نگاهى به خواص شگفت انگيز آب

خلاصه  مطلب
۱- مجموعه دستاوردهي اخير علمي در مورد آب، حاكي از آن است كه زمان آن فرا رسيده كه ديدگاه خود را نسبت به اين اكسير شگفت انگيز حيات متحول كنيم.
۲- تا پيش از اين، تصور بر آن بود كه تمامي ويژگي هي آب صرفاً  توسط دانش شيمي قابل تبيين است اما اكنون اين پندار توسط برخي از دانشمندان به چالش كشيده شده است.
۳- ارتعاشات كوانتومي خلأ خود را در رفتار مولكول آب متجلي مي كند.
۴- ممكن است آب داري نوعي حافظه باشد و بتواند اطلاعات محيط پيرامون خود را در خود ثبت كند.
۵- با جدي تر گرفتن پژوهش هايي نظير هوميوپاتي، ممكن است انسان بتواند به حقايق مهم تري در مورد آب، اين اكسير حيات پي ببرد.

شايد تا به حال، هنگام نوشيدن جرعه هي خنك آب، اين سئوال از ذهنتان گذشته باشد كه به راستي در اين مايع حيات بخش چه اسراري نهفته است؟ آيا اين مايع فقط همان H2O است كه در درس شيمي مدرسه مي خوانديم، يا اينكه ويژگي هي ناشناخته بسياري در اين اكسير حيات پنهان است؟ البته اگر پژوهش هي انجام شده در مورد آب را به طور جدي دنبال مي كنيد، احتمالاً نام ماسارو اموتو (Masaru Emoto) را هم شنيده ايد. اموتو با پژوهش هي خود نشان داد كه آب نسبت به احساسات و ادراكات محيط پيرامون خود واكنش نشان مي دهد. به عنوان مثال، وي نشان داد كه بلورهي يخ حاصل از ظرف آبي كه يك راهب ذن آن را تقديس كرده است، بسيار زيباتر از بلورهايي هستند كه تحت تاثير احساسات منفي بوده اند. اموتو در كتاب پرفروش خود جزئيات تحقيقاتش را به طور كامل شرح مي دهد. (در سال گذشته حتي فيلمي هم به نام What the Bleep بر مبني اين كتاب ساخته شد.)

البته بسياري از دانشمندان نسبت به دستاوردهي اموتو با ديده ترديد مي نگرند زيرا يافته هي اموتو درباره آب، چندان از روش متعارف علمي تبعيت نمي كند چراكه اين نتايج عموماً دست چين شده بوده و در شرايطي غيرقابل تكرار انجام شده اند. اما اگرچه دستاوردهي اموتو به لحاظ علمي چندان جدي گرفته نشده  است ولي آخرين يافته هي دقيق علمي در مورد اين مايع حيات بخش، نتايجي به همان اندازه شگفت انگيز در پي داشته است.
اكنون بر اساس دستاوردهي علمي چنين به نظر مي رسد كه تاثير آب بر روي ارگانيسم هي زنده، تاثيري فراتر از فرآيندهي شيميايي صرف باشد. در واقع بايد گفت كه دو عامل آب و حيات از درون و در عميق ترين فرآيند كيهان با همديگر در ارتباط هستند و اين ايده حتي از عجيب ترين ديدگاه هي شرقي نسبت به حيات هم شگفت انگيزتر است.
البته پيش از دستاوردهي اخير دنيي علم در مورد آب، باز هم در يك نگاه مي شد دريافت كه تمامي دانشمندان اذعان دارند كه اين ماده ويژگي هي عجيبي دارد كه آن را بري حيات ضروري كرده است. به عنوان مثال، اين واقعيت كه آب جامد – يعني يخ – برخلاف ساير مواد، نسبت به فاز مايع خود چگالي كم تري دارد، از انجماد اقيانوس ها و محو شدن حيات در زمين جلوگيري كرده است. همين طور مقاومت بالي آب در برابر تغييرات دما، نقش مؤثري در متعادل كردن نوسان هي دمايي آب و هوي كره زمين داشته و همين امر به ارگانيسم هي زنده فرصت لازم را بري تطبيق خود با شرايط محيطي داده است.
اما پژوهش هي اخير نشان مي دهد كه فرمول شيميايي ساده آب، همان عاملي است كه اغلب دانشمندان را در شناخت نكات ظريفي كه در پشت ويژگي هي شگفت انگيز اين اكسير حيات وجود دارد، دچار اشتباه كرده است. در واقع بايد توجه داشت كه نكته كليدي در مورد بسياري از ويژگي هي آب، پيوند شيميايي بين اتم اكسيژن با دو اتم هيدروژني كه اين مولكول را تشكيل مي دهند، نيست بلكه نكته كليدي در پيوند بين اتم هي هيدروژن در مولكول هي مختلف آب با همديگر است. اين پيوندهي هيدروژني حداقل ۱۰ مرتبه از يك پيوند شيميايي معمولي ضعيف ترند و اين بدان معني است كه اگرچه اين پيوندها قادرند مولكول هي آب را به همديگر اتصال دهند، اما در عين حال به راحتي هم در دمي اتاق شكسته مي شوند.
بنابراين يك قطره آب در واقع دريايي پرتلاطم از مبارزه ميان نظم و بي نظمي است كه در آن ساختارها به طور مستمر شكل گرفته و از  بين مي روند. همين امر منجر به ده ها ويژگي عجيب و غيرعادي آب مي شود (از دارا بودن نقطه جوشي به اندازه ۱۵۰ درجه سانتي گراد بالاتر از ساير مايعات مشابه گرفته تا مقاومت بسيار بالي آن در برابر تراكم).
هرچند تمامي پيوندهي موثر بر مولكول آب اساساً در نتيجه تاثيرهي كوانتومي شكل مي گيرند اما در اين ميان، پيوندهي هيدروژني تحت تاثير يكي از شگفت انگيزترين اين پديده هي كوانتومي به نام «ارتعاشات نقطه صفر» هستند. اين ارتعاشات كه همواره و در تمامي گستره جهان وجود دارند، در واقع حاصل اصل مشهور عدم قطعيت هايزنبرگ هستند كه براساس آن يك سيستم نمي تواند در يك لحظه زماني، مقدار انرژي كاملاً مشخصي داشته باشد. به همين دليل هم حتي اگر دمي جهان به نقطه صفر مطلق رسيده و منجمد شود باز هم اين ارتعاشات نقطه صفر كه از انرژي فضي تهي (خلاء) حاصل مي شوند به قوت خود باقي خواهند ماند.
• مسير كوانتومي حيات
ارتعاش هي نقطه صفرنقش مهمي ايفا مي كنند، به ويژه در موردآب. اين ارتعاشات درواقع به افزايش طول پيوند بين اتم هي هيدروژن و اتم اكسيژن موجود در مولكول آب منجر مي شوند. همين امر سبب خواهد شد كه مولكول هي آب، با سهولت بيشتري با ساير مولكول هي مجاور خود پيوند برقرار كنند. حاصل اين امر، سيالي پيوسته و يكپارچه است كه سياره ما را زنده نگاه مي دارد.
فليكس فرانكز (Felix Franks) از دانشگاه كمبريج، تصوير جالبي را از نقش حياتي اين اثر كوانتومي در رفتار آب ارائه مي دهد. او مي گويد: «مقداري آب را برداريد و به جي اتم هي هيدروژن مولكول هي آن، ايزوتوپ سنگين تر هيدروژن يعني دوتريوم را جايگزين كنيد. در اين صورت به مايعي خواهيد رسيد كه اگرچه خواص شيميايي آن همانند آب است اما بري تمامي گونه هي حيات – غير از ارگانيسم هي بسيار ابتدايي – سمي و مهلك است.» فرانكز معتقد است كه در اينجا تنها تفاوت به تاثير انرژي نقطه صفر بازمي گردد.
اكنون تعداد پژوهشگراني كه به تحقيق بر روي اين ارتباط عميق ميان تأثيرات كوانتومي و حيات مي پردازند به طور مستمر رو به افزايش است. پيشرفت هي اخير در روش هي نظري، تكنيك هي تجربي و توان محاسباتي ابررايانه ها نيز امكان مطالعه نحوه برهم كنش آب با DNA، پروتئين ها و سلول ها را با دقت بي نظيري ميسر كرده است.

نتايج چنين پژوهش هايي اغلب غيرمنتظره بوده و تمامي فرض هي ساده موجود در مورد چگونگي كاركرد حيات را به چالش مي كشد. اكنون به طور يقين مي توان گفت كه ديدگاه مرسوم موجود كه سعي دارد تمامي اسرار حيات را صرفاً در مجموعه ي از ژن ها و پروتئين ها خلاصه كند، به طور مضحكي ساده لوحانه به نظر مي رسد، چراكه اينك مشخص شده است كه همين ژن ها و پروتئين ها بدون كمك مستقيم اكسير بي رنگ و بي بوي حيات، حتي قادر به انجام ابتدايي ترين وظايف خود هم نيستند. دكتر فرانكز مي گويد: «بدون آب، تنها با واكنش هي شيميايي مواجه هستيم اما در حضور آب، واكنش هي زيست شناختي شكل مي گيرند.»
برخي از مهم ترين شواهد در اين ارتباط از مطالعه پروتئين ها حاصل مي شود. اين مولكول ها كه براساس دستورات DNA، از زنجيره ي از آمينواسيدها تشكيل مي شوند در واقع مولكول هايي هستند كه بار حيات را به دوش مي كشند. آنها انبوهي از وظيفه هي كليدي – از مبارزه با دشمنان گرفته تا ساختن سلول هي جديد – را بر عهده دارند. كاركرد دقيق اين مولكول ها به شدت به شكل فيزيكي آنها وابسته است. هرچند مدت هاست كه مشخص شده است شكل دهي صحيح اين پروتئين ها توسط مولكول هي آب صورت مي گيرد، اما جزئيات اين فرآيند تا همين چند ماه پيش نامشخص بود.
آنچه اخيراً پژوهشگران كشف كرده اند تاثير متقابل شگفت انگيز و دقيق بين پروتئين ها و مولكول هي آب است كه توسط پيوندهي مهم هيدروژني آب، هماهنگ مي شود. در ماه ژانويه (دي ماه ۸۴)، فلورين گارچارك
(Florian Garczarek) و كلاوس گرورت
(Klaus Gerwert) از بخش بيوفيزيك دانشگاه رور (Ruhr) در آلمان، نتايج جالب پژوهش هي خود را در مورد نقش مولكول آب در برهم كنش با پروتئيني به نام باكتريورهادوپسين (Bacteriorhodopsin) كه در جداره بيروني گونه هي اوليه حيات يافت مي شود، ارائه كردند.
باكتريورهادوپسين، پروتئيني است كه نوع ساده ي از فتوسنتز را انجام مي دهد و به كمك نور، منبعي از انرژي شيميايي ايجاد مي كند. محققان از مدت ها قبل بر اين باور بودند كه علت اين فرآيند، جابه جايي پروتون هي اطراف مولكول بر اثر تابش نور است. با جابه جايي اين پروتون ها، يك تغيير نسبي بار ايجاد مي شود كه خود همانند يك باتري شيميايي عمل مي كند. اما مي دانيم كه تنها منبع پروتون در اطراف پروتئين، همان هسته هي اتم هيدروژن مولكول هي آبي است كه در ساختار پروتئين مزبور محصور شده اند. تا پيش از اين، هيچ كس سازوكار دقيق اين واكنش را كشف نكرده بود تا اينكه نوبت به گارچارك وگرورت رسيد. اين دو محقق دريافتند كه شكل مولكول پروتئين به واسطه تابش نور (برخورد فوتون ها) تغيير كرده و همين امر به شكسته شدن برخي از پيوندهي هيدروژني بين مولكول هي آب محصور در پروتئين منجر مي شود. اين مسئله خود به وقوع زنجيره ي از رويدادها منجر خواهد شد كه به واسطه آنها مولكول هي توده هي بيروني آب با برهم كنش هي خود، پروتون ها را در داخل مولكول پروتئين جابه جا مي كنند.
تمامي اين فرآيند شگفت انگيز تنها به واسطه رفتار كوانتومي پيوندهي هيدروژني آب ميسر مي شود. گارچارك در اين باره مي گويد: «در اين امر، وجود پيوندهايي كه به راحتي تشكيل شده و در عين حال، به سهولت نيز شكسته مي شوند، يك عامل بسيار مهم محسوب مي شود.»
پيوندهي هيدروژني در كاركرد يكي ديگر از اجزي كليدي حيات يعني مولكول DNA نيز نقشي حياتي ايفا مي كنند. در واقع بايد گفت كه بر اساس شواهد جديد، ديگر نمي توان مولكول DNA را بدون در نظر گرفتن آب، به عنوان مارپيچ حيات ناميد.
بري آنكه DNA بتواند وظيفه هي زيست شناختي خود را به خوبي انجام دهد، بايد بتواند كارهايي نظير پيچ خوردن، چرخيدن و برقراري اتصال با پروتئين ها (آن هم دقيقاً در نقطه مناسب) انجام دهد. ممكن است در نگاه اول، انجام چنين كارهايي بري مولكول رشته ي يك متري بلندي نظير DNA چندان دشوار به نظر نرسد. اما اگر به مقياس واقعي انجام چنين واكنش هايي توجه كنيم، مشخص خواهد شد كه در چنين مقياسي، DNA بسان يك مولكول صلب عمل خواهد كرد. بنابراين بري دانشمندان سئوالي اساسي مطرح مي شود: پروتئين ها چگونه مي توانند دقيقاً در نقطه مناسب با DNA پيوند برقرار كنند؟
بنابر نظر زيست شيميدان ها، مولكول هي آب در اين امر، نقش بسيار مهمي ايفا مي كنند. در واقع، چنين به نظر مي رسد كه ميزان تجمع مولكول هي آب در اطراف مولكول DNA، با فعاليت هي زيست شناختي اين مولكول مرتبط باشد. مسئله اساسي زماني اتفاق مي افتد كه آب، به سطح مولكول DNA نزديك مي شود. با كشيده شدن مولكول هي آب به سوي مولكول DNA، شبكه پر جوش و خروش پيوندهي هيدروژني آب دچار اغتشاش شده و نتيجتاً حركت تك تك مولكول هي آب، شديدتر خواهد شد.
جديدترين پژوهش ها بر روي اين پرسش متمركز شده است كه در نقاط تماس مولكول هي آب با DNA چه اتفاقي مي افتد؟ نتايج حاصل از اين پژوهش ها حاكي از آن است كه مولكول هي آب، در اطراف برخي از جفت بازهي DNA، نسبت به ساير جفت بازها توقف بيشتري كرده و چرخش آرام تري نيز دارند. همينجاست كه ارتباط بين ميزان آبپوشي بخش هي مختلف مولكول DNA با فعاليت زيست شناختي آن روشن تر مي شود. همانطور كه مي دانيم، جفت بازهي روي مولكول DNA، اجزي تشكيل دهنده ژن ها هستند و توالي همين جفت بازهاست كه نحوه اتصال آمينواسيدها به همديگر بري ساختن پروتئين ها را مشخص مي كند. حال چنانچه مدت زمان توقف مولكول هي آب در اطراف اين جفت بازها متفاوت باشد پس ميزان آبپوشي بخش هي مختلف مولكول DNA مي تواند مشخص كننده نحوه توالي جفت بازها در آن بخش مولكول باشد.
مونيكا فاكس رايتر (Monika Fuxreiter) از مركز تحقيقات زيست شناسي فرهنگستان علوم مجارستان در بوداپست معتقد است كه همين مسئله، نحوه برهم كنش پروتئين ها با DNA را توضيح مي دهد. او و همكارانش موفق به ارائه شبيه سازي رايانه ي برهم كنش DNA با پروتئيني به نام BamHI شده اند. اين شبيه سازي به خوبي نشان مي دهد كه چگونه DNA به كمك مولكول آب، از نقاط مشخصي شكسته مي شود تا با پروتئين ها پيوند برقرار كند.
براساس اين شبيه سازي، وقتي كه مولكول پروتئين هنوز با DNA فاصله دارد، مولكول هي آب، توالي ژنتيكي DNA را به آن «مخابره» مي كنند. با نزديك تر شدن پروتئين به DNA، مولكول هي آب كنار مي روند تا پيوند ميان پروتئين و DNA برقرار شود.
براساس شبيه سازي فاكس رايتر، مولكول هي آب، سطوح مختلف آبپوشي حول DNA را توسط نيروهي الكترواستاتيك به پروتئين اعلام مي كنند. مولكول هي آب حتي مي توانند وجود نقص هايي را در ساختار DNA تشخيص داده و پيش از رسيدن پروتئين به آن گزارش دهند. فاكس رايتر مي گويد: «چنانچه بخشي از DNA دچار نقصي شده باشد، توسط تعداد بيشتري از مولكول هي آب احاطه شده و نتيجتاً پروتئين نمي تواند با آن بخش ارتباط برقرار كند و بنابراين به سوي بخش ديگري از DNA مي رود كه به لحاظ زيست شناختي در وضعيت مناسبي است.»
اينك بسياري از محققان پذيرفته اند كه آب چيزي بيش از هيدروژن و اكسيژن تنها است. اما روستام روي
(Rustum Roy) پژوهشگر علم مواد در دانشگاه ايالتي پنسيلوانيا پا را از اين هم فراتر مي گذارد. او معتقد است كه زمان آن فرارسيده است كه در نگرش علمي خود نسبت به آب ( كه مدت هي طولاني در انحصار علم شيمي بود ) تحولي اساسي ايجاد كنيم. روي مي گويد: «اينكه بگوييم همه چيز صرفاً براساس تركيبات شيميايي ايجاد مي شود كاملاً عبث و نامعقول است.» روي و همكارانش در دسامبر گذشته (آذر ماه ۸۴) طي مقاله ي در نشريه Materials Research Innovations خواستار بررسي دقيق تر و جدي تر يكي از بحث برانگيزترين ادعاها در مورد آب شدند: اينكه آب داري نوعي «حافظه» است.
اين ايده كه آب مي تواند اطلاعات موادي كه در آن حل مي شود را همچنان در خود حفظ كند مدت هاست به عنوان يكي از سازوكارهي احتمالي روش درماني هوميوپاتي مطرح شده است. همان طور كه مي دانيد، محلول هي دارويي مورد استفاده در هوميوپاتي، آن قدر رقيق مي شوند كه در عمل مي توان گفت حتي يك مولكول از ماده حل شده اوليه نيز در آنها يافت نمي شود. بنابراين يك سئوال مهم بري دانشمندان ايجاد مي شود: چگونه ممكن است چنين آبي كه به لحاظ شيميايي عملاً با آب خالص تفاوتي ندارد خواص درماني داشته باشد؟
روي معتقد است كه چنين سئوالي ناشي از يك نگاه بسيار ساده انگارانه نسبت به آب است، ديدگاهي كه آن را از كتاب هي شيمي مدرسه باور كرده ايم. اما اخيراً مشخص شده است كه آب قادر است رفتارهايي از خود بروز دهد كه از حد رفتارهي شيميايي صرف فراتر است و چنين رفتارهايي ممكن است بتوانند نوعي حافظه را در آب ايجاد كنند. بنابر نظر روي يكي از اين راه ها سازوكاري به نام برآرايي (Epitaxy) است. در اين سازوكار، از ساختار اتمي يك ماده، به عنوان مبنايي بري القي همان ساختار در مواد ديگر استفاده مي شود.
• ناشناخته هي آب
امروزه استفاده از روش برآرايي، به روالي عادي و متداول در صنعت توليد ريزپردازنده ها بدل شده است. روي معتقد است كه آب نيز در طبيعت، سازوكار برآرايي را از خود نشان مي دهد. او نحوه تشكيل ابرها در آسمان را مثال مي زند. هسته اوليه ابرها از طريق رشد بلورهي يخ بر روي زيرلايه ي از يديد نقره حاصل مي شود و بلورهي يخ حاصل، همان ساختار بلوري يديد نقره را دارند و اين درحالي است كه هيچ واكنش شيميايي مابين يديد نقره و آب انجام نمي شود.
علاوه بر اين، روي و همكارانش به مورد ديگري نيز (كه اغلب توسط دانشمنداني كه سعي در انكار صحت هوميوپاتي دارند ناديده گرفته مي شود) اشاره مي كنند و آن نحوه تكان دادن شديد محلول ها در فرآيند توليد داروهي هوميوپاتي است. گروه پژوهشي روي تخمين مي زند كه امواج ضربه ي حاصل از چنين تكان هي شديدي مي تواند فشار را در برخي از نواحي دروني آب به بيش از ده هزار اتمسفر برساند و همين امر مي تواند به تغييراتي اساسي در ويژگي هي مولكول هي آب منجر شود.
روي معتقد است كه دانشمندان با جدي گرفتن هوميوپاتي ممكن است به ويژگي هي بنيادين جديدي از آب كه تاكنون بري بشر ناشناخته بود، پي ببرند.
به هر حال، آنچه مسلم است اين است كه آخرين اكتشافات علمي، از لزوم تغيير نگرش انسان نسبت به آب و ارتباط بسيار عميق تر آن با حيات خبر مي دهند. اكنون مي دانيم كه نقش بنيادي ترين ارتعاش هي كوانتومي هستي در آب متجلي مي شود و همين ارتعاش ها، به واسطه آب، با حيات پيوند مي خورد. اينگونه است كه آب مي تواند به تركيب هي شيميايي بي جان حيات بخشد. پس اين بار كه جرعه ي آب مي نوشيد، به خاطر داشته باشد كه اين آب شما را با ارتعاش هي بي پايان كيهاني ارتباط مي دهد و هنوز هم ناشناخته هي بسياري در اين اكسير بي رنگ، بي طعم، بي بو و به ظاهر ساده حيات وجود دارد.
New Scientist, 8 Apr.2006

رابرت ماتيوز
ترجمه: شهاب شعري مقدم  – رونامه شرق