ویلیام اسکو مورنر

ویلیام اسکو مورنر
متولد	۲۴ ژوئن ۱۹۵۳
محل زندگی	استنفورد، کالیفرنیا، ایالات متحدهٔ آمریکا
ملیت	آمریکایی
جوایز	جایزهٔ نوبل شیمی ۲۰۱۴؛ جایزهٔ ولف؛ عضویت در آکادمی ملی علوم آمریکا
والدین	ویلیام آلفرد مورنر و برتا فرانسیس رابینسون مورنر
فرزندان	یک پسر

ویلیام اسکو مورنر (William E. Moerner؛ زادهٔ ۲۴ ژوئن ۱۹۵۳) شیمی‌دان و فیزیک‌دان آمریکایی و استاد دانشگاه استنفورد است. او در سال ۲۰۱۴، به‌طور مشترک با اریک بتزیگ و اشتفان و. هل، جایزهٔ نوبل شیمی را دریافت کرد. انگیزهٔ رسمی جایزه «برای توسعهٔ میکروسکوپی فلورسانس با وضوح ابرتفکیک» اعلام شد.

پژوهش مورنر به دانشمندان امکان داد نور گسیل‌شده از یک مولکول منفرد را اندازه‌گیری و رفتار آن را در محیط اطراف بررسی کنند.

این کار، همراه با روش‌های اریک بتزیگ و اشتفان هل، محدودیت سنتی میکروسکوپ نوری را پشت سر گذاشت و تصویربرداری از ساختارها و فرایندهای زیستی در مقیاس نانو را ممکن کرد.

زندگی و تحصیلات

ویلیام مورنر در پلیزنتون، کالیفرنیا، به دنیا آمد، اما در سن‌آنتونیو در ایالت تگزاس بزرگ شد. او در خانواده‌ای پرورش یافت که به آموزش، موسیقی و کارهای فنی اهمیت می‌دادند. علاقهٔ او به آزمایش‌های علمی و وسایل الکترونیکی از دوران مدرسه آغاز شد. مورنر در دورهٔ نوجوانی در پروژه‌های علمی مدرسه شرکت می‌کرد و از ساختن و تعمیر ابزارها لذت می‌برد.

او در دانشگاه واشینگتن در سن‌لوئیس تحصیل کرد و سپس به دانشگاه کرنل رفت. مورنر در سال ۱۹۷۵ مدرک کارشناسی و در سال ۱۹۷۸ مدرک کارشناسی ارشد گرفت و در سال ۱۹۸۲ دکترای خود را از کرنل دریافت کرد.

زمینهٔ تحصیلی او فیزیک بود و پژوهش‌هایش به برهم‌کنش نور و ماده و ویژگی‌های نوری مولکول‌ها مربوط می‌شد.

مورنر پس از دریافت دکترا به مرکز پژوهشی آلمادن شرکت آی‌بی‌ام در سن‌خوزه پیوست و تا سال ۱۹۹۵ در آن‌جا کار کرد. او سپس سه سال در دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو فعالیت داشت و بعد به دانشگاه استنفورد رفت. مورنر همچنین استاد مهمان مؤسسهٔ فناوری فدرال زوریخ و دانشگاه هاروارد بوده است.

او متأهل است و یک پسر دارد.

مشاهدهٔ یک مولکول منفرد

پیش از کار مورنر، بسیاری از آزمایش‌های نوری رفتار میانگین تعداد زیادی از مولکول‌ها را اندازه‌گیری می‌کردند. وقتی میلیون‌ها مولکول هم‌زمان نور جذب یا منتشر می‌کنند، اطلاعات مربوط به هر مولکول در میان یک سیگنال جمعی پنهان می‌شود. مورنر نشان داد که می‌توان نور جذب‌شده از یک مولکول منفرد را اندازه گرفت و تغییرات آن را جداگانه بررسی کرد.

در سال ۱۹۸۹، گروه مورنر نخستین اندازه‌گیری نوری یک مولکول منفرد را گزارش کرد. این دستاورد نشان داد که یک مولکول واحد می‌تواند به‌عنوان منبع نور قابل شناسایی عمل کند. مطالعهٔ تک‌مولکولی به دانشمندان اجازه می‌دهد تفاوت‌های رفتاری مولکول‌ها را ببینند؛ تفاوت‌هایی که در اندازه‌گیری میانگین جمعی از بین می‌روند.

مولکول‌های فلورسنت پس از دریافت نور، بخشی از انرژی را به صورت نور دوباره منتشر می‌کنند. شدت و مدت این نور به وضعیت مولکول و محیط آن بستگی دارد. مورنر از همین ویژگی برای مطالعهٔ تغییر حالت مولکول و کنترل آن استفاده کرد. او نشان داد که می‌توان با انتخاب طول موج مناسب، فلورسانس برخی مولکول‌ها را روشن یا خاموش کرد.

میکروسکوپی تک‌مولکولی و وضوح ابرتفکیک

میکروسکوپ نوری معمولی با محدودیتی روبه‌رو است که به طول موج نور و پدیدهٔ پراش مربوط می‌شود. بر اساس حد پراش، دو نقطهٔ بسیار نزدیک را نمی‌توان همیشه به صورت دو نقطهٔ جدا از هم دید. این محدودیت برای مشاهدهٔ مولکول‌های زیستی که فاصلهٔ آن‌ها در مقیاس نانو است، مشکل بزرگی ایجاد می‌کرد.

مورنر و بتزیگ راهی پیدا کردند تا این محدودیت را با استفاده از مولکول‌های فلورسنت دور بزنند. در این روش، همهٔ مولکول‌های موجود در یک ناحیه هم‌زمان روشن نمی‌شوند. فقط تعداد کمی از مولکول‌ها در هر مرحله فعال می‌شوند و جای هر کدام با دقت محاسبه می‌شود. با تکرار تصویربرداری و ترکیب تصاویر، نقشه‌ای با وضوح بسیار بالاتر از تصویر معمولی به دست می‌آید.

این شیوه با میکروسکوپی تک‌مولکولی ارتباط دارد. پژوهشگر به جای دیدن یک تصویر مبهم از مجموعه‌ای از مولکول‌ها، موقعیت مولکول‌های منفرد را در تصاویر متوالی تعیین می‌کند. حاصل کار تصویری است که جزئیات آن در مقیاس نانو قابل تشخیص است. کنترل برگشت‌پذیر فلورسانس، یعنی توانایی روشن و خاموش‌کردن نشانگرها، بخش مهمی از این روش است.

کاربردهای زیستی

میکروسکوپی با وضوح ابرتفکیک امکان مشاهدهٔ مسیر حرکت مولکول‌ها در سلول زنده را فراهم کرده است. پژوهشگران می‌توانند چگونگی جابه‌جایی پروتئین‌ها، شکل‌گیری اتصال‌های عصبی و سازمان‌یافتگی غشای سلولی را بررسی کنند. همچنین می‌توان رفتار پروتئین‌هایی را که در بیماری‌های پارکینسون، آلزایمر و هانتینگتون نقش دارند، در زمان تجمع آن‌ها دنبال کرد.

این روش در زیست‌شناسی سلولی، علوم اعصاب، میکروب‌شناسی و پژوهش‌های سرطان کاربرد دارد. دانشمندان با نشاندارکردن مولکول هدف، با یک نشانگر فلورسنت می‌توانند محل، تعداد و حرکت آن را ثبت کنند.

تصویربرداری تک‌مولکولی همچنین برای مطالعهٔ پروتئین‌های فلورسنت و ساخت حسگرهای زیستی به کار می‌رود.

روش‌های مورنر جایگزین همهٔ روش‌های دیگر میکروسکوپی نیستند. آماده‌سازی نمونه، انتخاب نشانگر مناسب و جلوگیری از آسیب نوری به سلول همچنان چالش‌هایی مهم‌اند. با این حال، این روش‌ها امکان پرسش‌هایی را فراهم کرده‌اند که با میکروسکوپ نوری معمولی قابل طرح یا پاسخ‌گویی نبودند.

فعالیت دانشگاهی و پژوهشی

مورنر در دانشگاه استنفورد استاد شیمی است و با گروه‌های پژوهشی در حوزه‌های شیمی زیستی، فیزیک و زیست‌شناسی سلولی همکاری دارد. فعالیت‌های علمی او بر طیف‌سنجی تک‌مولکولی، کنترل نوری مولکول‌ها، پروتئین‌های فلورسنت و تصویربرداری در مقیاس نانو متمرکز است.

یکی از ویژگی‌های پژوهش مورنر پیوند میان شیمی‌فیزیک و زیست‌شناسی است. او از ابزارهای نوری و روش‌های کمی برای مطالعهٔ مولکول‌هایی استفاده می‌کند که درون سلول وظایف مشخصی انجام می‌دهند. این رویکرد کمک کرده است حرکت و تغییر حالت مولکول‌ها به صورت مستقیم‌تر از گذشته بررسی شود.

جایزهٔ نوبل شیمی ۲۰۱۴

آکادمی سلطنتی علوم سوئد در ۸ اکتبر ۲۰۱۴ اعلام کرد که جایزهٔ نوبل شیمی به اریک بتزیگ، اشتفان هل و ویلیام مورنر تعلق می‌گیرد. جایزه به‌طور مساوی میان سه دانشمند تقسیم شد و انگیزهٔ رسمی آن «برای توسعهٔ میکروسکوپی فلورسانس با وضوح ابرتفکیک» بود.

اشتفان هل، روش میکروسکوپی STED را توسعه داد که با استفاده از پرتوهای لیزر، بخش بزرگی از فلورسانس را خاموش می‌کند و ناحیه‌ای بسیار کوچک را برای تصویربرداری باقی می‌گذارد. مورنر و بتزیگ، جداگانه، پایه‌های روش میکروسکوپی تک‌مولکولی را فراهم کردند.

در این روش، با روشن و خاموش‌کردن کنترل‌شدهٔ مولکول‌های فلورسنت، تصاویر متعددی تهیه و سپس با یکدیگر ترکیب می‌شوند.

نوبل شیمی ۲۰۱۴ نشان داد که محدودیت پراش به معنای ناتوانی کامل میکروسکوپ نوری در مشاهدهٔ جهان نانو نیست. با طراحی نشانگرها و روش‌های تصویربرداری مناسب می‌توان اطلاعات مکانی و زمانی بسیار دقیقی از مولکول‌های زیستی به دست آورد.

افتخارات

مورنر عضو آکادمی ملی علوم ایالات متحده و از اعضای انجمن آمریکایی پیشرفت علوم است. او برای مشارکت در طیف‌سنجی تک‌مولکولی و تصویربرداری با وضوح ابرتفکیک جوایز علمی متعددی دریافت کرده است. جایزهٔ نوبل شیمی ۲۰۱۴ مهم‌ترین افتخار علمی او به شمار می‌آید.

کار مورنر به تثبیت حوزهٔ طیف‌سنجی تک‌مولکولی کمک کرد. این حوزه اکنون یکی از زمینه‌های مهم در مطالعهٔ پدیده‌هایی است که در مقیاس مولکولی رخ می‌دهند و از دسترسی روش‌های اندازه‌گیری جمعی خارج هستند.

حمایت از مقاومت ایران

شورای ملی مقاومت ایران در ۵ ژوئیهٔ ۲۰۲۴ گزارش کرد که ۸۰ برندهٔ جایزهٔ نوبل در نامه‌ای مشترک به رهبران جهان دربارهٔ وضعیت حقوق بشر در ایران ابراز نگرانی کرده‌اند.

نام ویلیام مورنر، با عنوان برندهٔ نوبل شیمی ۲۰۱۴، در فهرست امضاکنندگان منتشرشده در این گزارش آمده است. بنا بر گزارش شورا، نامه از خواست مردم ایران برای دموکراسی و حمایت از طرح ده‌ماده‌ای مریم رجوی سخن می‌گوید و خواستار اقدام بین‌المللی در برابر سرکوب است.

همچنین، در گزارش‌های بعدی همان جریان رسانه‌ای نیز نام مورنر در فهرست برندگان نوبلِ امضاکنندهٔ بیانیه‌های مرتبط با حقوق بشر و آیندهٔ سیاسی ایران تکرار شده است. این گزارش‌ها از حمایت امضاکنندگان از آزادی، دموکراسی و حق مردم ایران برای تعیین سرنوشت خود سخن می‌گویند.