در جهان پررمز و راز علم، برخی ایده‌ها هستند که آن‌قدر جلوتر از زمان خود مطرح می‌شوند که نه‌تنها جامعهٔ علمی، بلکه حتی نزدیک‌ترین همکاران پژوهشگر هم آن‌ها را خیالی یا ناممکن می‌دانند. یکی از این فرضیه‌ها در سال ۱۹۵۸ توسط رونالد بْرِسلو (Ronald Breslow) ـ شیمی‌دان برجستهٔ دانشگاه کلمبیا ـ مطرح شد. او مدعی بود که ویتامین B1، که ما آن را با نام تیامین (Thiamine) می‌شناسیم، در بدن انسان با تشکیل ساختاری ناپایدار به نام «کاربِن» (Carbene) می‌تواند واکنش‌های متابولیکی کلیدی را انجام دهد. فرضیه‌ای که آن زمان بیشتر شبیه تخیل بود تا علم.

اما امروز، پس از گذشت شصت‌وهفت سال از آن ادعا، تیمی از پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا ریورساید (UC Riverside) با همکاری دانشمندان دیگری از دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس (UCLA)، موفق شدند این نظریهٔ قدیمی را از دل تاریخ بیرون کشیده و آن را به سندی زنده و انکارناپذیر بدل کنند.

کاربِن چیست؟ چرا تا این حد گریزان و ناپایدار به‌حساب می‌آمد؟

کاربِن (Carbene) نوعی مولکول شیمیایی با دو الکترون ناپیوندی است که فوق‌العاده واکنش‌پذیر و ناپایدار است. در شرایط عادی و به‌ویژه در حضور آب، این مولکول تقریباً بلافاصله تخریب می‌شود. از آنجا که بدن انسان محیطی به‌شدت آبی است، وجود کاربِن در چنین محیطی از دیدگاه شیمی کلاسیک تقریباً ناممکن جلوه می‌کرد. به‌همین دلیل، فرضیهٔ بْرِسلو که می‌گفت ویتامین B1 از مسیر تشکیل کاربِن عمل می‌کند، دهه‌ها مورد بی‌اعتنایی قرار گرفت.

مهار غیرممکن: پایدارسازی کاربِن در محیط آبی

پژوهشگران در این تحقیق، روشی بی‌سابقه برای نگه‌داشتن کاربِن در محیط آبی ارائه دادند. آن‌ها مولکولی طراحی کردند که همانند یک زِرِهٔ شیمیایی (Protective molecular shell) به دور کاربِن می‌پیچد و از تماس مستقیم آن با مولکول‌های آب جلوگیری می‌کند. این ساختار محافظ باعث شد کاربِن برای مدت شش ماه در محیط آبی پایدار بماند؛ چیزی که تا پیش‌ازاین صرفاً رویای شیمی‌دانان بود.

این محافظ نه‌تنها کاربِن را در آب تثبیت کرد، بلکه واکنش‌پذیری آن را به طرز قابل‌توجهی کنترل‌پذیر نمود؛ یعنی این مولکول دیگر نه نابود می‌شود و نه غیرقابل‌استفاده باقی می‌ماند.

تیامین، کاربِن، و رمز کارکرد در بدن

ویتامین B1 نقش مهمی در متابولیسم سلولی، به‌ویژه در تبدیل کربوهیدرات‌ها به انرژی، ایفا می‌کند. سال‌ها تصور می‌شد که این نقش بدون واسطهٔ مستقیم انجام می‌شود، اما حالا شواهدی تجربی داریم که تیامین ممکن است دقیقاً از مسیر ایجاد کاربِن عمل کند. یعنی این مولکول فوق‌العاده ناپایدار، با محافظتی خاص، در دل بدن انسان پدید می‌آید و دقیقاً همان واکنش‌هایی را پیش می‌برد که زندگی به آن‌ها وابسته است.

چشم‌اندازی نو برای شیمی سبز و صنعتی

اگر بتوان کاربِن را به‌صورت پایدار در آب نگه داشت، این کشف نه‌فقط در درک عملکرد بدن، بلکه در صنایع دارویی، انرژی و شیمیایی نیز انقلابی خواهد بود. بسیاری از واکنش‌های شیمیایی امروز در حلال‌هایی سمی، گران‌قیمت و آلاینده انجام می‌شوند؛ اما آب، با ویژگی‌هایی چون غیرسمّی بودن، فراوانی و سازگاری زیستی، بهترین جایگزین است. با این دستاورد تازه، می‌توان امیدوار بود که کاربِن‌ها به‌عنوان کاتالیزورهایی کارآمد در فرآیندهای شیمیایی سبز مورد استفاده قرار گیرند.

کشف اتفاقی یا پاداش صبر علمی؟

نکتهٔ جالب ماجرا اینجاست که هدف اولیهٔ پژوهشگران این نبود که فرضیهٔ بْرِسلو را تأیید کنند. آن‌ها در جریان بررسی واکنش‌پذیری مولکول‌های خاص بودند که به‌صورت اتفاقی به شواهدی از وجود کاربِن پایدار در آب برخوردند. همین مسیر اتفاقی باعث شد نوری بر ایده‌ای قدیمی بتابد؛ ایده‌ای که سال‌ها در گوشهٔ فراموشی مانده بود. این اتفاق یادآور آن حقیقت ساده و درعین‌حال عمیق است که در علم، پشتکار و کنجکاوی دیر یا زود به ثمر می‌نشیند.

آینده‌ای تازه برای شیمی‌دانانِ جاه‌طلب

با این کشف، حالا می‌توان روی دیگر ترکیبات شیمیایی ناپایدار نیز تمرکز کرد؛ موادی که تاکنون فقط در تئوری وجود داشتند، اما حالا شاید با روش‌های حفاظتی مشابه، قابل بررسی و استفاده باشند. همان‌طور که یکی از اعضای تیم پژوهش می‌گوید: «فقط سی سال پیش، همه فکر می‌کردند ساختن چنین مولکول‌هایی ممکن نیست. امروز ما آن‌ها را در آب نگه می‌داریم. این یعنی دروازه‌ای تازه به روی جهان ناپیدای مولکول‌ها باز شده است. و بله، برِسلو درست می‌گفت.»

منبع: Science Advances