چرا دانشمندان مولکول ها را به موسیقی تبدیل می کنند؟

مارک تمپل، زیست شناس مولکولی پزشکی، زمان زیادی را در آزمایشگاه خود در دانشگاه وسترن سیدنی استرالیا صرف تحقیق در مورد داروهای جدید برای درمان سرطان می کرد. او DNA را از سلول‌ها استخراج می‌کرد، آن را در لوله‌های کوچک قرار می‌داد و سپس دارویی به آن اضافه می‌کرد تا ببیند کجا در طول توالی شیمیایی متصل است. قبل از اینکه دارو را معرفی کند، ترکیب‌های DNA را روی صفحه‌نمایش نگاه می‌کرد تا ببیند چه چیزی می‌تواند برای آزمایش بهتر عمل کند، اما بازخوانی بصری توالی‌ها اغلب بسیار زیاد بود.

تمپل که همچنین یک موسیقی‌دان است، می‌گوید: «فهمیدم که می‌خواهم این سکانس را بشنوم. می دانید، ترکیب نوعی صفحه نمایش صوتی و یک نمایشگر بصری بسیار قدرتمندتر از هر دو به صورت مجزا است.

او سیستم خود را برای تخصیص نت به عناصر مختلف DNA آغاز کرد – DNA انسان از چهار پایه مجزا ساخته شده است، بنابراین شروع با چهار نت آسان بود – و کمی از مواد لوله آزمایش خود لحن ساخت. او می‌گوید که این ترفند در واقع به او کمک کرد تا الگوها را در توالی‌ها بهتر تشخیص دهد، که به او اجازه داد انتخاب بهتری در مورد ترکیب‌های DNA داشته باشد.

تمپل اولین کسی نیست که داده های علمی را به صدا تبدیل می کند. در 40 سال گذشته، محققان از کشف این ترفند به عنوان یک روش سرگرم کننده برای شناسایی الگوها در مطالعات خود به استفاده از آن به عنوان راهنمای کشف رفته اند. برخی از دانشمندان در حال تبدیل چنین صداهایی به آهنگ هایی هستند که می گویند می تواند درمانی باشد، در حالی که برخی دیگر آینده ای را تصور می کنند که در آن صداها می توانند تغییر داده شوند و برای ساخت مواد جدید مهندسی معکوس شوند.

اولین آزمایش هایی که در آن دانشمندان داده های بیولوژیکی را به صدا تبدیل کردند در اوایل دهه 1980 شروع شد. در ایالات متحده، دیوید دیمر، که اکنون مهندس زیست مولکولی در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، و یک نوازنده پیانو است، می گوید که در حال صحبت با یک دوست محقق بود که برای اولین بار متوجه شد که سه پایه از چهار پایه DNA با حروف مطابقت دارند. همچنین با نت های موسیقی مطابقت دارد: A، G و C. او تصمیم گرفت نت “E” را به پایه “T” اختصاص دهد و شروع به نواختن نت ها بر روی پیانو کرد، اما متوجه شد که برخی از این ترکیب ها در واقع نشان دهنده دو آکورد هستند. مقیاس موسیقی – سی ماژور ششم یا مینور هفتم. بعداً، او چند نفر از همکارانش را جمع کرد و ملودی‌هایی از این نت‌ها ساخت، و در کاست‌هایی به اوج رسید که آن‌ها «مجموعه DNA» نامیدند. این شامل حدود نیم ساعت موسیقی مبتنی بر ژن انسولین انسانی و تعدادی توالی DNA باکتریایی بود. در 3 آگوست 1982، دیمر در “Walter Cronkite’s Universe” در CBS ظاهر شد و آهنگ های DNA خود را روی پیانو پخش کرد.

در این بین، در فرانسه، ژول استرنهایمر، پزشک و آهنگساز، کاری مشابه انجام می داد. او در حال توسعه چارچوبی بود که ریشه در فیزیک دارد تا فرکانس‌های ارتعاشی مرتبط با هر یک از 20 اسید آمینه که پروتئین‌ها را تشکیل می‌دهند را به نت‌های موسیقی برای یک قطعه رونویسی کند.

از آن زمان، کارشناسان حوزه‌های مختلف، ویروس‌ها، هورمون‌ها، پروتئین‌ها، تار عنکبوت‌ها و حتی شعله‌ها را با استفاده از تکنیک‌های مختلف در طیف بین آنچه دیمر و استرنهایمر استفاده می‌کردند، «سونیفی» کردند. برخی حتی تلاش های خود را به بنگاه های تجاری تبدیل کرده اند. استوارت میچل، آهنگساز، استارت‌آپ Your DNA Song را تأسیس کرد که از روش صوتی سازی برای تبدیل اطلاعات ژنتیکی افراد به آهنگ شخصی استفاده می‌کند.

جامعه علمی متوجه شده است که ارزش بلندمدتی در این نوع کار وجود دارد. تمپل که از اولین آزمایش نرم افزار الگوریتمی خود را برای تبدیل داده ها به صدا ایجاد کرده است، معتقد است که موسیقی حاصل می تواند برای بهبود ارتباطات تحقیقاتی و علمی استفاده شود.

“گاهی اوقات ما هزاران نقطه داده از آزمایش‌ها را داریم، که مشاهده آنها بسیار دشوار است، اما اگر بتوانید از طریق آن نقاط داده به صورت صوتی جریان پیدا کنید، می‌توانید به سرعت آنها را اسکن کنید و به نقاط پرت گوش دهید و به تغییرات داده‌ها گوش دهید.” تمپل می گوید. وی به تحقیقاتی اشاره می کند که در آن محققان با موفقیت سیگنال های الکتروکاردیوگرافی را برای تشخیص بیماری های قلبی صدا می کنند: متخصصان قلب آموزش دیده می توانند ناهنجاری ها را با دقت 78 درصد پس از یک آموزش کوتاه با تکنیک سونفیکیشن تشخیص دهند.

روش خود تمپل شامل تخصیص هر «پایه» DNA منفرد – چهار بلوک سازنده DNA انسان، که به عنوان نوکلئوتیدها نیز شناخته می‌شوند، با حروف A، C، T، G نشان‌گذاری شده‌اند – به یک نت موسیقی است. سپس جفت پایه‌های بعدی را می‌گیرد و آنها را به مجموعه‌ای از یادداشت‌های کمی گسترده‌تر نقشه می‌کشد. در نهایت، او سه قلو از بازها را می گیرد – که در DNA مسئول تبدیل اسیدهای آمینه هستند – و آنها را به یادداشت ها نیز ترسیم می کند. این سیستم مجموعه‌ای از نت‌های پشته‌ای را تولید می‌کند که می‌توان آن‌ها را به عنوان آکورد تفسیر کرد. او می‌گوید که آکوردها که به ترتیب نواخته می‌شوند، موسیقی را در فرآیندی بسیار شبیه به روش دیمر می‌سازند.

تمپل می گوید: «DNA در سلول توسط پروتئین هایی خوانده می شود که به طور فیزیکی در امتداد توالی DNA در یک جهت حرکت می کنند، از ابتدا تا انتها. “این مانند یک نوازنده است که یک نوار کاست را از ابتدا تا انتها می خواند.”

در طول همه‌گیری، تمپل تصمیم گرفت لایه‌هایی از صدا اضافه کند تا صداسازی را به آهنگ تبدیل کند. او تفاوت فاحشی بین «صوت» و «موسیقی‌سازی» می‌بیند. استفاده از صدا برای نمایش داده ها تجربی و علمی است، اما با استفاده از ورودی خلاقانه برای ساخت آهنگ بسیار متفاوت است. نت‌های موسیقی DNA ممکن است برای گوش انسان ملودیک باشند، اما شبیه آهنگی نیستند که شما در رادیو به آن گوش می‌دهید. امروزه علاوه بر تبدیل مولکول به موسیقی دانشمندان با استفاده از موسیقی می توانند عطر و ادکلن درست کنند –بهترین سایت خرید ادکلن– به این شکل که از تاثیر موسیقی بر روی مولکول ها استفاده می کنند.

بنابراین، هنگامی که او سعی کرد RNA ویروس کرونا را صوت کند، لایه‌هایی از درام و گیتار اضافه کرد و از برخی از دوستان نوازنده خواست موسیقی خود را اضافه کنند تا ویروس را به یک آهنگ کامل پست راک تبدیل کنند.