تبلیغات
learn something here
 

 

 

learn something here


 

هزار سال پیش از اختراع قطب‌نماى مغناطیسى در سده‌هاى میانه(قرون وسطى)، چینی‌ها و یونانیان با ویژگی‌هاى مغناطیسى سنگ‌هاى آهن‌ربا آشنا شده بودند. بخش اصلى نخستین قطب‌نما را قطعه‌‌ى درازى از آهن‌رباى طبیعى(سنگ آهن‌ربا) تشکیل می‌داد. سپس آدمى دریافت که با مالش دادن یک سوزن آهنى به آهن‌‌رباى طبیعى، می‌توان نوعى آهن‌رباى ساختگى(مصنوعى) به دست آورد و از آن در ساختمان قطب‌نما بهره گرفت.......
هزار سال پیش از اختراع قطب‌نماى مغناطیسى در سده‌هاى میانه(قرون وسطى)، چینی‌ها و یونانیان با ویژگی‌هاى مغناطیسى سنگ‌هاى آهن‌ربا آشنا شده بودند. بخش اصلى نخستین قطب‌نما را قطعه‌‌ى درازى از آهن‌رباى طبیعى(سنگ آهن‌ربا) تشکیل می‌داد. سپس آدمى دریافت که با مالش دادن یک سوزن آهنى به آهن‌‌رباى طبیعى، می‌توان نوعى آهن‌رباى ساختگى(مصنوعى) به دست آورد و از آن در ساختمان قطب‌نما بهره گرفت.

در سال 1600 میلادى، ویلیام گیلبرت از ویژگی‌هاى مغناطیسى زمین سخن به میان آورد. پیش از آن، رابرت ناتمن، قطب‌نماساز انگلیسى، دریافته بود که اگر یک سوزن آهن‌ربا شده را با نخ آویزان کند، سوزن در راستاى شمال و جنوب آرایش می‌یابد. البته، وضع قرارگیرى آن افقى نیست، بلکه آن انتهاى سوزن که به سوى شمال قرار می‌گیرد، به سوى پایین گرایش دارد. براى مثال، در لندن (جایى که گیلبرت کار می‌کرد) انحراف سوزن از حالت افقى نزدیک 70 درجه است. گیلبرت این انحراف را ناشى از تاثیر ویژگی‌هاى مغناطیسى زمین مى دانست. او باور داشت که زمین همانند یک‌ آهن‌رباى کروى است و میدان مغناطیسى آن در استوا، حالت افقى و در قطب‌ها، حالت عمودى دارد.

امروزه می‌دانیم این میدان بین قطب و استوا داراى زایه‌ى انحرافى است که با افزایش عرض جغرافیایى، افزایش می‌یابد. بنابراین، آن انتهاى سوزن آهن‌ربا شده که به سوى شمال قرار مى ‌ گیرد، در نیم‌کره شمالى به سوى شمال و پایین، در استوا به سوى شمال و به حالت افقى و در نیم‌کره‌ى جنوبى به سوى شمال و بالا آرایش می‌یابد. در مورد آن انتهاى سوزن که به سوى جنوب قرا ر مى ‌ گیرد، وضعیت واژگون است.

تا سال‌هاى اخیر، آدمى خود را تنها جاندارى می‌دانست که براى جهت‌یابى از مغناطیس بهره می‌گیرد. اما در چند سال گذشته، ذره‌هاى آهن‌ربا در جاندارن گوناگونى کشف شده است. باکتری‌ها، نرم تنان دریایى، زنبورهاى عسل، پراونه ها، کبوترهاى خانگى و دلفین‌ها، از جاندرانى هستند که پیش از روشن شدن ویژگی‌هاى مغناطیس براى آدمى، از این پدیده بهره می‌گرفته‌اند. از میان این جانداران، به جریان کشف و مطالعه‌ى باکتری‌هاى مغناطیسى می‌پردازیم.

کشف باکتری‌هاى مغناطیسى:

در سال 1975 میلادى، بلک مور در جریان مطالعه‌ى میکروسکوپى باکتری‌هایى که به طور معمول در گل و لاى باتلاق‌هاى آب شور یافت مى شوند، مشاهده کرد که آن‌ها همواره در یک سوى میدان دید شنا مى کنند. آیا این باکتری‌ها در پاسخ به جهت نور چنین رفتارى نشان می‌دهند؟ او براى آزمون این فرضیه، میکروسکوپ را با جعبه‌اى پوشاند و جهت قرار گیرى آن را تغییر داد. حتى آن را به اتاق دیگرى جابه‌جا کرد. در همه‌ى این وضعیت‌ها، جهت حرکت باکتری‌ها تغییرى نیافت.

بررسی‌هاى بعدى نشان داد که این باکتری‌ها پیوسته به سوى شمال شنا مى کنند. بلک مور و همکارانش با استفاده از سیم پیچ ویژه اى، میدان مغناطیسى قابل تنظیمى را در پیرامون میکروسکوپ ایجاد کردند. وقتى محور این سیم پیچ در جهت شمال – جنوب بود، باکتر ها در راستاى شمال – جنوب به سوى شمال شنا می‌کردند. وقتى جریان الکتریکى جارى در سیم پیچ واژگون شد، باکتری‌ها چرخشى 180 درجه انجام دادند و این بار در جهت مخالف، یعنى به سوى جنوب، شنا کردند.

هر زمان که جریان واژگون می‌شد. باکترى ها چرخشى 180 درجه‌اى انجام می‌دادند و در جهت میدان به کار رفته شنا می‌کردند. این باکتری‌ها حتى پس از مرگ، با وجود این که توان شنا کردن نداشتند، باز هم در میدان مغناطیسى آرایش ثابتى می‌گرفتند و با واژگون شدن جریان، 180 درجه مى چرخیدند. خلاصه، این باکتری‌ها آهن رباهاى زنده اى هستند که به طور طبیعى تحت تاثیر میدان مغناطیسى زمین قرار می‌گیرند و با به کار گیرى یک میدان مغناطیسى نیرومند‌تر می‌توان بر جهت حرکت آن‌ها تاثیر گذاشت.

زیر میکروسکوپ الکترونى :

در رسوب‌هاى برداشت شده از باتلاق‌ها، تالاب‌ها و گنداب‌ها، تراکم باکتری‌هاى مغناطیسى به طور معمول بین 100 تا 1000 سلول در هر میلى لیتر است. وقتى این رسوب‌ها در آزمایشگاه درون ظرف‌هاى شیشه‌اى نگهدارى می‌شوند، تراکم آن‌ها طى چند هفته به 000/100 تا 000/000/1 سلول در هر میلی‌لیتر می‌رسد. این جمعیت انبوه بدون دریافت مواد غذایى تا دوسال می‌ماند. در میان آن‌ها، باکتری‌هاى کروى، میله‌اى و مارپیچى با ویژگی‌هاى ریختى گوناگون دیده می‌شود.

این باکتری‌ها هم در رسوب‌هاى آب‌هاى شیرین و هم در رسوب‌هاى دریایى یافت شده‌اند. یکى از آن‌ها، باکترى مارپیچى به نام Aquaspirillum magnetotacticum است که در آب‌هاى شیرین یافت می‌شود. این باکترى بر خلاف بسیارى از باکتری‌هاى مغناطیسى، در هر دو انتهاى خود تاژک دارد و می‌تواند به جلو یا عقب شنا کند. در بررسى ساختمان درونى این باکترى با استفاده از میکروسکوپ الکترونى، مشخص شد که حدود 20 ذره‌ى مکعبى یا هشت وجهى زنجیره‌وار در راستاى محور طولى سلول آرایش یافته‌اند. این ذره‌ها در سیتوپلاسم همه‌ى باکتری‌هاى مغناطیسى که بررسى شده‌اند، دیده می‌شود.

ذره‌هاى مکعبى، که اکسید آهن‌رباى آهن هستند، بیش‌تر در قالب یک یا دو زنجیره آرایش یافته‌اند و شکل و اندازه یک‌دستى دارند. هر ذره را غشایى در بر می‌گیرد که همواره در نزدیکى غشاى سیتوپلاسمى قرار دارد و ممکن است به آن متصل باشد. چنین به نظر مى رسد که غشاى در بر گیرنده‌ى ذره‌ها باعث تثبیت جایگاه آن‌ها در سلول می‌شود. مجموعه ذره ها و غشاى در بر گیرنده‌ى آن‌ها را مگنتوزوم می‌نامند.

نقش زیستى مگنتوزوم :

اگر به محیط کشت A. magnetotactium آهن افزوده شود (به شکل یک ترکیب آلى محلول با غلظت یک یا دو میلی‌گرم در هر لیتر، زیرا آهن معدنى در آب به اکسید نامحلولى دگرگونه می‌شود که جذب آهن را براى جاندار دشوار مى سازد) باکترى ها رشد مى کنند، مگنتوزوم می‌سازند و در تاثیر میدان مغناطیسى قرار می‌گیرند. اگر آن‌ها به محیطى فقیر از نظر آهن(کم تر از نیم میلی‌گرم در هر لیتر) جابه‌جا شوند، رشد خواهند کرد، اما مگنتوزوم نمی‌سازند و در تاثیر میدان مغناطیسى قرار نمی‌گیرند. این آزمایش نشان مى دهد که این باکتری‌ها فعالانه در ساختن آهن‌رباهاى میکروسکوپى خود شرکت مى کنند.

آیا هزینه کردن انرژى براى ساختن آهن‌ربا براى باکترى پیامد سودمندى نیز دارد؟ همان‌طور که گفته شد میدان مغناطیسى زمین، در نیم‌کره‌ى شمالى به سوى شمال و پایین و در نیم‌کره‌ى جنوبى به سوى شمال و بالا گرایش دارد. با دور شدن از استوا و نزدیک شدن به قطب‌ها، انحراف آن از حالت افقى افزایش می‌یابد. به دلیل انحراف میدان مغناطیسى، در نیم‌کره‌ى شمالى باکتری‌هاى شمال‌جو، به سوى پایین و باکتری‌هاى جنوب‌جو به سمت بالا شنا می‌کنند.

اما در نیم کره‌ى شمالى، بیش‌تر باکتری‌هاى مغناطیسى، شمال‌جو هستند. از این رو، این باکتری‌ها بیش‌تر در گل و لاى و رسوب‌هاى کف آبگیرها یافت می‌شوند. این باکتری‌هاى کف‌زى، بی‌هوازى هستند یا درمحیط‌هایى که غلظت اکسیژن اندک است، بهتر رشد می‌کنند. گرایش به شنا کردن به سوى پایین براى باکتری‌ها نوعى برترى به مشار می‌آید، زیرا به آن‌ها کمک می‌کند که از پیامدهاى زهرآگینى غلظت بالاى اکسیژن در سطح آب درامان بمانند.

بر اساس این فرضیه، می‌توان انتظار داشت که باکتری‌هاى مغناطیسى در نیم‌کره‌ى جنوبى بیش‌تر از نوع جنوب‌جو باشند و بنابراین به سوى پایین شنا می‌کنند و در رسوب‌ها و دور از آب‌هاى سطحى به سر می‌برند. بررسی‌هاى انجام شده در نیوزلند، درستى این فرضیه را نشان داد. هم‌چنین، بررسی‌هاى انجام شده در مورد رسوب‌هاى به دست آمده از بخش‌هاى استوایى، از وجود باکتری‌هاى مغناطیسى در آن‌ها خبر داد که در راستاى افق آرایش می‌یابند و جمعیت باکتری‌هاى جنوب‌جو و شمال‌جو در آن‌ها یکسان است. جابه‌جایى در راستاى افق، باکتری‌ها را از انحراف خطرناک به سمت محیط پراکسیژن و زهرآگین سطح آب در امان نگه می‌دارد.

آهن‌رباى مریخى:

در سال 1996 میلادى، دیوید مکاى و همکارانش بر اساس بررسی‌هایى که انجام داده بودند، نظریه‌اى را مبنى بر وجود نوعى زندگى ابتدایى در سیاره‌ى مریخ پیشنهاد کردند. از آن زمان تاکنون شواهدى مبنى بر رد یا تایید این نظریه‌ى عرضه شده است. به تازگى پژوهشگران در یکى از شهاب‌سنگ‌هاى مریخى، بلورهاى آهن‌ربایى پیدا کرده‌اند که به بلورهاى باکتری‌هاى مغناطیسى شباهت زیادى دارند. این شهاب‌سنگ که حدود 5/4 میلیارد سال قدمت دراد، در قطب جنوب پیدا شده است.

دانشمندان بر این باورند که این شهاب‌سنگ عضوى از یک مجموعه 16 عددى از شهاب‌سنگ‌هاى مریخى است که نزدیک 13 هزار سال پیش در یخ‌هاى قطب مدفون شده‌اند. بلورهاى آهن‌رباى موجود در این شهاب‌سنگ که ALH84001 نام گرفته است، در کربنات‌هایى با قدمت 9/3 میلیارد سال پیدا شده‌اند. بررسی‌ها نشان داده است که این کربنات‌ها در سطح مریخ تشکیل شده‌اند. بنابراین، به نظر می‌رسد که بلورهاى آهن‌ربا نیز در سطح مریخ شکل گرفته‌اند.

این بلورها که از شهاب سنگ استخراج شده و با میکروسکوپ الکترونى مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، بسیار ریزند و شکل هندسى بسیار منظم و خلوص بسیار بالایى دارند. بسیار دور به نظر می‌رسد که چنین بلورهاى طى فرایندهاى نازیستى تولید شده باشند، زیرا آهن‌ربایى که در فرایندهاى نازیستى شکل مى گیرد، خلوص بالایى ندارد و در شکل هندسى آن نیز نظم چشم‌گیرى دیده نمی‌شود. بنابراین، به نظر می‌رسد که این بلورها نشانه‌هاى نوعى زندگى ابتدایى در سیاره‌ى مریخ باشند.

بررسی‌هاى گسترده پژوهشگران این احتمال را که بلورهاى آهن‌ربا ممکن است در اثر آلودگی‌هاى زمینى وارد شهاب‌سنگ‌هاى مریخى شده باشند، رد کرده است. ایمر فریدمن، که مقاله‌اى در همین زمینه در مجله‌ى PNAS به چاپ رسانده‌ است، می‌گوید:" بلورها درون رسوب‌هاى کربناتى جاى گرفته‌اند و خود این رسوب‌ها نیز درون گویچه‌هاى شیشه‌اى جاى دارند. از این رو، به نظر نمی‌رسد این باکتری‌ها توانسته باشند وارد این صخره بشوند." هم‌چنین او در مقاله‌ى خود ادعا کرده است که دانه هاى آهن‌رباى شهاب‌سنگ مریخى همانند دانه‌هاى مروارید در یک زنجیره آرایش یافته اند.

با این همه، هر چند به گمان برخى شاید باکتری‌هاى مغناطیسى از جمله نخستین ساکنان سیاره‌ى سرخ بوده‌اند، بیش‌تر دانشمندان بر این باورند شواهدى که از این شهاب‌سنگ به دست آمده‌اند، قانع کننده نیستند. به نظر می‌رسد بگومگوهایى که پیرامون زندگى در کره‌ى مریخ وجود دارد، تنها زمانى به سرانجام خواهد رسید که نمونه‌هایى از خود سیاره، به‌ویژه از بستر رودخانه‌ها و دریاچه‌هاى خشک شده‌ى آن، گردآورى شود.

کلام آخر :

بلورهاى آهن‌رباى باکتری‌هاى مغناطیسى خلوص و ظرافت بالایى دارند. به کمک روش‌هاى مهندسى ژنتیک می‌توان مقدار زیادى از این بلورها تولید کرد. این آهن‌رباهاى ظریف صنعت الکترونیک را متحول مى سازند.

  نویسنده : نازنین ׀ تاریخ : دوشنبه 9 خرداد 1390׀ نظرات


 
CopyRight 2009 , learnsomething.Mihanblog.Com , All Rights Reserved
Powered By Mihanblog | Template By : Kashkul.Com - P30Temp.Co.Cc