تصوير قطة شرودينجر! الفيزياء الكمية تسمح بتقنية تصوير ثورية!

خلدت قطة شرودنجر في صورة تمّ إنتاجها بإحدى أغرب عواقب النظرية الكميّة: التشابك الكمي.

تمّ توليد هذه الصور باستخدام مرسام قطة (stencil) وفوتونات متشابكة. الجزء الغريب في الموضوع هو أن الفوتونات المستخدمة لتوليد الصور لم تتفاعل أبدا مع المرسام، بينما الفوتونات التي أنارت المرسام لم تراها الكاميرا أبدا.

حين يكون جسيمين منفصلين متشابكين كميًّا، فهذا يعني أن قياس خصائصهما الفيزيائية تكون مترابطة، ويشاركان نفس الحالة الكمية. الباحثون في معهد الضوئيات في فيينا بالنمسا استخدموا هذا الإتصال الكمي بين الجسيمات لتصوير هذه الصور لقطة بدون تصويرها مباشرةً.

لعمل ذلك، عمل الباحثون أزواج صفراء وحمراء من الفوتونات المتشابكة. أُطلِقت الفوتونات الصفراء على مرسام القطة، بينما أرسلت الفوتونات الحمراء إلى الكاميرا. بفضل تشابكهم، شكلت الفوتونات الحمراء صورة القطة بسبب الإتصال الكمي مع توائمهم الصفر. 

مرسام السيليكون كان شفافًا للضوء الأحمر ولم يكن بإمكان الكاميرا إلا الكشف عن الضوء الأحمر. هذا يبين أن التقنية يمكنها أن تجسد الأجسام غير المرئية للفوتونات المكشوفة.

المصدر: أنا أصدق العلم

ناسا تخطط لإنشاء حديقة على سطح القمر العام القادم!

إنه وقت رائع للعيش حين تبدأ الكليشيهات الموجودة في أفلام الخيال العلمي وقتاً بعد وقت أن تصبح حقيقة.


هبوط البشر على القمر وتحرك المركبات الجوالة متعددة المهام على سطح المريخ ونحن الآن على بعد عامين فقط من بدء حياة نباتية على أسطح الأجرام السمائية المجاورة لنا.

نبات الأرابيدوبسيس هو نبات صغير ذو أزهار وهو على صلة قرابة بالخردل والكرنب (ملفوف) وهما مفيدين في حال رغبت في إستعمار كوكب آخر بيئياً. الأهم من ذلك فهو يحتوي على أحدى الكائنات النموذجية الذي هو مفتاح لدراسة بيولوجيا النباتات خصوصاً أنه النبات الأول الذي تمت عملية سَلْسلة (Sequencing) لمعلوماته الجينية.

وضعت وكالة الفضاء الأمريكية ناسا أنظارها على نبات الأرابيدوبسيس ليكون جزء من أول حديقة على القمر والمريخ. تطمح ناسا لأن تزرعه على القمر عام 2015، أي العام القادم. المريخ ليس متاخراً جداً كهدف حيث التاريخ المنشود له هو عام 2021.

قد يكون هذا بالفعل أول خطوة في خطط مستقبلية بهدف إرسال رجال ونساء للعيش على كواكب بعيدة يوماً ما على أمل وجود طعام وماء مجهزين لهم مسبقاً.

المصدر: أنا أصدق العلم
ترجمة: جون فؤاد

الإثنا عشر رجلاً الذي هبطوا ومشوا على سطح القمر!

يظنّ كثيرٌ من النّاس أنّ رحلة البشر إلى القمر كانت مقصورة على رحلة أبولو 11، التي قادها رائد الفضاء الشّهير نيل أرمسترونج في العام 1969. ولكن في الواقع، البشر زاروا القمر عدّة مرّات منذ ذلك الوقت (6 زيارات بالتّحديد حتّى الآن). بالمجموع، 24 إنسانًا طاروا إلى القمر منذ رحلتنا الأولى، ولكن 12 منهم فقط حصلوا على شرف المشي على سطح ذلك الجسم الرّملي الضّخم. 

الإثنا عشر رجلاً الذي هبطوا ومشوا على سطح القمر هم كالتالي:

1. نيل أرمسترونج (Neil Armstrong)، على متن رحلة أبولو 11 (1969).
2. باز ألدرين (Buzz Aldrin) على متن رحلة أبولو 11 (1969).
3. بيتي كونراد (Pete Conrad) على متن رحلة أبولو 12 (1969).
4. ألان بين (Alan Bean)، على متن رحلة أبولو 12 (1969).
5. ألان شيبارد (Alan Shepard)، على متن رحلة أبولو 14 (1971).
6. إدجار ميتشيل (Edgar Mitchell)، على متن رحلة أبولو 14 (1971).
7. دافيد سكوت (David Scott) على متن رحلة أبولو 15 (1971).
8. جيمس إروين (James Irwin)، على متن رحلة أبولو 15 (1971).
9. جون يانج (John W. Young)، على متن رحلة أبولو 16 (1972).
10. تشارلز دوك (Charles Duke)، على متن رحلة أبولو 16 (1972).
11. يوجين سيرنان (Eugene Cernan)، على متن رحلة أبولو 17 (1972).
12. هاريسون شميت (Harrison Schmitt)، على متن رحلة أبولو 17 (1972).

المصدر:
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Apollo_astronauts

ماذا سيحدث لجسدك في الفضاء بدون بذلة فضائية؟

هل تسائلت من قبل عما سيحدث لجسدك في الفضاء بدون بزة فضائية؟ هل سيكون الموضوع درامي كما تصوره لنا الأفلام؟ هل حقًا سينفجر حرفيًا؟ هل يمكنك النجاة؟

على الأرض، نحن نعيش في بيئة مريحة جدًا بفضل طبقة الغلاف الجوي التي تحمينا من الأشعة فوق البنفسجية التي تشعها الشمس، وتنظم لنا درجة الحرارة، وتحافظ على ضغط جوي مناسب. ولكن فراغ الفضاء أكثر عدوانية من ذلك بكثير. بدون هذا الغطاء السميك المُسمى بالغلاف الجوي، فسنتعرض لكل أنواع المخاطر المختلفة.

أكثر المخاطر التي تواجهنا عند التعرض للفضاء الخارجي جديةً، هي نقص الأكسجين والتفقع. التفقع هو ظهور فقاعات غاز في سوائل الجسم نتيجة لقلة ضغط الهواء الخارجي. الضغط في فراغ الفضاء قليل جدًا لدرجة أن درجة غليان سوائل جسدك تصبح أقل من درجة حرارة جسدك الطبيعية (37 سيليزيوس) مما ينتج عنه تكون فقاعات غاز في سوائل جسدك مما قد يصيبك بمخاطر شنيعة. سوف تتورم بصورة بشعة وربما يتضاعف حجمك حتى، لكنك لن تنفجر لأن جلدك قابل للتمدد. لن يغلي دمك. ولكنك بالطبع ستعاني من قدر هائل من الألم وسيتم إعاقة سريان الدم داخل جسدك.

كما ذكرنا سابقًا، الخطر الكبير التالي هو نقص الأكسجين. بعد مايقرب من 15 ثانية، سيكون جسدك قد استعمل كل الأكسجين بداخله وستفقد الوعي. قد يفكر البعض منكم “ولكنني أستطيع حبس أنفاسي لمدة دقائق!”. الوضه في الفضاء مختلف قليلًا عما هو عليه على الأرض بسبب نقص الضغط الخارجي، ولو حبست أنفاسك في الفضاء بدون بذلة فضائية ستكون في مشكلة كبيرة. هذا لأن أي هواء إضافي سوف يتمدد بسرعة، ويقطع رئتيك.

بعد فقدان الوعي، سوف تنجو غالبًا بضع دقائق على حد أقصى قبل أن تموت. بالطبع، توجد كل تلك الأشعة فوق البنفسجية الضارة من الشمس والتي ستتسبب في أن تصابب بحروق شمس مريعة. الأشعة فوق البنفسجية وفوتونات أخرى عالية الطاقة (أشعة إكس وإشعاع جاما) سوف أيضًا يؤذي الـDNA الخاص بك بشدة مما يؤدي إلى طفرات قد تسبب السرطان (ذلك في حالة نجاتك بعد ذلك)، وذلك في حالة وجودك في الفضاء قريبًا من الشمس، من ناحية كوكب الزهرة أو عطارد مثلًا . لو كنت في الفضاء البارد جهة المشترى وزحل، لن تتجمد فورًا حيث أن الفراغ سوف يسبب نقل الحرارة بعيدًا عن جسمك ببطء شديد.

لذا باختصار، سوف تتورم، تحترق، تفقد وعيك، وستنفجر رئتيك. شئ جميل. لكن لا تقلق، إذا تورطت في موقف صعب كهذا في يوم من الأيام فستحظى بدقيقة أو دقيقتين كاملتين لكي يتم إنقاذك قبل أن تموت، فلا تفقد الأمل.

الإنفجار العظيم Big Bang

نظريّة الإنفجار العظيم (Big Bang) هي النموذج الأكثر قبولًا بين العلماء اليوم لكونه نموذجًا مدعومًا بالكثير من الأدلة. النظريّة تُفسّر كيفيّة تطوّر الكون المُبكّر إلى ما هو عليه الآن. الفكرة الرئيسيّة هي أنّ الكون في توسّع، مما يعني أنه في وقتٍ ما كانت كل المادة والفضاء (المكان والزمان نفسهما) متكدسَين في نقطةٍ ذات حرارة وكثافة عاليتَين جدًا. أحدث التّقديرات تقول أن الكون “بدأ” منذ 13.82 مليار عام. الأدلة ترتكز على ثلاث ملاحظات؛

(1) بأنّ الكون لازال يتمدد اليوم، (2) إشعاع الخلفيّة الكونيّة الميكروي، (3) توقّع نسبة وفرة العناصر في الكون بدقة كبيرة. كما يمكننا إضافة الاكتشاف الأخير لموجات الجاذبيّة من الإنفجار العظيم كدليل قوي، والتي ستتأكّد العام المقبل من قِبل تيليسكوب بلانك (وعلى الأغلب سيكون هذا الاكتشاف هو السبب في جائزة نوبل في الفيزياء لنفس العام).
في عام 1927، افترض عالم الفيزياء والقِسّيس الكاثوليكي جورج لوميتر ما يُعرف الآن بالـ”بيج بانج” أو “الإنفجار العظيم”. لومتر هو أول من افترض هذا النموذج، مع أنّ أينشتاين كان يمكنه أن يتوقّع تمدد الكون من نظرياته عام 1915. كان الاعتقاد الشائع أيام لومتر أنّ الكون ثابت لا يتمدّد. ولكن ملاحظات إدوين هابل بتليسكوبه كانت تثبت عكس ذلك، إذْ كان يلاحظ ابتعاد المجرات عنّا. في عام 1948، قام فريد هويل، توماس جولد، وهرمان بوندي بإضافة التّعديلات على نظريّة الحالة الثابتة (Steady State Theory) -معترضين على تفسير ملاحظات هابل- واستخدموها لمهاجمة نظرية الإنفجار العظيم. كان المجتمع العلميّ آنذاك منقسم بين هذا وذاك. كان فريد هويل يؤيّد فكرة أنّ الكون لا بداية له، لدرجة أنه قام بالهجوم المتعمّد المتعصّب والمهين على الإنفجار العظيم في راديو الـBBC، وقام بتأليف الاسم “بيج بانج – الإنفجار العظيم”.. الملاحظات المعارضة لنظريّة الحالة الثابتة بدأت بالظهور في الستينيات، خصوصًا بعد اكتشاف إشعاع الخلفيّة الكونيّة الميكروي الذي حصل مكتشفوه (اكتشاف بالصّدفة) على إثره على جائزة نوبل لاحقًا.
بعكس الشائع، “الإنفجار العظيم” هذا ليس بإنفجار حقيقةً كما يتخيله البعض. لم يكن هناك مركز له، ولم يوجد حطام متجمّع في الأطراف في الفضاء المحيط. بل لم يكن هناك فضاء. الواقع هو تمدّد الفضاء نفسه (نسيج الزمكان) من كل نقطة. يمكن تخيّل هذا (مع أنه تمثيل ثنائي الأبعاد) كبالون ملزوق على سطحها قِطَع ورقيّة، ويتمّ نفخها. مع تمدد البالون، تبتعد قطع الأوراق عن بعضها البعض. التمدد يحدث في كل الإتجاهات وبدون مركز.
مع الأخذ في الاعتبار النظريات النسبيّة لأينشتاين، فإن “الإنفجار العظيم” بداية للزمان والمكان، هو الحدث الذي ظهر منه كل شيء. لهذا إنه لمن غير الدّقيق القول بأنّ الكون تمدد في الفضاء، بل هو الفضاء نفسه يظهر إلى الوجود ويتمدد. كذلك، “ماذا كان هناك قبل الإنفجار العظيم؟” هو سؤال غير دقيق، لأنه لم يوجد زمان قبله أصلا.
من الواجب ذكره هو أنّ العلوم لا تأبه لعواطفك، فمن الواضح أنّ الكون خيالي أكثر مما نتخيّل، نحن لا نعتمد على الحدس البديهي ولا على ما نريد له أن يكون صحيحًا في إختيارنا لفهم الواقع، بل على المنهج العلمي. الأدلة والملاحظات والتجربة هي وحدها ما يحكم. “الإنفجار العظيم” ليس كأي شيء يمكنك تخيّله، فهذا التّمدد (وليس إنفجار) كان أسرع على الأقل مليون مرة من أي إنفجار نووي، وبدرجة حرارة أكثر بكثير من قلب النجوم في الكون (درجة حرارة الكون في أقل من جزء من الثانية كانت أكثر من 1000 تريليون درجة مئوية). ما أروعه الواقع!

عشرون حقيقة غريبة عن قوّة الجاذبية!

عشرون حقيقة ربّما غريبة عن قوّة الجاذبية!

12:59 م | نشره : Hanin Taha | | 0تعليقات

تفاحة عين نيوتن ومحور عمل أينشتاين، الجاذبية أضعف مما تعتقد، وأغرب مما تتصور. هذه 20 حقيقة عن أحد أشهر القوى الفيزيائيّة في الكون:

1. (Obi-Wan Kenobi) الشخصية المعروفة التي ظهرت في الفيلم الشهير “حرب النجوم” قال عن القوى الفيزيائيّة إنها “تحيط بنا وتخترقنا، بل تربط المجرة معًا.” من الممكن أنه كان يتحدث عن الجاذبية. فالخصائص الجاذبة لهذه القوّة تحافظ على تماسك المجرة، لكنها أيضًا تخترقنا، تتوسع فيزيائيًا بداخلنا، وتقيدنا بالأرض.

2. خلافًا للقوى الفيزيائيّة الأخرى، بجوانبها المضيئة والمظلمة، الجاذبية ليست مزدوجة التأثير؛ الجاذبية تجذب فقط ولا تصد.

3. وكالة ناسا تحاول تطوير تراكتور للحزم “Tractor beams”يمكنه تحريك أجسام فيزيائية، وهي آلة تنشئ قوى جاذبة من شأنها أن تتفوق على الجاذبية.

4. الرُكَاب على زحلوقة الملاهي ومحطة الفضاء الدولية يمرون بحالات من نقصان الجاذبية- المعروف بشكل غير صحيح بإنعدام الجاذبية- لأنّهم في حالة سقوط بنفس سرعة مركباتهم.

5. إذا كان هنالك شخصٍ ما يزن 680 نيوتن على الأرض، وإن كان من الممكن لهذا الشخص أن يقف على سطح كوكب المشتري، فسيصبح وزنه 354 رطل أي 1600 نيوتن على سطح ذلك الكوكب الغازي العملاق. كتلة أكبر تعني جاذبية أكبر.

6. للخروج عن جاذبية الأرض، يجب على الجسم السفر بسرعة 7 ميل في الثانية، سرعة الإفلات من كوكبنا.

7. الجاذبية هي أضعف القوى الكونية الأربعة، الثلاث قوى الأخرى هي: القوة الكهرومغناطيسية؛ والقوة النووية الضعيفة، التي تحكم إشعاع الذرة؛ والقوة النووية القوية، التي تربط جزيئات الذرة معًا.

8. مغناطيس بحجم عملة النقود يملك من القوة الكهرومغناطيسية ما يكفي للتغلب على كل جاذبية الأرض.

9. التفاحة لم تصطدم برأس نيوتن، لكنها جعلته يفكر إن كانت القوة التي جعلت التفاحة تقع على الأرض هي نفس القوة المسؤولة عن حركة القمر حول الأرض.

10. التفاحة عند نيوتن أدت إلى أول قانون للتربيع العكسي في العلم، (F = G * (mM)/r2)، هذا يعني إن أي جسم يبعد ضعف المسافة ينتج ربع التجاذب.

11. القانون التربيع العكسي للجاذبية أيضًا يعني أن مدى الجذب الناتج عن قوى الجاذبية يعتبر -تقنياً- لا نهائي.

12. المعنى الآخر لكلمة الجاذبية -يعني شيء ثقيل أو جاد- أتى في البداية من الكلمة اللاتينية “جرافيس Gravis” أي شيء ثقيل.

13. قوى الجاذبية تسرع كل شيء بنفس المقدار، متجاهلة للوزن. إذا ما رميت كرات بنفس الحجم لكن بأوزان مختلفة من على السطح، فستسقط على الأرض في نفس الوقت. القصور الذاتي للأجسام الأثقل تلغي أي سرعة إضافية لتتفوق على الأجسام الأخف.

14. نظرية النسبية العامة لآينشتاين هي أول من عاملت الجاذبية على إنها إعوجاجات لنسيج الزمكان “النسيج الذي يجسد الكون فعليًا”.

15. أي شيء يمتلك كتلة يسبب إعوجاج لنسيج الزمكان حوله. في سنة 2011، تجربة ناسا “مسبار الجاذبية” أظهرت تأثير الأرض على الكون بظهور الإعوجاج حول الأرض مثل كرة خشبية على كوب من العسل الأسود، تمامًا كما تنبأ أينشتاين.

16. عندما ينُحنَى الزمكان حول الجسم، الأجسام شديدة الكتلة أحيانًا ما تعيد توجيه الضوء المقترب منها، مثلما تفعل العدسة الزجاجية. تستطيع ظاهرة عدسة الجاذبية على نحو فعال تكبير المجرات البعيدة أو تشويه شكلها الى اشكال غريبة.

17. “مشكلة الثلاثة أجسام”، هي معضلة تحديد أنماط ثلاثة أجسام تدور حول بعضها فقط إن تأثروا بعامل الجاذبية فقط، فقد حيرت علماء الفيزياء لثلاثمائة عام، حتى الأن تم العثور على 16 صيغة من الحل – 13 منها تم اكتشافها في مارس الماضي.

18. بالرغم من أن الثلاث قوى الكونية الأخرى تناسب علم الكوانتم -علم الأشياء على المستوى الصغير جدًّا- الجاذبية ما زالت تعاند أيّ محاولات لدمجها مع العلم؛ معادلة الكوانتم تنكسر إذا ما تضمنت الجاذبية. كيفية التوفيق بين قوّة الجاذبيّة وفيزياء الكمّ هي مشكلة تعتبر من أكبر المسائل في الفيزياء الحديثة -ويطلق على هذه المسألة: البحث عن النظرية الموحدة لكل شيء وهو حلم أينشتاين.

19. لفهم الجاذبية بشكل أفضل، يبحث العلماء عن موجات الجاذبية، تموجات في نسيج الزمكان التي تُنتَج من أشياء مثل الثقوب السوداء المتصادمة أو النجوم المتفجرة. طبقًا للعالم الفيزيائي Amber Stuver، وهو عالم في منظمة LIGO الفيزيائية.

20. عندما تنجح المنظمة بالفعل على رصد موجات الجاذبية، سيتمكنون من استخدامها للنظر إلى الكون بدقة غير مسبوقة. “في كل مرة بحثنا في الكون بطريقة جديدة، يتغير فهمنا عن كل شيء في الكون” – ستوفر متحدثًا عن الجاذبية.

ترجمة: Tareq El-Masri

المصدر: أنا أصدق العلم

فيزياء النواة

فيزياء النواة
النشاط الإشعاعي الطبيعي

منحى الاستقرار :

إذا قمنا برسم علاقة بيانية بين عدد البروتونات وعدد النيوترونات في الأنوية المعروفة فإننا نحصل
على الرسم البياني التالي والذي نلاحظ منه ما يلي :

النوى المستقرة وهي النوى على الخط المتصل وتتصف هذه النوى بما يلي :

1) النوى في أسفل الخط المستقيم
تمثّل النوى الخفيفة المستقرة وهنا
عدد البروتونات يساوي عدد النيوترونات.

2) في النوى الثقيلة يكون عدد النيوترونات
أعلى من عدد البروتونات بنسبة 50% .

3) أكثر النوى استقراراً هي الأنوية التي تحوي أعداداً زوجية من البروتونات والنيوترونات وذلك بسبب أن كل بروتونين ونيوترونين يكونان مجموعة مستقرة .

أما الأنوية غير المستقرة فتقع على جهتي الخط المتصل :

وتلجأ هذه الأنوية للاستقرار إما بإطلاق جسيمات ألفا ( µ ) أو جسيمات بيتا ( b ) أو إطلاق إشعاعات
جاما ( g) وهذا ما يسمى بالنشاط الإشعاعي للعناصر والتي سنتحدث عنه بالتفصيل فيما يلي :

النشاط الإشعاعي :

هو انبعاث جسيمات ألفا وجسيمات بيتا وأشعة جاما من نواة العنصر المشع . ويجدر هنا أن ننوه بما يلي:

1) العنصر المشع جميع مركباته مشعة .

2) العنصر المشع يكون مشعاً في جميع حالاته (صلبة – سائلة – غازية) .

3) نواة العنصر المشع لا تصدر جسيمات ألفا وجسيمات بيتا معاً ، ولكن قد تصدر ألفا أو بيتا ، وقد يصاحب كلاً منهما انطلاق اشعاعات جاما .

4) معدّل النشاط الإشعاعي لعينة مشعة لا يتأثر بالظروف الخارجية من ضغط أو درجة حرارة ولكنه
يتوقف فقط على نسبة العنصر المشع في العينة .

5) انبعاث جسيم بيتا أو جسيم ألفا من نواة العنصر المشع يحولّها إلى نواة عنصر آخر .

القمر الصناعي

'القمر الاصطناعي أو الساتل الفضائي أو الساتل هو جهاز من صنع بشري يدور في فلك في الفضاء الخارجي حول الأرض أو حول كوكب آخر، ويقوم بأعمال عديدة مثل الاتصالات والفحص والكشف.

أول ساتل هو سبوتنك-1 الذي أرسله الإتحاد السوفياتي سنة 1957. ومنذ ذلك الوقت حتى سنة 2007 وضع أكثر من 5500 ساتل على مدرات فضائية حول الأرض، حسب جاك فيلان (المهندس الدارس لتاريخ الأقمار الاصطناعية) بقي 700 في حالة نشاط. للسواتل دور هام في عدة ميادين كالاقتصاد (الاتصالات وتنبؤات الجوية وتحديد الأماكن..) والأمن (الاستخبارات العسكرية) والبحث العلمي (دراسة الفضاء ومراقبة الأرض وتحولاتها...).

يتكون الساتل من جزئين الجزء الوظيفي والجزء الحاضن. الجزء الوظيفي هو الذي يقوم بالأعمال المنتظر من الساتل حسب تخصصه والمهمة التي أرسل من أجلها. الجزء الحاضن هو جزء الذي يوفر المحيط المناسب لعمل الجزء الوظيفي، من حيث توفير الطاقة والحماية والدفع والتوجيه. ويتم التحكم في الساتل من محطة أرضية في الغالب من أجل تأدية المهام أو اجراء تغييرات للموقع.

ويكيبيديا

مع تحيات مؤسسة ومديرة علوم بلا حدود حنين أحمد طه

الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA

بالعربية الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين أو كما يسمى في هذه المقالة دنا (DNA) بالإنجليزية والدِنا هوالحمض النووي الذي يحتوي على التعليمات الجينية التي تصف التطور البيولوجي للكائنات الحية ومعظم الفيروسات كما أنه يحوي التعليمات الوراثية اللازمة لأداء الوظائف الحيوية لكل الكائنات الحية.

يعتبر وسيلة التخزين الطويل الأجل للمعلومات الوراثية وهي الوظيفة الأساسية لجزيئات الدنا بالإضافة إلى أنه يمكن من خلال هذه الجزيئات الحصول على المعلومات اللازمة لبناء البروتينات والحمض الريبي النووي (بالإنكليزية: RNA).

تسمى قطع الدنا (DNA) التي تحمل معلومات وراثية يمكن ترجمتها لبروتينات بالمورثات (بالإنكليزية: Genes). تتواجد بعض قطع الدنا لأغراض تركيبية وتنظيمية.

كيميائياً؛ يعد الدنا عديد اوحدات البنائية (بوليمر) يتكون من وحدات بناء تسمى النيوكليوتيدات. وتتكون كل نيوكليوتيدة من ثلاثة جزيئات هي: سكر خماسي دي اوكسي ريبوز (سكر ريبي منقوص الأكسجين)، مجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية (احدي قواعد البيورين أو البيريميدين) ويتم اتصال جزيئات السكر والفوسفات بشكل متتابع لتكوين ما يعرف بهيكل سكر الفوسفات بحيث تتصل مجموعة الفوسفات بذرة الكربون 5 لسكر النيوكليوتيدة التي تتبع لهاعن طريق رابطة تساهمية وبذرة الكربون 3 لسكر النيوكليوتيدة التالية عن طريق رابطة استيرية ويتم ارتباط القواعد النيتروجينية على هيكل سكر الفوسفات عن طريق ارتباطها بذرة الكربون 1 على جزيء السكر المقابل. و يعطي تتابع القواعد النيتروجينية على طول هيكل سكر الفوسفات في جزيء الدنا أكواداً أو شفرات يمكن من خلالها تحديد تتابع الأحماض الأمينيةللبروتين المقابل ويتم ذلك كما يلي: يتم نسخ جزيء رنا مقابل لجزيء الدنا المحتوي على كود البروتين في عملية تسمي بعملية النسخ ويتم ترجمة الرماز إلى أحماض أمينية مقابلة خلال عملية الترجمة لتعطي البروتين المقابل. وليس بالضرورة أن تتم ترجمة الشفرات إلى بروتين إذ أن بعض جزيئات الرنا تدخل في تركيبات مثل الريبوسومات(بالإنكليزية: Ribosomes) والاسبليسوسومات (بالإنكليزية: Spliceosomes).

ينتظم الدنا داخل الخلية في تركيبات تسمى الكروموسومات، والكروموسومات في مجموعها تكون ما يعرف بالجينوم (بالإنكليزية: Genome) (المحتوي الجيني أو الصبغي للخلية). قبل أنقسام الخلية تتضاعف الصبغيات فيما يعرف بتضاعف الدنا DNA Replication ويتم ذلك في كل من بدائيات النوى (بالإنكليزية:Prokaryotes) وفي حقيقيات النواة (بالإنكليزية: Eukaryotes).

لمحة تاريخية

تعود أول ملاحظة للدنا في العلم الحديث للطبيب السويسري فريدريك ميسـشر في سنة 1869 عندما استطاع استخلاص مادة مجهرية من القيح واسمها نووين (نيوكلين) بسبب وجودها داخل النواة. وفي سنة 1929 استطاع فيبي ليفني من اكتشاف مكونات الوحدة الأساسية للدنا وهي النوويدات وبين أن الدنا ما هو إلا تكرار لهذه الوحدة.

في سنة 1943 أجرى أوزوالد أفري تجربة بمزج بكتيريا نيموكوكس (الاسم العلمي: Pneumococcus ) ميتة وتحمل خاصية السطح الناعم مع بكتيريا حية من نفس النوع ولكنها ذات سطح خشن. نتائج التجربة كانت انتقال خاصية السطح الخشن إلى البكتيريا ذات السطح الناعم. وسمي الدنا بالعامل الناقل.

و في سنة 1953 وبالاعتماد على الصور السينية المأخوذة بواسطة روزاليند فرانكلين والمعلومات المتوفرة عن القواعد وطريقة ارتباطها ببعضها، طرح كل من جيمس واتسون وفرانسيس كريك نموذجهما (اللولبي المزدوج)و نشروا تجاربهم في مجلة الطبيعة. وفي سنة 1957 وضح كريك العقيدة الأساسية لعلم الأحياء الجزيئي ووضح العلاقة ما بين الدنا والرنا(RNA) والبروتينات. وبين كريك لاحقا أن الكودونات تتكون من 3 قواعد مما ساعد علماء آخرين على فك الشيفرة الوراثية وتحديد الكودونات المشفرة للأحماض الأمينية. وفي سنة 1958 أوضح العالمان ميليسون وستال طريقة تناسخ الدنا ووصفاها بالشبه محافظة. حصل واتسون وكريك وموريس على جائزة نوبل في الطب لاكتشافاتهم في هذا الحقل في سنة 1962.

الخواص الفيزيائية والكيميائية

يعتبر الدنا عديد جزيئات مكوثراً (بوليمر) طويلاً مكون من وحدات متكررة تعرف بالنيوكليوتيدات (بالإنكليزية: Nucleotides) حيث يبلغ عرض سلسلة الدنا من 22 إلى 26 انغستروم وطول النيوكليوتيدة الواحدة 3.3 انغستروم. ولكن بالرغم من أن كل نيوكليوتيدة صغيرة جداً في الحجم إلا أن مكاثير الدنا يمكنها تشكيل جزيئات ضخمة تحتوي على ملايين النيوكليوتيدات فمثلاً يبلغ طول الصبغي رقم 1 (أكبر كروموسوم بشري) حوالي 220 مليون قاعدة مزدوجة.

مكونات الحمض النووي (DNA)

صورة تبين التركيب الكيميائي للدنا.

يتكون الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين من سلسلتين متوازيتين تنتظمان على هيئة سلم ملتف لولبيا (Double Helix). يتكون جانبا السلم اللولبي من تعاقب السكر خماسي وقاعدة الفوسفات بينما تتصل القواعد النيتروجينية من الداخل. تتكون الوحدة الأساسية لبناء جزيئة الدنا، والتي تسمى بالنيوكليوتيد من ثلاثة أجزاء، وهي:

السكرالخماسي (ريبوز) منقوص الأكسجين مجموعة فوسفات. قاعدة (تخزن المعلومات في الدنا باستخدام هذه القواعد) وهي من نوعان: اثنتان من البيورينات (Purines) وهما أدينين Adenine وتختصر A غوانين Guanine وتختصر G اثنتان من البايريميدينات (Pyrimidines) وهما الثايمين Thymine وتختصر T السايتوسين Cytosine وتختصر C

ترتبط جزيئات السكر في الدنا برابطة فوسفاتية (بالإنكليزية: Phosphodiester Bond) في كل من ذرات الكربون الثالثة والخامسة، بينما ترتبط القاعدة النيتروجينية بذرة الكربون الأولى للسكر الخماسي. ترتبط القواعد ببعضها برابطة هيدروجينية (بالإنكليزية: Hydrogen Bond). ترتبط القواعد مع بعضها بشكل منظم بحيث ترتبط القاعدة أدينين مع القاعدة ثايمين في السلسلة المقابلة برابطة هيدروجينية ثنائية، بينما يرتبط الغوانين مع السايتوسين برابطة هيدروجينية ثلاثية.

تسمى أحد سلسلتي الدنا بالنهاية الخامسة (و يرمز لها ’5)وذلك لعدم ارتباط ذرة الكربون الخامسة بسكر خماسي بينما السلسلة الأخرى تسمى بالنهاية الثالثة (’3) ولنفس السبب السابق. وتلتقي السلسلتان بشكل متواز وعكسي (بالإنكليزية: Antiparallel)، بحيث أن ’5 يقابلها على السلسلة المتوازية ’3.

يلتف الدنا (DNA) حول نفسه التفافاً لولبياً وهو ما يعرف باسم الالتفاف المفرط وقد يكون هذا الالتفاف بنفس اتجاه التفاف سلسلتي الدنا مما يجعل القواعد قريبة من بعضها بشكل كبير ويسمى التفافاً مفرطاً إيجابياً. أما إذا كان هذا الالتفاف بعكس اتجاه التفاف سلسلتي الدنا فيسمى التفافاً مفرطاً سلبياً وتكون القواعد متباعدة عن بعضها ومعظم الخلايا تظهر هذا النوع من الالتفاف المفرط.

طول الدنا

يصل طول الدنا بين 20 إلى 40 نانومتر . وهو أصغر كثيرا من الخلية البشرية التي تصل مقاييسها نحو 8000 نانومتر (مثل كرة الدم الحمراء) . وتصل مقاييس الفيروسات بين 20 إلى 300 نانومتر . في حين تصل سمك شعرة واحدة 50.000 نانومتر.

الهندسة الوراثية : تطورت المناهج لتنظف الحمض النووي من الكائنات الحية, على سبيل المثال عصارة حامض الكلوروفورم ( سائل عديم اللون يستخدم كمخدر ) و وضعه في المعمل

 ويكيبيديا

مع تحيات مؤسسة ومديرة علوم بلا حدود حنين أحمد طه

الكيمياء التحليلية

الكيمياء التحليلية هي دراسة التركيب الكيميائي للمواد الطبيعية والاصطناعية. بخلاف الفروع الأخرى من الكيمياء مثل الكيمياء اللاعضوية أو الكيمياء العضوية فإن الكيمياء التحليلية غير محصورة بنوع محدد من المركبات أو بنوع معين من التفاعلات الكيميائية. 

الخواص التي تدرس في الكيمياء التحليلية تتضمن الخواص الهندسية مثل شكل الجزيئات وتوزع الذرات بها إلى خواص مثل التركيب وتحديد المكونات من العناصر. تطورات الكيمياء التحليلية على يد الكيميائيين التحليين أسهمت في تقدم جميع العلوم الأخرى تقريبا بالذات الكيمياء وعلم الحياة بفروعه وعلوم الأرض والتربة : من تطوير للنظريات ومناهج البحث (علوم بحتة) إلى تطوير التطبيقات مثل التطبيقات الطبية الحيوية، البيئية ومراقبة التطورات البيئية والمناخية وتأثيرات الإنسان على البيئة، رقابة الجودة في الصناعة خاصة صناعة الأدوية، وحتى التحليللات الجينية والوراثية في أبحاث العلوم الحيوية والتحقيقات الجنائية

كلاسيكيا : تصنف طرق ومناهج الكيمياء التحليلية إلى نمطين : نوعية وكمية:

• تحليل لاعضوي نوعي : يبحث في إثبات وجود عناصر كيميائية في مركب ما أو وجود مركب لاعضوي في عينة ما.
• تحليل عضوي نوعي : يحبث عن تأكيد وجود زمرة وظيفية ما أو مركب عضوي في عينة ما.
• التحليل الكمي : يبحث في تحديد المقادير الدقيقة لعنصر ما أو مركب ما في عينة مأخوذة.

ويكيبيديا

مع تحيات مؤسسة ومديرة علوم بلا حدود حنين أحمد طه