Faez Ehya

می‌خواهم اینجا خانه مجازی من باشد. هر آنچه در زندگی من مهم است اینجا می‌آورم. اما هیچ چیز مهمتر از عشق نیست. آن‌را در قلبم نگهبانی می‌کنم. فائزاحیا

منشأ ایجاد سرطان توسط دانشمندان از طریق “جراحی” سلولی شناسایی شد

تحقیقات دانشگاه وارویک بینش‌های جدیدی را در مورد علت اصلی تشکیل سرطان در طی تقسیم سلولی (یا میتوز) نشان می‌دهد و به راه‌حل‌های بالقوه برای جلوگیری از وقوع آن اشاره می‌کند.

هنگامی‌که یک سلول به‌طور غیرطبیعی تقسیم می‌شود، تعداد کروموزوم‌های صحیح را با دو سلول جدید به اشتراک نمی‌گذارد، که می‌تواند منجر به سرطان شود. تحقیقات جدید دانشکده پزشکی وارویک با استفاده از “جراحی سلولی” دلیل و چگونگی این اتفاق را کشف کرده است. درک منشأ تقسیم سلولی غیرطبیعی و تشکیل سرطان ممکن است به پیشگیری منجر شود.

هنگامی‌که یک سلول به‌طور طبیعی تقسیم می‌شود، یک کپی از هر کروموزوم ایجاد می‌کند و سپس آن‌ها را به‌طور مساوی بین دو سلول جدید به اشتراک می‌گذارد. این عملکرد توسط یک ماشین پیچیده در سلول به نام دوک میتوزی انجام می‌شود. اگر در این مرحله مشکلی پیش بیاید، دو سلول جدید آنئوپلوئید خواهند بود، به این معنی که تعداد کروموزوم‌های درستی ندارند و در هنگام اشتراک‌گذاری اطلاعات ژنتیکی اشتباه می‌کنند.

سلول‌های سرطانی آنئوپلوئید هستند، بنابراین درک اینکه چگونه و چرا این اتفاق می‌افتد، برای یافتن چگونگی منشأ بیماری بسیار مهم است. گروه تحقیقاتی پروفسور استفان رویل در دانشکده پزشکی وارویک دقیقاً این را شناسایی کرده است.

Mitosis Cell Division Process Illustration
میتوز فرآیندی است که از طریق آن یک سلول کروموزوم های خود را کپی می کند و سپس آنها را جدا می کند و دو هسته یکسان را برای آماده سازی برای تقسیم سلولی تولید می کند. میتوز معمولاً با تقسیم مساوی محتوای سلول به دو سلول دختر از نظر ژنتیکی یکسان دنبال می شود.

آن‌ها دریافتند که برخی از کروموزوم‌ها می‌توانند گم شوند و در مجموعه‌ای از غشاها که در ناحیه‌ای در اطراف دوک سلولی وجود دارد، به دام بیفتند و از تقسیم مناسب کروموزوم‌ها جلوگیری کرده و منجر به تقسیم سلولی غیرطبیعی شود که می‌تواند باعث سرطان شود.

آن‌ها کشف خود را با انجام نوعی “جراحی” روی سلول‌های زنده انجام دادند. محققان راهی ابداع کردند تا گره‌های غشایی را که کروموزوم‌ها در آن به دام می‌افتند، از بین ببرند و درنتیجه کروموزوم‌ها توسط دوک نجات پیدا کردند، بنابراین تقسیم سلولی سالم طبیعی را امکان‌پذیر کردند.

این برای اولین بار ثابت کرد که گیر افتادن کروموزوم‌ها در این غشاها یک عامل خطر مستقیم برای تشکیل سلول‌های سرطانی است و درک این خطر می‌تواند به پیشگیری مؤثرتری از سرطان منجر شود.

استفان رویل، استاد زیست‌شناسی سلولی در دانشکده پزشکی وارویک، اظهار داشت: بسیاری از دانشمندانی که روی تقسیم سلولی کار می‌کنند، روی دوک تمرکز می‌کنند که اینکه چگونه کار می‌کند و چرا در سرطان اشتباه می‌کند. در این مقاله ما توجه را تغییر دادیم و غشاهای درون سلول‌های در حال تقسیم را بررسی کردیم.

دکتر نوریا فراندیز، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: ما متوجه شدیم که کروموزوم‌ها می‌توانند در غشاها به دام بیفتند و این‌یک فاجعه برای سلول در حال تقسیم است چراکه این پتانسیل را دارد که یک سلول طبیعی را به سلول سرطانی تبدیل کند.

پیشگیری از این فرآیند ممکن است راهی برای درمان بیماری باشد.

 

Reference: “Endomembranes promote chromosome missegregation by ensheathing misaligned chromosomes” by Nuria Ferrandiz, Laura Downie, Georgina P. Starling and Stephen J. Royle, 28 April 2022, Journal of Cell Biology.
DOI: 10.1083/jcb.202203021

در مورد نحوه عملکرد حافظه، مورچه‌های یخ‌زده چه چیزی می‌توانند به ما بگویند

ما انسان‌ها جهت‌یاب‌های همه‌کاره و ماهری هستیم، اما حشرات ممکن است مهارت‌های جهت‌یابی حتی بهتری داشته باشند. برای آن‌ها، ارزش این موضوع در معنای واقعی کلمه مرگ و زندگی است و به دلیل همین برتری است که ما تصمیم گرفتیم تعدادی مورچه و سوسک را منجمد کنیم (نگران نباشید، آن‌ها هنوز زنده مانده‌اند) تا در مورد نحوه به یادآوردن راه خانه خود پس از یک گردش بیشتر بدانیم.

مهارت‌های آن‌ها بسیار چشمگیر است. مورچه‌هایی که در نمکدان‌های صحرا زندگی می‌کنند، می‌توانند بیش از یک کیلومتر را طی کنند و همیشه موقعیت مکان خود را نسبت به لانه‌شان بدانند. هیچ عارضه یا ویژگی دیگری در آن زمین وجود ندارد که به مورچه‌ها کمک کند تشخیص دهند کجا هستند.

در عوض، مورچه‌ها همانند کاشفان بزرگی چون کریستف کلمب و فردیناند ماژلان، از موقعیت خورشید در آسمان به‌عنوان قطب‌نما و حرکت خود برای تخمین فواصل استفاده می‌کنند. اگر جهت و مسافتی را که از خانه دور شده‌اید را می‌دانید پس می‌توانید خطی بکشید که به آن جهت اشاره می‌کند و این به مورچه‌ها اجازه می‌دهد تا پس از یافتن غذا با خیال راحت به خانه بازگردند.

برای ارائه دیدگاهی در مورد کاری که این حشرات قابل‌توجه انجام می‌دهند، در نظر بگیرید که ۱ کیلومتر حدود ۱۰۰۰۰۰ برابر طول بدن یک مورچه است که معادل پیاده‌روی انسانی از نیویورک به واشنگتن دی سی و سپس بازگشت است و جالب آنکه آن‌ها همیشه مسیر صحیح و مقدار مسافت طی شده را می‌دانند؛ ما می‌خواستیم در مورد نحوه انجام این کار بیشتر بدانیم.

داخل مغز حشرات

به لطف پیشرفت‌های اخیر در میکروسکوپ و ژنتیک، دانشمندان توانسته‌اند سلول‌های مختلف مغز را وادار کنند که رنگ‌های مختلف نور ساطع کنند. این دستاورد بزرگ به محققان این امکان را داد تا تک‌تک نورون‌ها را تشخیص دهند و نحوه اتصال آن‌ها به یکدیگر را در کلاف عصبی که مغز را تشکیل می‌دهند، باز کنند.

این فن برای مشاهده اینکه چگونه مغز یک حشره مسیر خود را دنبال می‌کند – و شناسایی سلول‌های مغزی که سرعت حشره را در حین حرکت رمزگذاری می‌کنند – استفاده‌شده است.

مشاهده شد با این اطلاعات، مغز می‌تواند با افزودن مداوم سرعت فعلی خود به حافظه خود در طول سفر، مسافتی را که طی کرده است محاسبه کند، یعنی هم‌جهت و هم مسافت طی شده توسط حشره توسط نورون‌های مغز آن هنگام دور شدن از لانه خود کدگذاری می‌شود؛ اما چگونه این اطلاعات در حافظه آن‌ها ذخیره می‌شود تا بتوانند راه بازگشت خود را پیدا کنند؟

 

تحقیق در مورد حافظه

صادقانه بگویم، این‌یک معمای گیج‌کننده بود. حشرات در حال حرکت سریع باید حافظه مسیر و مسافت خود را دائماً در حال پرواز یا حرکت به‌روز کنند و درعین‌حال می‌توانند آن را برای چند روز به خاطر بسپارند.

این دو جنبه از حافظه – به‌روزرسانی سریع و ماندگاری طولانی – معمولاً ناسازگار در نظر گرفته می‌شوند، اما به نظر می‌رسد حشرات موفق به ترکیب آن‌ها می‌شوند.

ما تصمیم گرفتیم دقیقاً بررسی کنیم که چگونه حشرات موفق می‌شوند خاطرات را که دائماً به‌روز می‌شوند را در یک دوره زمانی طولانی به خاطر بسپارند و به این نتیجه رسیدیم که انجماد حشرات بهترین راه برای یافتن پاسخ است.

بله! عجیب به نظر می‌رسد، اما اجازه دهید توضیح دهم که چرا؟!

متخصصان بیهوشی می‌دانند که وقتی فردی تحت بیهوشی قرار می‌گیرد، چیزهای خاصی را که قبل از بیهوشی اتفاق افتاده فراموش می‌کند، اما بسته به نحوه ذخیره این خاطرات، موارد دیگری را به خاطر می‌آورد.

نزدیک‌ترین چیز به بیهوشی حشرات سرد کردن آن‌هاست. هنگامی‌که دمای آن‌ها به دمای ذوب یخ (۰ ºC) کاهش می‌یابد، فعالیت الکتریکی در مغز متوقف می‌شود و حشرات به کما می‌روند.

اگر خاطرات جهت و فاصله آن‌ها به‌عنوان فعالیت الکتریکی کوتاه‌مدت حفظ شود، زمانی که منجمد شوند از بین می‌رود، اما اگر در سیناپس‌های بین نورون‌ها (به‌عنوان خاطرات طولانی‌مدت) ذخیره شوند، حفظ می‌شوند.

بنابراین، مورچه‌ها و سوسک‌ها را زمانی که از لانه‌هایشان دور می‌شدند گرفتیم و به مدت ۳۰ دقیقه تا دمای ذوب یخ (۰ ºC) خنک کردیم. سپس آن‌ها را به دمای محیط برگرداندیم و پس از بهبودی، آن‌ها را در مکانی ناآشنا رها کردیم تا ببینیم چه خواهند کرد.

به‌طورمعمول، هنگامی‌که این حشرات در یک مکان ناآشنا در محیط خانه خود رها می‌شوند، مستقیماً به سمت جایی می‌دوند که اگر جابجا نمی‌شدند، لانه آن‌ها بود؛ یعنی به‌موازات مسیر عادی خود می‌دویدند و هنگامی‌که مسافت مورد انتظار را طی کردند شروع به جستجو برای ورودی لانه خود می‌کردند.

اما ما متوجه شدیم که حشراتی که یخ‌زده بودند در جهت مورد انتظار حرکت کردند، اما مسافتی را که باید طی کنند فراموش کرده بودند و این بدان معنی بود که آن‌ها خیلی زودتر شروع به جستجوی ورودی لانه خود کردند.

در ابتدا گیج‌کننده بود که حافظه فاصله زمانی که حافظه جهت حفظ می‌شد بدتر شد، این نتیجه تمایز واضحی را بین حافظه کوتاه‌مدت (فراموش‌شده) و حافظه بلندمدت (حفظ‌شده) که انتظار داشتیم ایجاد نکرد.

اما ما فکر می‌کنیم که بهترین توضیح برای این پدیده، دو خاطره مجزا نیست، بلکه یک حافظه مشترک است که هم‌جهت و هم مسافت را باهم رمزگذاری می‌کند و زمانی که حشره منجمد می‌شود تا حدی تحلیل می‌رود.

توضیح این رویداد این‌گونه است، تصور کنید که به‌جای به خاطر سپردن یک‌فاصله و یک‌جهت (زاویه)، موقعیت خود را در مختصات x-y، یعنی سیستم مختصات دکارتی که در مدرسه یاد گرفتیم، به خاطر می‌آورید.

سپس اگر مقداری از حافظه خود را از دست بدهید، هر دو مقدار x و y شما کاهش می‌یابد و با فرض از دست دادن نسبت مشابهی از حافظه در هر دو محور، درنهایت بافاصله کوتاه‌تری مواجه می‌شوید اما همچنان زاویه یا جهت یکسانی خواهید داشت.

به نظر می‌رسد که حشرات مدت‌ها قبل از رنه دکارت از سیستم مختصات دکارتی برای رسیدن به خانه استفاده کرده‌اند.

بسیار خوب، مسئله قابل‌فهم شد. چقدر جالب.

چه انسان و چه حشره، همه ما باید به خانه برگردیم. یادگیری نحوه یادآوری مغز حشرات به ما کمک می‌کند تا بفهمیم ما انسان‌ها نیز چگونه این کار را انجام می‌دهیم.

Ioannis Pisokas، کاندیدای دکترا در علوم اعصاب محاسباتی و BioRobotics، دانشگاه ادینبورگ. آجی نارندرا، مدرس ارشد دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه مک کواری و آیسه یلماز-هوسینگر، محقق فوق دکترا در جانورشناسی عملکردی، دانشگاه لوند.

این مقاله با مجوز Creative Commons از The Conversation بازنشر شده است.

مقاله اصلی را بخوانید.

راز قارچ‌های میکوریز

قارچ‌ها، به‌ویژه آن‌هایی که «میکوریزی» هستند، متحدان طبیعی جنگل هستند، زیرا جذب مواد مغذی برای درخت را بهبود می‌بخشند؛ اما کدام‌یک از استراتژی‌های تغذیه میکوریزا بیشترین تنوع درختی را در جنگل به همراه دارد: استراتژی A (اکتومیکوریزا) یا استراتژی B (میکوریزای آربوسکولار)؟

زیست‌شناسان دانشگاه مونترال و موسسه تحقیقات زیست‌شناسی گیاهی این سؤال را مطرح کردند و دریافتند که پاسخ نه A هست و نه B، بلکه ترکیبی از این دو است و این ثابت می‌کند که قدرت در اتحاد یا بهتر است بگوییم، در تنوع وجود دارد.

ظرفیت تغذیه قدرتمند میکوریزا

“میکوریزا، از یونانی myco-، “قارچ” و rhiza، “ریشه”، نوعی رابطه همزیستی بین یک گیاه و یک قارچ است که از زمان استعمار زمین توسط گیاهان، چندین میلیون سال پیش وجود داشته است.”

الکسیس کارترون، نویسنده اصلی این مطالعه توضیح داد: “این ارتباط مثبت برای هر دو شریک بدون شک گسترده‌ترین و مهم‌ترین شکل “همزیستی متقابل ” در اکوسیستم‌های زمینی است.”

کارترون دارای مدرک Ph.D. در زیست‌شناسی از دانشگاه مونترال و در حال حاضر به‌عنوان محقق فوق دکتری در بخش علوم و سیاست محیطی در دانشگاه میلان ایتالیا مشغول به کار است.

در گیاه‌شناسی، قارچ‌های میکوریزا از دیرباز به‌عنوان مزایای تغذیه‌ای قابل‌توجهی برای گیاهان با گسترش سیستم ریشه خود تا ۱۰ برابر سطح اولیه ریشه شناخته‌شده‌اند و آن‌ها را قادر می‌سازند آب و مواد معدنی را از خاک بهتر جذب کنند. به‌عنوان‌مثال، قارچ‌های میکوریزی قادرند فسفر را در خاک حل کنند و آن را در دسترس گیاهان قرار دهند. در عوض، این گیاه قند تولیدشده از طریق فتوسنتز را در اختیار قارچ‌ها قرار می‌دهد.

ناظر این مطالعه، Etienne Laliberté، رئیس کانادایی درزمینهٔ تنوع زیستی عملکردی گیاهی در دانشگاه مونترال، گفت: مدتی است که علاقه فزاینده‌ای به نقش مهم قارچ‌های میکوریزی در تنوع زیستی گیاهان وجود دارد.

دو استراتژی برای قارچ‌ها

به نظر می‌رسد دو نوع اصلی میکوریزا، اکتومیکوریزا و میکوریزا آربوسکولار، به طرق مختلف بر تنوع گونه‌های درختی در جنگل‌ها تأثیر می‌گذارند.

اکتومیکوریزا حدود ۲ درصد از گونه‌های گیاهی را تحت تأثیر قرار می‌دهد که عمدتاً مخروطیان جنگل‌های نیمکره شمالی هستند. میکوریزا آربوسکولار، قدیمی‌ترین و گسترده‌ترین شکل ارتباط همزیستی بین قارچ‌ها و گیاهان، ۸۰ درصد از گیاهان خشکی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این دو در نحوه چسبیدن قارچ به ریشه گیاه متفاوت هستند.

دانشمندان مشاهده کرده‌اند که جنگل‌هایی با خاک‌های غنی‌شده توسط میکوریزای آربوسکولار، متنوع‌تر هستند. به‌عنوان‌مثال، جنگل‌های بارانی استوایی غنی از گونه‌ها، عمدتاً از درختان میکوریز آربوسکولار تشکیل‌شده‌اند، درحالی‌که جنگل‌های شمالی فقیر از گونه‌ها تحت سلطه درختان اکتومیکوریزا هستند.

به همین دلیل، محققان بر این باور بودند که میکوریزا آربوسکولار همزیستی و تنوع گونه‌های گیاهی را افزایش می‌دهد، درحالی‌که اکتومیکوریزا باعث تسلط یک یا تنها چندگونه می‌شود.

مطالعات تجربی نهال‌ها و مشاهدات در مقیاس بزرگ در به یوم‌های مختلف زمینی (مناطق جغرافیایی که آب‌وهوا، جانوران و گیاهان مشابهی دارند) نیز از این فرضیه حمایت می‌کند؛ بااین‌حال، توسط مطالعه جدید به چالش کشیده شده است.

بیش از ۸۰۰۰۰ قطعه جنگلی مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفت، درختان جنگلی با یکدیگر و با قارچ‌های میکوریزا در یک سطح بسیار موضعی (در چند متر) در طی چندین دهه تعامل دارند؛ بنابراین، کارترون و لالیبرته مجبور شدند این فرضیه را درزمینهٔ ای جنگلی (مساحتی به وسعت چند صد مترمربع) در جنگل‌های متعددی آزمایش کنند تا تعیین کنند آیا می‌توان نتایج را تعمیم داد یا خیر.

کارترون توضیح داد: “ما حدود ۸۲۰۰۰ قطعه جنگلی را در سراسر ایالات‌متحده تجزیه‌وتحلیل کردیم و به این نتیجه رسیدیم که قطعاتی که به‌شدت تحت سلطه اکتومیکوریزا یا میکوریزا آربوسکولار بودند، تنوع درختی کمتری داشتند.”

“در کمال تعجب، این جنگل‌ها با ترکیبی از هر دو استراتژی میکوریزی بودند که تعداد گونه‌های درختی بیشتری داشتند؛ بنابراین نتایج ما نشان می‌دهد که غلبه هر یک از قارچ‌ها، صرف‌نظر از نوع آن، به نظر می‌رسد تنوع درختان جنگلی را کاهش می‌دهد.”

آیا میکوریزا می‌تواند به مبارزه با تغییرات آب‌وهوایی کمک کند؟

درحالی‌که تسلط میکوریزا را می‌توان در چندین مقیاس، مانند سیستم ریشه، قطعه جنگلی و به یوم تعیین کرد، این مطالعه بر اهمیت در نظر گرفتن تأثیر میکوریزا بر فرآیندهای اکولوژیکی در سطح قطعه جنگل تأکید می‌کند. مطالعه نشان می‌دهد که در این مقیاس، همزیستی استراتژی‌های میکوریزا می‌تواند تنوع گیاهی را ارتقا دهد.

محققان خاطرنشان کردند: «گاهی اوقات جنگل‌هایی با ترکیبی از استراتژی‌های میکوریزا توسط زیست‌شناسان نادیده گرفته می‌شوند، زیرا فراوانی کمتری دارند.» بااین‌حال، مطالعه ما نشان داده است که همیشه این‌طور نیست و این گونه‌های مختلط درواقع می‌توانند بخش بزرگی از جنگل‌های جهان را تشکیل دهند.

چنین جنگل‌هایی ممکن است راه بسیار مهمی برای تحقیقات و مدیریت جنگل‌ها باهدف قرار دادن خدمات بیشتر اکوسیستم باشند: مبارزه با تغییرات اقلیمی و انطباق با تغییرات اقلیمی نمونه خوبی از خدماتی است که یک اکوسیستم می‌تواند ارائه دهد، زیرا یک جنگل پررونق با تنوع درختی بالا، مخزنی مطلوب برای آب‌وهوا است.

مقاله الکسیس کارترون و همکاران «تسلط میکوریزا تنوع گونه‌های درختی محلی را در جنگل‌های ایالات‌متحده کاهش می‌دهد» در ۲۴ فوریه ۲۰۲۲ در Nature بوم‌شناسی and Evolution منتشر شد.

سویه‌های باکتریایی مهندسی‌شده، محصولات را بارور کرده و آلودگی آبراه‌ها را کاهش می‌دهند

محققان دانشگاه ایالتی واشنگتن سویه‌هایی از باکتری موجود در خاک Azotobacter vinelandii که در همه‌جا تثبیت‌کننده نیتروژن است را برای تولید آمونیاک و دفع آن در غلظت‌های بالا و انتقال آن به گیاهان زراعی به‌جای کودهای شیمیایی معمولی مهندسی کرده‌اند.

 

دکتر فلورانس موس، استادیار پژوهشی موسسه شیمی بیولوژیکی دانشگاه ایالتی واشنگتن، گفت: «ما شواهد قطعی ارائه کردیم مبنی بر اینکه آمونیاک آزادشده به گیاه برنج منتقل می‌شود. هدف رویکرد منحصربه‌فرد ما، ارائه راه‌حل‌های جدید برای چالش جایگزینی کودهای صنعتی با باکتری‌های سفارشی است.»

به‌عبارت‌دیگر، این رویکرد می‌تواند منبع اصلی آلودگی محیط‌زیست را کاهش دهد.

این تحقیق در Applied and Environmental Microbiology، مجله انجمن آمریکایی میکروبیولوژی منتشرشده است.

محققان از فن‌های ویرایش ژن برای مهندسی A. vinelandii برای تولید آمونیاک در سطح ثابت، بدون توجه به شرایط محیطی اطراف باکتری و دفع آن در غلظت‌های کافی برای بارورسازی مؤثر محصولات استفاده کردند.

استفاده از فن‌های ویرایش ژن به‌جای قرار دادن ژن‌های ترا ریخته در ژنوم A. vinelandii اجازه می‌دهد از الزامات نظارتی اجتناب شود که روند توسعه را کند تر، دشوارتر و گران‌تر می‌کرد.

انگیزه علمی این تحقیق علاقه به درک بهتر تثبیت نیتروژن بود؛ یعنی فرآیندهای شیمیایی که توسط آن نیتروژن اتمسفر به ترکیبات آلی به‌عنوان بخشی از چرخه نیتروژن جذب می‌شود.

موس می‌گوید: «کار ما به ارائه درک کامل‌تر و اساسی از عواملی که بیان ژن را در یک میکروارگانیسم تثبیت‌کننده نیتروژن مدلی تشکیل می‌دهند کمک می‌کند و بیوشیمی را که باعث دفع آمونیاک در A. vinelandii می‌شود، تعریف می‌کند. »

انگیزه عملی این تحقیق کاهش مشکلات عمده آلودگی آب بود که هنگام شسته شدن کود نیتروژن اضافی به آبراهه‌ها ایجاد می‌شود. این موضوع باعث شکوفایی جلبکی می‌شود که اکسیژن را کاهش می‌دهد و ماهی‌ها و دیگر آبزیان را از بین می‌برد و «مناطق مرده» را در دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و گستره‌های اقیانوس ایجاد می‌کند.

به‌عنوان‌مثال منطقه مرده در شمال خلیج مکزیک نزدیک به ۱۶۶۰ کیلومترمربع را در برمی‌گیرد.

برای این منظور، محققان در حال طراحی باکتری‌ها برای تولید آمونیاک با سرعت ثابت هستند و آن‌ها انتظار دارند که بتوانند گروه‌های مختلف A.vinelandii را برای تولید آمونیاک با نرخ‌های متفاوت و متناسب با نیاز گونه‌های مختلف گیاهان زراعی طراحی کنند.

این روند اجازه می‌دهد تا تمام آمونیاک تولیدشده توسط گیاهان مورداستفاده قرار گیرد، نه اینکه در آبراه‌ها شسته شود.

موس همچنین اضافه می‌کند: «استفاده گسترده موفق از این کودهای زیستی برای کشاورزی، آلودگی را کاهش می‌دهد، راه‌های پایداری برای مدیریت چرخه نیتروژن در خاک ارائه می‌کند، هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد و حاشیه سود را برای کشاورزان افزایش می‌دهد و با بهبود حاصلخیزی خاک، تولید غذای پایدار را افزایش می‌دهد.»

منبع: Engineered bacterial strains could fertilize crops, reduce waterways pollution

۲۰۲۱ سال زیست‌شناسی

درک دقیق عملکرد مغز و اجسام چند سلولی امسال به اوج جدیدی رسید، درحالی‌که ژنوم ویروس کووید-۱۹ و موجودات مختلف شگفتی‌های بیشتری را به همراه داشت.

سه و نیم میلیارد سال فرگشت به زندگی بر روی زمین زمان زیادی برای کشف حاشیه‌های ممکن داده است، بنابراین علم زیست‌شناسی کارهای زیادی برای انجام دادن دارد. زیست شناسان برخی از اصول و مکانیسم‌های اساسی را شناسایی کرده‌اند که بر حوزه آن‌ها حکمرانی می‌کند، مانند انتخاب طبیعی، ماهیت سلولی موجودات و اصل زیست‌شناسی مولکولی.

آن‌ها تلاش کرده‌اند تا نه‌تنها تنوع آنچه را که چارلز داروین «زیباترین و شگفت‌انگیزترین اشکال بی‌پایان» می‌نامد، بلکه کهکشان‌های میکروسکوپی پیچیده در سطح سلولی درون آن‌گونه‌ها را فهرست بندی کنند. آن‌ها حتی در درک ماده شیمیایی پیچیده‌ای که سلول‌ها، ارگانیسم‌ها و اکوسیستم‌ها را زنده می‌کند، پیشرفت کرده‌اند.

بااین‌حال، جهان زنده هرگز از غافلگیری دست برنمی‌دارد. مسائل مختلف تجربی مانند خاک و خواب اسرار را در خود جای‌داده‌اند و برخی اکتشافات و فرضیات قدیمی دانشمندان را در مورد آنچه حتی ازنظر بیولوژیکی امکان‌پذیر است را از بین می‌برد.

برای مثال، این‌یک اصل دیرینه بیوشیمی بوده است که خواص مفید مولکول‌های پروتئین تا حد زیادی به نحوه تا کردن زنجیره‌های اسیدآمینه خود به شکل دقیق بستگی دارد؛ اما یکی از داغ‌ترین موضوعات این روزها در علم پروتئین، مطالعه پروتئین‌های چکش‌خوار و توده‌های مولکول‌های پروتئینی به نام رسوب است که طیف وسیعی از فرآیندهای حیاتی را در سلول‌ها کنترل می‌کنند و دقیقاً به این دلیل کار می‌کنند که به‌جای ثابت شدن در یک واحد، سیال هستند.

درس‌های همه‌گیری

با توزیع گسترده‌تر واکسن‌ها علیه کووید-۱۹ در سال ۲۰۲۱، بخش‌هایی از جهان برای مدت کوتاهی شروع به خارج شدن از زیر این همه‌گیری کردند، حتی زمانی که ظهور واریانت دلتا و سایر اشکال ویروس SARS-CoV-2 تأکید کرد که بحران برای اپیدمی‌ها تمام نشده است.

درس سخت دو سال گذشته این بود که ابزارهای آماری، نظام‌های بهداشت عمومی و پروتکل‌های ارتباطی که بر آن‌ها تکیه می‌شود، کاملاً برای مقابله با ویروسی به این چالش‌برانگیزی آماده نیستند. حتی در حال حاضر، نگرانی‌هایی وجود دارد که نظام‌های نظارت ویروسی در سراسر جهان ممکن است برای نظارت بر ظهور گونه‌های جدید بالقوه خطرناک SARS-CoV-2 ناکافی باشند.

Photo of Rafflesia arnoldii growing on vines in Indonesian forest.

مجموعه‌ای بدبو از شگفتی‌های ژنتیکی

یک گیاه انگلی خارق‌العاده بومی آسیای جنوب شرقی بیشتر عمر خود را به‌عنوان رشته‌ای از سلول‌ها می‌گذراند که در داخل گیاهان دیگر رشد می‌کنند، سپس به‌عنوان یک گل غول‌پیکر شکوفا می‌شوند که به وزن یک بچه کوچک است و بوی گوشت گندیده می‌دهد.

اما شگفت‌انگیزترین واقعیت در مورد این‌گونه از «گل جسد» ممکن است چیزی باشد که در ژنوم آن وجود دارد که در اوایل امسال منتشر شد. ساپریا هیمالایانا تقریباً نیمی از ژن‌هایی را که در گیاهان دیگر به‌شدت حفظ‌شده‌اند، ازجمله ژن‌هایی که زیست‌شناسان آن‌ها را ضروری می‌دانستند، ازدست‌داده است. باوجوداین کاهش‌ها، ژنوم آن هنوز به‌طور غیرمنتظره‌ای بزرگ است و یکی از دانشمندان آن را «قبرستان عظیم DNA» می‌نامد که از گونه‌های دیگر ربوده‌شده و توسط تعداد زیادی کپی از عناصر ژنتیکی متحرک به نام ترانسپوزون‌ها متورم شده است.

هرچند ساپریا عجیب است، DNA عجیب آن مظهر چندین موضوع اخیر در اکتشافات ژنومی است. به‌طور فزاینده‌ای واضح است که ترانسپوزون ها با ساختن کپی از خود و پریدن به اطراف درون و بین کروموزوم‌ها، می‌توانند ژنوم ارگانیسم را دوباره سیم‌کشی کنند و انتقال افقی DNA بین گونه‌ها را تسهیل کنند. هم در گیاهان و هم در جانوران، به نظر می‌رسد انتقال افقی بسیار رایج‌تر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد و محققان هنوز در تلاش هستند تا اهمیت آن‌ها را در تکامل دریابند.

Micrograph of snowflake yeast.

تکامل اجسام چند سلولی

پیچیدگی فراوان و سرسبز حیات بر روی زمین وجود خود را مدیون دودمان موجودات تک‌سلولی است که در ۳٫۵ میلیارد سال گذشته ده‌ها بار با پرش‌های سرنوشت‌ساز را به چند سلولی رساندند. با توجه به اینکه مزایای تکاملی چند سلولی اغلب در مراحل اولیه آن آشکار نیست، محققان هنوز در تلاش‌اند تا بفهمند این انتقال چگونه و چرا اتفاق افتاده است. مطالعات تجربی با جلبک‌ها، مخمرها و سایر گونه‌های تک‌سلولی نشان داده‌اند که اگر به‌هم‌پیوسته آن‌ها حتی یک مزیت ثابت به همراه داشته باشد، مانند آسیب‌پذیری کمتر آن‌ها در برابر شکار، می‌تواند آن‌ها را وادار کند که در مدت‌زمان بسیار کوتاهی چند سلولی شوند.

بااین‌حال، توسعه یک بدن چند سلولی تنها اولین قدم است. چالش عمده دیگر در تمایز سلول‌های همکار به بافت‌های مجزا با عملکردهای تخصصی نهفته است. سرنخ‌های مهمی برای این فرآیند از کار جدیدی که نحوه تکامل یک غده دفاعی در یک سوسک را بازسازی می‌کرد، پدیدار گشت.

An artist’s conception of the ways that functional capacities have been mapped to regions of the brain.

بازاندیشی در نحوه عملکرد مغزها

در کتاب‌های درسی علوم اعصاب مقدماتی، مغز اغلب مانند یک کره نامتقارن از جهان ترسیم می‌شود که سطح آن به‌شدت به مناطق مجزا برای ادراک، حافظه، گفتار، آگاهی و سایر توانایی‌ها تقسیم‌شده است. این دیوارک‌های منظم منعکس‌کننده انبوهی از داده‌های بالینی و تجربی هستند، اما آن‌ها همچنین به تجربه ذهنی ما از این فرآیندها به‌عنوان دسته‌های قابل‌تفکیک عملکرد ذهنی اشاره می‌کنند.

بااین‌حال تجربه می‌تواند فریبنده باشد. شواهد فزاینده نشان می‌دهد که این اشتباه است که باور کنیم ظرفیت‌های ما به مسیرهای جداگانه در نواحی آناتومیک مجزای مغز تقسیم‌شده است. در بررسی دقیق‌تر، بخش‌هایی از مغز که شدیداً با عملکردهای خاص مرتبط هستند، گاهی اوقات با عملکردهای غیرمنتظره متفاوتی نیز مرتبط می‌شوند: برای مثال، بیشتر فعالیت در مراکز ادراک مغز با حرکات بدن مرتبط است. دانشمندان علوم اعصاب هنوز در حال بررسی اهمیت این کشف هستند، اما به توضیح مشاهداتی کمک می‌کند که «صدای» پس‌زمینه اندازه‌گیری شده در سیگنال‌های الکتریکی مغز، اطلاعات مربوط به آنچه بدن انجام می‌دهد را رمزگذاری می‌کند.

شگفتی‌ها همچنین امسال در سیستم مغزی دیگری که محققان فکر می‌کردند دهه‌ها پیش ابهام‌زدایی کرده بودند، آشکار شد. محققان نشان داده‌اند که شبکه‌ای از سلول‌های شبکه‌ای در مغز ما را قادر می‌سازد تا مکان‌هایی را که در فضا هستیم نقشه‌برداری کنیم و همچنین به نظر می‌رسد به ما در پیگیری خاطرات و مفاهیم انتزاعی کمک می‌کند. اکنون به نظر می‌رسد که این سیستم شبکه زیبا فقط برای نقشه‌برداری در دو بعد کار می‌کند. به نظر می‌رسد ما و سایر پستانداران برای دانستن اینکه در کجای سه‌بعدی قرار داریم، به یک سیستم پیچیده‌تر و کمتر درک شده متکی هستیم.

راز باستانی خواب

برای مدت طولانی، دانشمندان خواب را عمدتاً به‌عنوان یک پدیده عصبی موردمطالعه قرار می‌دادند: آگاهی و رفتار ما آشکارا وقتی به خواب می‌رفتیم تغییر می‌کرد، اما به نظر می‌رسید فیزیولوژی ما تقریباً مانند زمانی است که آرام و بی‌حرکت بودیم. این دیدگاه در طول چند دهه گذشته به‌طور قابل‌توجهی تغییر کرد، اما زمانی که آزمایش‌ها تغییرات شیمیایی ظریفی را در بدن در طول خواب تشخیص دادند و شواهدی پیدا کردند که حتی موجوداتی با مغز ابتدایی هم می‌خوابند. این روند در سال جاری با کشف این موضوع به اوج خود رسید که هیدرا، حیوان کوچک و به‌قدری ساده که فاقد سیستم عصبی مرکزی است، بخشی از هر چهار ساعت را در خواب می‌گذراند. اکنون به نظر می‌رسد که وقتی اولین چرت یک میلیارد سال پیش رخ داد، ممکن است عملکرد متابولیکی داشته باشد که به سلول‌ها کمک می‌کند خود را ترمیم کنند.

انطباق اتصالات

در دهه ۱۹۷۰، دانشمندان علوم اعصاب تلاشی بلندپروازانِ برای تعریف اینکه چگونه تمام نورون‌های موجود در یک حیوان بسیار ساده مثل کرم گرد Caenorhabditis elegans، به هم متصل شده‌اند، انجام دادند. در تئوری، «کانکتوم» حاصل باید سنگ بنای درک همه رفتارها و پاسخ‌های بالقوه کرم باشد. پنج دهه بعد، محققان یک اتصال کامل و بهینه‌شده برای کرم دارند – اما هنوز هم تنها حیوانی است که می‌توان در مورد آن این موضوع را گفت.

بااین‌حال، در سال ۲۰۲۱، دانشمندان علوم اعصاب اتصالات جزئی را برای چندین موجود، ازجمله انسان، منتشر کردند که نشان می‌داد حوزه کانکتومیک با چه سرعتی در حال گسترش است. محققان دانشگاه هاروارد و گوگل اتصالی برای یک میلی‌متر مکعب از بافت مغز انسان به اشتراک گذاشتند که انواع منحصربه‌فرد نورون‌ها و شگفتی‌های دیگر را نشان می‌داد. محققان همچنین اطلاعاتی درباره اتصال مگس‌های میوه منتشر کردند که شامل مدار ناوبری آن‌ها می‌شد. بااین‌حال، برخی از محققان فکر می‌کنند مهم‌ترین پیشرفت ممکن است ظهور کانکتومیک در مقیاس بزرگ یا مقایسه‌ای باشد: توانایی جمع‌کردن اطلاعات از چندین فرد در کانکتوم یک‌گونه که ممکن است برخی از قوانین حاکم بر نحوه اتصال نورون‌ها به یکدیگر و نحوه اتصال آن‌ها را آشکار کند. تغییرات در آن مدارهای عصبی بر ارگانیسم‌ها تأثیر می‌گذارد.

A cutaway of thick brown soil with grasses on top.

خاک‌ها نمی‌توانند تغییرات اقلیمی را نجات دهند

ما برای به حداقل رساندن اثرات تغییرات آب‌وهوایی ناشی از گازهای گلخانه‌ای در دهه‌های آینده به همه کمک‌هایی که می‌توانیم دریافت کنیم، نیاز داریم و متأسفانه، اقلیم شناسان ممکن است میزان کمکی را که می‌توانیم از یک فرآیند در طبیعت انتظار داشته باشیم، بیش‌ازحد برآورد کرده باشند. مقدار دی‌اکسید کربن موجود در اتمسفر در هر زمان نشان‌دهنده اثر مجموع منابع کربنی مانند سوزاندن سوخت‌های فسیلی و «جذب کربن» است که آن را از گردش خارج می‌کند. نمونه‌ای از دومی روشی است که گیاهان می‌توانند کربن را در خاک به‌صورت زنجیره‌های کربوهیدرات طولانی به نام هوموس جذب کنند. ازآنجایی‌که به نظر می‌رسید هوموس مدت زیادی دوام می‌آورد، بسیاری از مدل‌های آآب‌وهوای جهانی روی آن حساب کرده‌اند تا مقادیر قابل‌توجهی از کربن اضافی را جذب کند؛ اما در حدود یک دهه گذشته، مطالعات میان‌رشته‌ای بی‌سروصدا انقلابی در علم خاک ایجاد کرده است ثابت کرده‌اند که در خاک‌های طبیعی گرم شده، هوموس به‌طورمعمول خیلی زودتر از حد انتظار تجزیه می‌شود. احتمالاً نمی‌توان انتظار داشت که خاک‌های بدون حفاظت در جنگل‌های سراسر جهان مقدار زیادی دی‌اکسید کربن بیش‌ازحد را در خود نگه‌دارند. محققان هنوز در حال بررسی هستند که آیا می‌توان برخی از موجودات را برای به دام انداختن کربن به‌طور دائمی‌تر تغییر داد.

 

Quanta Magazine Vector Logo

نقش RNA پیام‌رسان درترمیم DNA

ژنوم یک ارگانیسم را می‌توان با یک سیستم پیچیده از دستورالعمل‌ها مقایسه کرد که به آن اجازه می‌دهد نه‌تنها رشد کند، بلکه تمام فعالیت‌های ضروری برای بقای خود را نیز انجام دهد.

برای انجام این کار، این ژنوم باید به‌درستی بیان شود، یعنی این دستورالعمل‌ها باید به‌درستی «خوانده شوند» و اطلاعات موجود در آن نباید در طول زمان تغییر کند و یا تخریب شود.

اولین فرآیند به‌عنوان بیان ژن شناخته می‌شود و شامل اطلاعات موجود در ژن‌ها (DNA) است که به‌درستی به مجموعه‌ای از ابزارهای معتبر (پروتئین‌ها) تبدیل می‌شود. این امر مستلزم تشکیل گذرا یک مولکول پیام‌رسان است که این اطلاعات را منتقل می‌کند (RNA پیام‌رسان).

زیست‌شناسی کلاسیک، همان‌طور که در کتاب‌های درسی دیده می‌شود، توضیح می‌دهد که چگونه DNA به معنای واقعی کلمه در یک مولکول RNA کپی می‌شود که در فرآیندی که در آن اطلاعات بدون تغییر باقی می‌مانند، به روشی خاص به پروتئین خاصی تبدیل می‌شود.

نشان داده‌شده است که این دیدگاه کلاسیک اشتباه است، زیرا مولکول RNA خود را می‌توان به روش‌های مختلف تنظیم‌شده قبل از تبدیل به پروتئین تغییر داد.

فرآیند دوم، حفظ پایداری ژنومی، به دلیل یک سری مکانیسم‌های ذاتی سلولی امکان‌پذیر است که هرگونه تغییر فیزیکی یا شیمیایی در DNA را برای بازیابی اطلاعات اصلی بررسی و ترمیم می‌کند؛ این فرآیندها مکانیسم‌های ترمیم DNA هستند.

در مطالعه‌ای به رهبری سونیا جیمنو که در آزمایشگاه پابلو هورتاس (CABIMER و گروه ژنتیک دانشگاه سویل) انجام‌شده، ارتباط جدیدی بین‌ترمیم شکست‌های DNA و عوامل اصلاح‌کننده مولکول RNA پیام‌رسان مشخص‌شده است.

به‌طور خاص، آن‌ها ثابت کرده‌اند که وقتی DNA یک سلول دچار تخریب می‌شود، مکانیسم خاصی برای تغییر مولکول‌های RNA فعال می‌شود و اطلاعات موجود در آن‌ها را تغییر می‌دهد.

این مکانیسم به روش‌های مختلفی باعث‌ترمیم DNA می‌شود که به‌ویژه، یکی از راه‌ها تسهیل حذف مولکول‌های RNA است که در DNA به دام افتاده‌اند و نیاز به تعمیر دارند؛ این حذف برای عملکرد صحیح سامانه‌های تعمیر ضروری است و توسط پروتئین‌هایی به نام ADAR انجام می‌شود.

با در نظر گرفتن اینکه این پروتئین‌ها در برخی از بیماری‌های نادر و در ظهور سرطان نقش دارند، ممکن است این اکتشافات در درازمدت به درک بهتر چگونگی ظاهر شدن این آسیب‌ها کمک کند.

 

این تحقیق در Nature Communications منتشر شد.

ارائه‌شده توسط دانشگاه سویل

نحوه حفر کاریز (قنات)، بخش دوم: شروع حفر کاریز (قنات)

آنچه در صفحات + + پیش‌گفته شد مروری بود بر نقش و اهمیت کاریز (قنات)، چگونگی پیدایش این فناوری درخشان توسط مردمان فلات ایران و تاریخچه توسعه کاریز (قنات) یا شاهکار مهندسی سازه‌های آبی که باعث شکوفایی سرزمین‌های خشک فلات ایران و بعدها سایر نقاط دور و نزدیک گشت و در ادامه + مقدمه‌ای گفته شد که چگونه محل مناسبی برای ایجاد کاریز به دست می‌آید و به توضیح نحوه حفر کاریز و چگونگی پیدا نمودن بهترین نقطه برای حفر آن پرداخته شد.

در این گفتار به چگونگی حفر کاریز پرداخته می‌شود.

نحوه حفر کاریز (قنات):

پس‌ازآنکه مقنی حدس زد که در یک منطقه در صورت حفر به سفره آب زیرزمینی می‌رسد با حفر چاه‌هایی موسوم به «گمانه» به ارزشیابی نشانه‌های یادشده می‌پردازد و همان‌گونه که از نام این چاه‌ها پیداست این چاه‌ها مشخص می‌کنند آیا حدس مقدر صحیح بوده است یا خیر. پس از احداث این چاه و صحت گمان مقدر به این چاه که در رأس کاریز (قنات) قرار دارد «مادر چاه» گفته می‌شود. مادر چاه معمولاً عمیق‌ترین چاه کاریز (قنات) است. دامنهٔ عمق مادر چاه‌های ایران معمولاً از ۳ متر تا ۴۰۰ متر ذکرشده است. زمانی که مقنی به سقف سفرهٔ آب رسید آب از کف و دیواره‌های چاه شروع به تراویدن می‌کند در این هنگام کارگر مقنی به‌سرعت شروع به کندن می‌کند و قشر خاک را به‌اندازه ۲ تا ۳ متر حفر می‌کند البته این کار با توجه به‌سرعت کم تراوش آب امکان‌پذیر است. پس‌ازآنکه کارگران سر چاه متوجه شدند که گل‌ولای هر چه بیشتر مرطوب می‌شود آنگاه خود را برای بالا کشیدن همکار خود آماده می‌کند.

ممکن است کارگر مقنی به طبقه سختی برخورد کند که به نظرش غیرقابل نفوذ بنماید. در این هنگام او بااحتیاط سوراخ کوچکی در طبقه سخت ایجاد می‌کند تا بررسی کند که آیا آب در زیر این طبقه تحت‌فشار است یا نه؛ اما این احتمالی نادرست است زیرا ماهیت رسوبات آبرفتی کوهپایه‌ها با تشکیل چنین طبقه‌ای در تضاد است. از سوی دیگر فشار آب در خیلی دورتر یعنی در سمت پایین شیب زیاد خواهد شد، درحالی‌که مادر چاه در نزدیکی منطقهٔ نفوذ آب و در ارتفاعاتی نسبتاً زیاد قرارگرفته‌اند.

البته در مورد عمق چاه‌های گمانه دو نظریه متفاوت وجود دارد که بر اساس یکی باید حفر این چاه‌ها تا زمانی که به آب دائم و لایه غیرقابل نفوذ برسیم ادامه می‌یابد و بر اساس نظریه دوم این عمق بستگی به بافت خاک کف کوره دارد. مثلاً زمانی که جنس آن رس باشد تا یک متر پایین‌تر از سطح آب زیرزمینی و درصورتی‌که شنی باشد تا عمق ۵۰ الی ۶۰ سانتی‌متر و اگر سنگ باشد تا ۲۰ سانتی‌متر پایین‌تر از سطح آب زیرزمینی چاه حفر می‌شود.

هنگامی‌که آب در ته چاه پدیدار می‌شود حفر کوره کاریز (قنات) می‌تواند آغاز شود. بااین‌همه ضروری است چند روزی صبر کرد تا سطح آب در چاه تثبیت شود، چراکه این سطح یکی داده‌های مهم برای ادامه عملیات است. پس از حفر مادر چاه مقنی با توجه به عمق و میزان آب آن به بررسی ارزش کاریز (قنات) می‌پردازد و درصورتی‌که حفر آن توجیه اقتصادی داشت حفر کاریز (قنات) به معنای واقعی را آغاز می‌کند.

پس از حفر گمانه و مشخص شدن مادر چاه دومین مرحلهٔ بزرگ و دشوار حفر کاریز (قنات) یعنی احداث دهلیز از جانب مظهر کاریز (قنات) به سمت مادر چاه پیش روی مقنی قرار می‌گیرد.

قبل از آنکه محل دقیق ابتدای دهلیز کاریز (قنات) (مظهر) مشخص شود، مقنی مناطقی که این نقطه ممکن است در آن انتخاب شود را با توجه به سطح آب ایستابی در مادر چاه و میزان شیب سطح زمین مشخص می‌کند (نقاطی را که با سطح آب ایستابی هم‌ارتفاع هستند) سپس با توجه به شرایط اقلیمی و حاصلخیزی خاک بهترین نقطه را به‌عنوان مظهر کاریز (قنات) انتخاب می‌کند؛ بنابراین مقنی می‌بایست به ترازیابی بپردازد. این کار درگذشته به دو روش انجام می‌گرفته است که ما در اینجا به هر دو روش می‌پردازیم.

 

نخست: روش اول ترازیابی

این روش ازاین‌قرار است که در ابتدا به انتهای یک نخ وزنه‌ای می‌بستند و آن را در چاه گمانه می‌انداختند سپس درحالی‌که وزنه در کف چاه قرار داشت نخ را قدری می‌کشیدند تا به‌صورت قائم قرار گیرد. بعد نقطه‌ای از نخ را که در راستای سطح زمین در بالای مادر چاه قرار می‌گرفت را گره می‌زدند. درنتیجه به این صورت عمق مادر چاه را تخمین می‌زدند. سپس نخ دیگری را مرطوب می‌کردند و محکم می‌کشیدند تا خوب کش بیاید و بعد یکسر آن را درروی زمین در سطح گمانه قرار می‌دادند و سر دیگر آن را در راستای حفر کاریز (قنات) تا جایی که طول نخ اجازه می‌داد خوب می‌کشیدند سپس با قرارداد یک قطره آب روی نخ سعی می‌کردند تا نخ به‌صورت کاملاً افقی قرار گیرد. به این صورت که قطره آب با توجه به قانون جاذبه به سمتی متمایل می‌شود که پایین‌تر است به‌این‌ترتیب سر آزاد نخ را آن‌قدر بالا و پایین می‌کردند تا قطره آب به حالت ساکن قرار می‌گرفت.

پس از تراز شدن نخ فاصلهٔ بین سطح زمین و نخ را اندازه‌گیری می‌کردند که این فاصله برابر با اختلاف ارتفاع بین سطح زمین در آن نقطه و مادر چاه است. سپس این فاصله را روی نخ اول منتقل می‌کردند و این کار را آن‌قدر ادامه می‌دادند که مجموع این اختلاف ارتفاعات با طول نخ اول برابر شود. بعد مقدار اختلاف ارتفاع ناشی از شیب مربوط به خود کوره (دهلیز) کاریز (قنات) را محاسبه می‌نمودند و از طریق آن نقطه‌ای را که اختلاف ارتفاع آن با مادر چاه برابر با مجموع زیر می‌بوده است را از طریق ترازیابی به دست می‌آوردند و آن را به‌عنوان مظهر کاریز (قنات) مشخص می‌کردند.

(شیب کوره کاریز)×(فاصله طولی مظهر تا مادر چاه)+طول نخ اول

m×D+Η= h∆

h∆ (برابر با اختلاف ارتفاع بین مظهر و مادر چاه است)

m شیب کوره کاریز (قنات)

D فاصله طولی مظهر تا مادر چاه

H طول نخ اول یا عمق مادر چاه

 

دوم: روش دوم ترازیابی

ابتدا در این روش همانند روش قبل عمق مادر چاه را به دست می‌آورند ولی از روش دیگری برای ترازیابی و یافتن مظهر استفاده می‌شده است.

در این روش از یک لوزی که از چهار قطعه چوب با طول‌های برابر ساخته می‌شده است برای ترازیابی استفاده می‌کردند. بر اساس یکی از قضایای ریاضی ثابت می‌شود که اقطار لوزی بر هم عمود هستند. درگذشته از همین اصل برای ترازیابی استفاده می‌شده است. به‌این‌ترتیب که پس از ساختن یک لوزی به‌وسیلهٔ چهار قطعه چوب با طول‌های برابر به هر یک از زوایای لوزی حلقه‌ای متصل می‌کردند. سپس یک شاقول را به یکی از حلقه‌ها می‌بستند و لوزی را از طریق حلقهٔ مقابل درون مادر چاه آویزان می‌کردند. در این حالت یکی از اقطار لوزی موازی با راستای شاقول و قطر دیگری موازی با راستای افق و عمود بر قطر دیگر قرار می‌گرفت. در این حالت چوب صاف و مستقیمی را از قطر دیگر لوزی عبور می‌دادند و از این وسیله همانند دوربین‌های امروزی استفاده می‌کردند. راستایی را که چوب نشان می‌داد همان راستای خط تراز است و از طریق آن می‌توانستند اختلاف ارتفاع بین نقاط مختلف را به دست آورند. آن‌ها از این طریق مظهر کاریز (قنات) را مشخص می‌کردند.

 

تعیین شیب کاریز (قنات)

پس از عملیات ترازیابی و شناخت مظهر کاریز (قنات) سرانجام نوبت به حفر دهلیز می‌رسد. دهلیز می‌بایست با یک شیب مناسب از مظهر به سمت مادر چاه حفر گردد. بر اساس تحقیقات انجام‌شده معمولاً شیب کاریز (قنات) در سراسر طول خود یکسان نیست. غالباً به‌منظور ایجاد سرعت کافی برای جریان آب در کاریز (قنات) و جلوگیری از نفوذ آب در خشکه‌کار* شیب کاریز (قنات) در این قسمت را کمی بیشتر از قسمت تره کار** ایجاد می‌کنند. بر این اساس شیب در قسمت تره کار بین صفر تا چند در هزار و در قسمت خشکه‌کار بین ۵/۰ در هزار تا چند در هزار در نظر گرفته می‌شود. شیب تندتر از این مقدار موجب خوردگی کف کاریز (قنات) می‌شود و شیب کمتر از این مقدمات رسوب‌گذاری را فراهم می‌کند. از دیگر نکات قابل‌توجه در تعیین میزان شیب کف کوره این است که این شیب می‌بایست کمتر از شیب سطح زمین و بیشتر از شیب سطح ایستابی باشد. در غیر این صورت امکان حفر کاریز (قنات) وجود نخواهد داشت.

*خشکه‌کار: فاصله بین محل تقاطع کف کوره کاریز (قنات) با سطح ایستابی (نقطهٔ c در شکل ۱-۱) تا مظهر خشکه‌کار نام دارد و شامل تمام میله‌ها و طول کوره در این فاصله است. در برخی از منابع (صفی نژاد) خشکه‌کار را قسمتی از کاریز (قنات) در نظر گرفته‌اند که در هنگام حفر خاک آن خشک است.

**تره کار: فاصله بین مادر چاه تا محل تقاطع کف کورهٔ کاریز (قنات) با سطح ایستابی، تره کار نامیده می‌شود. تره کار شامل کورهٔ کاریز (قنات) و میله‌هایی که در این مسیر قرارگرفته‌اند است. کف کورهٔ کاریز (قنات) در قسمت تره کار زیر سطح ایستابی قرارگرفته است به همین علت آب از زمین‌های اطراف به دلیل اختلاف ارتفاع، در کوره کاریز (قنات) نشت می‌کند. در اصل تره کار قسمت آبده کاریز (قنات) است ازاین‌رو طول کوره و همچنین ضخامت لایه آبدار در این قسمت از کاریز (قنات) نقش بسیار مهمی در میزان دبی دارند.

 

ابزار و وسایل جهت حفر کاریز (قنات):

چرخ چاه

چرخ چاه اصلی‌ترین ابزار برای حفر چاه، حفر کاریز (قنات) و لایروبی کاریز (قنات) است زیرا بدون آن امکان کشیدن بار از ته چاه و دل کاریز (قنات) وجود ندارد. چرخ چاه ظاهراً ابزاری ساده است؛ اما ازنظر فنی پیچیدگی‌های مهمی دارد. به‌خصوص چرخ چاه‌هایی که با آن‌ها می‌بایست خاک را از چاه‌های عمیق بالا کشید. چرخ چاه در قدیم تماماً از چوب ساخته می‌شد اما امروزه بعضی از عناصر آن به‌خصوص محور میانی لوله‌ای آهنی است.

 

طناب، ریسمان

ریسمان یکی از مهم‌ترین ابزار حفر کاریز (قنات) است؛ زیرا کشیدن خاک و در موارد استثنایی مثل موقع خطر بالا کشیدن مقنی به‌وسیلهٔ آن انجام می‌شود، لذا استحکام و وزن ریسمان بسیار مهم است. هر چه عمق بیش‌تر باشد ریسمان باید ضخیم‌تر باشد و درنتیجه سنگین‌تر می‌گردد. در یک چاه ۳۰۰ متری وزن ریسمان از وزن خاکی که بالا کشیده می‌شود بیشتر است یک ریسمان ۳۰۰ متری که حداقل ۱۵۰ کیلو وزن دارد حداقل ۳ برابر وزن خاکی است که می‌شود با آن بالا کشید.

 

دلو

دلو (که به فتح د و سکون ل و و تلفظ می‌شود) ظرفی لاستیکی همانند سطل با بدنه‌ای بلندتر از آن است با دستگیرهٔ فلزی که درزهای آن معمولاً به‌وسیلهٔ میخ دوخته‌شده و از وزن زیادی برخوردار است. دلو لاستیکی از تیوپ‌های بزرگ و یا از لاستیک نازک شدهٔ تراکتور ساخته می‌شود. معمولاً این دلوهای بزرگ و سنگین برای چاه‌هایی است که با دینام خاک از چاه کشیده می‌شود. این‌گونه دلوهای سنگین در چرخ چاه دستی کاربرد چندانی ندارد.

در قدیم دلو از پوست گوساله یا بز ساخته می‌شد. دلو پوستی از دلوهای لاستیکی وزن کمتری داشت و کشیدن آن نیز در کف کاریز (قنات) با سهولت بیشتری همراه بود. دلو پوستی یا از ابتدا از پوست‌های دباغی‌شده و آماده‌شده ساخته می‌شد و یا از مشک‌ها و انبان‌های کهنه و فرسوده‌ای بود که دوباره مورداستفاده قرار می‌گرفت. دهانهٔ دلو گشاد بوده و برای باز نگاه‌داشتن آن از چوب انار، یک حلقهٔ دایره، معروف به چنبره ساخته می‌شد و در جوف دهانه قرار می‌گرفت. به دو سمت دهانه نیز دو سر طناب کوتاهی بسته می‌شد که نقش دستهٔ دلو را داشته و در وقت نقل‌وانتقال آن مورداستفاده قرار می‌گرفت.

 

کلنگ و بیلچه

این دو ابزار ازجمله وسایل ضروری مقنیان است. بیلچه در همه حال تقریباً یکسان است اما نوع کلنگ به‌تناسب فضای کار و جنس خاک فرق می‌کند. در اوایل کار و جهت کندن خاک‌های سست، کلنگ سبک آهنی کارساز است؛ اما زمانی که مقنی بخواهد در لایه‌های سفت و محکم مثل کنگلومرا کار کند یا تونلی را از رسوبات آهکی معروف به تورس عبور دهد نیاز به کلنگ فولادی و سنگین دارد تا نوک یا نیش کلنگ خم نشود و وزن زیاد کلنگ باعث وارد آمدن ضربه‌ای محکم شود. در بعضی موارد کلنگ به‌تنهایی کارساز نیست بلکه به قلم و پتک نیز نیاز است و آن هنگامی است که بخواهند در میان سنگ یا لایه‌های بسیار محکم و متراکم پیش بروند. بیلچه هم دارای دستهٔ کوتاه چوبی است و تنهٔ اصلی آهنی بیلچه هم کوچک‌تر از بیل‌های معمولی است. بیلچه دم کار مقنی معمولی است اما هرگاه دلو کش بخواهد مقدار زیادی خاک را از دم کار عقب بکشد ترجیح می‌دهد که از کج‌بیل استفاده کند. تفاوت کج‌بیل و بیل معمولی در این است که بدنهٔ کج‌بیل از ناحیهٔ شانه برگشته و نسبت به امتداد دسته نزدیک به نود درجه انحنا دارد. کج‌بیل نیز دارای دستهٔ کوتاه است.

 

چراغ

معمولاً داخل کاریز (قنات) تاریک است و نقش چراغ بسیار تعیین‌کننده است درگذشته‌های دور برای روشنایی کوره‌ها و داخل چاه کاریز (قنات) از چراغ روغنی یا پیه‌سوز استفاده می‌کردند و برای پیش‌گیری از دم گرفتگی در آن‌ها روغن منداب می‌ریختند. البته از پیه هم می‌توانستند استفاده کنند اما مقنی‌ها روغن منداب را بر پیه ترجیح می‌دادند، زیرا بو و دم گرفتگی بسیار کم‌تری داشت. چراغ روغنی یا پیه‌سوز سفالی بود و ظاهری گلابی‌شکل داشت که به دنبال آن دسته‌ای تعبیه‌شده بود. روغن را در مخزن آن می‌ریختند و از پنبهٔ آب‌ندیده فتیله‌ای می‌پیچیدند و در آن قرار می‌دادند و سر فتیله را بر روی زائدهٔ ناودانی شکل می‌گذاشتند و آن را شعله‌ور می‌کردند. روغن به‌مرور جذب فتیله شده در سر فتیله با نور زردرنگی می‌سوخت.

 

حفر کاریز (قنات) با استفاده از امکانات جدید

با توجه به هزینهٔ زیاد و وقت‌گیر بودن حفر کاریز (قنات) در شرایط کنونی لازم است که احداث کاریز (قنات) مکانیزه شود. برای تحقق این امر باید میله‌ها را به‌وسیلهٔ ماشین‌آلات حفاری و کوره را به‌وسیلهٔ بیل‌های مکانیکی و دستی و سایر وسایل حفر کرد. همچنین باید خاک کوره را به‌وسیلهٔ سیستم ریل‌گذاری بیرون برد و جهات و ارتفاعات را باید از طریق اصول فنی و نقشه‌برداری تعیین کرد. ضمناً تأمین محیط امن و بهداشتی (روشنایی و تهویه مناسب) با استفاده از آخرین دستاوردهای فنی ضروری است. همچنین لازم است مطالعات کاملی درزمینهٔ استفاده از وسایل مکانیکی و ماشین‌آلات به‌منظور تسریع در فن حفاری کاریز (قنات) صورت گیرد. فیلسوفی در حدود سال ۱۳۳۵ عنوان می‌کند که با استفاده از وسایل مکانیکی جدید حفر قنواتی که قبلاً ۲۰ تا ۳۰ سال طول می‌کشید در کمتر از یک سال خاتمه می‌یابد. در زیر به‌صورت اختصار به امکاناتی که جدیداً برای حفر کاریز (قنات) استفاده می‌شود اشاره می‌کنیم.

مقنیان امروزه برای تعیین مظهر با استفاده از دوربین‌های نقشه‌برداری و قطب‌نما کار ترازیابی را سرعت بخشیده‌اند. همچنین امروزه با استفاده از کمپرسور و مته‌های حفاری می‌توان حفر میله و کوره را به‌سرعت انجام داد. مته طوری طراحی‌شده است که اگر کلنگ‌دار شاسی مته را فشار دهد؛ هوای فشرده‌شده در پشت مته؛ سوزن مته را به لرزش درمی‌آورد. با قرارداد مته درروی زمین یا جدار چاه و زمین؛ هنگام کندن میله یا کوره؛ سوزن مته عمل حفاری را انجام می‌دهد. در ضمن می‌توان با استفاده از یک کمپرسور و ۲ تا ۳ مته به‌صورت هم‌زمان عمل حفاری را در چند نقطه انجام داد.

 

 چند نمونه از کاریز (قنات)‌های ایران

در حال حاضر عمیق‌ترین کاریز (قنات) ایران، کاریز (قنات) قصبهٔ گناباد است با حدود ۳۴۰ متر عمق مادر چاه آن و طولانی‌ترین کاریز (قنات) در منطقهٔ یزد قرار دارد با طول ۱۰۰ کیلومتر. کاریز (قنات) قصبهٔ گناباد پیشینهٔ تاریخی ۲۵۰۰ ساله دارد و بیش از دو هزار هکتار از اراضی کشاورزان این شهرستان را به‌صورت سنتی آبیاری می‌کند. در کاریز (قنات) قصبه با ۳۳۱۳۳ متر طول، ۳۴۰ متر عمق و ۴۷۰ حلقه چاه که در دوران هخامنشیان و یا قبل از آن حفرشده است با یک محاسبهٔ سرانگشتی می‌توان گفت ۵۶ هزار تن خاک و سنگ برای حفر مادر چاه و چاه‌های عمودی اتصالی و کانال افقی سرتاسری توسط کارگران و مقنیان جابه‌جاشده است و جابه‌جایی این حجم خاک بدون تردید کمتر از عظمت اهرام مصر نیست. کاریز (قنات) قصبه به‌عنوان عمیق‌ترین کاریز (قنات) دنیا، میراث فرهنگی و تمدنی عظیمی است و بدون شک یکی از عجایب تمدن بشری به شمار می‌رود. کاریز (قنات) قصبه ازنظر طولی (۶۰ کیلومتر) دومین کاریز (قنات) ایران بعد از کاریز (قنات) زارچ یزد محسوب می‌شود و پرآب‌ترین کاریز (قنات) منطقهٔ کویری است.

پرآب‌ترین کاریز (قنات) ایران، کاریز (قنات) اکبرآباد فسا است و قدیمی‌ترین کاریز (قنات) ایران، کاریز (قنات) ابراهیم‌آباد اراک است و عجیب‌ترین کاریز (قنات) ایران، کاریز (قنات) دوطبقهٔ مون اردستان است که حدود ۸۰۰ سال پیش احداث‌شده است. این کاریز (قنات) چاه‌های مشترک ولی مادر چاه‌ها و مظهر متفاوت دارد. کاریز (قنات)‌های تهران و ری که دشت ورامین را آبیاری می‌کردند تا ۳۰ سال قبل جزء پرآب‌ترین کاریز (قنات)‌های دنیا بودند ولی در ۲۰ سال گذشته به دلیل تخریب مادر چاه‌ها و عدم لایروبی از رونق افتاده‌اند. تاریخ حفر این کاریز (قنات)‌ها به دورهٔ صفوی و قاجاریه برمی‌گردد. در تهران حدود ۳۰۰ کاریز (قنات) وجود دارد که بعضی از آن‌ها یکدیگر را به‌صورت ضربدری قطع می‌کنند کاریز (قنات)‌های تهران در منطقهٔ محمودآباد به دلیل خاک‌برداری‌های زیاد کوره‌پز خانه‌ها و به دلیل عمق کم، به‌صورت روباز مسیر خود را تا ورامین ادامه می‌دهند. یکی دیگر از کاریز (قنات)‌های جالب و قدیمی ایران کاریز (قنات) کیش است که در سال ۱۳۷۱ کشف شد. کاریز (قنات) دوهزارساله کیش با شهر زیرزمینی ساخته‌شده در آن از مکان‌های دیدنی کیش است. در مسیر این کاریز (قنات)، چاه‌هایی به چشم می‌خورد که درگذشته برای لایروبی کاریز (قنات) حفرشده بود. تاکنون ۲۰۰ حلقه از این چاه‌ها در مسیر کاریز (قنات) شناسایی‌شده است که فاصلهٔ هرکدام از یکدیگر به ۱۴ تا ۱۶ متر می‌رسد. سقف کاریز (قنات) را لایه‌های مرجانی به ضخامت ۲ تا ۱۵ متر و لایه‌های زیرین کاریز (قنات) را خاک نفوذناپذیر مارنی تشکیل می‌دهد که این خاصیت باعث شده است تا آب باران پس از نفوذ از لایه‌های مرجانی در عمق نفوذناپذیر زمین تشکیل سفره‌های آب زیرزمینی را بدهد. چهار کیلومتر از مسیر این کاریز (قنات) تاکنون حفاری و لایروبی شده است و هم‌اکنون در عمق ۱۵ متری این کاریز (قنات) شهری زیرزمینی با کاربری سیاحتی و تجاری در حال ساخت و تکمیل است.

در حال حاضر در ایران حدود ۴۰۰۰۰ کاریز (قنات) به طول ۲۷۲۰۰۰ کیلومتر وجود دارد که فقط در استان خراسان ۷۲۳۰ رشته کاریز (قنات) با آبدهی ۱۸۵۰۰۰۰۰۰۰ سانتی‌متر مکعب در ثانیه وجود دارد یعنی ۹ برابر ذخیرهٔ سد کرج و ۱۴۰ برابر ذخیرهٔ سد طرق.

در تهران، دست‌کم ۳۰۰ رشته کاریز (قنات) شناخته‌شده، خفته‌اند که طول بعضی از آن‌ها به ۱۸۰۰۰ متر می‌رسد.

 

و سخن آخر …

بحران آب در ایران faezehya.com

هرچند این گفتارها + + + به پایان رسید اما باید دانست کاریز تنها راه نجات ایران از خشک‌سالی هست و اگر بازهم در احیا و ترویج این میراث اهمال صورت گیرد آینده نابودی سرزمین ماست.
کاریز یک مکان گردشگری و متعلق به گذشته نیست بلکه حال و آینده ما به آن بستگی دارد و باید ذکر گردد کاریز به ما نیازی ندارد این ما هستیم که محتاج کاریزها هستیم.
به امیدآبادانی و سر افزاری بیشتر ایران همیشه جاودان.

نحوه حفر کاریز (قنات)، بخش نخست: مقدمات حفر کاریز (قنات)

آنچه در صفحات + + پیش‌گفته شد مروری بود بر نقش و اهمیت کاریز (قنات)، چگونگی پیدایش این فناوری درخشان توسط مردمان فلات ایران و تاریخچه توسعه کاریز (قنات) یا شاهکار مهندسی سازه‌های آبی که باعث شکوفایی سرزمین‌های خشک فلات ایران و بعدها سایر نقاط دور و نزدیک گشت؛ در ادامه به توضیح نحوه حفر کاریز و چگونگی پیدا نمودن بهترین نقطه برای حفر آن می‌پردازم، از همراهی شما سپاسگزارم.

 مقدمات حفر کاریز (قنات)

برای حفر یک کاریز (قنات) ابتدا مقنی به شناسایی یک سفرهٔ آب عمیق می‌پردازد که شرایط لازم برای حفر کاریز (قنات) را داشته باشد.

با توجه به‌سختی کارهای لازم برای احداث کاریز (قنات)، معمولاً آن را در مناطقی حفر می‌کنند که دارای اقلیم کم آب و خشک هستند و با توجه به این‌که

کاریز یا قنات، شاهکار مهندسی آب ساکنان فلات ایران (قسمت سوم) - شاهکار مهندسی آبی در ایران |

این کم‌آبی اقلیم باید از طریق سفره‌های زیرزمینی جبران شود معمولاً سعی دریافتن سفره‌های دائمی و بزرگ می‌شود. درون زمین دو نوع سفرهٔ آبی وجود دارد. نوع اول، سفره‌های روی زمین هستند که منشأ آب موجود در رودخانه‌ها و چشمه‌ها است. نوع دوم سفره‌های عمیق زیرزمینی هستند که آب آن‌ها تنها از طریق حفر کاریز (قنات) یا چاه عمیق امکان‌پذیر است. البته این سفره‌های آب زیرزمینی تنها زمانی قابل‌استفاده هستند که به‌طور مرتب و به‌اندازه کافی تغذیه شود و این در شرایطی ممکن است که یکسری رشته‌کوه با ارتفاعی به‌اندازه مناسب که مانع عبور ابرهای باران‌زا شود موجود باشد؛ بنابراین محل ایدئال در قسمت کوهپایه‌ها قرار دارد جایی که نزولات آسمانی به حداکثر می‌رسد و سیلاب‌ها جمع می‌شود و همچنین قشر و لایه‌های خاک آن بسیار نفوذپذیر باشد. از دیگر شرایط حفر یک کاریز (قنات) وجود یک شیب از طرف سطح آب سفره زیرزمینی به‌سوی رشته‌های پایین سمت کوهپایه است تا به این صورت آب‌های سفرهٔ زیرزمینی امکان جاری شدن و به قول محلی سوارشدن بر دشت را داشته باشد؛ بنابراین همان‌طور که دیدیم اولین مسئله در احداث یک کاریز (قنات) تشخیص سفره آب زیرزمینی است. معمولاً برای یافتن سفرهٔ زیرزمینی مقنی با دو حالت مواجه است. در حالت اول مقنی از سفرهٔ آب زیرزمینی که قبلاً یک کاریز (قنات) اولیه از آن استخراج‌شده است و دارای ظرفیت حجمی و آبی زیادی است کاریز (قنات) دیگری حفر می‌کند.

اما در حالت دوم مقنی مجبور به یافتن سفرهٔ آب زیرزمینی مناسب است که معمولاً مقنی‌های کارکشته و باتجربه که عموماً کهن‌سال هستند برحسب تجربه و شناخت از طبیعت این کار را انجام می‌دهند. مقنی‌ها معمولاً از ۴ روش پی به وجود آب‌های زیرزمینی می‌برند.

چگونگی شناسایی آب‌های زیرزمینی

الف: شناخت آب‌های زیرزمینی از طریق شناخت منطقه

معمولاً در مناطق مرتفعی که آب به‌صورت چشمه یا ماند آب مشاهده می‌شود سطح آب زیرزمینی بالا است، ازاین‌رو مقنی به یافتن چنین مناطقی می‌پردازد. البته به نظر می‌رسد اندیشه و جرقهٔ ابداع کاریز (قنات)‌های اولیه از چشمه‌ها نشاءت گرفته باشد؛ زیرا با فرارسیدن خشک‌سالی و پایین آمدن سطح آب‌های زیرزمینی، بشر برای یافتن آب در محل چشمه‌های خشکیده زمین را حفر می‌کرده است. همچنین پس از رسیدن به آب، به‌وسیلهٔ یک کانال کوچک در مسیر شیب زمین آن را به‌طرف سطح زمین هدایت می‌کرده است.

 

ب: شناخت آب‌های زیرزمینی با توجه به پوشش گیاهی و وجود جانداران یا پرواز حشرات

این نحوه مطالعه فقط اطلاعاتی در مورد زمین‌های نمناک و احتمالاً آب‌های موجود در عمق بسیار کم در اختیار ما می‌گذارد. به گفته کرجی: «زمین‌های نکاشته که بر سطح آن‌ها گیاه فراوان وجود دارد دارای آب هستند و آبشان در ژرفای کم قرار دارد. مخصوصاً اگر در صبح بر روی گیاهانش رطوبت و شبنم قرارگرفته باشد، همچنین زمینی که بر سنگ‌هایش گیاه دویده باشد دارای آب پنهانی است.» گیاهان خاصی مانند خرفه، نی، نازک میان‌پر، گاوزبان کنگر، پرسیاوشان، گزنه، شیرین‌بیان، درخت بنه، خارشتر و علف هفت‌بند و… گواه بر وجود آب‌های زیرزمینی هستند. همچنین روئیدن تعدادی از گیاهان مانند نی و خزه درزمینهٔ ای مرطوب دلالت بر وجود آب‌های زیرزمینی دارد. وجود تعدادی از جانداران مانند قورباغه، حلزون و بعضی از حشرات در زمین‌هایی که فاقد چشمه یا برکه و مرداب هستند نیز نشان‌دهندهٔ وجود آب‌های زیرزمینی است.

 

ج: شناخت آب‌های زیرزمینی از روی رنگ و شکل زمین

دانشمند بزرگ کرجی در این زمینه نظریاتی داده است که هنوز باوجود گذشت ده قرن اکثر آن‌ها صادق است. … کوه‌های سیاه‌رنگ و پر نم که دارای سنگ‌های آمیخته به گل باشند و پس‌ازآن در کوه‌های سبزرنگ و زردرنگ و سرخ‌رنگ همگی دارای آب هستند و به ترتیب مقدار آب‌های پنهانی آن‌ها کاهش می‌یابد. هر چه سنگ کوه کاریز یا قنات، شاهکار مهندسی آب ساکنان فلات ایران، تاریخچه قناتنسبت به خاکش افزون‌تر و سخت‌تر باشد آب درونی آن کمتر است و همچنین در کوه‌های کوچک و منفرد آبی وجود ندارد مخصوصاً اگر سنگشان بسیار سخت باشد، زیرا برف درون آن‌ها نفوذ نمی‌کند و پس از ذوب شدن تبخیر می‌گردد. بیشتر سلسله کوه‌های به‌هم‌پیوسته که مسافت زیادی از سطح زمین را به خود اختصاص داده‌اند و در میانشان دره‌های عمیق باقابلیت حفظ برف در فصول تابستان و زمستان قرار دارد با هر رنگی که باشند پر آب هستند و هرچقدر فرازشان مسطح‌تر باشد پرآب‌ترند. به‌خصوص دامنه‌هایی که با قطب شمال روبه‌رو است آب بیشتری دارند. همچنین صخره‌های قائم که از خاک برآمده‌ای پوشیده‌اند نشانگر آب پنهانی هستند. زمین‌هایی که دارای کوه‌های سفیدرنگ باشند یا کلوخ‌هایشان مثل سفال باشد یا طول و عرض آن را صخره‌های فراوان و نازک پوشانده باشد یا زمین‌های پست که تابش خورشید بر آن‌ها شدید است، فاقد آب هستند و همچنین زمین‌های فاقد پوشش گیاهی نیز دارای آب نیستند.

 

د: شناخت آب‌های زیرزمینی با استفاده از روش‌های جدید

امروزه از روش‌های زمین‌شناسی و شناسایی از بالا به‌وسیلهٔ عکس‌های هوایی تهیه‌شده توسط هواپیما یا ماهواره و همچنین فن‌های ژئوفیزیکی می‌توان برای یافتن آب‌های زیرزمینی استفاده کرد.

 

مشخص نمودن مسیر کاریز (قنات) در زیر و روی سطح زمین

پس از محاسبه شیب مناسب به آشکارسازی مسیر کاریز (قنات) در سطح زمین می‌پردازند. هرچند نزدیک‌ترین مسیر، مسیر مستقیم بین مادر چاه و مظهر است اما در برخی از موارد به علت طبیعی یا قضایی (مالکیت زمین) مجبور به تعیین مسیر دیگری می‌شویم که حتی امکان سعی می‌شود این مسیر به مسیر اصلی نزدیک‌تر باشد. پس تعیین مسیر کاریز (قنات) در سطح زمین نوبت به حفر دهلیز می‌رسد. این دهلیز از مظهر آغاز و به مادر چاه ختم می‌شود. در ابتدا این دهلیز به‌صورت درباز است اما به محضی که به اختلاف سطحی نزدیک به ۲ متر رسید به‌صورت تونل درمی‌آید.

مقنیان پس‌ازآنکه مجبور به حفر تونل می‌شدند با مشکلات زیادی مواجه می‌شدند زیرا با طولانی شدن تونل هم مسیریابی دشوارتر می‌شد و هم تنفس به‌سختی صورت می‌گرفت و هم این‌که برای خارج کردن خاک کوره کاریز (قنات) مسیری طولانی باید طی می‌شد.

مقنیان برای رفع و یا کاهش این مشکلات چاه‌هایی موسوم به (میله) در مسیر کاریز (قنات) حفر می‌کردند تا هم هوا بتواند داخل کوره گردش کند و هم خاک را بتوان به‌راحتی خارج کرد وهم اینکه در فاصله‌های کوتاه‌تری مجبور به مسیریابی باشند.

مقنیان به‌منظور مسیریابی درون زمین ۲ چاه در مسیر کاریز (قنات) به فاصلهٔ (۲۰ تا ۱۵۰) متر حفر می‌کردند؛ اندازه این فواصل با توجه به عمق حفر و سختی خاک و موانعی نظیر تپه یا رودخانه در مسیر کاریز (قنات) متغیر است. عمق این چاه‌ها با توجه به فاصله سطح زمین در آن نقاط تا سطح آب ایستابی در مادر چاه مشخص می‌کردند. پس از تطبیق خط اتصال دو چاه مجاور با مسیر کورهٔ کاریز (قنات) آنگاه مقنیان ابتدا ریسمانی بین دو میله می‌کشیدند به‌طوری‌که جهت ریسمان و جهت کوره در زیرزمین همسو می‌بوده است. سپس در هر سوی ریسمان که در بالای چاه قرار داشت دو شاغول آویزان می‌کردند این دو شاغول به‌صورت موازی با راستای نخ قرار می‌گرفتند و مسیر حفر کاریز (قنات) را مشخص می‌کردند. با مشخص شدن راستای کاریز (قنات) کارگر مقنی هرچند متری که کوره حفر می‌شد در پشت دو شاغول می‌ایستاد و استاد مقنی را از درستی یا کجی مسیر حفر باخبر می‌کرده است. پس از مشخص شدن مسیر در دو چاه، دو مقنی کار حفر کوره را هم‌زمان به‌سوی همدیگر آغاز می‌کردند. پس‌ازآنکه فاصله مقنی از چاه زیاد می‌شده است به‌منظور راحتی در مسیریابی از یک چراغ پیه‌سوز استفاده می‌کرده‌اند. با توجه به این‌که نور به‌صورت خط مستقیم حرکت می‌کند از آن برای جهت‌یابی استفاده می‌شود به این صورت که استاد مقنی یک چراغ پیه‌سوز را از سقف آویزان می‌کرده است به‌طوری‌که چراغ درست در وسط کوره قرار می‌گرفته است سپس مقنی پشت به چراغ می‌ایستاده است آنگاه به‌سوی سایه‌اش درروی جبهٔ کار شروع به حفاری می‌کرده است و تا زمانی که به مقنی یا چاه بعدی برسد به این کار را ادامه می‌داده است. البته درصورتی‌که مسیر کوره بنا به عللی مثل وجود موانع در زیرزمین و…. با خط مستقیم بین دو میله تطابق نکند یا اینکه مقنی موقعیت و وضعیت خود را در زیرزمین در اثر پیچ‌وخم خوردن‌های اجباری نداند آنگاه ابتدا در مسیر کوره یک‌چند ضلعی باز پیاده می‌کند بعد آن را با اندازه‌گیری طول اضلاع وانداده زوایا روی زمین پیاده می‌کند و به‌این‌ترتیب موقعیت و محل خود را در زیر سطح زمین مشخص می‌کند.

همچنین مقنی شیب را به کمک گونیایی که با شاغول از سقف آویزان است و یک ضلع آن افقی است، تعیین می‌کند.

در گفتار بعد به ادامه این مبحث می‌پردازم.

ابزارهای جدید بالقوه ویرایش ژن کشف شد!

پیشرفت‌های کمی دنیای بیوتکنولوژی را تکان داده یا به‌اندازه کشف سامانه‌های CRISPR-Cas سروصدا ایجاد کرده است، پیشرفتی در ویرایش ژن که در سال ۲۰۲۰ با جایزه نوبل شناخته شد.

اما این سامانه‌ها که به‌طور طبیعی در باکتری‌ها وجود دارند محدود هستند، زیرا فقط می‌توانند تغییرات کوچکی در ژن‌ها ایجاد کنند.

در سال‌های اخیر، دانشمندان سیستم متفاوتی را در باکتری‌ها کشف کردند که با توجه به توانایی منحصربه‌فرد آن برای واردکردن ژن‌ها یا بخش‌های کامل DNA در ژنوم، ممکن است به روش‌های قدرتمندتری برای ویرایش ژن منجر شود.

 

ابزارهای جدید بالقوه ویرایش ژن کشف شد. faezehya.com
Credit: CC0 Public Domain

تحقیقات جدید دانشگاه تگزاس در آستین به‌طور چشمگیری تعداد نسخه‌های طبیعی این سیستم را افزایش می‌دهد و به محققان ابزارهای بالقوه جدیدی برای ویرایش ژن در مقیاس بزرگ ارائه می‌دهد.

دانشمندان دیگر خوشه‌هایی از ژن‌ها را شناسایی کرده بودند که از CRISPR برای واردکردن خود به مکان‌های مختلف در ژنوم یک موجود زنده استفاده می‌کنند که ترانسپوزون‌های مرتبط با CRISPR (CASTs) نامیده می‌شوند.

کار قبلی نشان داده است که حداقل برای باکتری‌ها، می‌توان از آن برای افزودن یک ژن کامل یا توالی DNA بزرگ به ژنوم استفاده کرد.

اکنون تیمی به رهبری ایلیا فینکلشتاین و کلاوس ویلکه در UT Austin تعداد CAST های احتمالی را از حدود یک دوجین به نزدیک به ۱۵۰۰ افزایش داده‌اند.

آن‌ها نتایج کار خود را این هفته در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر کردند.

فینکلشتاین، دانشیار علوم زیستی مولکولی که ایده و سرپرستی این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: با CAST ها، ما به‌طور بالقوه می‌توانیم ژن‌های زیادی به نام «کاست ژن» وارد کنیم که عملکردهای پیچیده متعددی را رمزگذاری می‌کند. ازجمله، این امکان را برای درمان بیماری‌های پیچیده مرتبط با بیش از یک ژن ایجاد می‌کند.

بر اساس مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی، محقق CRISPR و برنده جایزه نوبل، جنیفر داودنا، پیش‌بینی کرده است که CAST ها عنصری حیاتی در گسترش مجموعه ابزار مهندسان ژنتیک خواهند بود و امکان ایجاد «هرگونه تغییر، در هر مکان ژنتیکی، در هر ارگانیسم» را در طول یک دهه فراهم می‌کنند.

این گروه با استفاده از ابررایانه Stampede2 در مرکز محاسبات پیشرفته تگزاس (TACC)، بزرگ‌ترین پایگاه داده جهان از قطعات ژنوم میکروب‌هایی را که هنوز در آزمایشگاه کشت یا توالی یابی کامل نکرده‌اند، بررسی کردند.

ویلکه، استاد و رئیس بخش زیست‌شناسی یکپارچه که بخش مهندسی داده پروژه را رهبری می‌کرد، گفت: بدون منابع TACC، این غیرممکن بود.

او تخمین می‌زند که اگر جستجو بر روی یک کامپیوتر رومیزی قدرتمند اجرا می‌شد، سال‌ها طول می‌کشید، در عوض، با یکی از ابرکامپیوترهای دانشگاه، آنالیز نهایی ظرف چند هفته تکمیل شد.

سه دانشجوی فارغ‌التحصیل (جیمز ریبارسکی، کوانگ هو و الکسیس هیل) تقریباً دو سال تمام‌وقت، روی جنبه‌های مختلف پروژه کارکردند.

فینکلشتاین گفت: اصطلاح این کار اکتشاف زیستی است؛ «مثل غربال کردن مقدار زیادی از گل‌ولای و آشغال بود تا گهگاه قطعه طلا را پیدا کنم.»

گروه UT Austin 1476 CAST فرضی جدید، ازجمله سه خانواده جدید، پیدا کرد که تعداد خانواده‌های شناخته‌شده را دو برابر کرد.

آن‌ها قبلاً چندین مورد از این موارد را به‌صورت آزمایشی تأیید کرده‌اند و قصد دارند آزمایش‌های بیشتری را ادامه دهند.

درنهایت، فینکلشتاین پیش‌بینی می‌کند که اکثراً CAST های واقعی هستند.

ویلکه گفت: اگر تعداد انگشت‌شماری [بازیگر] داشته باشید، بعید است که بهترین‌های موجود را داشته باشید. با داشتن بیش از هزار مورد، می‌توانیم شروع به یافتن آسان‌ترین یا کارآمدترین یا دقیق‌ترین آن‌ها کنیم، امیدواریم که سامانه‌های ویرایش ژن جدیدی وجود داشته باشند که می‌توانند کارها را بهتر از سامانه‌هایی که قبلاً داشتیم انجام دهند.

در کوتاه‌مدت، فینکلشتاین می‌گوید که بسیاری از این سامانه‌های جدید باید با باکتری‌های مهندسی ژنتیک سازگار شوند.

وی همچنین گفت که چالش درازمدت این است که سامانه‌ها را برای کار در سلول‌هایمان «بومی‌سازی» کنیم.

درنهایت فینکلشتاین می‌گوید: هدف نهایی این است که این کار در سلول‌های پستانداران نتیجه دهد.

 

اطلاعات بیشتر: جیمز آر. ریبارسکی و همکاران، کشف متاژنومیک ترانسپوزون های مرتبط با CRISPR،

مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (۲۰۲۱). DOI: 10.1073/pnas.2112279118

ارائه شده توسط دانشگاه تگزاس در آستین

ابزارهای جدید بالقوه ویرایش ژن کشف شد!

شبه‌علم یا افسانهٔ آزمایش پنج میمون (Experiment with five monkeys)

شبه‌علم یا افسانهٔ آزمایش پنج میمون یا  Experiment with five monkeys دلیلی بر تقویت مهارت تفکر انتقادی و نپذیرفتن بدون سند ادعاهای دیگران هست و یکی از دلایل آن است که باید برای هر ادعایی در حوزه علم سند و مدرک قابل‌آزمایش ارائه شود.

احتمالاً تاکنون «آزمایش پنج میمون» را شنیده‌اید. شرح این «آزمایش» در تعداد بی‌شماری کتاب و وب‌سایت و صفحهٔ اجتماعی و غیره آمده است. افراد مختلف نیز از آن انواع و اقسام پندهای اخلاقی گرفته‌اند.

اما این‌یک افسانه و دروغ بزرگ است و تاکنون این آزمایش انجام‌نشده است.افسانه آزمایش معروف پنج میمون و نردبان موز - فائز

بهتر است ابتدا شرح این «آزمایش» را بخوانیم:

گروهی از دانشمندان ۵ میمون را داخل قفسی قراردادند و در وسط قفس یک نردبان و بالای آن نردبان موز گذاشتند.

هرزمانی که میمونی برای برداشتن موز بالای نردبان می‌رفت، دانشمندان بر روی سایر میمون‌ها آب سرد می‌پاشیدند و به آن‌ها شوک وارد می‌کردند.

پس از مدتی، هر میمونی که سعی می‌کرد از نردبان بالا برود، میمون‌های دیگر تا می‌توانستند او را کتک می‌زدند و دیگر پس از مدتی دیگر هیچ میمونی علی‌رغم وسوسه‌ای که داشت جرئت بالا رفتن از نردبان را به خود نمی‌داد.

دانشمندان تصمیم می‌گیرند یکی از میمون‌ها را با میمون جدیدی عوض کنند، میمون تازه‌وارد اولین کاری که می‌کند برای به دست آوردن موز می‌خواهد از نردبان بالا برود؛ اما مثل سابق سایر میمون‌ها تا می‌توانستند آن میمون جدید را زیر بار کتک می‌گرفتند. پس از چند بار کتک خوردن، میمون تازه‌وارد یاد می‌گیرد که نبایستی از نردبان بالا برود. هرچند دلیل این ممانعت را کماکان نمی‌داند.

میمون دوم جایگزین می‌شود و همان وضع ادامه می‌یابد، جالب اینجاست میمون اول هم در کتک زدن میمون دوم همکاری می‌کند.

سومین میمون هم جایگزین شد و دوباره همان اتفاق (کتک خوردن) تکرار شد.

میمون چهارم جایگزین می‌شود و همچنان کتک زدن هر میمونی که از نردبان بالا می‌رود ادامه دارد و درنهایت میمون پنجم هم جایگزین می‌شود و کتک زدن و کتک خوردن همچنان ادامه می‌یابد.

حالا آنچه مانده میمون‌های جدیدی هستند که حتی هیچ‌کدامشان دوش آب سرد را هرگز تجربه نکرده‌اند، ولی همچنان هر میمونی که از نردبان بالا می‌رود را کتک می‌زنند.

اگر ممکن بود آزمایش را ادامه دهیم و فرضاً بتوانیم از میمون‌ها سؤال بپرسیم چرا هر میمونی که سمت نردبان می‌رود کتکش می‌زنید، احتمالاً جواب آن‌ها یکی از موارد زیر باشد:

۱. نمی‌دانم! این رسم است. همه این کار را می‌کنند.

۲. من نمی‌دانم! این روش کاری است که در اینجا مرسوم است.

۳. باید به آیین و رسوم احترام بگذاری و تبعیت کنی.

بسیار جالب! اما آیا چنین آزمایشی اصلاً انجام‌شده است؟

خیر. این آزمایش توسط هیچ دانشمندی انجام‌نشده است.

«آزمایش پنج میمون» (five monkeys experiment) فقط یک شایعه است که به‌عنوان علم به خورد مردم داده می‌شود.

 

داستان از کجا شروع شد؟

به نظر می‌رسد که این داستان از کتاب «رقابت برای آینده» به قلم Gary Hamel و C. K. Prahalad سرچشمه گرفته است. در این کتاب، نویسندگان صرفاً داستان این «آزمایش» را تعریف می‌کنند؛ بدون هیچ‌گونه استنادی به یک پژوهش واقعی یا حتی ذکر نام دانشمندی که آن را انجام داده باشد. آن‌ها صرفاً به عبارت «یکی از دوستان ما یک‌بار تعریف کرد…» اکتفا می‌کنند. همین و همین.

همین کافی بوده تا این به‌اصطلاح «آزمایش علمی» توسط دیگر نویسندگان و مشاورین باور شده و در هزاران کتاب، مطلب، وب‌سایت و غیره تکرار شود. حتی عده‌ای از راویان این داستان، برای آن رفرنس نیز جعل کرده‌اند.

آن‌ها برای اینکه حرفشان بی سند و مدرک به نظر نیاید، نام پژوهشی که توسط دانشمندی به نام G.R. Stephenson بر روی میمون‌های رزوس انجام‌شده را می‌آورند. لینک دریافت مقالهٔ این پژوهش در بخش انتهایی این پست قرارگرفته است.

اما آیا این پژوهش، همان «آزمایش پنج میمون» است؟ به‌هیچ‌وجه.

آیا استفنسون پنج میمون را در اتاقی گذاشت و نردبانی قرارداد تا اگر از آن بالا رفتند تا به موز برسند، بر آن‌ها آب پاشیده شود؟ خیر.

پنج میمونی در کار نبوده، نردبان و موزی در کار نبوده؛ مجازات آب‌پاشی در کار نبوده؛ هدف آزمایش نیز مطالعهٔ رفتار گله‌ای یا تقلید گروهی و سنت‌های نهادینه‌شده و … نبوده؛ چنین نتایج یا تفسیری هم از آزمایش او به دست نیامده است.

فقط کافی است اصل مقاله را نگاهی بی اندازید تا ببینید که این آزمایش هیچ ارتباطی به افسانهٔ «آزمایش پنج میمون» ندارد.

«دانشمندان می‌گویند…»

هرزمانی که مطالبی تحت عنوان «دانشمندان می‌گویند…» و یا «در تحقیقات دانشمندان مشخص شد که…» را شنیدید، می‌بایست بپرسید که کدام دانشمندان و طبق کدام پژوهش و شواهد؟

اگر پژوهشی در کار است، مقاله‌اش در کدام نشریهٔ علمی و در چه زمانی منتشرشده است؟ این سؤالات اهمیت دارند چراکه اگر آن‌ها را نپرسید، به‌راحتی فریب می‌خورید.

برای مثال یکی از وب‌سایت‌هایی که همین شایعهٔ «آزمایش پنج میمون» را با آن رفرنس جعلی منتشر کرده، وب‌سایت «Harvard Business Review» است. کتابی که گفتیم کل این شایعه از آن سرچشمه گرفته نیز توسط انتشارات Harvard Business Review Press منتشرشده بود. بدون این سؤال‌ها و بررسی پژوهش، ممکن بود حتی با جستجو گوگل نیز به‌سادگی فریب نام هاروارد را خورده و این داستان بی‌اساس را به‌عنوان یک آزمایش علمی معتبر باور کنید.

پس بیاید زین پس با تقویت مهارت تفکر انتقادی در دام شیادان و حقه‌بازان شبه‌علمی گرفتار نشویم و دیگران را هم از این مطلب آگاه کنیم.

منابع:

جزییات بیشتر را در اینجا ببینید.

مطلب وب‌سایت Harvard Business Review

لینک دریافت مقالهٔ G.R. Stephenson

 

همچنین اینجا را ببینید.