Can bacteria reveal something about electrons and charge?

داخل كل خلية حية، من أصغر بكتيريا إلى أكبر إنسان، هناك محطة طاقة مجهرية تعمل. هذه الآلية، المعروفة باسم سلسلة نقل الإلكترون، مسؤولة عن توليد الطاقة التي تبقي الحياة مستمرة. وهي تعمل من خلال تحريك جزيئات صغيرة ذات شحنة سالبة تسمى الإلكترونات عبر سلسلة من المحطات الجزيئية. لعقود من الزمن، فهم العلماء هذه العملية باعتبارها تدفقاً مستمراً من الإلكترونات الفردية التي تقفز من محطة إلى أخرى، تماماً مثل سباق التتابع حيث يحمل كل عداء عصا واحدة. هذا التدفق أساسي للغاية في علم الأحياء لدرجة أن أي خلل فيه يرتبط بأمراض خطيرة، بما في ذلك الأمراض التي تصيب الدماغ والجهاز العصبي. ومع ذلك، فإن ورقة بحثية حديثة لـ مارك دومكي من شركة "ألرجي أدابت" (Allergy Adapt, Inc.)، تطرح سؤالاً مذهلاً: ماذا لو لم تكن هذه الإلكترونات تسافر بمفردها؟ ماذا لو كانت، تحت ظروف معينة، تسافر في أزواج، وماذا لو كانت قوانين الفيزياء التي تحكم سلوك هذه الأزواج ليست كما نعتقد؟

تبدأ الورقة بفحص لحظة محددة في عملية صنع الطاقة، حيث يتم نقل إلكترونين من جزيء يسمى FMN إلى عنقود قريب من الحديد والكبريت. في الرؤية القياسية، يجب أن يتنافر هذان الإلكترونان بشدة لأنه يحملان نفس الشحنة السالبة. إن دفعهما في مثل هذا التقارب الوثيق سيتطلب كمية هائلة من الطاقة، وهي كمية تبدو أكثر مما يمكن للخلية توفيره. يقترح دومكي أن هذا الانتهاك الظاهري للقوانين الفيزيائية يشير إلى إمكانية خفية: وهي أن الإلكترونات قد تكون مرتبطة معاً في شكل جديد ومستقر يسميه "دي-إلكترون" (dielectron). في هذه الحالة، سيعمل الإلكترونان كوحدة واحدة بدون دوران مغناطيسي، مما يؤدي فعلياً إلى تحييد تنافرهما. إذا كان هذا صحيحاً، فهذا يعني أن سلسلة نقل الإلكترون لا تنقل عدائين منفردين، بل تنقل أزواجاً من العدائين يمسكون بأيدي بعضهم البعض، ليتم فصلهم لاحقاً في العملية.

لاختبار هذه الفكرة، لجأ الباحث إلى البكتيريا، التي تستخدم نفس الخطوات الأولية لسلسلة الطاقة المستخدمة لدى البشر. اعتمدت التجربة على نقطة ضعف محددة في النظام: الجزيء الذي يبدأ العملية، وهو FMN، مصنوع من فيتامين يسمى ريبوفلافين. أنشأ الباحث نوعين من المزارع البكتيرية؛ حيث تم إطعام المجموعة الأولى ريبوفلافين طبيعي وسليم، بينما تم إطعام المجموعة الأخرى ريبوفلافين تعرض للأشعة فوق البنفسجية، مما أدى إلى تلف بنيته. كانت النظرية هي أنه إذا كانت الـ "دي-إلكترونات" موجودة، فإن الريبوفلافين التالف سيؤدي إلى تفكك أزواج الإلكترونات قبل الأوان. وعندما ينفصل الزوج، سينطلق الإلكترونان بعيداً بسرعة عالية، ويصطدمان بجزيئات الماء ويطلقان دفعة من الطاقة في شكل أشعة إكس (X-rays) ناعمة.

كان الإعداد بسيطاً ولكنه دقيق. تمت زراعة البكتيريا على أطباق آغار، ووُضعت شرائح من الأفلام الفوتوغرافية باللونين الأبيض والأسود بجانبها مباشرة. كانت الأفلام محمية من الضوء المرئي ولكنها كانت حساسة بما يكفي للكشف عن الأشعة السينية الناعمة التي قد تنبعث إذا انفصلت أزواج الإلكترونات بالفعل. كما وضع الباحث طبقة سميكة من الغرافيت بين البكتيريا وطقم واحد من الأفلام لحجب أي إشعاع عادي، لضمان أن الطاقة الأكثر نفاذية فقط هي التي ستترك أثراً. وبعد ترك البكتيريا تنمو لمدة ستة وثلاثين ساعة، تم تحميض الفيلم لمعرفة ما حدث.

أظهرت النتائج فرقاً واضحاً بين المجموعتين. ظل الفيلم الموضوع بجانب البكتيريا التي غُذيت بالريبوفلافين الطبيعي السليم صافياً تماماً، ولم تظهر عليه أي علامات تعرض. ومع ذلك، أظهر الفيلم الموجود بجانب البكتيريا التي غُذيت بالريبوفلافين المتضرر بالأشعة فوق البنفسجية بقعاً واضحة من التعرض. ظهرت هذه البقع في المناطق التي تنمو فيها المستعمرات البكتيرية، لا سيما على الحواف حيث تكون البكتيريا أكثر نشاطاً. واستبعد الباحث الأخطاء الشائعة، مثل تسرب الضوء أو التلوث المادي، مشيراً إلى أن البقع الموجودة على أطباق الريبوفلافين التالف كانت متميزة عن أي علامات مادية على الفيلم. إن وجود هذه البقع يشير إلى أن البكتيريا المتضررة كانت تبعث إشعاعاً لم تفعله البكتيريا السليمة.

يجادل دومكي بأن هذا الإشعاع هو البصمة الناتجة عن تفكك الـ "دي-إلكترونات". ويشير إلى أنه لا توجد بكتيريا معروفة يمكنها توليد الجهود العالية اللازمة لإنتاج مثل هذه الأشعة السينية من خلال الوسائل الكهربائية القياسية، كما أن الحرارة الناتجة عن البكتيريا منخفضة جداً لتفسير هذا التأثير. بدلاً من ذلك، تشير الورقة إلى أن الضرر الذي لحق بالريبوفلافين تسبب في تفكك أزواج الإلكترونات، مما أدى إلى إطلاق الطاقة التي لوحظت على الفيلم. وبينما لا تدعي الورقة أنها أثبتت وجود الـ "دي-إلكترونات" بشكل قاطع، إلا أنها تقدم هذه التجربة كدليل قوي على أن مثل هذه الأزواج قد تكون موجودة وأن تفككها المبكر يمكن أن يطلق طاقة ضارة.

تمتد آثار هذا الاكتشاف إلى ما وراء المختبر. فإذا كانت الـ "دي-إلكترونات" جزءاً حقيقياً من كيفية توليد الخلايا للطاقة، فإن تفككها العرضي يمكن أن يكون مصدراً للضرر داخل جسم الإنسان. تشير الورقة إلى أن الدماغ ينتج صبغة تسمى "النيوروميلانين" في المناطق التي تتطلب أكبر قدر من الطاقة، وغالباً ما ترتبط هذه الصبغة بأمراض التنكس العصبي مثل الزهايمر. وإذا كان تفكك أزواج الإلكترونات يطلق أشعة إكس ناعمة، فقد يكون الدماغ يحاول حماية نفسه من هذا الإشعاع الداخلي. ويقترح الباحث أن الظروف التي تؤثر على استقرار أزواج الإلكترونات هذه، مثل نقص الريبوفلافين المناسب، قد تساهم في الاضطرابات العصبية. وبينما تتوقف الورقة دون تقديم علاج، فإنها تقترح أن فهم هذه الآلية الخفية يمكن أن يفتح مسارات جديدة للتحقيق في سبب حدوث هذه الأمراض وكيفية الوقاية منها. وتظل الدراسة مجرد اقتراح، وهي فرضية مدعومة بمجموعة محددة من الملاحظات، تدعو لمزيد من البحث باستخدام أدوات أكثر تقدماً لمعرفة ما إذا كانت سلسلة نقل الإلكترون تخفي بالفعل سراً حول طبيعة الشحنة والمادة.