عالم رياضيات تطبيقية يعيد التفكير في كيف نميز الاحياء الدقيقة على المستوى المايكروبي
الكاتب : ليه باروز
٢٠ سبتمبر ٢٠١٧
المترجم: ابو طه/ عدنان احمد الحاجي
المقالة رقم ٤١٢ لسنة ٢٠١٧
By Leah Burrows
September 20, 2017
حتى تشارلز داروين، مؤلف كتاب "أصل الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي"، كان لديه مشكلة مع الأنواع.
"لقد دُهشت كثيراً كيف يكون التمييز بين الأنواع والأصنافغامضاًً تماماً وعشوائياً " هذا ما كتبه داروين في عمله الابداعي في عام ١٨٥٩.
تصنيف الأنواع يمكن ان يصبح ضبابياً خاصة على المستويات الصغيرة الميكروبية. بعد كل شيء، التعريف الكلاسيكي للأنواع كأفراد متزاوجين مع ذرية صالحين جنسياٌ لا يتطابقان مع الكائنات الدقيقة الحية اللاجنسية ( لا توجد فيها اعضاء تناسلية). اختبار الحمض النووي المشترك لا يساعد ايضاً ً: بشكل جماعي، بكتيريا الإشريكية القولونية E. Coli لديها ٢٠ في المئة فقط من الجينات المشتركة. وتصبح عملية التصنيف أكثر صعوبة لأن العديد من الميكروبات تعمل معاً بشكل وثيق بحيث ليس من الواضح ماذا يمكن ان تسمي الكائنات الحية المنفصلة، ناهيك عن الأنواع المنفصلة.
 |
| تعنقّد الكائنات في أنواع منفصلة غالباً ما يكون إشكالياً (ب). وبدلا من وصف العالم الطبيعي باعتباره انحرافا عن حالة مجتمعة تماما (أ)، يطرح هذا العمل بناءاً نظرياً حيث يمكن إضافة الهيكل تدريجيا إلى بيئة فوضوية تماماًً بلا أنواع (ج) |
وتخلق مشاكل التصنيف مناقشات مثيرة للجدل في مجتمع البيولوجيا. ولكن، بالنسبة إلى طالب ما بعد الدكتوراه ميخائيل تيخونوف، مجال نقاش احداها المثيرة للجدل هو ملعب نظري للآخرى. في بحث جديد، يسأل ميخائيل : هل يمكن لتفاعلات الكائنات الحية ان توصف دون ذكر الأنواع على الإطلاق؟
وقال تيخونوف، الذي ترك مؤخرا كلية جون أ. بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) في هارفرد ليشغل منصباً في جامعة ستانفورد "إن مسألة الأنواع تشكل تحدياً مثيرا للفيزياء النظرية". "يبدو، حدسياً، ان إدخال بعض التصنيف لا مفر منه، وانه من الصعب تخيل البدائل . ولكن الفيزياء النظرية جيدة واقعاً في استخدام الرياضيات لتقوم بفعل شيء اكثر مما يبدو بديهياً
وفي ورقة نشرت في مجلة فيزيكس ريڤيو E Physics Review E, يعرض تيخونوف إطاراً لإعادة التفكير في لغة تصنيف الأنواع. تبدأ النماذج الكلاسيكية لعلم الأحياء من افتراض أن الاختلافات بين الأنواع هي، في معظمها، معرّفة بوضوح، وأن الحالات التي تكون فيها الفروق غير واضحة يمكن تسويتها لاحقاً.
مستعيراً فكرة من فيزياء المادة المكثفة، اخذ تيخونوف نهجاً معاكساً يبدأ بفوضى كاملة ويضيف تدريجيا مقادير صغيرة من البناء .
وقال تيخونوف: "بدلاً من التفكير في الأنواع، ماذا لو تخيلنا مجتمعاً ميكروبيا باعتباره حساء كائنات حية فوضوي ( من المترجم: - حارة كل من ايده اله كما يقولون) ، ونضيف شيئا فشيئا إلى حد ما - مثل هذا الجين يميل إلى الارتباط مع ذلك الجين". "ومن خلال القيام بذلك، يمكننا طرح أسئلة حول ديناميات النظام ككل. يمكننا أن نسأل، كيف فعل النشوء بالهيكل داخل المجتمع، وليس على نوع واحد؟ "
هذه المسألة ليست مثيرة للاهتمام على المستوى النظري فقط، ولكن يمكن أن يكون لها آثار في الواقع الخارجي في فهم وعلاج الأمراض البشرية. في حين أن بعض الأمراض (كالالتهاب الرئوي أو التهاب السحايا) لها مسبباتها المحددة، يبدو أن العديد من الأمراض الآخرى (كالسمنة أو مرض السكري من النوع الثاني) مرتبطة بخلل على مستوى مجتمع الميكروبيوم microbiome - وهي المجتمعات البكتيرية المختلفة جداً التي تعيش داخل وعلى أجسامنا. لفهم هذه الأمراض، يجب على الباحثين فهم كيف يعمل النظام ككل.
يقول تيخونوف: "في الأمعاء، هناك مئات الأنواع المختلفة من البكتيريا التي تقوم بمئات من الأشياء المختلفة، ولا يمكننا كتابة معادلة تفاضلية لكل منها". "حتى في الحالات التي نعرف فيها ما يفعله كل فرد منها على حدة، فإننا نرى آثاراً جماعية بحيث تكون يائساً من التنبؤ من السلوكيات الفردية. بالإضافة إلى ذلك، كل شخص لديه تركيبة مختلفة من الميكروبات، لذلك لو أردنا ان نفهم أو نتلاعب بهذه الأنظمة، فنحن بحاجة إلى التفكير في الكل، بدلا من الجزئيات. "
تعنقّد الكائنات في أنواع منفصلة غالباً ما يكون إشكالياً (ب). وبدلا من وصف العالم الطبيعي باعتباره انحرافا عن حالة مجتمعة تماما (أ)، يطرح هذا العمل بناءاً نظرياً حيث يمكن إضافة الهيكل تدريجيا إلى بيئة فوضوية تماماًً بلا أنواع (ج).
لا يزال هناك طريقاً طويل لنقطعه، ولكن الفيزياء النظرية والرياضيات التطبيقية قد تلعب دورا في تسوية هذه المناقشة البيولوجية التي طال أمدها. في بعض النواحي، الحياة الميكروبية كعالم الكموم لفيزياء الجسيمات: غير قابل ادراكه مباشرة بحواسنا وبالتالي لا بنبغي له أن يتفق مع حدسنا المستمد من تجاربنا اليومية. عندما بفشل الحدس، تأتي الرياضيات لترينا الطريق.
"فيميكانيكا الكم، من الصعب ادراك كيف يمكن أن يكون الجسيم كياناً فريداً وموجة منتشرة. وقال تيخونوف ان العالم البكتيرى ليس لديه اسباب أقل تدعو الى الاستغراب".
https://www.seas.harvard.edu/news/2017/09/imagining-world-without-species
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق