24 فروردین 1404 ساعت 17:10
در این مطلب قصد داریم تا 10 کشف علمی شگفتانگیز، که به نوعی سنگ بنای پیشرفت در بسیاری از زمینهها برای بشر بوده است را نام ببریم.
در دنیای پویای علم و دانش، اکتشافات نوظهور به طور پیوسته در حال دگرگونسازی دیدگاههای ما و ترسیم افقهای جدیدی برای فهم هستی هستند. هر پیشرفت علمی قطعهای ارزشمند از پازل پیچیده جهان را در جای خود قرار میدهد و علم و بشریت را گامی به جلو هدایت میکند. حجم عظیم دادههای حاصل از پژوهشهای علمی خود گویای این تحول است. به عنوان مثال، در بازه زمانی 2003 تا 2022، بیش از 40 میلیون مقاله تحقیقاتی در حوزههای مختلف علمی منتشر شده است.
این رقم خیرهکننده، نشاندهنده تلاشهای بیوقفه دانشمندان و محققان در سراسر جهان برای کشف ناشناختهها و حل مسائل پیچیده است. جالبتر آنکه، تنها در سال 2022 نزدیک به 3.3 میلیون مقاله علمی در سطح جهان به چاپ رسیده است. این بدان معناست که به طور متوسط، هر روز بیش از 9000 مقاله جدید به جمعآوری دانش بشری اضافه شده است.
نگاهی به 10 کشف علمی شگفتانگیز در تاریخ
در میان انبوه اکتشافات علمی، کدامیک از آنها از چنان اهمیتی برخوردار بودهاند که توانستهاند جایگاه خود را به عنوان بزرگترین و ماندگارترین اکتشافات تاریخ تثبیت کنند و مسیر حرکت بشر را به سوی آیندهای روشنتر هموار کردهاند؟ برای جواب به این سوالات، در ادامه سفری خواهیم داشت به اعماق تاریخ علم و به بررسی 10 کشف علمی شگفتانگیز و شگرف خواهیم پرداخت.
1. کریسپر (CRISPR)
فناوری “CRISPR” مخفف (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) و به معنای «تناوبهای کوتاه پالیندروم فاصلهدار منظم خوشهای» نه تنها یک ابزار علمی، بلکه یک انقلاب در عرصه زیستشناسی و پزشکی به شمار میرود که به حق در جایگاه 10 کشف علمی شگفتانگیز تاریخ قرار میگیرد. این فناوری پیشگامانه به دانشمندان این امکان را میدهد تا با دقت بینظیری DNA موجودات زنده را دستکاری و ویرایش کنند. CRISPR با هدف قرار دادن توالیهای ژنتیکی خاص در سلولها، راه را برای درمان بیماریهای ژنتیکی و توسعه روشهای جدید درمانی هموار کرده است.
مکانیسم عمل CRISPR بر اساس استفاده از یک مولکول RNA راهنما است که آنزیم Cas9 را به محل دقیق DNA هدف هدایت میکند. RNA راهنما، مانند یک سیستم GPS عمل کرده و Cas9 را به توالی DNA مورد نظر متصل میکند. پس از اتصال، آنزیم Cas9 DNA را در محل مشخص شده برش میدهد. این برش، فرصتی را برای دانشمندان فراهم میآورد تا توالی انتخاب شده را تغییر دهند، توالی جدیدی را جایگزین آن کنند، موارد ناخواسته را حذف کنند، یا ژنهای موجود را با دقتی استثنایی دستکاری کنند.
یکی از ویژگیهای برجسته CRISPR، امکان استفاده از یک «محرک ژنی» (Gene Drive) است. این مکانیسم به اطمینان حاصل میکند که ژن اصلاح شده، به نسلهای بعدی نیز به ارث برسد. به این ترتیب، تغییرات ژنتیکی ایجاد شده توسط CRISPR میتوانند به سرعت در یک جمعیت گسترش یافته و اثرات بلندمدتی داشته باشند.
در سال 2020، امانوئل شارپنتیه و جنیفر دودنا به دلیل توسعه روشی برای ویرایش ژنوم موفق به دریافت جایزه نوبل شیمی شدند. این جایزه، قدردانی از نقش برجسته این دو دانشمند در توسعه فناوری CRISPR و تأثیرات عمیق آن بر علم و جامعه بود.
2. نظریه میکروب
نظریه میکروب ادعا میکند که بسیاری از بیماریها ناشی از حضور و فعالیت میکروارگانیسمهای بیماریزا هستند. این میکروارگانیسمها که به آنها پاتوژن یا میکروب نیز گفته میشود، موجودات بسیار ریزی هستند که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند و برای بررسی آنها به میکروسکوپ نیاز است. امروزه، این نظریه به طور گسترده پذیرفته شده است و اساس درک ما از بیماریهای عفونی را تشکیل میدهد.
بر اساس این نظریه، پاتوژنها با ورود به بدن انسان و تکثیر در آن باعث ایجاد اختلال در عملکرد طبیعی سلولها و بافتها میشوند و در نتیجه، علائم بیماری ظاهر میشوند. میکروارگانیسمهای بیماریزا یا پاتوژنها انواع مختلفی دارند که هر کدام میتوانند باعث ایجاد بیماریهای خاصی شوند. مهمترین انواع پاتوژنها عبارتند از باکتریها، ویروسها، قارچها و انگلها.
نظریه میکروب به یکباره کشف نشد، بلکه نتیجه تلاشهای مستمر دانشمندان در طول قرنها بود. لوئی پاستور (Louis Pasteur)، شیمیدان و میکروبیولوژیست فرانسوی، با انجام آزمایشهای دقیق نشان داد که میکروارگانیسمها مسئول فساد مواد غذایی و نوشیدنیها هستند. او همچنین فرآیند پاستوریزاسیون را ابداع کرد که در آن با حرارت دادن مواد غذایی، میکروارگانیسمهای مضر از بین میروند و ماندگاری آنها افزایش مییابد.
رابرت کخ (Robert Koch)، پزشک آلمانی، با استفاده از روشهای کشت میکروبی توانست ارگانیسمهای خاصی را که عامل بیماریهای سل و وبا بودند، شناسایی کند. کخ همچنین مجموعهای از معیارها را برای اثبات اینکه یک میکروارگانیسم خاص عامل یک بیماری خاص است، تدوین کرد.
3. دیانای (DNA)
دیانای، مخفف «اسید دئوکسیریبونوکلئیک» (Deoxyribonucleic Acid)، مولکول حیاتی وراثتی است که در هسته سلولهای تقریباً تمامی موجودات زنده یافت میشود. این مولکول پیچیده، حاوی اطلاعات ژنتیکی ضروری برای رشد، تکامل، عملکرد و تولید مثل یک ارگانیسم است. میتوان دیانای را به عنوان یک کتاب راهنمای جامع در نظر گرفت که دستورالعملهای لازم برای ساخت و حفظ یک موجود زنده را در خود جای داده است.
ساختار دیانای به شکل یک مارپیچ دوگانه است، به این معنی که از دو رشته دراز تشکیل شده است که به دور یکدیگر پیچیدهاند و شکلی شبیه به یک نردبان پیچ خورده ایجاد میکنند. هر رشته از واحدهای کوچکتری به نام نوکلئوتیدها تشکیل شده است. هر نوکلئوتید از سه جزء اصلی شامل یک قند دئوکسیریبوز، یک گروه فسفات، و یک باز آلی نیتروژندار تشکیل شده است.
چهار نوع باز آلی نیتروژندار در دیانای وجود دارد: آدنین (A)، گوانین (G)، سیتوزین (C) و تیمین (T). این بازها به صورت جفتهای مکمل به هم متصل میشوند. این جفت شدن اختصاصی بازها، پایداری ساختار مارپیچ دوگانه را تضمین میکند.
اگرچه جیمز واتسون و فرانسیس کریک به دلیل کشف ساختار مارپیچ دوگانه دیانای در سال 1953 به همراه موریس ویلکینز در سال 1962 جایزه نوبل دریافت کردند، اما تاریخچه کشف این مولکول حیاتی به سالها قبل بازمیگردد. در سال 1869 فردریش میشر، پزشک سوئیسی برای اولین بار مادهای را از هسته سلولهای انسانی جدا کرد که آن را «نوکلئین» نامید. بعدها مشخص شد که نوکلئین حاوی اسید دئوکسیریبونوکلئیک (دیانای) است.
کشف ساختار دیانای در سال 1953، بدون تلاشهای پیشگامانه روزالیند فرانکلین، شیمیدان و متخصص تبلورنگاری پرتو ایکس، امکانپذیر نبود. فرانکلین با استفاده از تکنیک پراش پرتو ایکس تصاویری از دیانای تهیه کرد که نشان میداد این مولکول دارای ساختاری مارپیچی است. این یافته ارزشمند در جایگاه 10 کشف علمی شگفتانگیز تاریخ میدرخشد.
4. قانون جاذبه
سر آیزاک نیوتن، ریاضیدان و فیزیکدان برجسته انگلیسی، نقشی اساسی در درک ما از جاذبه ایفا کرد. اگرچه داستان افتادن سیب از درخت و الهامبخش شدن نیوتن برای کشف جاذبه بیشتر به افسانه شبیه است، اما دستاورد نیوتن در این زمینه بسیار چشمگیر است. در سال 1687، نیوتن قانون جاذبه عمومی خود را در کتاب «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» منتشر کرد.
در سال 1915، آلبرت اینشتین، با ارائه نظریه نسبیت عام دیدگاه جدیدی در مورد جاذبه ارائه داد. بر اساس این نظریه، جاذبه یک نیرو نیست بلکه نتیجه خمیدگی فضا-زمان ناشی از حضور جرم و انرژی است. به عبارت دیگر، اجسام در فضا-زمان منحنی حرکت میکنند و این حرکت، به نظر ما به صورت نیروی جاذبه ظاهر میشود.
نظریه نسبیت عام اینشتین، پیشبینیهای دقیقتری نسبت به قانون جاذبه نیوتن در مورد برخی پدیدهها مانند انحراف نور ستارگان در نزدیکی خورشید و انبساط جهان ارائه میدهد. این نظریه همچنین پایه و اساس درک ما از سیاهچالهها و امواج گرانشی را تشکیل میدهد.
5. الکتریسیته
یکی از بزرگترین اختراعات بشر که در جایگاه 10 کشف علمی شگفتانگیز تاریخ نیز قرار میگیرد، برق است. نخستین نشانههای آشنایی بشر با پدیده الکتریسیته به حدود 600 سال قبل از میلاد مسیح باز میگردد. تالس، فیلسوف یونان باستان متوجه شد که مالش قطعهای کهربا با خز یا پر، باعث جذب اجسام سبک به آن میشود. این پدیده که امروزه به عنوان الکتریسیته ساکن شناخته میشود، برای قرنها به صورت یک راز باقی ماند و تنها به عنوان یک اتفاق عجیب و غریب مورد توجه قرار میگرفت.
در سال 1600 میلادی، ویلیام گیلبرت، پزشک و دانشمند انگلیسی گامی مهم در جهت درک الکتریسیته برداشت. او با انتشار کتاب «De Magnete»، یافتههای خود را در مورد مغناطیس و الکتریسیته ارائه کرد و برای نخستین بار، این دو پدیده را به عنوان نیروهای مرتبط به هم معرفی کرد.
در سال 1752، بنجامین فرانکلین، سیاستمدار و دانشمند برجسته آمریکایی آزمایش مشهور خود با بادبادک را انجام داد. او با اتصال یک کلید فلزی به نخ بادبادکی که در هنگام طوفان به هوا فرستاده بود، نشان داد که رعد و برق، نوعی الکتریسیته است. این آزمایش خطرناک نه تنها اثبات کرد که الکتریسیته در طبیعت وجود دارد، بلکه راه را برای تحقیقات بیشتر در این زمینه هموار کرد.
در قرن نوزدهم، با تلاشهای دانشمندان و مخترعان بزرگی چون توماس ادیسون و نیکولا تسلا، الکتریسیته به تدریج به یک نیروی کاربردی تبدیل شد. توماس ادیسون، مخترع آمریکایی با اختراع اولین لامپ رشتهای تجاری، امکان روشنایی خانهها و خیابانها را در شب فراهم کرد. همزمان نیکولا تسلا، مهندس صربستانی-آمریکایی با توسعه سیستم جریان متناوب (AC) امکان انتقال الکتریسیته در فواصل طولانی را فراهم آورد.
6. مهبانگ
نظریه مهبانگ (Big Bang) یا بیگ بنگ، پذیرفتهشدهترین مدل کیهانشناسی برای توضیح چگونگی شکلگیری و تکامل جهان است. این نظریه بیان میکند که جهان در حدود ۱۳.۸ میلیارد سال پیش، از یک حالت فوقالعاده متراکم و داغ، طی یک انبساط سریع و عظیم به وجود آمده است.
نظریه مهبانگ در سال ۱۹۳۱ توسط ژرژ لومتر (Georges Lemaître)، کشیش کاتولیک و فیزیکدان بلژیکی مطرح شد. لومتر با بهکارگیری نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین در کیهانشناسی، پیشنهاد کرد که جهان از یک «اتم اولیه» بسیار کوچک و متراکم به وجود آمده است. به عقیده او، این اتم اولیه منفجر شده و در نتیجه، جهان به وجود آمده و در حال انبساط است. لومتر همچنین با استفاده از مفهوم «جهان در حال انبساط هابل»، توضیح داد که اجرام آسمانی به طور مداوم از یکدیگر دور میشوند.
بر اساس نظریه مهبانگ، پس از انفجار بزرگ، جهان به سرعت سرد شده و به تدریج امکان تشکیل ذرات زیر اتمی مانند پروتونها، نوترونها و الکترونها فراهم شده است. در مراحل بعدی، این ذرات با یکدیگر ترکیب شده و اتمهای هیدروژن و هلیوم را به وجود آوردند. گرانش، اتمهای هیدروژن و هلیوم را به تدریج به سمت یکدیگر کشید و باعث تشکیل ابرهای گازی عظیمی شد. در نهایت، این ابرها به دلیل گرانش فروریختند و ستارگان و کهکشانها را به وجود آوردند.
یکی از مهمترین شواهد پشتیبان نظریه مهبانگ، کشف تابش پسزمینه کیهانی است. این تابش، یک نور ضعیف و یکنواخت است که از تمام نقاط آسمان به ما میرسد. تابش پسزمینه کیهانی، بقایای خنکشده از اولین نوری است که پس از مهبانگ در جهان آزادانه حرکت کرده است.
7. واکسنها
واکسنها به عنوان یکی از بزرگترین دستاوردهای پزشکی مدرن، نقش بیبدیلی در حفظ سلامت و نجات جان میلیونها نفر در سراسر جهان ایفا کردهاند. مفهوم واکسن برای اولین بار در سال ۱۷۹۶ توسط ادوارد جنر (Edward Jenner)، پزشک و دانشمند انگلیسی مطرح شد. جنر متوجه شد که دوشندگان شیر گاو که به آبله گاوی مبتلا شدهاند، در برابر بیماری آبله که یک بیماری مرگبار و مسری در آن زمان بود مقاوم هستند.
وی برای آزمایش فرضیه خود، مقداری از زخم آبله گاوی را از روی دست یک دوشنده شیر گاو برداشت و آن را به بازوی پسری هشت ساله به نام جیمز فیپس (James Phipps) تلقیح کرد. اگرچه فیپس یک واکنش موضعی را تجربه کرد، اما در نهایت به طور کامل بهبود یافت. جنر برای اطمینان از موفقیت آزمایش خود چند ماه بعد، فیپس را با مقداری دیگر از زخم آبله تلقیح کرد و متوجه شد که این پسر به این بیماری مبتلا نشده است.
واکسنها حاوی عوامل بیماریزای ضعیفشده یا کشتهشده (مانند ویروسها یا باکتریها)، یا بخشی از پروتئینهای سطح آنها هستند. هنگامی که واکسن به بدن تزریق میشود، سیستم ایمنی بدن این عوامل خارجی را شناسایی کرده و شروع به تولید آنتیبادیها و سلولهای ایمنی خاصی میکند که قادر به مبارزه با آنها هستند.
از زمان کشف واکسن آبله توسط جنر، واکسنها نقش مهمی در کنترل و ریشهکنی بسیاری از بیماریهای عفونی مرگبار در سراسر جهان ایفا کردهاند. این دستاورد در جایگاه 10 کشف علمی شگفتانگیز تاریخ، نقشی حیاطی را ایفا میکند. یک مطالعه اخیر از سازمان بهداشت جهانی (WHO) تخمین میزند که واکسنها در 50 سال گذشته جان 154 میلیون نفر را نجات دادهاند که تقریباً معادل 6 نفر در هر دقیقه است.
8. آنتیبیوتیکها
پیش از کشف آنتیبیوتیکها، حتی کوچکترین عفونتهای باکتریایی میتوانستند تهدیدی جدی برای زندگی باشند. اما با تلاشها و نبوغ الکساندر فلمینگ (Alexander Fleming)، جهان شاهد انقلابی در درمان بیماریهای عفونی بود. الکساندر فلمینگ، پزشک و میکروبیولوژیست اسکاتلندی، در سال 1928 در حین بررسی یک ظرف پتری حاوی باکتری استافیلوکوکوس (Staphylococcus) که در آزمایشگاهش قرار داشت، متوجه رشد نوعی کپک در آن شد.
فلمینگ با دقت بیشتری به بررسی کپک پرداخت و متوجه شد که این ماده، از رشد باکتریهای مجاور جلوگیری میکند. او نام این ماده را پنیسیلین گذاشت و یافتههای خود را در سال 1929 در یک مقاله منتشر کرد. در دهه 1930، شیمیدانان دانشگاه آکسفورد، از جمله هاوارد فلوری (Howard Florey) و ارنست بوریس چین (Ernst Boris Chain)، به اهمیت کار فلمینگ پی بردند و تلاش خود را برای تبدیل پنیسیلین به یک داروی قابل استفاده آغاز کردند.
با تلاشهای این محققان، روشهای استخراج و خالصسازی پنیسیلین بهبود یافت و امکان تولید آن در مقیاس بزرگ فراهم شد. پنیسیلین در دهه 1940 به طور گسترده در دسترس قرار گرفت و نقش مهمی در نجات جان سربازان مجروح در طول جنگ جهانی دوم ایفا کرد. توسعه آنتیبیوتیکها در جایگاه 10 کشف علمی شگفتانگیز بشر قرار گرفته و تاثیر بسزایی بر سلامت و طول عمر انسان داشته است. دادهها نشان میدهند که از زمان کشف آنتیبیوتیکها، میانگین عمر انسان حدود 23 سال افزایش یافته است.
9. فرگشت (تکامل)
نظریه فرگشت یا تکامل، یکی از مهمترین و تأثیرگذارترین اکتشافات علمی در تاریخ بشر است. این نظریه توسط طبیعتشناس انگلیسی، چارلز داروین (Charles Darwin) در قرن نوزدهم توسعه یافت و نحوه شکلگیری و تغییرات گونهها را در طول زمان توضیح میدهد. در سال ۱۸۳۵، داروین در طی سفر پنجسالهای که به نقاط مختلف جهان از جمله جزایر گالاپاگوس انجام داد، شاهد تفاوتهای جالبی در گونههای مختلف پرندگان این جزایر بود.
این پرندگان که از یک گونه اصلی به نظر میرسیدند، ویژگیهای منحصر به فردی داشتند که مطابق با محیطهای خاص هر جزیره تغییر کرده بودند. داروین متوجه شد که این تفاوتها در پرندگان بهطور مستقیم با نیازهای محیطی متفاوت هر جزیره مرتبط بودند. این مشاهدات باعث شد که او ایدهای نوین را برای توضیح تنوع گونهها بهوجود آورد.
پس از سالها تحقیق و تجزیه و تحلیل نمونهها، داروین در سال ۱۸۵۹ کتاب معروف خود تحت عنوان «خاستگاه گونهها» را منتشر کرد که بهطور رسمی نظریه فرگشت از طریق انتخاب طبیعی را معرفی میکرد. این کتاب، علاوه بر ارائه شواهدی از تکامل و منشأ مشترک گونهها، بهطور عمده توضیح میداد که چگونه فرآیند انتخاب طبیعی میتواند باعث ایجاد تغییرات در گونهها شود.
یکی از اصول اساسی نظریه داروین، مفهوم «انتخاب طبیعی» است. انتخاب طبیعی، فرآیندی است که در آن ویژگیهای مفید برای بقا و تولید مثل در یک محیط خاص، در طول زمان انتخاب میشوند. در نتیجه، موجودات دارای این ویژگیها بیشتر از دیگران زنده میمانند و تولید مثل میکنند، و ویژگیهای مفید به نسلهای بعدی منتقل میشود.
داروین همچنین مفهوم «دنیای مشترک» را مطرح کرد. طبق این اصل، همه گونهها در طول زمان از یک نیای مشترک سرچشمه گرفتهاند. به این معنی که هرگونهای که امروز در طبیعت وجود دارد، با گونههای دیگر از نظر ژنتیکی ارتباط دارد و به نوعی اجداد مشترکی دارند. با وجود اینکه نظریه داروین در ابتدا با مخالفتهای شدیدی مواجه شد، به ویژه از سوی کلیسا و برخی دانشمندان، بهمرور زمان به یکی از ارکان اصلی زیستشناسی تبدیل شد.
10. جدول تناوبی عناصر
قبل از ارائه جدول تناوبی توسط دیمیتری مندلیف (Dmitri Mendeleev) در سال ۱۸۶۹، دنیای شیمی با مجموعهای پراکنده از عناصر شناختهشده مواجه بود. در آن زمان، ۶۳ عنصر شیمیایی کشف شده بودند، اما هیچ سیستم منسجمی برای سازماندهی آنها وجود نداشت. این وضعیت، درک روابط بین عناصر و خواص آنها را برای دانشمندان بسیار دشوار میساخت.
دیمیتری مندلیف، شیمیدان و مدرس دانشگاه سنتپترزبورگ روسیه، با ارائه جدول تناوبی خود، انقلابی در علم شیمی ایجاد کرد. او با فرمولبندی «قانون تناوب»، عناصر را بر اساس وزن اتمی آنها مرتب کرد. در قانون تناوب، مندلیف متوجه شد که اگر عناصر بر اساس وزن اتمی مرتب شوند، خواص آنها به صورت دورهای تکرار میشوند.
یکی از جنبههای قابل توجه جدول مندلیف، توانایی آن در پیشبینی خواص عناصر کشف نشده بود. مندلیف در جدول خود، خانههای خالی برای عناصری که هنوز کشف نشده بودند، در نظر گرفت و خواص آنها را نیز پیشبینی کرد. به عنوان مثال، او خواص عناصری مانند ژرمانیوم، گالیوم و اسکاندیم را با دقت بالایی پیشبینی کرد، که بعداً صحت این پیشبینیها به اثبات رسید.
در سال ۱۹۱۳، فیزیکدان انگلیسی، هنری موزلی (Henry Moseley) با انجام آزمایشهای دقیق، به این نتیجه رسید که خواص عناصر به جای وزن اتمی، به عدد اتمی آنها بستگی دارد. عدد اتمی، تعداد پروتونهای موجود در هسته اتم است. موزلی با مرتب کردن عناصر بر اساس عدد اتمی، جدول تناوبی را اصلاح کرد و مشکلات و ناهنجاریهای موجود در جدول مندلیف را برطرف نمود.
source