بعيدا عن الأهمية العلمية لنظرية الكَم في فهم كيمياء الحياة، فإن ثمة علاقات شخصية مباشرة بين بعض الشخصيات الرائدة في قصة الكم واكتشاف البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي؛ جزيء الحياة. اكتشف لورانس براج ووالده ويليام القوانين التي تصفُ. حيود أشعة إكس من البلورات أثناء عملهما في مختبر كافنديش في السنوات التي سبقت الحرب العالمية الأولى، وقد حصلا مناصفةً على جائزة نوبل عن هذا الاكتشاف، وكان لورانس في سن مبكرة في ذلك الوقت (سنة 1915، عندما كان ضابطًا في الخدمة بفرنسا) وظل على قيد الحياة (مع أنه خدم في فرنسا أثناء الحرب العالمية الأولى) ليحتفل باليوبيل الذهبي لهذه المناسبة بعد خمسين سنة. اشتهر براج الأب في البداية في الفيزياء بدراساته، لأشعة ألفا وبيتا وجاما، وقد أثبت في السنوات الأخيرة من العقد الأول من القرن العشرين أن أشعة جاما وأشعة إكس تسلكان مسلك الجسيمات من بعض النواحي. ومع ذلك يعتمد قانون براج لحيود أشعة إكس، الذي هو أساس حل ألغاز بنية البلورات، على الخصائص الموجية لأشعة إكس التي ترتد عن الذرات في البلورة. وتعتمد أنماط التداخل الناتجة عن ذلك على مقدار المسافة بين الذرات في البلورة وعلى الطول الموجي لأشعة إكس، وقد تطورت هذه التقنية على أيد خبيرة بحيث تحدد مواقع الذرات المفردة حتى في البنى البلورية المعقدة.

ثم جاءت الفكرة التي أدت إلى قانون براج سنة ،1912 وكانت في الأساس فكرة لورانس براج، الذي بحلول أواخر الثلاثينيات من القرن العشرين كان يشغل منصب أستاذ الفيزياء بمختبر كافنديش في كامبريدج (خَلفًا لرذرفورد الذي توفي سنة ١٩٣٧) وكان لا يزال منهمكا في أبحاثه في مجال أشعة إكس ضمن أشياء أخرى كثيرة. وشهد هذا العقد بداية إحراز التقدُّم في علم «الفيزياء الحيوية» الجديد. وقد أسفر البحث الرائد لجيه دي برنال في تحديد بنية الجزيئات البيولوجية وتكوينها بواسطة حيود أشعة إكس عن دراسات تفصيلية لجزيئات البروتين المعقدة المسئولة عن تنفيذ الكثير من وظائف الحياة. وقد اقتسم الباحثان ماكس بيروتس وجون كندرو، جائزة نوبل في الكيمياء لسنة 1962 عن تحديد بنى الهيموجلوبين (الجزيء الذي ينقل الأكسجين في الدم) والميوجلوبين (بروتين العضلات) نتيجةً للأبحاث التي بدأت في كامبريدج قبل الحرب العالمية الثانية. ومع ذلك، فإن الشخصين اللذين يرتبط اسمهما دائمًا في هذا الاكتشاف بأصول البيولوجيا الجزيئية ونشأتها هما الشابان «الثوريان فرانسيس كريك وجيمس واطسون اللذان وضعا النموذج الحلزوني المزدوج للحمض النووي في بداية خمسينيات القرن العشرين، وحصلا على جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب» (واقتسماها مع موريس ويلكينس) أيضًا سنة 1962. ومن الجدير بالإعجاب تلك المرونة التي أبدتها لجنة نوبل في إدارتها لتكريم الرواد المختلفين في مجال الفيزياء الحيوية، وذلك بمنح الجوائز في السنة نفسها تحت عنوان «الكيمياء» و «الفسيولوجيا»، ولكن مع الأسف حالت القواعد الصارمة التي لا تجيز منح الجائزة بعد الوفاة دون منح جزء من جائزة كريك-واطسون-ويلكينس إلى زميلة ويلكينس روزاليند فرانكلين التي أنجزت القدر الأكبر من بحث علم البلورات الأساسي الذي اكتُشفت من خلاله بنية الحمض النووي، حيث أنها تُوفِّيت سنة 1958 في السابعة والثلاثين من عمرها. وقد أشار واطسون - الناشط النسوي اللاذع - في كتابه «الحلزون المزدوج» إلى دور فرانكلين في هذا الاكتشاف، والكتاب عبارة عن سرد شخصي رائع للفترة التي قضاها في كامبريدج، وهو مسل إلى حدٍّ كبير لكنه لا يقدم صورة منصفة ودقيقة عن زملائه أو حتى عن نفسه.

كانت الأبحاث التي قادت واطسون وكريك إلى اكتشاف بنية الحمض النووي قد أجريت في مختبر كافنديش؛ حيث كان براج ما زال في السلطة. ويصف واطسون، الذي كان وقتها شابا أمريكيا موجودًا في أوروبا لإجراء أبحاث ما بعد الدكتوراه، في كتابه كيف التقى براج لأول مرة عندما كان يسعى إلى الحصول على تصريح للعمل في كافنديش. خرج الرجل ذو الشارب الأبيض، الذي كان في ذلك الوقت في بداية الستينيات من عمره، على واطسون الشاب كأحدِ المعالم الأثرية من الماضي العلمي، ولا شك أنه أصبح حينئذٍ يُمضي معظم أيامه جالسًا في نوادي لندن. حصل واطسون على التصريح واندهش بالاهتمام البالغ الذي أبداه براج بالبحث؛ حيث قدَّم له إرشادات قيمة - وإن لم تكن دومًا موضع ترحيب في سبيل حل مشكلة الحمض النووي. أما فرانسيس كريك، فمع أنه كان أكبر سنا. من واطسون إلا أنه كان من الناحية التخصصية لا يزال طالبا يباشر رسالته لنيل درجة الدكتوراه. واعترضت الحرب العالمية الثانية، مثل كثيرين من أبناء جيله، مسيرته العلمية، مع أن ذلك ربما لا يكون أمرًا غير محمود في حالته. وقد تلقى تدريبه في الأساس كفيزيائي، ولم يتحول إلى العلوم البيولوجية إلا في أواخر أربعينيات القرن العشرين وهو القرار الذي كان إلى حد كبير بإيحاء من كتاب صغير كتبه شرودنجر ونُشِر سنة ١٩٤٤. كان عنوان الكتاب «ما الحياة؟» وهو كتاب كلاسيكي ما زال قيد الطبع وهو جدير بالمطالعة والبحث - يشرح فكرة أن الجزيئات الأساسية للحياة يمكن فهمها من خلال قوانين الفيزياء والجزيئات المهمة التي ينبغي تفسيرها في ضوء هذه القوانين هي الجينات التي تحمل معلومات عن كيفية بناء الجسم الحي وآلية عمله. عندما كتب شرودنجر كتابه «ما الحياة؟» كان يُعتقد أن الجينات مثل جزيئات حية أخرى كثيرة، مصنوعة من البروتين، ولكن في ذلك الوقت تقريبا كان يجري العمل على بحث اكتشف أن الصفات الوراثية تنتقل بواسطة جزيئات حمض اسمه الحمض النووي الريبوزي المنقوص الأكسجين، وهو موجود في الأنوية المركزية للخلايا الحية. ⁽⁷⁾ وهكذا اكتشف كريك وواطسون الحمض النووي وحدَّدا بنيته باستخدام بيانات أشعة إكس التي حصل عليها ويلكينس وفرانكلين.

استعرضت وصفا تفصيليا لبنية الحمض النووي ودوره في العمليات الحيوية في کتاب آخر. ⁽⁸⁾ ولكن السمة الأساسية هي أن الحمض النووي عبارة عن جزيء مزدوج، مكون من ضفيرتين إحداهما ملتفة حول الأخرى. ويكون الترتيب الذي تنتظم به المركبات الكيميائية - المسماة قواعد - في سلسلة الحمض النووي حول محورها المركزي، هو المسئول عن نقل المعلومات التي تستخدمها الخلايا الحية لبناء جزيئات البروتين التي تنجز كل الوظائف، مثل نقل الأكسجين في الدم، أو مساعدة العضلات على أداء وظيفتها. ويمكن أن تنحلَّ ضفيرة من الحمض النووي جزئيا لتجعل سلسلة القواعد تعمل بمثابة «قالب» لبناء الجزيئات الأخرى، أو يمكنها أن تنحل تمامًا وتكرر نفسها بتوصيل كل قاعدة على طول سلسلة الضفيرة بنظيرتها بحيث تبني ضفيرة صورة طبق الأصل ومعكوسة من ذاتها مكونة بذلك حلزونًا مزدوجًا جديدًا. تستخدم العمليتان الحساء الكيميائي الموجود داخل الخلية الحية كمادة خام، وكلتا العمليتين أساسية للحياة. وأصبح الآن في مقدور الإنسان التلاعب بالرسائل المشفرة على طول الحمض النووي؛ حيث يعدل في التعليمات المشفرة في مخطط الحياة، وإن كان ذلك على الأقل في حالة بعض الكائنات الحية البسيطة نسبيا. يُعد هذا هو أساس الهندسة الوراثية. فمن الممكن تخليق أجزاء من المادة الوراثية - الحمض النووي. بواسطة مجموعة من التقنيات الكيميائية والبيولوجية، ومن الممكن تحفيز الكائنات الدقيقة مثل البكتيريا لالتقاط هذا الحمض النووي من الحساء الكيميائي في الوسط المحيط بها ودمجه في شفرتها الوراثية. وإذا أُعطيت المعلومات المشفرة عن كيفية صنع الأنسولين البشري سلالة من البكتيريا بهذه الطريقة، فإن مصانعها البيولوجية ستؤدي المهمة نفسها بالضبط؛ حيث تُنتج المادة اللازمة تمامًا لإعانة مرضى السكر على أن يحيوا حياةً طبيعية. ويُوشك أن يصبح الحُلم حقيقةً في تعديل المادة الوراثية البشرية للتخلص من العيوب التي تتسبب في مشكلات مثل مرض السكر في المقام الأول، ولا يوجد سبب نظري يحتم عدم تحقيقه. فقد تمكنا بالفعل من استخدام تقنيات الهندسة الوراثية في الحيوانات والنباتات الأخرى؛ حيث أنتجنا سلالات أجود من أجل الغذاء وغيره من المتطلبات البشرية.

مرة أخرى، يمكن إيجاد التفاصيل في مواضع آخر. ⁽⁹⁾ ولعل النقطة المهمة هي أننا جميعًا قد سمعنا بالهندسة الوراثية وقرأنا عن التوقعات المذهلة – والمخاطر – التي تَعِدُ بها في المستقبل. ومع ذلك، قليل من الناس هم مَنْ يدركون أن فهم الجزيئات الحية التي تجعل الهندسة الوراثية أمرًا ممكنا يعتمد على فهمنا الحالي لميكانيكا الكم التي لولاها ما تمكنا من تفسير بيانات حيود أشعة إكس فضلًا عن أي شيء آخر. وحتى نفهم كيفية بناء الجينات أو إعادة بنائها، علينا أن نفهم السبب والكيفية التي تجعل الذرات لا تتحد بعضها مع بعض إلا في نسق معيَّن على مسافات محددة بعضها من بعض، وبواسطة روابط كيميائية ذات قوة معينة. وهذا الفهم هو هدية فيزياء الكم إلى كلٌّ من الكيمياء والبيولوجيا الجزيئية.

لقد أسهبتُ في هذه النقطة على نحو أكبر إلى حد ما عما كنت لأفعل لو لم أكن عضوا في كلية جامعة ويلز. وفي مارس ۱۹۸۳، أشرتُ في عجالة من خلال مقال نقدي في مجلة «نيو ساينتست» أنه لولا نظرية الكَم لما كان هناك وجود للهندسة الوراثية، ولا حواسيب الحالة الصلبة، ولا محطات الطاقة النووية أو القنابل وقد أثار ذلك حفيظة أحد المراسلين في هذه المؤسسة الأكاديمية الموقرة إلى الحد الذي جعله ضجرًا برؤية الهندسة الوراثية تُجر إلى كل سياق بوصفها الكلمة العلمية الرنانة الجديدة، والتصريح بأن جون جريبين ينبغي ألا يُسمح له بالذهاب طليقا بهذه الملاحظات المفرطة في الخيال. فماذا عساها أن تكون الصلة المحتملة مهما كانت ضعيفة بين نظرية الكم وعلم الوراثة؟ وإنني أود أن تكون الصلة واضحةً هذه المرة. فمن جهة، من الممتع أن نستطيع الإشارة إلى حقيقة أن تحول كريك إلى الفيزياء الحيوية كان بإيعاز مباشر من شرودنجر، وأن البحث الذي أدى إلى اكتشاف الحلزون المزدوج للحمض النووي قد جرى تحت الإشراف الرسمي المباشر من لورانس براج، حتى وإن لم يكن موضع ترحيب أحيانًا، ومن جهة أعمق كان السبب وراء اهتمام الرواد مثل براج وشرودنجر والجيل التالي من الفيزيائيين أمثال كندرو وبيروتس وويلكينس وفرانكلين بالمشكلات البيولوجية، يُعزى بالطبع إلى أن هذه المشكلات كانت تمثل ببساطة نوعًا آخر من الفيزياء - كما أشار شرودنجر – وهو النوع الذي يتعامل مع مجموعات ذات أعداد كبيرة من الذرات في جزيئات معقدة.

وبدلا من التراجع عن هذا التعليق العابر الذي قلته في مجلة «نيو ساينتست»، فقد وددتُ التأكيد عليه. إذا طلبت من شخص ذكي وواسع الاطلاع – ولكنه ليس عالمًا – أن يلخص أهم مساهمات العلم في حياتنا الحالية، وأن يسرد فوائد التقدم العلمي ومخاطره في المستقبل القريب، فسوف تحصل بالتأكيد على قائمة تتضمن تكنولوجيا الحواسيب (الأتمتة، والبطالة والتسلية والروبوتات والطاقة النووية (القنبلة، والصواريخ الجوالة ومحطات الطاقة) والهندسة الوراثية (العقاقير الجديدة، والاستنساخ، وخطر الأمراض المخلقة، وسلالات المحاصيل المحسنة) والليزر (الهولوجرام، وأشعة الموت، والجراحة المجهرية الدقيقة والاتصالات). ومن المرجح أن الأغلبية العظمى من الأشخاص الذين طلب منهم ذلك قد سمعوا بنظرية النسبية، التي لا تلعب أي دور في حياتهم اليومية، وقلما أدرك أي منهم أنَّ كلَّ اسم في هذه القائمة له جذوره في ميكانيكا الكم، وهو فرع العلوم الذي ربما لم يسمع به أحدهم قط، ولم يفهمه بكل تأكيد.

إنهم ليسوا وحدهم في ذلك. فقد تحققت كل هذه الإنجازات عن طريق فن الطهي الكمي، باستخدام القواعد التي يبدو أنها تنجح على الرغم من أن لا أحد يعلم سبب نجاحها. وعلى الرغم من الإنجازات التي حدثت خلال العقود الستة الماضية، فمن غير المؤكد ما إذا كان أي أحد يفهم السبب وراء نجاح فن الطهي الكمي. وسوف نكرس بقية الكتاب لسبر أغوار بعض الأسرار الأكثر غموضًا التي يُغض الطرف عن مناقشتها غالبا، وللنظر في بعض الاحتمالات الواردة والمفارقات.

هوامش

(7) The original use of the same term “nucleus” for the central part of an atom was a deliberate echo of the already existing biological terminology.

(8) The First Chimpanzee, with Jeremy Cherfas.

(9) For example, in Man Made Life, by Jeremy Cherfas