اكتشاف "الحرارة غير المنتشرة" يقلب مفاهيم الفيزياء داخل أجسامنا

كشفت دراسة حديثة نُشرت في مايو 2026 من جامعة طوكيو عن مفاجأة جوهرية تتعلق بفيزياء الحياة: الحرارة لا تنتشر داخل الخلايا بالطريقة التي تُعلمنا إياها الكتب الدراسية. فعندما استخدم الباحثون ليزراً دقيقاً يعمل بالأشعة تحت الحمراء لتسخين نقطة صغيرة جداً داخل خلية حية، لاحظوا أن الدفء يبقى محتبساً بدلاً من أن يتبدد بسرعة. هذه الظاهرة، التي أطلق عليها الفريق اسم "الحرارة غير المنتشرة" (Nonspreading Heat)، تفرض علينا إعادة النظر في آليات انتقال الحرارة على المستوى النانوي داخل الأنظمة البيولوجية .

كيف أُجريت التجربة

قام الفريق بقيادة الباحثَين كوهكي أوكابي وماساهارو تاكارادا بدمج تقنيتين متطورتين لمراقبة حركة الحرارة في الزمن الحقيقي:

• رسم خرائط حرارية فائقة السرعة: استخدموا مقياس حرارة بوليمرياً فلوورياً مخصصاً مع تقنية التصوير المجهري الفلوري فائق السرعة لقياس زمن الحياة (FLIM) . وقد عمل هذا المزيج ككاميرا فائقة الحساسية، حيث التقط تغيرات درجة الحرارة بدقة تصل إلى أجزاء من الألف من الثانية وعلى مستوى أصغر من الخلية .
• تسخين محكوم بالليزر: قام ليزر الأشعة تحت الحمراء بتوصيل نبضة حرارية دقيقة إلى منطقة محددة داخل الخلية. ثم تتبع الباحثون منحنى التبريد لقياس مدى سرعة عودة الخلية إلى درجة حرارتها الأساسية بدقة .

المقارنة الحاسمة: الخلايا مقابل الجسيمات الشحمية

لإثبات أن هذا التأثير فريد من نوعه ويعود إلى تعقيد الخلية الحية، أجرى الباحثون اختباراً مماثلاً على جسيمات شحمية اصطناعية (Liposomes)، وهي أكياس بسيطة مملوءة بالسوائل صُممت لتكون بحجم الخلية تقريباً. وكانت النتائج صارخة. ففي الجسيمات الشحمية، تبددت الحرارة بسرعة وتماماً كما تتوقع معادلة الانتشار القياسية للسوائل. أما داخل الخلايا الحية، فقد تبددت نفس كمية الحرارة ببطء ملحوظ جداً .

لقد تمكنت هذه المقارنة المباشرة من عزل السبب. فالجسيمات الشحمية هي ببساطة أكياس من الماء محاطة بغشاء. أما الخلايا فتحتوي على نفس السائل الخلوي المائي ولكنها أيضاً مزدحمة بكثافة بالبروتينات والعضيات والهيكل الخلوي الجزيئي. وقد خلصت الدراسة إلى أن هذه الجزيئات الحيوية الأخرى داخل الخلية هي المسؤولة عن احتباس الحرارة .

تحدٍّ لفيزياء الكتب المدرسية

هذا الاكتشاف لا يضيف مجرد حاشية لنظرية قائمة، بل يتحداها بشكل مباشر. تفترض الديناميكا الحرارية القياسية وديناميكا الموائع أن الحرارة في البيئة السائلة يجب أن تنتشر بسرعة. لكن دراسة طوكيو وجدت أن انتشار الحرارة داخل الخلايا لم يكن بطيئاً فحسب، بل كان أيضاً معتمداً على الموقع. فقد اختلف معدل التبريد بناءً على الجزء الذي تم تسخينه من الخلية والهياكل الجزيئية القريبة منه .

وصرح فريق البحث قائلاً: "إن ظاهرة 'الحرارة غير المنتشرة' غير مسبوقة لدرجة أننا لم نستطع الاعتماد على الكتب الدراسية الحالية لفك شيفرة الآلية الفيزيائية" . هذا التعقيد يتطلب من العلماء إعادة التفكير في كيفية تحرك الطاقة على المستوى النانوي في البيئات البيولوجية المزدحمة والنشطة.

إعادة التفكير في دور الحرارة داخل أجسامنا

تمتد آثار هذا الاكتشاف إلى ما هو أبعد من كتب الفيزياء لتصل إلى فهمنا الأساسي لعلم الأحياء والأمراض.

• الحرارة كإشارة خلوية: يقترح الباحث الرئيسي كوهكي أوكابي أن الحرارة المحتبسة ليست مجرد نفايات استقلابية. بل على العكس، قد تعمل كمصدر طاقة مركّز تستخدمه الخلايا بنشاط لتشغيل وظائف محددة. وهذا يعيد تعريف الحرارة على أنها "إشارة نشطة" للتنظيم الخلوي بدلاً من كونها مجرد منتج ثانوي سلبي .
• تطبيقات طبية ثورية: من المعروف أن التغيرات التلقائية في درجة الحرارة بمقدار درجة إلى درجتين مئويتين داخل الخلايا تؤثر على عمليات حاسمة مثل تمايز الخلايا الجذعية العصبية، والاستجابة للصدمة الحرارية، والالتهاب. وفهم كيفية احتفاظ الخلايا بهذه الحرارة واستخدامها بشكل طبيعي يمكن أن يفتح استراتيجيات علاجية جديدة لحالات مرتبطة بدرجة حرارة الجسم، بما في ذلك الصرع والالتهاب والسرطان .

نُشرت الدراسة التي تحمل عنوان "التبديد الحراري البطيء غير الانتشارى يُحدث درجة حرارة محلية عالية في الخلايا الحية" في مجلة Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-026-71878-y) في مايو 2026 .