فروشگاه اینترنتی پاسارگاد آریان

کاسلر می خواهد مانند یک ماهی شنا کند، اما هنگامی که آب شش ساخت خودش را در آزمایشگاهش مورد آزمون قرار داد، دریافت کرد که اکسیژن کافی برایش فراهم نمی کند. کاسلر یادآور می شود که" آن دستگاه توان کافی برای زنده نگه داشتن من را نداشت."

ادوارد کاسلر از دانشگاه مینسوتا، در مینیاپولیس، در سال ۱۹۸۰ آب شش مصنوعی ساخته بود که اکسیژن را از آب برداشت می کرد. او از آن سال ها در این رویا بود که دستگاهی بسازد که روزی به او امکان دهد درست مانند یک ماهی شنا کند و در حالی که در آب شیرجه می رود، منبع ناپایانی از اکسیژن برای او فراهم کند.

کاسلر می خواهد مانند یک ماهی شنا کند، اما هنگامی که آب شش ساخت خودش را در آزمایشگاهش مورد آزمون قرار داد، دریافت کرد که اکسیژن کافی برایش فراهم نمی کند. کاسلر یادآور می شود که" آن دستگاه توان کافی برای زنده نگه داشتن من را نداشت."

کاسلر نخستین فردی نیست که آرزوی شنا کردن مانند ماهی را در سر پرورانده است. در سال ۱۹۶۲، جاکوس کاستوو، از پیشگامان کاوش در زیر آب، به دنیا آمدن گونه ی تازه ای از انسان، Homo aquaticus ، را پیش بینی کرد: مردمانی که با جراحی دارای آب شش شده اند. کاستوو گفته بود: شش ها را دور خواهد زد و می تواند زندگی کند و نفس بکشد در هر ژرفایی برای هر زمانی که بخواهد و بی آن که آسیبی ببیند."

ساختن یک آب شش مصنوعی ابتدایی، ناباورانه ساده است. همه ی آن چه که شما نیاز دارید یک جعبه ی ضدآب است که از غشایی با نفوذپذیری بالا به گاز ساخته شده باشد. آن را با هوا پر کنید و زیر آب نگه دارید و شما یک آب شش خواهید داشت. میزان اکسیژن و دی اکسید کربن حل شده در آب با جوّ بالای آن در تعادل است. بنابراین، انتشار از راه غشا به آفرینش غلظتی نزدیک به جوّ درون جعبه می انجامد. اگر اکسیژن درون جعبه پایین بیفتد، اکسیژن بیش تری از آب به درون آن راه خواهد یافت و اگر دی اکسید کربن درون جعبه افزایش یابد، به بیرون پراکنده خواهد شد.

در سال ۱۹۶۱، درست چند ماه پس از ساخته شدن نخستین غشای سیلیکونی بسیار نفوذپذیر، ریال والتر راب، از شرکت جنرال الکتریک، آب ششی ساخت که می توانست نیاز همستر را به اکسیژن برآورده سازد. او یادآوری می کند که" شما فقط باید آب را در جنبش نگه دارید" تا آب سرشار از اکسیژن و با دی اکسید کربن پایین، همیشه در تماس با غشا قرار گیرد.

نیازی به این نیست که بگوییم انسان ها در مقایسه با همستر به اکسیژن بیش تری نیاز دارند. در آب نیز به همان اندازه ی جوّ اکسیژن وجود ندارد؛ بسته به جو، فقط ۴ تا ۶ میلی لیتر در هر لیتر آب دریا. بنابراین، برای این که جریان مناسبی از اکسیژن مورد نیاز خود را به دست آورید، نه تنها باید جریان مناسبی از آب روی غشا برقرار باشد، بلکه سطح بزرگی می خواهید که هر بار حجم بیش تری اکسیژن برداشت کنید. بر اساس برسی های چارلز پگانلی، تنکارشناس(فیزیولوژیست) که در دهه ی ۱۹۶۰ روی آب شش های مصنوعی آزمایش می کرد،کم ترین سطحی که نیاز دارید، ۸۰ متر مربع است.

برای آن که آب شش های کارآمدی داشته باشید، این سطح گسترده باید درون فضای کوچکی جای داده شود؛ درست همان گونه که کیسه های هوایی شش های ما، سطح بسیار بزرگی را فراهم می کنند. شش های مصنوعی، برای وارد کردن اکسیژن در خون طی عمل بای پس قلب یا پس از آسیب شدید به شش، از مدت ها پیش در بیمارستان ها به کار گرفته می شوند. خون از درون شبکه ای از لوله های کوچک نفوذپذیر به گاز می گذرد و هوا در پیرامون لوله ها در جریان است. اکسیژن با روند انتشار از دیواره ی لوله ها به درون خون نفوذ می کند و دی اکسید کربن از خون به هوا جریان می یابد. در این دستگاه سطح بسیار بزرگی درون فضای کوچکی جای گرفته است.

کاسلر دریافت که او می تواند با متصل کردن چند شش مصنوعی به هم، یک آب شش مصنوعی بسازد. هوا از راه لوله های نفوذپذیر به گاز، نفس کشیده می شود و در همان حال، مقدار زیادی آب روی لوله ها مکیده می شود. به این ترتیب، اکسیژن به هوای تنفسی راه می یابد. با وجودی که این آب شش نمی توانست اکسیژن کافی برای انسان را فراهم سازد، کاسلر همسر مورد علاقه اش، مگینز، را درون جعبه ای نفوذناپذیر به آب به زیر رودخانه ی میسی سیپی فرستاد. او می گوید" من هرگز به اندازه ی این آزمایش در زندگی ام، نگران نشده بودم." خوشبختانه دستگاه کار کرد و بخت با او یار بود که ازدواج آنان سر گرفت. مگینز ۳ ساعت زیر آب بود و مقدار اکسیژن حدود ۱۶ درصد ثابت ماند.

در دهه ی ۱۹۸۰، یک شرکت ژاپنی که غشای سلولزی تولید می کرد، کاری را که کاسلر کنار گذاشته بود، در برنامه ی خود قرار داد. فوجی سیستم توکیو مجموعه ای از آب شش های نمونه ساخت تا از این راه ثابت کند چه غشاهای با کیفیتی می سازد. نمونه های آغازین به یخچال کوچکی می ماند که به پشت قواص بسته شده بود، اما نمونه های پیشرفته تر که دانکی ۳ نام گرفته بود، از جعبه ای تابوت مانند تشکیل شده بود که جلوی غواص کشیده می شد. دستگاه بزرگی بود، اما کار می کرد. در برنامه ی تلویزیونی که در سال ۲۰۰۲ برای معرفی این دستگاه پخش شد، غواصی با این دستگاه برای ۳۰ دقیقه در استخر آب باقی ماند.

مشکل این دستگاه فقط در اندازه ی آن نبود. هوای عادی ۲۱ درصد اکسیژن دارد. دانکی ۳ ، مانند آب شش کاسلر، مقدار اکسیژن را در هوای تنفسی حدود ۱۶ درصد نگه می دارد. چنین مقدار پایینی از اکسیژن، می تواند باعث کاستی در توانایی انسان در درست و روشن فکر کردن شود. حال آن که، هنگام شیرجه رفتن در آب، خوب فکر کردن بسیار مورد نیاز است و تصمیم های ضعیف می تواند مرگ بار باشد.

بنابراین، آب شش هایی که فقط بر انتشار استوارند، به اندازه ی کافی مناسب نیستند. باید به روشی بر غلظت اکسیژن افزود. به نظر می رسد این کار امکان پذیر باشد: ماهی ها مثانه های شنایشان را پر می کنند که شناوری آن ها را در حالت خنثی نگه می دارد و این درحالی است که آن ها اکسیژن خالص را از آب برداشت می کنند.

در دهه ی ۱۹۸۰، ژوزف و سیلیا بوناونچورا در دانشگاه کارولینای شمالی، نشان دادند که ماهی ها این کار را به کمک شکل از هموگلوبین(پروتیین جابه جا کننده ی اکسیژن در خون) که به pH حساس است، انجام می دهند. وقتی سلول های پیرامون مثانه ی شنا اسیدلاکتیک را به درون خون آزاد می کند، کاهش pH باعث آزاد شدن اکسیژن به درون مثانه می شود و زمانی که ماهی می خواهد به ژرفای بیش تری برود، حجم آن را متناسب نگه می دارد.

خون مصنوعی ماهی

این زوج دریافتند که آنان می توانند با تقلید از این فرایند آب شش های مصنوعی را برای هدف های گوناگون بسازند. آنان به جای هموگلوبین ماهی، تصمیم گرفتند از مواد شیمیایی بهره گیرند که محکم به اکسیژن پیوند می شوند اما زمانی که از روی یک الکترود می گذرند، آن را آزاد می کنند. آب ششی که بوناونچوراها برای غواص ها طراحی کرده اند، از دو حلقه تشکیل شده است. در حلقه ی اول، هموگلوبین مصنوعی اکسیژن را از آب برداشت می کند. در سوی دیگر حلقه، از روی الکترود می گذرد و اکسیژن آن آزاد می شود که از خلال غشایی به حلقه ی دوم آزاد می شود و این حلقه ی دوم است که هوای تنفسی را جابه جا می کند. سیلیا بوناونچورا می گوید" همه ی محاسبه های ما نشان می داد که این دستگاه کار خواهد کرد."

اما این طرح هرگز از میز طراحی فراتر نرفت. سرانجام، این فناوری به شرکتی فروخته شد که به ساختن جایگزین هایی برای خون و نه آبشش، علاقه مند بود. بنابراین، طرح آب شش دو حلقه ای تا اندازه ی زیادی به فراموشی سپرده شد. با وجود این، یک گروه در دانشگاه واسدا در ژاپن برای چند سال با دستگاه ساده تری به آزمایش ادامه داد(شکل را ببینید). آنان از هموگلوبین یا پرفلوروکربن، مایع بی اثر، که اکسیژن در آن فراوان حل می شود، بهره گرفتند تا اکسیژن را از آب برداشت و به حلقه ی هوای تنفسی جابه جا کنند. کنیچی نگاسه، رهبر این گروه، می گوید" به نظر ما ساختن آب ششی با اندزه ی منطقی، امکان پذیر است."

اما کاسلر و پگانلی نپذیرفته اند که دستگاه دوحلقه ای راه رسیدن به چنین آب ششی است. آنان می گویند که مشکلی پایه ای در این آب شش های بر پایه ی غشا وجود دارد که یکی از آن ها را حدود یک سده ی پیش، ریچارد ایج، تنکارشناس دانمارکی که روی سوسک های آب زی پژوهش می کرد، شناسایی کرده بود.

سوسک های آب زی پیوسته برای به دست آوردن حباب هوا، که زیر پوشش بال هایشان یا بالای شکمشان، (روی سوراخ هایی که از آن جا نفس می کشند) جای می دهند، از کف آب گیر به بالا می آیند. این حباب ها چیزی بیش از اندوخته ی ثابتی از اکسیژن هستند؛ آن گونه که غواص ها کپسول هوا با خود جابه جا می کند. سطح حباب ها مانند آب شش عوض تبادل کننده ی گاز عمل می کند: اکسیژن از آب به درون حباب و دی اکسید کربن از حباب به بیرون منتشر می شود. اما اگر حباب مانند آب شش کار می کند، چرا بیش تر سوسک های آب زی سفر پرمخاطره ای را برای آمدن به سطح آب گیر به جان می پذیرند؟

منبع:

Michael Le Page, Breathing in oceans full of air, New Scientist, ۰۷ January ۲۰۰۶ From issue ۲۵۳۳ , page ۲۸

مترجم: حسن سالاری