كيف تخدع «البكتيريا الانتهازية» مناعة النبات؟

تنزلق عبر مسامات أوراقه

كيف تخدع «البكتيريا الانتهازية» مناعة النبات؟
TT

كيف تخدع «البكتيريا الانتهازية» مناعة النبات؟

كيف تخدع «البكتيريا الانتهازية» مناعة النبات؟

بينما يتصارع العالم مع جائحة «كوفيد – 19»، التي نشأت بعد أن قفز فيروس «كورونا المستجد» من نوع حيواني إلى نوع بشري، يتعلم باحثو جامعة ديلاوير الأميركية، طرقاً جديدة لكيفية قفز مسببات الأمراض الأخرى من النباتات إلى البشر.
وتقفز البكتيريا الانتهازية مثل «السلمونيلا» و«الليستيريا» و«إي كولاي»، من الخضراوات النيئة والدواجن ولحم البقر، وغيرها من الأطعمة للدخول إلى مضيف بشري؛ مما يتسبب في ملايين الأمراض المنقولة بالغذاء كل عام.
لكن الباحثين في جامعة ديلاوير ومعاونيهم من جامعات أخرى، وجدوا الآن كيف تقفز هذه الفيروسات للبشر، حيث رصدوا في دراسة نشرت بالعدد الأخير من دورية «PLoS ONE»، قدرتها على خداع نظام الدفاع المناعي لنبات الخس، عبر الدخول إلى أوراقه عن طريق فتح مسام التنفس الصغيرة في النبات والتي تسمى «المسام»، ولا يظهر النبات أي أعراض لهذا الغزو بمجرد دخوله.
والمسام، هي فتحات صغيرة بالأوراق تفتح وتغلق بشكل طبيعي، ويتم تنظيمها عن طريق الإيقاع اليومي، ويتم فتحها للسماح للنبات بالتبريد والتنفس، وتغلق عندما تكتشف التهديدات من الجفاف أو مسببات الأمراض البكتيرية النباتية.
يقول هارش بايس، في تقرير نشره الموقع الإلكتروني لجامعة ديلاوير في 26 يونيو (حزيران) 2020، إن بعض مسببات الأمراض يمكن أن تقتحم سدادة مغلقة باستخدام القوة الغاشمة، ويمكن للفطريات القيام بذلك، على سبيل المثال.
ويضيف، أن البكتيريا لا تحتوي على الإنزيمات اللازمة للقيام بذلك؛ لذا تبحث عن فتحات في الجذور أو من خلال المسام.
وكشفت التجارب التي أجراها الفريق البحثي، عن العوامل التي تساعد هذه الأنواع البكتيرية على النفاذ للنبات، حيث تنشأ فرص مسببات الأمراض مع تربية النباتات بشكل مكثف لزيادة الغلة، على حساب أنظمة الدفاع الخاصة به، وتنشأ فرص أخرى عندما يزرع المزارع المحاصيل المنخفضة الارتفاع، بالقرب من قطعان الثروة الحيوانية؛ مما يجعل التلوث أسهل.
وتزيد المشكلة عندما تكون الزراعة «عمودية»، حيث تزرع النباتات في صفوف عمودية في الزراعة المائية.
ويقول كالي كنييل، الباحث المشارك بالدراسة «هذه أنظمة رائعة، لكن يجب أن يكون هناك الكثير من العناية داخل النظام للتحكم في الماء، وأن تكون هناك فواصل نظيفة بين النباتات وتعقم بشكل صحيح، وعندما تفعل ذلك، يمكن المساعدة على تقليل حجم المشكلة».
ويرى الدكتور محمد سالم، أستاذ الميكروبيولوجي بالمركز القومي للبحوث بمصر، أن قيمة هذه الدراسة تأتي من أنها توفر الوقاية من البكتريا بدلاً من انتظار الإصابة بها، ثم البحث عن علاج.
ويقول سالم، إن الأشخاص المصابين بالبكتريا عادة لا يعانون من أي أعراض، ويتعافون خلال أيام من دون علاج معين؛ لأن الجسم لديه الكثير من وسائل الدفاع الطبيعية ضد العدوى، حيث بإمكان حمض المعدة القوي قتل الكثير من أنواعها. لكن هناك ثلاثة من عوامل الخطر يشير إليها سالم، تجعل الجسم غير قادر على المواجهة، منها استخدام المضادات الحيوية منذ فترة وجيزة، واستخدام مضادات الحموضة؛ إذ يعطي انخفاضها في المعدة الفرصة لنمو المزيد من البكتيريا، كما أن المصابين بداء الأمعاء الالتهابي، لا يقدرون على مقاومة العدوى؛ لأن هذا الاضطراب يتلف بطانة الأمعاء.



لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني
TT

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

صمم نظام ذكاء اصطناعي جديد توربين رياح لأول مرة في التاريخ، وفقاً لمطوره.

نظام ذكاء هندسي ثوري

وأعلنت شركة «EvoPhase» البريطانية أن الذكاء الاصطناعي الخاص بها تخلى عن جميع القواعد الراسخة في هندسة مثل هذه الأجهزة. وبناءً على اختباراتها، فإن اختراعها أكثر كفاءة بسبع مرات من التصميمات الحالية.

تتكون «شفرة برمنغهام» The Birmingham Blade -كما تسمي الشركة التوربين- من ست أذرع موازية للأرض متصلة بمحور عمودي مركزي. وتحتوي كل ذراع على شفرة رأسية، وسطح به موجتان تغيران زاوية هجومهما عبر ارتفاعها وطولها.

لعمل مع سرعات رياح منخفضة

يتم تحسين توربينات الرياح التقليدية لسرعات رياح تبلغ نحو 33 قدماً في الثانية. في المقابل، تم تصميم «الشفرة» لسرعات الرياح المتوسطة المنخفضة النموذجية للمناطق الحضرية مثل برمنغهام، والتي تبلغ نحو 12 قدماً في الثانية. هذا يزيد قليلاً عن ثمانية أميال (13كلم تقريباً) في الساعة.

وتم تحسين التصميم للعمل بين المباني الشاهقة التي تنتج أنماط اضطراب تؤثر على فاعلية تصميمات التوربينات الحضرية الأخرى. وإذا ثبت أن هذا صحيح، فقد يفتح التصميم الباب أمام إنتاج كهرباء غير محدود في المباني المكتبية والسكنية بتكلفة تكاد تكون معدومة.

يقول ليونارد نيكوسان، كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، في بيان صحافي: «كان استخدام الذكاء الاصطناعي ضرورياً للتحرر من التحيزات طويلة الأمد التي أثرت على تصميمات التوربينات خلال القرن الماضي. سمح لنا الذكاء الاصطناعي باستكشاف إمكانيات التصميم خارج نطاق التجارب البشرية التقليدية».

وفقاً لنيكوسان، تمكن المصممون من «توليد واختبار وتحسين أكثر من 2000 تصميم لتوربينات الرياح في غضون أسابيع قليلة، ما أدى إلى تسريع عملية التطوير لدينا بشكل كبير وتحقيق ما كان يستغرق سنوات وملايين الجنيهات من خلال الطرق التقليدية».

سحر «التصميم التطوري»

«التصميم التطوري الموجه بالذكاء الاصطناعي» هو منهجية تقوم على نفس فكرة الانتقاء الطبيعي. تبدأ العملية بتوليد آلاف المتغيرات التصميمية التي يتم تقييمها وفقاً لوظيفة «البقاء للأفضل»، والتي تحدد مدى نجاح كل متغير في تلبية أهداف المشروع. ويختار الذكاء الاصطناعي أفضل البدائل لاستخدامها أساساً لتكرارات جديدة، وإعادة الجمع بين الميزات وتنويعها لتطوير إصدارات محسنة.

تتكرر هذه الخطوات حتى يصل الذكاء الاصطناعي إلى حل يحقق تحسين جميع العلامات المهمة مثل الكفاءة الديناميكية الهوائية، والاستقرار الهيكلي، والوزن، أو الاكتناز.

تقول الشركة إن عمليتها تتجنب التحيزات البشرية الموجودة في الهندسة التقليدية. بطبيعتها، تكون الهندسة التقليدية محدودة بالأفكار والمعرفة السابقة.

من ناحية أخرى، يستكشف الذكاء الاصطناعي مجموعة واسعة من الاحتمالات دون القيود في العقل البشري. عندما تجمع بين جيل الذكاء الاصطناعي والتكرار التطوري، يمكن أن يؤدي هذا إلى نتائج مبتكرة تتحدى غالباً الفطرة السليمة ولكنها لا تزال تعمل.

إن نهج التصميم التطوري هذا ليس جديداً تماماً، إذ استخدمت صناعة الطيران والفضاء برامج بهذه القدرات لسنوات. ومثلاً استخدمت شركة «إيرباص»، بالتعاون مع شركة «أوتوديسك»، عملية مماثلة لتصميم حاجز مقصورة خفيف الوزن للغاية لطائراتها من طراز A320وظهرت النتيجة مستوحاة من هياكل العظام الطبيعية، ما أدى إلى انخفاض الوزن بنسبة 45 في المائة مقارنة بالهياكل المماثلة المصممة بالطرق التقليدية.

كما طبقت شركة «جنرال إلكتريك» الخوارزميات التطورية في إعادة تصميم حامل محرك نفاث جديد، مما أدى إلى انخفاض وزن القطعة بنسبة 80 في المائة. وتستخدم وكالة «ناسا» أيضاً هذه التقنية منذ سنوات، ففي عام 2006 استخدمت الوكالة خوارزمية تطورية لتصميم «هوائي متطور».

نجاح توربين «برمنغهام بليد»

لقد طبق فريق المصممين بقيادة الدكتور كيت ويندوز - يول من جامعة برمنغهام هذه العملية التطورية لحل مشكلة تكافح العديد من تصميمات التوربينات لمعالجتها: كيفية العمل بكفاءة في البيئات الحضرية، حيث تكون الرياح أبطأ وأكثر اضطراباً بسبب المباني.

ويقول نيكوسان: «كنا بحاجة إلى توربين يمكنه التقاط سرعات الرياح المنخفضة نسبياً في برمنغهام مع إدارة الاضطرابات الناجمة عن المباني المحيطة. وكان لا بد أن يكون التصميم أيضاً مضغوطاً وخفيف الوزن ليناسب التركيبات على الأسطح».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»