Ερευνώντας Αυτά που Δεν Βλέπουμε​—Τι Ανακαλύπτουμε;

ΤΙ ΕΠΙΤΥΓΧΑΝΟΥΝ οι άνθρωποι όταν χρησιμοποιούν νέες εφευρέσεις για να αφαιρέσουν το κάλυμμα, σαν να λέγαμε, και να δουν πράγματα που προηγουμένως ήταν αόρατα; Με αυτόν τον τρόπο καταφέρνουν να κατανοήσουν με αρκετή βεβαιότητα πράγματα που ήταν άγνωστα στο παρελθόν.​—Βλέπε το παρακάτω πλαίσιο.

Παλιότερα επικρατούσε ευρέως η άποψη ότι η γη αποτελούσε το κέντρο του σύμπαντος. Αλλά αργότερα, η χρήση του τηλεσκοπίου κατέδειξε ότι οι πλανήτες, μεταξύ αυτών και η γη, περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο. Πιο πρόσφατα, με την εφεύρεση ισχυρών μικροσκοπίων, οι άνθρωποι κατάφεραν να εξετάσουν ακόμη και το άτομο, και διαπίστωσαν πώς συνδυάζονται ορισμένα είδη ατόμων για να σχηματίσουν τα λεγόμενα μόρια.

Εξετάστε τη σύνθεση ενός μορίου νερού, μιας ουσίας απαραίτητης για τη ζωή. Λόγω του σχεδίου τους, δύο άτομα υδρογόνου ενώνονται με μοναδικό τρόπο με ένα άτομο οξυγόνου για να σχηματίσουν ένα μόριο νερού​—και κάθε σταγόνα περιέχει δισεκατομμύρια τέτοια μόρια! Τι μπορούμε να μάθουμε εξετάζοντας ένα μόριο νερού και αναλύοντας τη συμπεριφορά του υπό διαφορετικές συνθήκες;

 Το Θαύμα του Νερού

Μολονότι οι μεμονωμένες σταγόνες νερού φαίνονται πολύ απλές, το νερό είναι μια εξαιρετικά περίπλοκη ουσία. Μάλιστα ο Δρ Τζον Έμσλι, επιστημονικός συγγραφέας στο Αυτοκρατορικό Κολέγιο του Λονδίνου, στην Αγγλία, είπε ότι το νερό είναι «μια από τις χημικές ουσίες για τις οποίες έχουν γίνει οι περισσότερες έρευνες, και ωστόσο εξακολουθεί να είναι η ουσία που κατανοούμε λιγότερο». Το περιοδικό Νέος Επιστήμονας (New Scientist) δήλωσε: «Το νερό είναι το πιο γνωστό υγρό στη Γη, αλλά και ένα από τα πιο μυστηριώδη».

Ο Δρ Έμσλι εξήγησε ότι, παρά την απλή δομή του νερού, «τίποτα άλλο δεν έχει τόσο περίπλοκη συμπεριφορά». Λόγου χάρη, ανέφερε: «Το H₂O θα έπρεπε να είναι αέριο, . . . αλλά είναι υγρό. Επιπλέον, όταν παγώνει . . . , η στερεή του μορφή, ο πάγος, επιπλέει αντί να βυθίζεται», όπως θα αναμέναμε φυσιολογικά. Σχετικά με αυτή την ασυνήθιστη συμπεριφορά, ο Δρ Πολ Ε. Κλόπστεγκ, πρώην πρόεδρος της Αμερικανικής Εταιρίας για την Πρόοδο της Επιστήμης, σχολίασε:

«Αυτό φαίνεται ότι είναι ένα αξιοσημείωτο σχεδιαστικό χαρακτηριστικό που συμβάλλει στη συντήρηση των υδρόβιων όντων, για παράδειγμα των ψαριών. Σκεφτείτε τι θα συνέβαινε αν το νερό, που παγώνει σε θερμοκρασία 0 βαθμών Κελσίου, δεν συμπεριφερόταν με τον τρόπο που περιγράψαμε. Διαρκώς θα σχηματιζόταν πάγος, μέχρις ότου θα καταλάμβανε μια ολόκληρη λίμνη, εξαλείφοντας όλα ή τα περισσότερα υδρόβια όντα». Σύμφωνα με τον Δρ Κλόπστεγκ, αυτή η παράξενη συμπεριφορά του νερού «αποδεικνύει ότι στο σύμπαν δρα ένας μεγαλειώδης νους που έχει σκοπό».

Όπως αναφέρει το περιοδικό Νέος Επιστήμονας, οι ερευνητές πιστεύουν τώρα ότι γνωρίζουν την αιτία αυτής της ασυνήθιστης συμπεριφοράς του νερού. Έχουν αναπτύξει το πρώτο θεωρητικό μοντέλο που προβλέπει με ακρίβεια τη διαστολή του νερού. «Το κλειδί του μυστηρίου», αντιλήφθηκαν οι ερευνητές, «έγκειται στο κενό που υπάρχει μεταξύ των ατόμων του οξυγόνου μέσα σε αυτές τις δομές».

Δεν είναι αυτό κάτι το αξιοθαύμαστο; Ένα μόριο που φαίνεται τόσο απλό αποτελεί πρόκληση για την ανθρώπινη κατανόηση. Και σκεφτείτε ότι το σώμα μας, στο μεγαλύτερο ποσοστό του βάρους του, είναι νερό! Συμφωνείτε, άραγε, και εσείς πως οι θαυμαστές ιδιότητες αυτού του μορίου, που συνίσταται μόνο από τρία άτομα δύο στοιχείων, αποδεικνύουν ότι υπάρχει και «δρα ένας μεγαλειώδης νους που έχει σκοπό»; Εντούτοις, το μόριο του νερού είναι εξαιρετικά μικρό και πολύ λιγότερο περίπλοκο από πολλά άλλα μόρια.

Εξαιρετικά Περίπλοκα Μόρια

Μερικά μόρια αποτελούνται από χιλιάδες άτομα πολλών από τα 88 στοιχεία που βρίσκονται στη φύση. Λόγου χάρη, ένα μόριο DNA (σύντμηση του δεσοξυριβονουκλεϊνικού οξέος), το οποίο περιέχει τις κωδικοποιημένες πληροφορίες σχετικά με τα κληρονομικά χαρακτηριστικά κάθε έμψυχου όντος, μπορεί να έχει εκατομμύρια άτομα αρκετών στοιχείων!

Παρά την ασύλληπτη περιπλοκότητά του, το μόριο του DNA έχει διάμετρο μόλις 0,0000025 χιλιοστά και είναι τόσο μικρό ώστε δεν μπορούμε να το δούμε παρά μόνο με τη βοήθεια ισχυρού μικροσκοπίου. Μόλις το 1944 ανακάλυψαν οι επιστήμονες ότι το DNA καθορίζει τα κληρονομικά χαρακτηριστικά του ατόμου. Αυτή η διαπίστωση έδωσε το έναυσμα για εντατικές έρευνες αναφορικά με αυτό το εξαιρετικά περίπλοκο μόριο.

Ωστόσο, το DNA και το νερό είναι δύο μόνο από τα πολλά είδη μορίων που περιλαμβάνονται στη δομή των διαφόρων πραγμάτων. Και εφόσον υπάρχουν πολλά μόρια που εντοπίζονται τόσο στα έμψυχα όντα όσο και στην άψυχη ύλη, μήπως πρέπει να συμπεράνουμε ότι το μόνο που απαιτείται για να γεφυρωθούν αυτές οι δύο κατηγορίες είναι ένα απλό βήμα, μια απλή μετάβαση;

Επί μακρό χρονικό διάστημα, πολλοί άνθρωποι το πίστευαν αυτό. «Η ελπίδα ότι η αυξημένη βιοχημική γνώση θα γεφύρωνε το χάσμα διατυπώθηκε απερίφραστα από πολλούς ειδικούς στη διάρκεια των δεκαετιών του 1920 και του 1930», εξήγησε ο μικροβιολόγος Μάικλ Ντέντον. Τι ανακαλύφτηκε, όμως, με το πέρασμα του χρόνου;

Η Ζωή Είναι Απαράμιλλη και Μοναδική

Μολονότι οι επιστήμονες ανέμεναν να βρουν ενδιάμεσους κρίκους, δηλαδή μια σειρά από σταδιακά βήματα, ανάμεσα στα έμψυχα όντα και στην άψυχη ύλη, ο Ντέντον σχολίασε ότι η ύπαρξη μιας ξεκάθαρης ασυνέχειας «αποδείχτηκε τελικά μετά τις επαναστατικές ανακαλύψεις της μοριακής βιολογίας στις αρχές της δεκαετίας του 1950». Αναφερόμενος σε ένα αξιοσημείωτο δεδομένο που είναι τώρα προφανές για τους επιστήμονες, ο Ντέντον εξήγησε στη συνέχεια:

 «Τώρα γνωρίζουμε, όχι μόνο ότι υπάρχει ένα κενό που χωρίζει τον έμψυχο από τον άψυχο κόσμο, αλλά και ότι αυτό αποτελεί την πιο εντυπωσιακή και θεμελιώδη από όλες τις ασυνέχειες της φύσης. Ανάμεσα σε ένα ζωντανό κύτταρο και στο μη βιολογικό σύστημα με την πιο υψηλή πολυπλοκότητα, όπως λόγου χάρη σε έναν κρύσταλλο ή σε μια νιφάδα χιονιού, υπάρχει το πιο απέραντο και απόλυτο χάσμα που είναι δυνατόν να συλλάβει κανείς».

Αυτό δεν σημαίνει ότι η δημιουργία ενός μορίου είναι εύκολη. Το βιβλίο Τα Μόρια Γίνονται Ζωντανά Κύτταρα (Molecules to Living Cells) εξηγεί ότι «η σύνθεση των δομικών στοιχείων των μικρών μορίων είναι αυτή καθαυτή περίπλοκη». Αλλά προσθέτει ότι η κατασκευή αυτών των μορίων «είναι παιχνιδάκι σε σύγκριση με τα όσα πρέπει να γίνουν στη συνέχεια για να παραχθεί το πρώτο ζωντανό κύτταρο».

Τα κύτταρα μπορεί να υπάρχουν μόνα τους ως ξεχωριστοί ζωντανοί οργανισμοί, όπως τα βακτήρια, ή μπορεί να λειτουργούν ως μέρος ενός πολυκύτταρου οργανισμού, όπως ο άνθρωπος. Θα χρειάζονταν 500 κύτταρα μεσαίου μεγέθους για να φτάσουν το μέγεθος της τελείας που βρίσκεται στο τέλος αυτής της πρότασης. Συνεπώς, δεν είναι αξιοπερίεργο το ότι οι λειτουργίες του κυττάρου είναι αόρατες με γυμνό μάτι. Τι ανακαλύπτουμε, λοιπόν, αν χρησιμοποιήσουμε μικροσκόπιο για να ερευνήσουμε ένα και μόνο κύτταρο του ανθρώπινου σώματος;

Το Κύτταρο​—Αποτέλεσμα Τύχης ή Σχεδιασμού;

Πρώτα από όλα, ο άνθρωπος δεν μπορεί παρά να θαυμάσει την περιπλοκότητα των ζωντανών κυττάρων. Ένας επιστημονικός συγγραφέας σχολίασε: «Η φυσιολογική ανάπτυξη ακόμη και του απλούστερου ζωντανού κυττάρου απαιτεί να γίνονται με συντονισμένο τρόπο δεκάδες χιλιάδες χημικές αντιδράσεις». Κατόπιν ρώτησε: «Πώς μπορούν να ελέγχονται ταυτόχρονα 20.000 αντιδράσεις μέσα σε ένα μικροσκοπικό κύτταρο;»

Ο Μάικλ Ντέντον παρομοίασε ακόμη και το μικροσκοπικότερο ζωντανό κύτταρο με «ένα πραγματικό σμικρυμένο εργοστάσιο που περιέχει χιλιάδες αριστοτεχνικά σχεδιασμένα, πολύπλοκα μοριακά μηχανήματα, τα οποία αποτελούνται συνολικά από εκατό δισεκατομμύρια άτομα και είναι εξαιρετικά πιο πολύπλοκα από οποιοδήποτε ανθρωποποίητο μηχάνημα ενώ  δεν μπορεί να βρεθεί όμοιό τους στον κόσμο των άψυχων αντικειμένων».

Οι επιστήμονες εξακολουθούν να σαστίζουν με την περιπλοκότητα του κυττάρου, όπως σχολίασε η εφημερίδα Δε Νιου Γιορκ Τάιμς (The New York Times) της 15ης Φεβρουαρίου 2000: «Όσο περισσότερη κατανόηση αποκτούν οι βιολόγοι για τα ζωντανά κύτταρα, τόσο δυσκολότερη φαίνεται η προσπάθεια να καταλάβουν όλες τις διεργασίες που επιτελούν αυτά τα κύτταρα. Το μέσο ανθρώπινο κύτταρο έχει τόσο μικρό μέγεθος ώστε δεν είναι ορατό, αλλά οποιαδήποτε στιγμή μπορεί να ενεργοποιούνται και να απενεργοποιούνται μέχρι και 30.000 από τα 100.000 γονίδιά του, εκτελώντας τις εργασίες που είναι απαραίτητες για τη λειτουργία του κυττάρου ή αντιδρώντας σε μηνύματα από άλλα κύτταρα».

Η ίδια εφημερίδα έθεσε το ερώτημα: «Πώς μπορεί να αναλυθεί ένα μηχάνημα τόσο μικροσκοπικό και τόσο περίπλοκο; Ακόμη δε και αν ύστερα από επίπονες προσπάθειες κατανοούνταν πλήρως ένα ανθρώπινο κύτταρο, υπάρχουν τουλάχιστον 200 διαφορετικά είδη στο ανθρώπινο σώμα».

Το περιοδικό Φύση (Nature), σε ένα άρθρο με τίτλο «Πραγματικές Μηχανές Δημιουργίας», ανέφερε την ανακάλυψη μικροσκοπικών κινητήρων στο εσωτερικό κάθε κυττάρου του σώματος. Αυτοί περιστρέφονται δημιουργώντας τριφωσφορική αδενοσίνη, την πηγή ισχύος των κυττάρων. Ένας επιστήμονας αναρωτήθηκε: «Τι μπορούμε να επιτύχουμε όταν μάθουμε πώς να σχεδιάζουμε και να κατασκευάζουμε μοριακά μηχανικά συστήματα παρόμοια με τα μοριακά συστήματα που βρίσκουμε στα κύτταρα;»

Σκεφτείτε τις δημιουργικές δυνατότητες του κυττάρου! Η ποσότητα των πληροφοριών που περιέχει το DNA ενός και μόνο κυττάρου του σώματός μας θα γέμιζε περίπου ένα εκατομμύριο σελίδες αυτού του μεγέθους! Επιπλέον, κάθε φορά που το κύτταρο διαιρείται για να δημιουργήσει ένα καινούριο, αυτές οι ίδιες πληροφορίες μεταβιβάζονται στο καινούριο κύτταρο. Πώς νομίζετε ότι προγραμματίστηκε με αυτές τις πληροφορίες το κάθε κύτταρο​—το καθένα από τα 100 τρισεκατομμύρια κύτταρα του σώματός σας; Είναι άραγε τυχαίο ή έγινε από κάποιον Αριστοτέχνη Σχεδιαστή;

Ίσως έχετε καταλήξει στο ίδιο συμπέρασμα με τον βιολόγο Ράσελ Τσαρλς Άρτιστ, ο οποίος είπε: «Αντιμετωπίζουμε τεράστιες, ακόμη και ανυπέρβλητες, δυσκολίες όταν προσπαθούμε να ερευνήσουμε την αρχή [του κυττάρου], καθώς και τη συνεχιζόμενη λειτουργία του, εκτός αν δεχτούμε λογικά ότι το έφερε σε ύπαρξη ένας νους, μια διάνοια».

Θαυμαστή Τάξη Πραγμάτων

Πριν από χρόνια, ο Κέρτλι Φ. Μέιθερ, ο οποίος ήταν τότε καθηγητής γεωλογίας στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, κατέληξε στο ακόλουθο συμπέρασμα: «Ζούμε σε ένα σύμπαν που διέπεται, όχι από τύχη και απρόβλεπτες αλλαγές, αλλά από Νόμο και Τάξη. Η Διαχείρισή του είναι απολύτως λογική και άξια του μεγαλύτερου δυνατού σεβασμού. Αναλογιστείτε τη θαυμαστή μαθηματική δομή της φύσης, που μας επιτρέπει να δίνουμε διαδοχικούς ατομικούς αριθμούς σε κάθε στοιχείο της ύλης».

Ας εξετάσουμε σύντομα αυτή τη «θαυμαστή μαθηματική δομή της φύσης». Στα στοιχεία a που ήταν γνωστά στους αρχαίους λαούς συγκαταλεγόταν ο χρυσός, ο άργυρος, ο χαλκός, ο κασσίτερος και ο σίδηρος. Το αρσενικό, το βισμούθιο και το αντιμόνιο ανακαλύφτηκαν από τους αλχημιστές το Μεσαίωνα, και αργότερα το 18ο αιώνα εντοπίστηκαν πολύ περισσότερα στοιχεία. Το 1863, το φασματοσκόπιο, το οποίο μπορεί να διαχωρίσει το μοναδικό συνδυασμό χρωμάτων που εκπέμπει κάθε στοιχείο, χρησιμοποιήθηκε για την αναγνώριση του ίνδιου, του 63ου στοιχείου που ανακαλύφτηκε.

 Εκείνη την εποχή, ο Ρώσος χημικός Ντμίτρι Ιβάνοβιτς Μεντελέγεφ συμπέρανε ότι τα στοιχεία δεν δημιουργήθηκαν τυχαία. Τελικά, στις 18 Μαρτίου 1869, η διατριβή του με τίτλο «Περίληψη του Συστήματος των Στοιχείων» διαβάστηκε ενώπιον της Ρωσικής Χημικής Εταιρίας. Σε αυτή τη διατριβή δήλωνε: “Επιθυμώ να διατυπώσω ένα σύστημα που διέπεται, όχι από τύχη, αλλά από μια καθορισμένη και ακριβή αρχή”.

Σε εκείνη τη φημισμένη πραγματεία, ο Μεντελέγεφ πρόβλεψε: «Θα πρέπει να αναμένουμε ότι θα ανακαλύψουμε πολλά άγνωστα στοιχεία όπως, λόγου χάρη, αυτά που μοιάζουν με το αργίλιο και το πυρίτιο, στοιχεία με ατομικό βάρος από 65 ως 75». Ο Μεντελέγεφ άφησε κενό χώρο για 16 καινούρια στοιχεία. Όταν του ζητήθηκαν αποδείξεις για τις προβλέψεις του, απάντησε: «Δεν χρειάζομαι αποδείξεις. Οι νόμοι της φύσης, ανόμοια με τους νόμους της γραμματικής, δεν επιδέχονται καμιά εξαίρεση». Και πρόσθεσε: «Υποθέτω ότι, όταν ανακαλυφτούν τα άγνωστα στοιχεία μου, θα μας προσέξουν περισσότεροι άνθρωποι».

Αυτό ακριβώς συνέβη! «Τα επόμενα 15 χρόνια», εξηγεί η Αμερικανική Εγκυκλοπαίδεια (Encyclopedia Americana), «η ανακάλυψη του γάλλιου, του σκάνδιου και του γερμάνιου, των οποίων οι ιδιότητες έμοιαζαν πολύ με εκείνες που πρόβλεψε ο Μεντελέγεφ, εδραίωσε την ορθότητα του περιοδικού συστήματος και τη φήμη του συντάκτη του». Στις αρχές του 20ού αιώνα, όλα τα υπάρχοντα στοιχεία είχαν ανακαλυφτεί.

Όπως δήλωσε ο ερευνητής-χημικός Έλμερ Γ. Μάουρερ, είναι σαφές ότι «αυτή η θαυμάσια διευθέτηση είναι κάθε άλλο παρά τυχαία». Σχετικά με την πιθανότητα να είναι τυχαία η αρμονική τάξη που χαρακτηρίζει τα στοιχεία, ο καθηγητής χημείας Τζον Κλίβελαντ Κόθραν σχολίασε: «Η εκ των υστέρων ανακάλυψη όλων των στοιχείων των οποίων την ύπαρξη πρόβλεψε [ο Μεντελέγεφ], καθώς και το γεγονός ότι έχουν σχεδόν όλες τις ιδιότητες που εκείνος προείπε για αυτά, ουσιαστικά εξάλειψε κάθε τέτοια πιθανότητα. Η μνημειώδης αρχή που διατύπωσε ο Μεντελέγεφ ποτέ δεν ονομάστηκε “Η Περιοδική Τύχη”. Αντιθέτως αποκαλείται “Ο Περιοδικός Νόμος”».

Η ενδελεχής μελέτη των στοιχείων και του τρόπου με τον οποίο συνδυάζονται για να σχηματίσουν το καθετί στο σύμπαν έκανε τον φημισμένο φυσικό Π. Α. Μ. Ντιράκ, που ήταν καθηγητής μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ, να πει: «Θα μπορούσε ίσως κάποιος να περιγράψει την κατάσταση λέγοντας ότι ο Θεός είναι ένας πολύ προχωρημένος μαθηματικός και ότι Αυτός χρησιμοποίησε ανώτερα μαθηματικά καθώς κατασκεύαζε το σύμπαν».

Είναι αναμφίβολα συναρπαστικό να ερευνούμε τον κόσμο των αόρατων πραγμάτων, τόσο των απειροελάχιστα μικροσκοπικών ατόμων, μορίων και ζωντανών κυττάρων όσο και των γιγάντιων αστρικών γαλαξιών, που είναι αδύνατον να δούμε με γυμνό μάτι! Είναι μια εμπειρία που μπορεί να κάνει κάποιον ταπεινό. Πώς επηρεάζεστε εσείς προσωπικά; Τι βλέπετε να αντανακλάται σε αυτά τα πράγματα; Βλέπετε άραγε πέρα από αυτά που μπορούν να δουν τα φυσικά σας μάτια;

[Υποσημείωση]

[Πλαίσιο/Εικόνες στη σελίδα 5]

Ταχύτατη Κίνηση Ασύλληπτη για το Μάτι

Επειδή το άλογο τρέχει με μεγάλη ταχύτητα όταν καλπάζει, οι άνθρωποι του 19ου αιώνα διαφωνούσαν για το αν υπάρχει κάποια δεδομένη στιγμή κατά την οποία οι οπλές του βρίσκονται όλες ταυτόχρονα στον αέρα. Τελικά το 1872, ο Έντουαρντ Μάιμπριτζ ξεκίνησε μια σειρά φωτογραφικών πειραμάτων τα οποία αργότερα έλυσαν το πρόβλημα. Επινόησε μια τεχνική με την οποία έγινε η πρώτη κινηματογράφηση υψηλής ταχύτητας.

Ο Μάιμπριτζ τοποθέτησε στη σειρά 24 φωτογραφικές μηχανές που απείχαν ελάχιστα η μια από την άλλη. Έδεσε την άκρη ενός σπάγκου στο φωτοφράκτη της κάθε φωτογραφικής μηχανής και τον τέντωσε κάθετα στο στίβο έτσι ώστε, όταν κάλπαζε το άλογο, χτυπούσε τους σπάγκους και απελευθέρωνε τους φωτοφράκτες. Η εξέταση των φωτογραφιών που προέκυψαν αποκάλυψε ότι ορισμένες στιγμές το άλογο βρισκόταν ολόκληρο στον αέρα.

[Ευχαριστίες]

Ευγενής παραχώρηση από George Eastman House

[Εικόνα στη σελίδα 7]

Γιατί επιπλέει το παγωμένο νερό αντί να βυθίζεται;

[Εικόνα στη σελίδα 7]

Ένα μόριο DNA έχει διάμετρο 0,0000025 χιλιοστά και ωστόσο οι πληροφορίες που περιέχει θα γέμιζαν ένα εκατομμύριο σελίδες

[Ευχαριστίες]

Μοντέλο DNA κατασκευασμένο από κομπιούτερ: Donald Struthers/Tony Stone Images

[Εικόνα στη σελίδα 8]

Σε κάθε κύτταρο του σώματος​—στο καθένα από τα 100 τρισεκατομμύρια κύτταρα—​γίνονται με συντονισμένο τρόπο δεκάδες χιλιάδες χημικές αντιδράσεις

[Ευχαριστίες]

Copyright Dennis Kunkel, University of Hawaii

[Εικόνες στη σελίδα 9]

Ο Ρώσος χημικός Μεντελέγεφ συμπέρανε ότι τα στοιχεία δεν δημιουργήθηκαν τυχαία

[Ευχαριστίες]

Ευγενής παραχώρηση από National Library of Medicine