ثيودور سفيدبيرغ: الكيميائي الذي دفع الجزيئات للدوران حتى التوقف

عند 42,000 دورة في الدقيقة، مما يولد قوى تعادل مائة ألف ضعف جاذبية الأرض، استطاع جهاز الطرد المركزي الفائق الخاص بـ ثيودور سفيدبيرغ (Theodor Svedberg) فعل شيء لم يستطع أي مجهر في عصره فعله: تصنيف الجزيئات حسب الوزن، ومراقبتها وهي تستقر عبر محلول في الوقت الحقيقي، كاشفاً لأول مرة أن البروتينات لم تكن مجرد ركام كيميائي فضفاض كما افترض العديد من العلماء، بل كانت جزيئات دقيقة وموحدة ذات أوزان جزيئية محددة.

بداية سريعة في أوبسالا

ولد ثيودور سفيدبيرغ في 30 أغسطس 1884 في فالبو (Valbo)، السويد. التحق بجامعة أوبسالا (Uppsala University) في عام 1904، وكان صعوده هناك سريعاً بشكل لافت: حصل على درجة البكالوريوس في 1905، والماجستير في 1907، والدكتوراه في 1908 - مكملاً دكتوراه خلال حوالي ثلاث سنوات فقط من بدايته - قبل أن يصبح محاضراً ثم، في عام 1912، رئيساً لقسم الكيمياء الفيزيائية. وصل إلى منصب أستاذ كامل في سن الثامنة والعشرين، وهو سن غير معتاد لهذا المنصب، وظل رئيساً لقسم الكيمياء الفيزيائية في أوبسالا حتى عام 1949.

الغرويات، الحركة البراونية، ونوع جديد من الآلات

بُنيت السمعة العلمية المبكرة لـ سفيدبيرغ على كيمياء الغرويات - دراسة الجسيمات المشتتة بدقة والمعلقة في مادة أخرى، مثل الدخان في الهواء أو البروتينات في الماء - وهو مجال كان لا يزال ضعيف الفهم في أوائل القرن العشرين. ساعد عمله التجريبي على الأنظمة الغروية في تقديم أدلة داعمة لنظريات الحركة البراونية التي طورها ألبرت أينشتاين (Albert Einstein) وماريان سمولوخوفسكي (Marian Smoluchowski) رياضياً قبل بضع سنوات، رابطاً الرقصة المضطربة للجسيمات المجهرية بواقع الجزيئات والذرات في وقت كان وجودها لا يزال يتم إثباته تجريبياً. أدى ذلك التأسيس في علم الغرويات مباشرة إلى ابتكاره المميز. خلال فترة عمله كأستاذ في جامعة ويسكونسن-ماديسون (University of Wisconsin–Madison) بدءاً من عام 1923، طور سفيدبيرغ جهاز الطرد المركزي الفائق التحليلي، وهي آلة تدور بالعينات بسرعة غير عادية لفصل وقياس الجسيمات بناءً على مدى سرعة استقرارها تحت قوة طرد مركزي هائلة. عند تشغيله بسرعة تصل إلى 42,000 دورة في الدقيقة وتوليد حوالي 100,000 ضعف قوة جاذبية الأرض، سمحت الأداة لـ سفيدبيرغ بقياس الوزن الجزيئي والشكل بدقة لم تحققها أي تقنية سابقة، واستخدمها لإثبات أن البروتينات النقية يمكن تمييزها عن بعضها البعض من خلال سلوك ترسيبها المتميز - وهو دليل على أن البروتينات كانت جزيئات منفصلة ومحددة جيداً بدلاً من الركام الغروي المتغير الذي افترضه بعض الكيميائيين.

جائزة نوبل عن مجمل الأعمال

منحت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم (The Royal Swedish Academy of Sciences) جائزة نوبل في الكيمياء لـ سفيدبيرغ في عام 1926 لعمله على الأنظمة المشتتة - كيمياء الغرويات والبروتينات بشكل عام. تأمل سفيدبيرغ نفسه لاحقاً ببعض التردد في اتساع نطاق الاقتباس، مشيراً إلى أن الجائزة لم تكرم اكتشافاً واحداً بل، كما قال، "أكثر أو أقل عن مجمل عملي". هذا الاتساع بحد ذاته هو علامة على مدى مركزية أساليبه التجريبية في الكيمياء الفيزيائية في غضون أقل من عقدين من حصوله على الدكتوراه. الوحدة التي اعتُمدت لاحقاً لقياس المعدل الذي تترسب به الجسيمات في جهاز الطرد المركزي - السفيدبيرغ (svedberg)، واختصارها S، وتساوي عشرة أس سالب ثلاثة عشر من الثانية - سميت تكريماً له ولا تزال استخداماً قياسياً في الكيمياء الحيوية اليوم، والأكثر شيوعاً في تسمية وحدات فرعية للحمض النووي الريبوزي الريبوسومي، مثل الوحدات الفرعية 30S و 50S للريبوسومات البكتيرية.

مهنة لاحقة والتحول إلى الكيمياء النووية

بعد التنحي عن منصبه كرئيس لقسم الكيمياء في أوبسالا عام 1949، لم يتقاعد سفيدبيرغ بل وجه طاقاته نحو العلوم النووية، حيث أدار معهد غوستاف فيرنر (Gustaf Werner Institute) - وهو مركز بحثي بني حول أحد مسرعات الجسيمات المبكرة في السويد - حتى عام 1967، وهو في الثمانينيات من عمره. على طول الطريق حصد تقديراً دولياً إضافياً، بما في ذلك انتخابه كعضو أجنبي في الجمعية الملكية (Royal Society) عام 1944، وعضوية في الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة (United States National Academy of Sciences) عام 1945، وميدالية فرانكلين (Franklin Medal) عام 1949، بالإضافة إلى جائزة بيوركنسكا (Björkénska prize) السويدية، التي حصل عليها ثلاث مرات خلال مسيرته المهنية. وصفه الزملاء الذين عملوا معه بأنه عالم منهجي ومبتكر تقنياً يهتم بالدقة التجريبية وقابلية التكرار أكثر من التنظير المجرد، مع نظرة دولية ساعدت أساليبه على الانتشار بسرعة خارج السويد.

حياة خارج المختبر

كانت حياة سفيدبيرغ الشخصية غير تقليدية مثل مسيرته المهنية المتميزة: فقد تزوج أربع مرات وأنجب اثني عشر طفلاً في المجموع. خارج الكيمياء، تابع الرسم وعلم النبات والتصوير الفوتوغرافي كهوايات جادة، حيث عرض ألواناً مائية للمناظر الطبيعية ودراسات عن الطبيعة مستمدة من أسفاره حول السويد وفي أمريكا الجنوبية - وهي اهتمامات تشير إلى طابع ملاحظ انتقل من المختبر إلى العالم الطبيعي.

لماذا يُدعى ثيودور عبقرياً

تستند حالة سفيدبيرغ في العبقرية بشكل مباشر إلى بناء الأدوات وليس على النظرية البحتة: فهو لم يستنبط قانوناً جديداً للطبيعة بقدر ما اخترع آلة دقيقة بما يكفي للسماح للطبيعة بإظهار شيء للكيميائيين لم يتمكنوا من رؤيته بطريقة أخرى. تدوير عينة بسرعة كافية، وقياس سلوكها بدقة كافية لتصنيف الجزيئات حسب الوزن، تطلب كلاً من فهم غير عادي للكيمياء الفيزيائية ومثابرة هندسية حقيقية - خضع جهاز الطرد المركزي الفائق لسنوات من التحسين الميكانيكي قبل أن يصبح أداة علمية موثوقة. هذه عبقرية في المنهج والدقة بدلاً من قفزة مفاهيمية واحدة، ومن المثير للدهشة أن اقتباس لجنة نوبل غطى برنامج بحثه بالكامل بدلاً من اكتشاف واحد معزول، وهو اتساع وجد سفيدبيرغ نفسه أنه من غير المريح قليلاً قبوله. التعقيد الصادق هو أن سفيدبيرغ بنى على الأسس النظرية الموجودة التي وضعها أينشتاين وسمولوخوفسكي حول الحركة البراونية بدلاً من ابتكار الفيزياء الأساسية بنفسه؛ كانت مساهمته الفريدة هي ترجمة تلك النظرية إلى تقنية تجريبية عملية وقابلة للتكرار حولت كيمياء البروتين إلى علم كمي. إنها حرفة وصرامة، في أعلى مستوياتها، أكثر من كونها ومضة إلهام واحدة.

الإرث

توفي سفيدبيرغ في 25 فبراير 1971 في كوباربيرغ (Kopparberg)، السويد، بعد أن قضى عقديه الأخيرين في إدارة البحوث النووية بعد أربعة عقود من إعادة تشكيل الكيمياء الفيزيائية. يحمل مختبر سفيدبيرغ في جامعة أوبسالا (The Svedberg Laboratory) اسمه اليوم، ولا تزال وحدة السفيدبيرغ التي قدمها للكيمياء الحيوية قيد الاستخدام اليومي في المختبرات في جميع أنحاء العالم، وهي أثر صغير ولكن دائم للآلة التي سمحت للعلماء لأول مرة بمشاهدة الجزيئات وهي تصنف نفسها حسب الوزن.