فيديو الدرس: تأثير الإشعاع على الكائنات الحية العلوم • الصف الثالث الإعدادي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف مخاطر الإشعاع النووي على صحة الكائنات الحية. قبل أن نتناول هذه التأثيرات، دعونا نتذكر بعض الأمور عن الإشعاع النووي.

جميع المواد تتكون من ذرات، وفي مركز كل ذرة يوجد شيء يسمى النواة. لقد رسمنا النواة هنا على شكل كرة، لكننا نعرف أنها تتكون في الواقع من جسيمات تسمى البروتونات والنيوترونات. تتعرض هذه الجسيمات الأصغر في النواة لقوى تسبب تجاذبًا وتنافرًا فيما بينها. عندما تتوازن القوى المسببة للتجاذب والتنافر، يقال إن النواة مستقرة. لكن في حالة اختلال توازن القوى، فإن هذه النواة غير المستقرة قد تصدر إشعاعًا نوويًّا.

يمكن أن يتكون الإشعاع النووي من جسيمات أو موجات كهرومغناطيسية. في كلتا الحالتين، هذا الإشعاع يبعث طاقة؛ بعبارة أخرى، يحمل الإشعاع طاقة من النواة المضمحلة إلى أي موضع آخر ينتقل إليه الإشعاع. يمكن أن ينطلق هذا الإشعاع في الفضاء أو تمتصه الأرض. ولكنه قد يتفاعل أيضًا مع أحد الكائنات الحية. يعني هذا أن الذرات في ذلك الكائن الحي، إما على سطحه وإما في داخله، تمتص الإشعاع. عندما تمتص الذرات الإشعاع، فإنها قد تتغير. يمكن أن تحدث هذه التغيرات في ما يسمى الخلايا. جميع الكائنات الحية مكونة من خلايا.

يمكننا تخيل الخلايا على أنها أجسام صغيرة جدًّا، عادة ما تكون أصغر من أن ترى بالعين، ولها شكل غير منتظم ومنطقة في مركزها. تحتوي هذه المنطقة على ما يسمى بالحمض النووي ‪(DNA)‬‏ للخلية. يشبه الحمض النووي للخلية قائمة مرتبة من التعليمات لتكاثر الخلية. عندما تمتص ذرات الخلية إشعاعًا نوويًّا، قد تحدث العديد من التأثيرات المحتملة.

وبما أن الإشعاع النووي ينقل الطاقة، فمن الممكن أن ترتفع درجة حرارة الخلية. وهذا قد يضر الخلية أو قد لا يضرها. إذا ارتفعت درجة حرارة الخلية بمقدار صغير فقط، فقد يمكنها أن تواصل أداء وظيفتها على نحو طبيعي. ولكن، إذا ارتفعت درجة الحرارة بمقدار كبير، فقد تتلف الخلية. التلف الذي يلحق بالخلية يعني أنها لن تقدر على أداء وظيفتها المعتادة. فعندما يتلف الحمض النووي لخلية، فهذا يعني أن تعليمات تكاثر الخلية لم تعد صحيحة. عند هذه المرحلة، يمكن أن يحدث أمران مختلفان.

إذا لم تستطع الخلية التكاثر، فإنها ستموت. من ناحية أخرى، إذا ظل الحمض النووي التالف قادرًا على التكاثر، ولكن بشكل غير صحيح، يمكن أن يؤدي ذلك إلى حدوث ما يسمى بالطفرة. وهذا ما يحدث عندما تغير خلية أو حتى كائن حي شكلها بطريقة غير مقصودة. مرة أخرى، بناء على مدى تلف الحمض النووي في خلية ما، يمكن أن تنتقل الطفرة من جيل من الخلايا إلى جيل آخر وآخر. في حالات استثنائية، يمكن أن تؤدي الطفرات إلى تغير في شكل الكائن الحي. كما تعد الطفرات سبب جميع أنواع مرض السرطان المعروفة.

بالنسبة للطاقة التي تنتقل إلى الخلية ومن المحتمل أن تحدث هذه التأثيرات، فتنقسم إلى فئتين. يمكن للإشعاع أن ينقل طاقة حرارية إلى الخلية مباشرة، أو يمكنه أن ينقل طاقة كيميائية على نحو غير مباشر. إذن، قد يرجع سبب ارتفاع درجة حرارة الخلية وتلفها وموتها إلى انتقال مزيج من الطاقة الحرارية والكيميائية الناتجة عن الإشعاع النووي. لنفترض الآن أن هذه الخلية عبارة عن جزء من كائن حي أكبر. لنفترض أنها خلية واحدة في جسم شخص.

يمكن أن يؤثر الإشعاع النووي في كائن حي بطرق مختلفة عن الطرق التي يؤثر بها في خلية واحدة. وإذا تعرض عدد كاف من خلايا كائن حي لارتفاع كبير في درجة الحرارة، فقد يتعرض هذا الكائن لحروق إشعاعية. وسيبدو تأثير هذه الحروق كتأثير حروق الشمس، لكنه يمكن أن يحدث في كل من الأجزاء الخارجية والداخلية للكائن الحي. وبسبب انتقال طاقة كيميائية، فقد يتعرض الكائن الحي للتسمم الإشعاعي. وهذا يمكن أن يؤدي إلى أعراض تشمل تلف الأعضاء، والنزيف الداخلي، والعمى.

وعليه، فإن التأثيرات المحتملة للإشعاع على الكائن الحي يمكن أن تكون شديدة الخطورة. ومع ذلك، اتضح أن للإشعاع فوائد جمة في بعض مجالات الطب. على سبيل المثال، الأشعة السينية هي نوع من الإشعاع، لا يصدر عن النواة، لكنه يساعدنا على فهم صحة الجسم. ونظرًا لأن الإشعاع يمكن أن يكون ضارًّا بصحة الإنسان أو مفيدًا لها، تخضع جرعة هذا الإشعاع في التطبيقات الطبية لتحكم دقيق. تشير الجرعة إلى مقدار الإشعاع الذي يمتصه جسم الشخص. ويمكن قياس جرعات الإشعاع للبشر بوحدة قياس تسمى الرم. على سبيل المثال، يتضمن تصوير معصم شخص بالأشعة السينية جرعة مقدارها ٠,٠٠٦ رم تقريبًا.

بوجه عام، كلما زادت الجرعة، زادت فرصة التأثير السلبي للإشعاع في جسم الشخص. ولكن، بالإضافة إلى زيادة الجرعة، هناك طريقة أخرى يمكن أن يمثل الإشعاع النووي بها خطرًا على صحة الإنسان. فمع جرعة الإشعاع الناتجة عن تصوير معصم واحد بالأشعة السينية، على سبيل المثال، صغيرة وليست خطرة بوجه عام، تخيل كيف يمكن أن تتغير هذه الجرعة إذا طالت فترة التعرض للأشعة السينية بصورة مستمرة، بدلًا من أن تكون لحظية. بعبارة أخرى، قد يتعرض معصم الشخص للأشعة السينية لدقائق أو حتى ساعات أو أيام. ومع أن مقدار الإشعاع الذي يمتصه الشخص عند لحظة معينة صغير للغاية، فإنه بزيادة فترة تعرضه للإشعاع، يمكن لهذه الجرعة الصغيرة أن تتراكم لتحدث تأثيرًا ضارًّا.

بوجه عام، هناك طريقتان يمكن بهما للإشعاع أن يكون ضارًّا أو مميتًا للشخص. الأولى، إذا تعرض الشخص لكمية كبيرة من الإشعاع خلال فترة زمنية قصيرة. والثانية، إذا تعرض لجرعة صغيرة لمدة طويلة، أي فترة تعرض طويلة، ونظرًا لما قد يشكله الإشعاع النووي من خطر على البشر، فإن مقدار الإشعاع الذي يتعرض له شخص عن قصد، لأسباب طبية مثلًا، يكون محدودًا ومحسوبًا بدقة. بعد أن عرفنا كل ذلك، لنتناول بعض الأمثلة.

أي من الآتي يصف وصفًا صحيحًا التأثير الأكثر شدة على الخلايا الحية، الذي قد ينتج عن امتصاص الإشعاع النووي؟ (أ) تبديد الخلايا للطاقة. (ب) تلف الخلايا. (ج) قتل الخلايا.

عندما ينبعث الإشعاع من نواة، فقد تمتصه ذرات الخلية التي تساعد في تكوين كائن حي. الخلية تتكون من أجزاء مختلفة، لم نرسمها هنا. إلا أن الفكرة هي أن الإشعاع النووي يمكن فعليًّا أن ينقل الطاقة إلى أي خلية. يمكن للإشعاع أن ينقل طاقة حرارية بصورة مباشرة، وينقل طاقة كيميائية بصورة غير مباشرة. إذا ارتفعت درجة حرارة خلية بسبب طاقة حرارية، فقد تبدد الخلية هذه الطاقة عن طريق التبريد من دون أن تترك أي آثار سلبية.

إذن، نرى أن الخيار (أ) تبديد الخلايا للطاقة، من النتائج المترتبة على امتصاص الإشعاع النووي. ولكنها نتيجة ثانوية للغاية. تذكر أننا نحاول تحديد التأثير الأشد على الخلية الحية. وقد تتلف الخلية أيضًا بسبب امتصاص الإشعاع النووي؛ على سبيل المثال، قد تزداد درجة حرارتها بدرجة تكفي لإيقافها عن أداء وظائفها بشكل صحيح. ولكن، من الممكن أن تظل خلية تالفة قادرة على التكاثر. وبناء على نوع التلف الذي تعرضت له الخلية، قد لا تكون عملية التكاثر دقيقة، ولكن، في هذه الحالة، تظل الخلية على قيد الحياة.

أما الخيار (ج) فيصف ما ينتج عن امتصاص خلية لقدر من الإشعاع النووي يكفي لأن تتسبب الطاقة المنقولة في موت الخلية. والخلية الميتة، بالطبع، لا يمكنها التكاثر. حسنًا، إن موت الخلية هو أشد تأثير يمكن أن ينتج عن امتصاص الخلية لإشعاع نووي.

لنتناول الآن تدريبًا آخر.

أي من الآتي يقاس بوحدة رم؟ (أ) النشاط الإشعاعي لجسم، (ب) الإشعاع النووي الذي امتصه شخص، (ج) شدة الإشعاع النووي عند نقطة.

لنتأمل الخيارات الثلاثة هذه في سياق تعرض شخص للإشعاع النووي. لكي يتعرض شخص للإشعاع، لا بد أولًا من وجود جسم ما، مثل هذا، يبعث إشعاعًا. لنفترض إذن أن هذا الجسم يصدر بالفعل إشعاعًا نوويًّا، وأن شخصًا ما يتعرض له. بينما قد يمر بعض من هذا الإشعاع مباشرة عبر الشخص، إلا أن الشخص قد يمتص البعض الآخر. عندما يحدث ذلك، يحدث انتقال للطاقة إلى ذرات جسم الشخص الذي امتص الإشعاع.

صممت وحدة الرم لتشير إلى حجم جرعة الإشعاع الممتصة. إذا كانت وحدة الرم تصف النشاط الإشعاعي لجسم ما فحسب، فلن نحتاج إلى وضع شخص في هذا الرسم. سنهتم فقط بهذا الجزء من الرسم. ولكن، هذه الوحدة تتعلق بمدى تعرض شخص، أي امتصاصه، للإشعاع. لن نختار الخيار (أ).

بالنسبة للخيار (ج)، فإنه يزعم أن وحدة الرم تتعلق بشدة الإشعاع النووي عند نقطة. مرة أخرى، هذا التعريف لا علاقة له بالإشعاع الذي يمتصه الشخص. إذا كان الخيار (ج) صحيحًا، فيمكننا اختيار نقطة في الفراغ، لنفترض مثلًا أنها هذه النقطة، ونستخدم وحدة الرم لقياس شدة الإشعاع النووي عند هذه النقطة. إلا أن وحدة الرم تستخدم في الأغراض الطبية. وهي مصممة لتساعدنا في حماية البشر من التعرض المفرط للإشعاع النووي.

تعطينا وحدة الرم قياسًا كميًّا لمقدار الإشعاع النووي الذي يمتصه شخص ما. لاحظ أن هذا لا يتضمن أي إشعاع نووي يتعرض له الشخص ولكنه لا يمتصه. يشير هذا إلى حقيقة أن وحدة الرم صممت للمحافظة على صحة الإنسان وسلامته.

لنتناول الآن مثالًا أخيرًا.

يتعرض فني في مركز لتخزين النفايات النووية لجرعة صغيرة جدًّا من الإشعاع كل يوم؛ حيث يعمل. أي العبارات الآتية تصف بشكل صحيح تأثير ذلك على صحته؟ (أ) كلما زادت أيام عمل الفني، زاد الضرر الذي سيعاني منه من الإشعاع النووي. (ب) الجرعة التي يتعرض لها الفني ليست كبيرة بما يكفي لإصابته بضرر؛ ومن ثم لن تتأثر صحته.

لدينا هنا حالة يتعرض فيها أحد الفنيين لجرعات صغيرة جدًّا من الإشعاع النووي خلال كل يوم يذهب فيه إلى العمل. بما أن هذه الجرعة اليومية صغيرة جدًّا، فمن غير المحتمل أن يؤثر امتصاصها في أي يوم منفرد سلبًا على صحة الجسم. ولكن، تكمن المشكلة في أن الفني يتعرض لهذه الجرعة الصغيرة جدًّا يوميًّا. والأضرار التي تلحق بالجسم بسبب الإشعاع النووي تراكمية. هذا يعني أنه في كل مرة يتعرض فيها شخص لإشعاع نووي، يزيد احتمال تضرره.

على سبيل القياس، افترض أن شخصًا أصيب بحروق الشمس. إن الإصابة بحروق الشمس مرة واحدة أمر مؤلم، لكن على الأرجح لن يكون لها أي تأثير سلبي طويل الأمد على الصحة. لكن، إذا أصيب شخص بحروق الشمس يوميًّا في كل أسبوع من كل شهر من كل سنة، فإن هذه الأضرار اليومية الصغيرة ستتفاقم. على المدى الطويل، تزداد احتمالية إصابة هذا الشخص بسرطان الجلد.

ينطبق المبدأ نفسه على فني مركز النفايات النووية. فكلما زادت أيام عمل هذا الفني، زاد الضرر التراكمي الذي يعاني منه بسبب الإشعاع النووي. بالطبع، الحل هو أن يتوقف الفني عن الذهاب للعمل. ولكنها مشكلة يمكن حلها مع مشرفه.

لنختتم هذا الدرس بتلخيص بعض النقاط الأساسية. في هذا الفيديو، رأينا أن الإشعاع النووي قد يؤثر في الخلية عبر رفع درجة حرارتها، أو إتلافها، أو حتى تدميرها. كما تعلمنا أنه عندما يتلف الحمض النووي الموجود في خلية، فقد يؤدي هذا إلى حدوث طفرة. يمكن أن تنتقل الطفرة في خلية، أو جين، أو جسم كائن حي إلى الأجيال اللاحقة. وهذا قد يؤدي إلى إصابة الكائن الحي بمرض السرطان أو غير ذلك من الاضطرابات. من ناحية أخرى، قد يؤثر الإشعاع النووي في الكائنات الحية بحروق إشعاعية أو تسمم إشعاعي.

نظرًا لأن الإشعاع قد يضر الكائنات الحية وله استخدامات طبية في الوقت نفسه، فقد ابتكرت وحدة تسمى الرم لقياس جرعة الإشعاع التي يمتصها الشخص. وأخيرًا، يمكن أن يكون الإشعاع النووي ضارًّا أو مميتًا لشخص إذا استقبل جرعة كبيرة خلال فترة زمنية قصيرة أو إذا استقبل جرعات صغيرة باستمرار على مدار فترة زمنية طويلة. هذا ملخص لتأثيرات الإشعاع على الكائنات الحية.