10 تطورات شكلت المشهد العلمي في 2021

رغم كثرة الأخبار المثيرة للقلق التي رأيناها على مدار العام، سواء تلك المتعلقة بتطورات فيروس كورونا المستجد أو تزايد خطر التغير المناخي، وهي الأمور التي سيطرت على التغطية الإعلامية للمشهد العلمي بشكل شبه تام، إلا أن عام 2021 شهد أيضاً بعض الاكتشافات والإنجازات العظيمة في مختلف المجالات العلمية، لاسيما علوم الفضاء والطب والذكاء الاصطناعي. ونلقي في هذا المقال نظرة سريعة على بعض من أهم هذه التطورات:

التطورات الطبية الحاصلة في عام 2021

نجاح زراعة خلايا بشرية في أجنة وعيون القردة

في شهر أبريل الماضي، أكدت دراسة جريئة ومثيرة للجدل، تمكن فريق بحثي من معهد "سالك" (Salk) للدراسات البيولوجية، بولاية كاليفورنيا الأميركية، من زرع خلايا جذعية بشرية في أجنة القردة. وأوضحت الدراسة، التي نُشرت في دورية "سيل" (Cell) أن الأجنة استطاعت النجاة في المختبر، خارج الحيوان، لمدة تصل إلى 20 يوماً -وهي فترة أطول من أي تجربة أخرى سابقة- قبل أن يقوم العلماء بتدميرها. وقال البروفيسور خوان كارلوس بيلمونتي، الذي قاد الدراسة، إن هذا العمل يمكن أن يمهد الطريق لمعالجة النقص الحاد في الأعضاء القابلة للزرع، وكذلك المساعدة في فهم المزيد عن التطور البشري المبكر وتطور المرض والشيخوخة.

وفي تجربة أخرى مختلفة، نجح فريق دولي بقيادة باحثين من كلية طب ماونت سيناي، في نيويورك، في زراعة خلايا شبكية في عيون القردة. وأكد الباحثون الذين أجروا العملية أنهم لم يجدوا أي علامات على آثار جانبية غير مرغوب فيها لدى القردة، مثل الحساسية للضوء أو الاستجابات المناعية الخطيرة. وبدأت الخلايا، التي نمت من الخلايا الجذعية البشرية التي تم التبرع بها، في السيطرة على بعض وظائف عيون القردة، ما يمثل أملاً في استخدام هذه الطريقة كعلاج لنوع من فقدان البصر الناتج عن تنكس طبقة من الخلايا في العين تسمى الظهارة الصبغية الشبكية (RPE) يؤثر على أكثر من 200 مليون شخص في جميع أنحاء العالم.

لأول مرة.. حقن تقنية كريسبر مباشرة في مجرى الدم

منذ اكتشافها عام 2012، ينظر العلماء إلى تقنية كريسبر (CRISPR-Cas9) على أنها نافذة أمل لعلاج الكثير من الأمراض الوراثية المستعصية، بما في ذلك السرطانات والتهاب الكبد من النمط ب وحتى ارتفاع الكوليسترول. غير أن استخدام هذه التقنية كان يواجه حتى الآن مشكلة ضرورة حقنها مباشرة في الخلايا المصابة، وهو أمر صعب للغاية في بعض الحالات.

لذلك، فإن تمكن فريق بحثي، بقيادة الدكتور جوليان جيلمور من كلية لندن الجامعية، من حقن مليارات الجسيمات النانوية المحملة بهذه التقنية في مجرى الدم وامتصاصها عن طريق كبد المرضى، يُعد أحد الاختراقات العلمية الكبرى هذا العام، حيث فتح الباب أمام استخدام عمليات تعديل الجينات لعلاج العديد من الأمراض الشائعة.

وفي التجربة التي أجريت على أربعة مرضى في لندن واثنين في نيوزيلندا مصابين بمرض وراثي نادر يدمر الأعصاب والأنسجة الأخرى في أجسامهم بسرعة، تم امتصاص الجسيمات النانوية بواسطة أكبادهم، ليستقر بروتين (Cas9) على الجين المستهدف في الكبد ثم يقوم بتقطيعه، ما أدى إلى تعطيل إنتاج البروتين المدمر وانخفاض مستوياته في أجسام المرضى في غضون أسابيع من الحقن.

تقنية كريسبر — حقوق الصورة: هانس رينرز/ أنسبلاش.

أسرع عملية طرح لقاح في التاريخ.. وتطوير علاج مضاد لكوفيد

لعل أشهر التطورات العلمية التي شهدناها العام الماضي، كانت تمكن شركات الأدوية الكبرى من تطوير لقاحات مضادة لفيروس كوفيد-19 في وقت قياسي. لكن التطور الأهم هذا العام كان سرعة طرح هذه اللقاحات ونشرها في مختلف أنحاء العالم. حتى لحظة كتابة هذه السطور، كان 61% من سكان الولايات المتحدة قد تلقوا اللقاح بشكل كامل. كما تلقى 57.4٪ من سكان العالم جرعة واحدة على الأقل، حيث تم إعطاء 9.02 مليار جرعة على مستوى العالم، ويتم الآن إعطاء 31.42 مليون جرعة كل يوم. لكن هذا لا يمنع وجود فجوة واسعة بين الدول، حيث لم يتلق سوى 8.3٪ من الأشخاص في البلدان منخفضة الدخل جرعة واحدة على الأقل.

وفي تطور آخر مهم، وافقت العديد من الدول خلال الشهرين الماضيين على الاستخدام الطارئ لعدد من الأدوية الجديدة المضادة لكوفيد، لاسيما أقراص "باكسلوفيد" (Paxlovid) التي أنتجتها شركة فايزر، و"مولنوبيرافير" (Molnupiravir) من إنتاج شركة ميرك. وتشير البيانات التي قدمتها هذه الأخيرة إلى أن أقراص "مولنوبيرافير" يمكن أن تخفض أعداد دخول المستشفى إلى النصف. بينما تقول شركة فايزر إن النتائج النهائية لتجاربها تفيد بأن "باكسلوفيد" قللت من خطر دخول المستشفى والوفاة بنسبة 88%.

10 تطورات شكلت المشهد العلمي في 2021 — حقوق الصورة: شترستوك.

منظمة الصحة العالمية توافق على لقاح الملاريا الأول في العالم للأطفال

بعد ركود دام لسنوات طويلة، أوصت منظمة الصحة العالمية باستخدام لقاح يعرف باسم (RTS,S/AS01)، على نطاق واسع بين الأطفال في إفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، وفي المناطق الأخرى التي تشهد معدلات انتقال متوسطة ومرتفعة للملاريا التي تسببها المتصورة المنجلية.

واعتبرت المنظمة، على لسان مديرها العام تيدروس غيبرييسوس، أن "هذه لحظة تاريخية، إذ أن لقاح الملاريا الذي طال انتظاره للأطفال يمثل إنجازاً غير مسبوق في العلوم وصحة الطفل ومكافحة الملاريا، وقد ينقذ أرواح عشرات الآلاف من صغار السن كل عام". ويموت سنوياً بسبب الملاريا أكثر من 260 ألف طفل إفريقي دون سن الخامسة.

وثمة العديد من التطورات الطبية الهامة الأخرى التي لا يتسع المجال لذكرها هنا، أبرزها اختبار علاج تجريبي قد يقضي على مرض السكري من النوع الأول تماماً، وزراعة أول ذراع وكتف بشكل ناجح، في ما يمثل أملاً كبيراً لمن فقدوا أطرافهم، وتطوير فحص دم يمكنه اكتشاف 50 نوعاً من السرطان.

الإنجازات العلمية على مستوى استكشاف الفضاء في 2021

وصول ثلاث بعثات إلى المريخ

وصلت إلى كوكب المريخ هذا العام ثلاث بعثات فضائية، وكلها وصلت في شهر فبراير. كانت البعثة الأولى التي وصلت يوم 9 فبراير/شباط هي "مسبار الأمل" الإماراتي. ويهدف المسبار إلى توفير أول صورة متكاملة للغلاف الجوي للمريخ. وقد صُممت ثلاثة أجهزة علمية حديثة خصيصاً لإتمام هذه المهمة ودراسة الجوانب المختلفة للغلاف الجوي للمريخ. وأعلن مشروع الإمارات لاستكشاف المريخ أن المسبار أرسل أول صورة التقطها للكوكب الأحمر يوم 14 فبراير/شباط.

ونشر المشروع، في شهر أكتوبر، دفعة من البيانات التي جمعها المسبار حتى يوم 22 مايو/أيار الماضي، وتضم صوراً فريدة للمريخ ترصد ملاحظات غير مسبوقة حول سلوك غازات الغلاف الجوي للكوكب الأحمر والتفاعلات التي تحدث بينها.

وبعد يوم واحد من وصول "مسبار الأمل"، وصلت بعثة "تيانوين-1" (Tianwen-1)، التابعة لوكالة الفضاء الوطنية الصينية (CNSA) إلى المريخ يوم 10 فبراير/شباط. وأمضت البعثة -التي تتضمن مسباراً مدارياً ومركبة هبوط ومركبة جوالة- أشهرها القليلة الأولى في المريخ في مسح السطح من المدار، قبل أن تختار في النهاية موقعاً في سهل "يوتوبيا بلانيشيا" (Utopia Planitia) الواقع في شمال الكوكب، وتهبط بنجاح يوم 22 مايو/أيار.

ثالث البعثات وأكبرها هذا العام، كانت "بعثة المريخ 2020" (Mars 2020) الأميركية التي هبطت على سطح الكوكب الأحمر يوم 18 فبراير/شباط، تحمل على متنها المركبة الجوالة "بيرسيفيرنس روفر" (Perseverance rover). وتستخدم بيرسيفيرنس 7 أدوات علمية و19 كاميرا وميكروفونين، لدراسة سطح المريخ من "فوهة جيزيرو" (Jezero Crater). كما ضمت البعثة طائرة هليكوبتر صغيرة تسمى "إنجينويتي" (Ingenuity) تعمل بالطاقة الشمسية تساعد المركبة على استكشاف المواقع لدراستها. وحتى بداية هذا الشهر، كانت إنجينويتي قد نفذت 17 طلعة جوية بنجاح، تجاوزت إجمالاً أكثر من 30 دقيقة.

إطلاق تلسكوب جيمس ويب بعد 30 عاماً من الاستعدادات

غادر تلسكوب جيمس ويب -الذي كلف بناؤه 10 مليارات دولار و30 عاماً من الاستعدادات- الأرض، يوم 25 ديسمبر/كانون الأول الجاري (2021)، متوجهاً إلى الفضاء في مهمة لاستكشاف النجوم الأولى التي أضاءت الكون. حُمل التلسكوب إلى الفضاء على متن صاروخ "أريان" من قاعدة "كورو" لإطلاق المركبات الفضائية في غيانا الفرنسية. واستغرقت رحلة وصوله إلى مدار الأرض أقل من نصف ساعة.

وتُعد المرآة الذهبية التي يبلغ عرضها 6.5 متراً أبرز مكونات التلسكوب الجديد، الذي يعتبر أكبر وأقوى تلسكوب فضائي في العالم. وهي أوسع بنحو ثلاث مرات من المرآة العاكسة الأساسية التي كانت على تلسكوب هابل. وستتيح العدسات المكبرة، بالإضافة إلى أربع أدوات حساسة للغاية، لعلماء الفلك النظر بصورة أعمق في الفضاء -وبالتالي العودة أكثر في الزمن- مما كان متاحاً في السابق.

وسيكون الهدف الأساسي للتلسكوب -الذي يمثل تعاوناً تاريخياً بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية- هو حقبة النجوم الرائدة التي أنهت فترة الظلام التي يُعتقد بأنها طغت على الأجرام السماوية بعد زمن قصير من وقوع الانفجار الكوني الكبير (الانفجار العظيم) قبل أكثر من 13.5 مليار سنة.

انطلاق سباق السياحة الفضائية بين المليارديرات

في 11 يوليو الماضي، حملت سفينة "سبيس شيب تو"، التابعة لشركة "فيرجن جالاكتيك"، الملياردير البريطاني ومؤسس الشركة ريتشارد برانسون إلى الفضاء، وأطلقت معها إشارة بدء سباق السياحة الفضائية. فبعد 9 أيام فقط، تمكن نظام "نيو شيبرد" -المؤلف من كبسولة وصاروخ صالح للاستخدام المتكرر- من حمل الملياردير الأميركي ومؤسس شركة "بلو أوريجين"، جيف بيزوس، وثلاثة ركاب مدنيين آخرين، لعبور خط كارمان، وهو الحد الفاصل بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء الخارجي.

وبعد شهرين فقط، أطلقت شركة "سبيس إكس" -المملوكة للملياردير إيلون ماسك- بعثتها التي عُرفت باسم "إنسبيريشن 4" (Inspiration4) على متن صاروخ (فالكون 9) من قاعدة كيب كانافيرال في فلوريدا. وتكون طاقم البعثة من أربعة أفراد لا يوجد بينهم أي رائد فضاء مدرب. وقد تكفل ملياردير أميركي آخر هو جاريد إيزاكمان بتكاليف الرحلة التي قدرت بـ 200 مليون دولار.

واعتبر المراقبون أن تلك الرحلات تمثل خطوات فاصلة في جهود الشركات الفضائية الخاصة لإطلاق رحلات السفر الفضائي التجارية للزبائن الراغبين في الدفع، وجعل حلم السياحة الفضائية حقيقة واقعة.

وبالإضافة إلى هذه الإنجازات الهامة التي تحققت في مجال الفضاء هذا العام، شهدنا أيضاً بعض التطورات الأخرى، ومن بينها اكتشاف وكالة ناسا 301 كوكباً جديداً باستخدام التعلم العميق، ورفع الكونجرس الأميركي السرية عن كل مشاهدات الأجسام الطائرة غير المعروفة.

الروبوتات والذكاء الاصطناعي

ابتكار روبوتات حية ذاتية التكاثر

أعلن فريق علمي مشترك، يضم باحثين من جامعات هارفارد وفيرومونت وتافتس الأميركية، أنهم ابتكروا روبوتات حية قادرة على التكاثر الذاتي. وأوضح الباحثون في دراسة نُشرت في نهاية نوفمبر الماضي، في دورية (PNAS) التي تصدر عن الأكاديمية الوطنية الأميركية للعلوم، أنهم وجدوا أن الروبوتات -التي تُعرف باسم "زينوبوتس" (Xenobots) والمصممة باستخدام الذكاء الاصطناعي- قادرة على التكاثر الذاتي بطريقة تختلف عن النباتات والحيوانات، حيث تتكاثر عن طريق دفع الخلايا الفردية السائبة معاً.

وكان الفريق نفسه قد أعلن في يناير/كانون الثاني 2020 أنه طور زينوبوتس باعتبارها أول روبوتات حية، وقد تم صنعها من الخلايا الجذعية للضفدع الإفريقي ذي المخالب (Xenopus laevis). وكشف الباحثون في الدراسة الجديدة أن هذه الكائنات يمكنها السباحة في طبقها الصغير، والعثور على خلايا فردية، وجمع المئات منها معاً، ووضع الروبوتات "الأطفال" داخل "فمها الذي يبدو على شكل شخصية لعبة باك مان"، وبعد بضعة أيام، تصبح الروبوتات الجديدة مثل "الآباء" وتتحرك مثلها تماماً. وبعد ذلك يمكن أن تخرج هذه الزينبوتس الجديدة وتجد خلايا وتصنع نسخاً من نفسها مراراً وتكراراً.

تطوير واجهات دماغية حاسوبية قد تعالج مرضى الشلل

ابتكر الفريق البحثي المرموق "براين جيت" (BrainGate)، الذي يضم علماء أعصاب ومهندسين وعلماء حاسوب وعلماء رياضيات، واجهة حاسوبية دماغية (BCI) لاسلكية بالكامل، يمكنها نقل إشارات الدماغ بنفس السرعة والوضوح التي توفرها الأنظمة السلكية. وفي تجربة سريرية حديثة، مكّن الجهاز الجديد شخصين مصابين بالشلل الرباعي من الإشارة والنقر والكتابة على جهاز لوحي بدقة وسرعة، دون الحاجة إلى أسلاك.

وفي تطور آخر في نفس المجال، عرض باحثون في شركة نيورالينك، التابعة لإيلون ماسك، في أبريل الماضي، مقطع فيديو لقرد من نوع "المكاك الريسوسي" يُدعى بيجر، يمارس لعبة كلاسيكية من ألعاب ضرب الكرة باستخدام إشارات دماغه. وقد حاز مقطع الفيديو الذي عرضته الشركة تحت اسم "مايند بونج" (MindPong) على إعجاب كبير من مساعدي ماسك، الذين أشادوا به باعتباره أحدث أعماله المذهلة. واعتبرت الشركة أن هذه التجربة تقربها خطوة من هدفها المتمثل في زرع رقائق دماغية للبشر يوماً ما، لمساعدة الأشخاص المصابين بالشلل على أداء الوظائف الحركية.

ديب مايند تتيح بنية جميع البروتينات المعروفة للعلماء

قبل نهاية العام الماضي بعدة أيام، أعلنت شركة الذكاء الاصطناعي البريطانية "ديب مايند" أن نسخة حديثة من نظام التعلم العميق "ألفافولد"، الذي طورته الشركة، استطاع تحطيم واحد من التحديات الكبرى في علم الأحياء، بعدما تمكن من التنبؤ ببنية البروتين بدقة تقارب قطر الذرة. واعتبر الباحثون أن هذه النتيجة هي "أول استخدام للذكاء الاصطناعي لحل مشكلة حقيقية".

وفي يوليو/تموز من هذا العام، نشرت الشركة تفاصيل كاملة عن تلك الأداة وأتاحت الوصول إلى شيفرتها المصدرية. كما أعلنت أنها استخدمت الذكاء الاصطناعي الخاص بها للتنبؤ بأشكال جميع البروتينات تقريباً في جسم الإنسان، بالإضافة إلى أشكال مئات الآلاف من البروتينات الأخرى الموجودة في 20 من الكائنات الحية التي تمت دراستها على نطاق واسع، بما في ذلك الخميرة وذبابة الفاكهة والفئران. ومن شأن هذا الإنجاز أن يساعد الباحثين على تصميم أدوية جديدة وفهم الأمراض، بل وحتى تصميم بروتينات اصطناعية، مثل الأنزيمات التي تحلل النفايات أو تنتج الوقود الحيوي.

حتى الآن تضم مجموعة البيانات الثمينة 350,000 بنية بروتينية تم التنبؤ بها لأول مرة. وتقول ديب مايند إنها ستتنبأ ببنية أكثر من 100 مليون بروتين آخر -وهو ما يقارب عدد جميع البروتينات المعروفة للعلماء- وتتيحها للمجتمع العلمي في الأشهر القليلة المقبلة.

وبالإضافة إلى هذه الإنجازات الثلاثة، شهد قطاع الروبوتات والذكاء الاصطناعي العديد من التطورات الهامة، كان أبرزها المنافسة الشرسة بين شركات التكنولوجيا على تطوير نماذج ذكاء اصطناعي عملاقة، واعتماد الاتحاد الأوروبي نهجاً جديداً لتنظيم الذكاء الاصطناعي.