تاريخ اكتشاف الأوكسجين وأثره على علوم البعث

الطريق الطويل لفهم الهواء

وقبل القرن الثامن عشر، كان الهواء يعتبر مادة وحيدة لا تقبل التجزئة أساسية للحياة، وقد اشتمل الفيلسوف اليونانيون القدماء مثل الإيمبيدوكليس وأرستوتل على الهواء بين العناصر الأساسية الأربعة، وقد استمر هذا الرأي لمدة حوالي ألفي سنة، حيث كان العلماء يحملون الجو كناقل بسيط للقوة الحيوية التي تحافظ على اللهب والبشر الحي، ولم تبدأ الطبيعة الحقيقية للهواء إلا عندما كانت الخواص الفلسفة الطبيعية.

وكان جان بابتيست فان هيلمونت، وهو طبيب فلمنشي يبلغ من العمر ١٧ عاما وكيميائي، من بين أوائل المميزات بين مختلف أنواع المواد التي تشبه الهواء، التي يطلق عليها " الغازات " المستمدة من " الشق " ، ولاحظ أن حرق الفحم والنبيذ الخصبي ينتجان مادة ثقيلة غير مرئية يمكن أن تطفئ اللهب.

نظرية الفلوجستون وغز الكم

وقد كانت النظرية الكيميائية المهيمنة للقرونين السابع عشر والثامن عشر هي اللغتين، التي وضعها الكيميائيان الألمانيان جوهان جواشيم بيكر وجورج إرنست ستال، ووفقا لهذه النظرية، فإن جميع المواد القابلة للاشتعال كانت تحتوي على " مبدأ حريق " - الفيروس الذي أطلق أثناء الحرق، وقد فقدت الشموعة الكمبيه في الهواء المحيط، مما ترك كمية أصغر من الثور.

وبحلول منتصف القرن السابع عشر، كان نموذج الفيوجيون تحت الضغط، ولاحظ المستكشفون أن بعض المعادن قد حصلت على وزن عندما تسخن في الهواء، وهي حقيقة تتعارض مع فكرة فقدان متلازمة لا وزن لها، وأن الهواء الذي ترك بعد الاحتراق لم يعد يمكنه دعم اللهب أو الحياة، ولكن لم يحدد أحد بعد ما يجري إزالته منها، وقد تم تحديد المرحلة لسلسلة من الاكتشافات الرائعة والمتزامنة تقريبا.

"الكشف عن "أوكسجين ثلاثة علماء، عنصر واحد

جوزيف بريسلي وديفيولوجي

وفي ١ آب/أغسطس ١٧٧٤، استخدم كاتب اللغة الانكليزية وعالم الهواة جوزيف بريسلي عدسة كبيرة مشتعلة لتركيز ضوء الشمس على عينة من أكسيد الزئبق )العجلات الحمراء من الزئبق( داخل وعاء زجاجي مغلق، ولاحظ أن المادة تزيل بسرعة، وتطلق غازاً جمعه على المياه، وقد أشعله هذا الغاز: شمعة أحرقت في داخله حاوية مسموعة.

كان بريستلي تابعاً لنظرية الفيجيستون ولم يتخلّ عنها بالكامل حتى عندما ساعد اكتشافه على تفكيكها، ومع ذلك، فإن تجاربه مع ] الهواء الديفيولوجي قدمت أول وصف واضح لما نسميه الآن الأكسجين وأظهرت دورها في الحفاظ على الحياة والشعلة.

كارل ويلهم شيل

وقد سبق لـ (بريستلي) أن أنتج بالفعل كل من الأبهر السويدي والكيميائي كارل ويلهيلم شييلي الأكسجين قبل عامين على الأقل، حوالي عام 1772، وسخّرت شركة شيل مجموعة متنوعة من المواد - السالتبتري (النيترات الببوتاسية)، ونيترات المغنيسيوم، وتجمع أخرى غازاً أطلق عليه " هواء النار " لأنه كان يُلاحظ بقوة الحرق.

غير أن شيلي أخّر نشر عمله، فكتابه [(FLT:0]]Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer لم يظهر في مطبوعات حتى عام 1777، الذي كان قد اكتسبه بالفعل شخص آخر من المواد الكيميائية().

Antoine Lavoisier and the Chemical Revolution

وقد سمع مدير الضرائب الفرنسي والكيميائي في شركة " فيرتوسو " أنطوان لافويزييه بنتائج " بريستلي " أثناء زيارة إلى باريس في تشرين الأول/أكتوبر 1774، وفهم على الفور الآثار الأعمق، وكرر لافويزر تجارب بريستلي في مجال مراقبة قياس الجاذبية الدقيقة، وثقل جميع المتفاعلات والمنتجات في السفن المختومة، وثبت أنه عندما يكون وزن الفوسفور أو الزئبق قد أحرق في عملية محدودة

By 1777, Lavoisier had firmly identified this fraction as a distinct chemical element that he named oxygène, from the Greek roots meaning “acid‐former.” He believed —correctly, for many cases - that oxygen was the principle behind all acids, a notion later revised but powerfully unifying at the time.[Fra2]

من الحشد إلى البعث: البصر المزدوج في لافويسير

ولم يتوقف لافوزييه عند الاحتراق، بل إنه قد بسط نفس المنطق على سير الجسم الحيواني، فبسبب الرياضيات بييرمون لابست، قام ببناء مقياس ثاني أكسيد ثلجي في الثمانينات سمح لهم بقياس الحرارة التي ينتجها خنزير غيني ومقارنة مباشرة بالحرارة التي تطلق بحرق كمية معروفة من الكربون، وأظهروا أن الازدهار كان بطيئاً في جوهره.

وقد أصبح من الممكن الآن دراسة الحياة كعملية كيميائية، وليس قوة حيوية غامضة، ولم تعد الرئتان تعتبران مجرد أجهزة تبريد أو بذور، بل هي الموقع الرئيسي الذي أخذ فيه الدم الأوكسجين من الهواء وأطلقت فيه منتجات الاحتراق الأيضي، وقد أرسى عمل لافويير الأساس لفهم الازدياد في الطاقة، وهو أمر يؤدي في نهاية المطاف إلى حدوث أشعة في شكل خلية علمية.

Oxygen Transport and the Emerging Physiology of Respiration

فعندما يكون دور الأكسجين واضحا، ظهرت أسئلة جديدة، وكيف حمل الجسم هذا الغاز الأساسي من الرئتين إلى أعمق الأنسجة؟ وفي أوائل القرن التاسع عشر، اشتبه علماء الفيزياء في أن الأكسجين قد حل ببساطة في مصل الدم، غير أن الدراسات المفصلة لتحليل الغاز التي أجراها علماء مثل فيليكس هوبي - سيلر قد أظهرت أن عملية البحث عن الأكسجين تفوق ما تسمح به الفيزيون.

وفي عام 1864، قام الكيميائي الألماني إرنست فيليكس هوب - سيلر (نفس الـ هوب - سيلر) بتبلور بروتين أحمر من الدم وسمّاه هايموغلوبين، وكشف البحث التالي عن أن الهيموغلوبين يحتوي على مجموعات من القذارة تحتوي على الحديد وتربط الأوكسجين بشكل قابل للعكس، مما يسمح للبروتين بتحميل الأوكسجين في الرئتينات ويفرغها بدقة.

وتكشف الاكتشافات اللاحقة بسرعة: منحنى الأكسجين المختلط، وتأثير البوهر الذي يصف كيف أن زيادة ثاني أكسيد الكربون والحماة تعزز إطلاق الأكسجين، ودور 3 من الفوسفوري في تحسين كفاءة الهيموغلوبين، وتبلور هذه النتائج مفهوم نظام داخلي للتنفس يعمل فيه الدم والقلب والرئتين كشبكة متكاملة لمعالجة الأمراض.

البعث الخلوي: الحريق الداخلي للخلية

وكان نموذج الاحتراق الذي اقترحته لافويزر صحيحا في المخطط ولكن خاطئا في الموقع، وطوال القرن التاسع عشر، كان يعتقد على نطاق واسع أن التنفس يحدث في الرئتين أو مجرى الدم، حيث يعتقد أن الأوكسجين يحرقون طبقات الكربون، وقد تحولت المسرح الحقيقي للتنفس في أوائل القرن العشرين، عندما وجه الكيمياء الحيويون انتباههم إلى هياكل دقيقة داخل الخلايا.

وفي العشرينات و1930، قام أوتو وربورغ، ثم هانس كريبس، برسم مسارات معقدة تستخرج بها الخلايا الطاقة من المغذيات، وتحتاج دورة الكربز الإلكترونية (أو دورة حمض الاستشهاد)، التي تولدها الكريبس في عام 1937، إلى أن تكون المركز الرئيسي الذي تعطل فيه منتجات الكربوهيدرات، والدهون، والبروتينات

This understanding transformed biology. The mitochondria, often described as the powerhouses of the cell, are essentially microscopic motors that carry out a tightly regulated version of the combustion Lavoisier described. The oxygen we inhale today reaches those minute structures of times over, sustaining every thought, movement, and heartbeat. Cellpiration

Clinical and Medical Legacies of Oxygen Discovery

وقد تم قريباً كشف الأكسجين من العلم النقي إلى الطب العملي، وفي أواخر القرنين الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر، بدأ الممارسون في تجربة استنشاق الأكسجين لمجموعة متنوعة من الأصابع، من الربو إلى الاستهلاك، وافتتح توماس بيدوس معهد البينيومات في بريستول في عام 1799، حيث أُخضع الأكسجين والغازات الأخرى للمرضى، مما أدى إلى ظهور العلاج النفسي الحديث.

وقد أصبحت معالجة الأوكسجين حجر الزاوية في الرعاية في المستشفيات من الناسول البسيط إلى أجهزة التهوية الميكانيكية في وحدات الرعاية المكثفة، وقد تطورت هذه النسيجات، التي تعتمد على خلائط دقيقة من الأوكسجين والغازات الأخرى، مباشرة من الثوار الكيميائي، مما ساعد على إطلاق النسيج السائلي الوبائي الذي يغذي مرضي الأوكسجين.

وعلاوة على ذلك، فإن اكتشاف دور الأكسجين في التنفس قد ولد في جميع الميادين: الفيزيولوجيا، والطب العالي الارتفاع، ودراسة أنواع الأكسجين الرجعية، وعلماء أنه في حين أن الأوكسجين أساسي لإنتاج مادة ATP، فإن نظمها الصحية المخفضة جزئياً - الحمض النووي المغناطيسي والبروتينات والرموز، فإن هذا الطابع المزدوج للأكسجين هو الآن موضوع رئيسي في البحوث المتعلقة بالشيخوخة، وتطوير القدرة على إحداث الاحترار.

العقل العلمي الذي غير التطلع إلى الأبد

إن قصة اكتشاف الأكسجين ليست مجرد مزمنة مكونة من عنصر واحد؛ بل هي سرد عن كيفية اتباع طريقة جديدة للتفكير - المتواضع، والشك في مادة الكلب الموروثة، والمسح الاختناقية التي لا تكل، في إعادة تشكيل علم كامل، ولا يزال النسيج الغامض، والنسيج، واللافويير، يقترب كل منهما من نفس الغامض من زوايا مختلفة، وقد أدى عملهما معا إلى إزالة النسيج الأوكسجين.

وعندما أعلن لافويزر أنه " لا شيء يضيع، لا يوجد شيء، بل يتحول كل شيء " ، كان يضع الأساس الفكري لمبدأ حفظ الكتلة، وفي وقت واحد بالنسبة لعلم الفيزياء الذي تكون فيه حرارة الجسم وحركته نتيجة متوازنة للتبادل الكيميائي مع البيئة، ومن ثم فإن اكتشاف الأوكسجين يرتبط بالعالم الناشط للاحتراق المعدني بعالم الأنف والهيكل الكيميائي الوحيد، والرشوة.

ومن أكسيد بريستلي الميسور في يوم صيفي إلى علماء الميتشونيين الحديثين الذين يرسمون سلسلة النقل الالكتروني، كان مسار اكتشاف الأوكسجين واحدا من الصقل المستمر وتعمق الرؤية، ووصلنا نفسنا إلى تلك اللحظة التي بلغت فيها القرن الثامن عشر - وهي لحظة تعلم فيها حفنة من الأفراد الفضوليين قراءة اللغة المخبأة للغة، وفي القيام بذلك، يضفي علينا الضوء على الحياة.

The Enduring Frontier of Oxygen Research

وحتى بعد أكثر من قرنين، لا يزال الأكسجين يتحدى الباحثين، فمجالات الرق العصبي، والداء بالسرطان (أثر واربورغ)، وعلم الخلايا الجذعية يتحول إلى كيفية إحساس الخلايا بالاكسجين ويستجيب لها، وقد منح جائزة نوبل لعام 2019 في علم الفيزياء أو الطب لويلي جلين الابن، والسير بيتر ج. راتكليف، وجريغ ل.

وما بدأ كغاز فضولي في سفينة مختومة أصبح واحدا من أكثر الجزيئات دراسة في تاريخ البشرية، ولم يوضح اكتشافه السبب في أن شمعة تحترق بشكل مشرق في غاز مصنوع حديثاً، بل أيضاً لماذا يجب علينا أن نتنفس، وما زلنا نشكل الطريقة التي نعالج بها الأمراض ونفهم الشيخوخة ونستكشف حدود الحياة في بيئات متطرفة.