحها قدرة أكبر على التجديد، وتعويض الخلايا التالفة بأخرى جديدة سليمة.

وقد طورت شركة «ASEA»، التكنولوجيا الوحيدة التي يمكنها أن تخلق جزيئات إشارات أكسدة واختزال نشطة، وتحافظ على استقرار هذه الجزيئات، في صورة منتج استهلاكي يمكن بيعه، ويسمح لنا باستكمال إنتاجيات أجسامنا بصورة جيدة. وقد وصف الباحثون هذه الجزيئات بأنها الجزيئات المانحة للحياة.

الهندسة العصبية

الهندسة العصبية «Neuromorphic engineering»، والمعروفة أيضًا باسم الحوسبة العصبية «neuromorphic computing»، هو مفهوم ومبدأ علمي، وضعه كارفر ميد، في أواخر الثمانينات من القرن الماضي، واصفًا استخدام أنظمة دارات التكامل الفائق، المحتوية على دوائر تناظرية إلكترونية، بهدف تقليد البنى العصبية البيولوجية، الموجودة في الجهاز العصبي للكائنات الحية، أو الإنسان تحديدًا.

في الآونة الأخيرة تم استخدام مصطلح «neuromorphic»، لوصف دارات التكامل الفائق التناظرية، والرقمية، والمختلطة، والبرمجيات الرقمية للأنظمة، التي تحقق نماذج من النظم العصبية، مثل التصور، والتحكم في الحركة، وتكامل الحواس المتعددة. ولا يمكن أن تنفذ عملية الحوسبة العصبية، على مستوى الأجهزة، من خلال «ممرستور» القائم على الأكسدة، ويقصد به مجموعة من أجهزة الترانزيسيستور والمفاتيح.

وتعد الهندسة العصبية موضوعًا متعدد التخصصات، آخذًا الإلهام من علوم الأحياء، والفيزياء، والرياضيات، وعلوم الكمبيوتر والهندسة الإلكترونية، لتصميم النظم العصبية الاصطناعية، مثل نظم الرؤية، وأنظمة الرأس والعين، والمعالجات السمعية، والروبوتات المستقلة، التي تبنى مبادئ التصميم الخاصة بها على تلك النظم العصبية البيولوجية.

وحتى نقرب الأمور ونجعلها أكثر بساطة، فيمكننا القول إن الهندسة العصبية تتعلق بإنتاج أنظمة صناعية، يمكنها أن تؤدي نفس الوظائف العصبية في جسم الإنسان، ومن بينها الحواس المختلفة. وبشكل أساسي، فهي تعد بمثابة عملية إنشاء نظم الحوسبة العاملة مثل الكائنات الحية. وقد تمكن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، من إنتاج شريحة عصبية، تسمح للروبوت الذي توضع به، بأن يكون أكثر وعيًا بمحيطه، ويستجيب وفقًا لما يدور حوله.

ويقوم هذا الروبوت، ويطلق عليه بيونير Pioneer، بأداء المهام التي تحتاج في المعتاد إلى أجهزة كمبيوتر قوية ومبرمجة خصيصًا، والتي تستهلك كمًّا كبيرًا من الكهرباء. ويمكن للروبوت، المدعوم فقط من خلال شريحة هاتف، ذات برمجيات متخصصة، التعرف على الأشياء التي لم يسبق له أن رآها من قبل، وفرزها حسب تشابهها إلى الكائنات ذات الصلة، والتنقل في غرفة معينة، ليقوم بتسليم هذه الأشياء إلى مواقعها الصحيحة. الروبوت يمكن أن يفعل كل ذلك لأنه محاكٍ، ولو بطريقة محدودة جدًّا، للطريقة التي يعمل بها الدماغ.