Kurkistus näkymättömään – mitä paljastuu?

MITÄ on tuloksena, kun ihmiset uusia keksintöjä hyödyntämällä vetävät verhoa sivuun ja näkevät sellaista, mitä ennen ei voitu nähdä? Tällöin voidaan todeta suhteellisen varmasti asioita, joista aiemmin ei tiedetty (ks. alla olevaa tekstiruutua).

Joskus uskottiin yleisesti, että maa on maailmankaikkeuden keskus. Sitten kaukoputkilla tehdyt tutkimukset osoittivat, että maa ja muut planeetat kiertävät aurinkoa vakioradoillaan. Lähempänä nykyaikaa on voimakkaiden mikroskooppien keksimisen jälkeen voitu tutkia itse atomia ja havaita, miten tietyntyyppiset atomit liittyvät toisenlaisiin atomeihin ja muodostavat molekyylejä.

Ajatellaanpa elämälle välttämättömän veden molekyylirakennetta. Rakenteensa ansiosta kaksi vetyatomia voi sitoutua tietyllä tavalla yhden happiatomin kanssa, jolloin syntyy vesimolekyyli. Näitä molekyylejä on jokaisessa pisarassa miljardeja! Mitä voimme  oppia, kun tutkimme niitä ja tarkastelemme niiden käyttäytymistä erilaisissa olosuhteissa?

Ihmeellinen vesi

Vaikka yksittäiset vesipisarat vaikuttavat hyvin yksinkertaisilta, vesi on tavattoman monimutkainen aine. Imperial Collegessa Lontoossa työskentelevä tiedekirjoittaja tri John Emsley sanoi, että se on ”yksi tutkituimmista aineista, mutta silti vähiten ymmärretty”. New Scientist -lehdessä kirjoitettiin: ”Vesi on maapallon tutuin mutta myös arvoituksellisin neste.”

Emsley selitti, että vaikka veden rakenne on yksinkertainen, ”mikään ei käyttäydy yhtä monimutkaisesti” kuin vesi. Hän mainitsi esimerkin: ”H₂O:n pitäisi olla kaasua, – – mutta se on nestettä. Ja kun se jäätyy – – se kiinteässä muodossaan jäänä kelluu sen sijaan että se uppoaisi”, kuten voisi luulla. Fyysikko Paul E. Klopsteg, joka on aiemmin toiminut Yhdysvaltain tieteidenedistämisliiton puheenjohtajana, totesi tästä epätavallisesta käyttäytymisestä:

”Tämä vaikuttaa erinomaiselta ratkaisulta vedessä olevan elämän, kuten kalojen, kannalta. Mitä tapahtuisikaan, jos vesi jäähtyessään jäätymispisteeseen ei käyttäytyisikään kuvaillulla tavalla? Se jäätyisi jäätymistään, kunnes koko järvi olisi pohjaa myöten jäässä ja lähes kaikki elämä sammuisi siitä.” Klopsteg sanoo, että tämä veden odottamaton käyttäytyminen on ”todiste suuren ja tarkoituksellisen mielen työskentelystä maailmankaikkeudessa”.

New Scientist -lehden mukaan tutkijat uskovat nyt tietävänsä, miksi vesi käyttäytyy tällä tavalla. He ovat kehitelleet ensimmäisen teoreettisen mallin, jonka perusteella veden laajeneminen voidaan ennustaa tarkasti. Tutkijat oivalsivat, että ”arvoituksen avain piili siinä, millaisten välimatkojen päässä toisistaan happiatomit ovat näissä rakenteissa”.

Eikö olekin varsin ihmeellistä, että molekyyli, joka näyttää hyvin yksinkertaiselta, uhmaa ihmisen ymmärryskykyä? Ja kuitenkin ihmisruumiin painosta suurin osa on vettä! Näetkö sinä tässä hämmästyttävässä molekyylissä, joka koostuu vain kahden alkuaineen kolmesta atomista, ”todisteen suuren ja tarkoituksellisen mielen työskentelystä”? Silti vesimolekyyli on hyvin pieni ja paljon yksinkertaisempi kuin monet muut molekyylit.

Erittäin monimutkaiset molekyylit

Jotkin molekyylit koostuvat tuhansista atomeista. Nämä voivat olla monen sellaisen alkuaineen atomeja, jotka kuuluvat maapallolla luonnostaan esiintyvien 88 alkuaineen joukkoon. Esimerkiksi DNA-molekyylissä (deoksiribonukleiinihappo), joka sisältää koodina kunkin elollisen perinnöllisyyttä koskevan tiedon, voi olla miljoonia useiden eri alkuaineiden atomeja!

Uskomattomasta monimutkaisuudestaan huolimatta DNA-molekyyli on läpimitaltaan vain 2,5 millimetrin miljoonasosaa – aivan liian pieni nähtäväksi muuten kuin voimakkaalla mikroskoopilla. Tiedemiehet havaitsivat vasta vuonna 1944, että DNA määrää ihmisen perityt ominaisuudet. Havainto teki tästä hyvin monimutkaisesta molekyylistä kuuman tutkimuskohteen.

DNA ja vesi ovat kuitenkin vain kaksi niistä monenlaisista molekyyleistä, joista aineet rakentuvat. Ja koska monia molekyylejä on sekä elollisissa että elottomissa, niin pitäisikö tästä päätellä, että elollisesta elottomaan on vain lyhyt askel?

Näin uskottiin pitkän aikaa. ”Monet asiantuntijat ilmaisivat 1920- ja 1930-luvulla selvästi toivovansa, että lisääntyvä biokemiallinen tietämys loisi sillan tuon aukon yli”, kertoi mikrobiologi Michael Denton. Mutta mitä aikanaan havaittiin?

Ainutlaatuinen, verraton elämä

Tiedemiehet odottivat löytävänsä välimuotoja, jotka asteittain johtaisivat elottomasta elolliseen, mutta Denton totesi, että niiden välinen selvä aukko ”vahvistettiin lopullisesti sen jälkeen kun molekyylibiologit tekivät vallankumoukselliset havaintonsa 1950-luvun alussa”. Hän jatkoi selittäen merkittävää seikkaa, joka tiedemiehille on nyt käynyt ilmeiseksi:

”Tiedämme nykyään, että elollisen ja elottoman maailman välissä on  aukko, mutta myös että se on silmiinpistävin ja perusluonteisin kaikista luonnossa esiintyvistä aukoista. Elävän solun ja esimerkiksi kristallin tai lumihiutaleen kaltaisen hyvin pitkälle järjestäytyneen ei-biologisen järjestelmän välillä oleva kuilu on niin valtava ja ehdoton kuin vain kuvitella saattaa.”

Tämä ei kuitenkaan merkitse, että molekyylin aikaansaaminen olisi mitenkään helppoa. Kirjassa Molecules to Living Cells selitetään, että ”pienimolekyylisten rakenneosien yhdistyminen on jo sinänsä monimutkaista”. Siinä kuitenkin lisätään, että sellaisten molekyylien valmistaminen on ”lastenleikkiä verrattuna siihen, mitä on täytynyt tapahtua seuraavaksi, jotta ensimmäinen elävä solu on syntynyt”.

Solut voivat elää sellaisenaan vapaina eliöinä, kuten bakteereina, tai ne voivat toimia osana monisoluista eliötä, kuten ihmistä. Tämän virkkeen lopussa olevan pisteen alueelle mahtuisi 500 keskikokoista solua, joten ei ole ihme, että solun toiminnot eivät näy paljain silmin. Mitä paljastuu, kun ihmiselimistön yksittäistä solua katsotaan mikroskoopilla?

Solu – sattuman kauppaa vai suunnittelun tulosta?

Elävien solujen monimutkaisuus ei ensinnäkään voi olla hämmästyttämättä. Muuan tiedekirjoittaja havainnoi: ”Yksinkertaisimmankin elävän solun normaali kasvu vaatii kymmeniätuhansia järjestyksellisesti tapahtuvia kemiallisia reaktioita.” Hän kysyi: ”Miten yhdessä pikkuriikkisessä solussa voi tapahtua hallitusti 20000 reaktiota yhtaikaa?”

Michael Denton kirjoitti, että pieninkin elävä solu on kuin ”todellinen pienoistehdas tuhansine taidokkaasti suunniteltuine, monimutkaisine molekyylikoneineen, jotka koostuvat kaiken kaikkiaan sadasta miljardista atomista sekä ovat paljon monimutkaisempia kuin ihmisten rakentamat koneet ja ehdottomasti vailla vertaa elottomassa maailmassa”.

 Tiedemiehet ovat edelleen ihmeissään solun monimutkaisuudesta, kuten The New York Times -lehdessä 15.2.2000 ilmaistiin: ”Mitä enemmän biologit ymmärtävät eläviä soluja, sitä epätoivoisemmalta näyttää sen selvittäminen, mitä kaikkea niissä tapahtuu. Keskikokoinen solu ihmisessä on liian pieni nähtäväksi, mutta silti millä hetkellä tahansa jopa 30000 sen 100000 geenistä saattaa ryhtyä toimimaan tai lakata toimimasta huolehtiessaan solun rutiinitehtävistä tai vastatessaan muista soluista tuleviin viesteihin.”

Times-lehdessä kysyttiin: ”Miten näin pientä ja mutkikasta konetta pystytään ikinä erittelemään? Ja vaikka yksi ihmisen solu joskus valtavien ponnistusten jälkeen opittaisiin tuntemaan täysin, soluja on elimistössämme ainakin kahtasataa eri tyyppiä.”

Nature-lehti kertoi kirjoituksessaan ”Todellisia luomakunnan moottoreita” pienistä moottoreista, joita oli havaittu olevan elimistön jokaisen solun sisällä. Kieppumalla ympäri ne tuottavat adenosiinitrifosfaattia, joka on solujen voimanlähde. Muuan tiedemies pohdiskeli: ”Mitä saammekaan aikaan, kun opimme suunnittelemaan ja rakentamaan samanlaisia molekyylikoneita kuin on soluissa?”

Ajattelehan, millaisia luovia mahdollisuuksia solussa piileekään! Pelkästään yhden solumme DNA:ssa oleva tietomäärä täyttäisi noin miljoona samankokoista sivua kuin on tässä lehdessä! Ja mikä ihmeellisempää, joka kerta kun solu jakautuu tuottaakseen uuden solun, sama tieto siirtyy uuteen soluun. Mitä arvelet, miten tämä tieto on alun perin tullut ohjelmoiduksi jokaiseen soluun – kaikkiin sataan biljoonaan soluumme? Onko se sattuman kauppaa, vai onko sen takana Mestarisuunnittelija?

Ehkä olet tullut samaan tulokseen kuin biologi Russell Charles Artist, joka sanoi: ”Kohtaamme valtavia, jopa ylittämättömiä vaikeuksia, kun yritämme selittää – – [solun] alkuperää tai vaikkapa sen keskeytyksetöntä toimintaa, ellemme ole järkeviä ja johdonmukaisia ja asetu sille kannalle, että sen on saattanut olemassaoloon äly, mieli.”

Suurenmoinen järjestyksellisyys

Vuosia sitten Kirtley F. Mather, joka siihen aikaan toimi geologian professorina Harvardin yliopistossa, teki seuraavan päätelmän: ”Elämme kaikkeudessa, jota eivät hallitse sattuma ja oikut, vaan laki ja järjestys. Kaikki on täydellisen tarkoituksenmukaista ja ansaitsee mitä suurimman kunnioituksen. Ajatelkaamme vain luonnon ihmeellistä matemaattista järjestystä, joka sallii meidän antaa perättäiset atominumerot jokaiselle alkuaineelle.”

Pysähdytäänpä hetkeksi tuohon ”luonnon ihmeelliseen matemaattiseen järjestykseen”. Antiikin aikoina tunnettuja alkuaineita * olivat kulta, hopea, kupari, tina ja rauta. Arsenikin, vismutin ja antimonin löysivät keskiajan alkemistit, ja 1700-luvulla alkuaineita löydettiin yhä enemmän. Vuonna 1863 löydettiin indium, joka oli 63. siihen mennessä tunnettu alkuaine; se havaittiin spektroskoopin avulla, jolla saadaan eroteltua kunkin alkuaineen säteilemät, sille ominaiset värit.

Noihin aikoihin venäläinen kemisti Dimitri Ivanovitš Mendelejev tuli  siihen tulokseen, että alkuaineita ei synny sattumanvaraisesti. Lopulta 18. maaliskuuta 1869 hänen tutkielmansa ”Yleisesitys alkuaineiden järjestelmästä” luettiin Venäjän kemialliselle seuralle. Siinä hän selitti haluavansa luoda jonkinlaisen järjestelmän, jota ei ohjaisi sattuma, vaan jonkinlainen selvä ja täsmällinen periaate.

Kuuluisassa tutkielmassaan Mendelejev ennusti: ”Voimme edelleen odottaa löydettävän monia tuntemattomia yksinkertaisia aineita, esimerkiksi alumiinin ja piin kaltaisia alkuaineita, joiden atomipaino on 65–75.” Hän jätti tyhjän tilan 16 uudelle alkuaineelle. Kun häneltä pyydettiin todisteita ennusteensa tueksi, hän vastasi: ”Ei sitä tarvitse todistaa. Luonnonlait, toisin kuin kieliopin lait, eivät salli poikkeuksia.” Hän lisäsi: ”Kun tuntemattomat alkuaineeni löydetään, meihin kiinnitetään arvatenkin enemmän huomiota.”

Juuri näin kävi! Encyclopedia Americanassa kerrotaan: ”Seuraavien 15 vuoden aikana löydettiin gallium, skandium ja germanium, joiden ominaisuudet sopivat melko tarkasti Mendelejevin ennusteisiin, ja niin jaksollisen järjestelmän paikkansapitävyys ja sen tekijän maine vahvistettiin.” 1900-luvun alkupuolella oli kaikki olemassa olevat alkuaineet löydetty.

On selvää, että ”tämä erinomainen järjestys tuskin on sattumaa”, kuten tutkijakemisti Elmer W. Maurer on todennut. Kemian professori John Cleveland Cothran sanoi sen mahdollisuudesta, että alkuaineiden sopusointuinen järjestys olisi sattuman kauppaa: ”Kaikkien niiden alkuaineiden löytyminen jälkikäteen, joiden olemassaolon – – [Mendelejev] oli ennustanut, sekä se, että niillä oli lähes täsmälleen hänen ennustamansa ominaisuudet, tekevät täysin tyhjäksi sellaisen mahdollisuuden. Hänen suurta yleistystään ei koskaan sanota ’jaksolliseksi sattumaksi’, vaan ’jaksolliseksi järjestelmäksi’.”

Tutkittuaan tarkoin alkuaineita ja sitä, miten ne sopivat yhteen ja muodostavat kaiken maailmankaikkeudessa, kuuluisa fyysikko ja Cambridgen yliopistossa matematiikan professorina toiminut P. A. M. Dirac sanoi: ”Tilannetta voitaisiin ehkä kuvailla sanomalla, että Jumala on erittäin nerokas matemaatikko, joka käytti hyvin korkeatasoista matematiikkaa rakentaessaan maailmankaikkeuden.”

On tosiaan kiehtovaa kurkistaa sekä äärettömän pienten atomien, molekyylien ja elävien solujen että mammuttimaisten galaksien näkymättömään maailmaan, joka on auttamatta paljaan silmän ulottumattomissa! Se tekee nöyräksi. Miten se vaikuttaa sinuun? Mitä voit päätellä näistä asioista? Voitko nähdä enemmän kuin fyysinen silmä näkee?

[Alaviite]

[Tekstiruutu/Kuvat s. 5]

Liian nopea silmälle

Laukkaavan hevosen liike on erittäin nopea, ja siksi 1800-luvulla väiteltiin siitä, olivatko sen kaikki kaviot missään vaiheessa irti maasta yhtaikaa. Viimein vuonna 1872 Eadweard Muybridge alkoi tehdä valokuvaamalla kokeita, jotka myöhemmin ratkaisivat asian. Hän keksi tekniikan, jolla tehtiin ensimmäiset elokuvat.

Muybridge asetti riviin 24 kameraa hiukan erilleen toisistaan. Kunkin kameran sulkimesta vedettiin lanka radan yli, niin että laukatessaan ohi hevonen kosketti lankoja ja laukaisi sulkimet. Kun valokuvia sitten tutkittiin, nähtiin, että hevonen oli välillä kokonaan irti maasta.

[Lähdemerkintä]

George Eastman House

[Kuva s. 7]

Miksi jäätynyt vesi kelluu sen sijaan että se uppoaisi?

[Kuva s. 7]

DNA-molekyylin läpimitta on 2,5 millimetrin miljoonasosaa, mutta silti sen sisältämä tieto täyttäisi miljoona painosivua

[Lähdemerkintä]

Tietokonekuva DNA:sta: Donald Struthers/Tony Stone Images

[Kuva s. 8]

Elimistön jokaisessa solussa – kaikkiaan sadassa biljoonassa – tapahtuu järjestyksellisesti kymmeniätuhansia kemiallisia reaktioita

[Lähdemerkintä]

Copyright Dennis Kunkel, University of Hawaii

[Kuvat s. 9]

Venäläinen kemisti Mendelejev päätteli, että alkuaineet eivät synny sattumanvaraisesti

[Lähdemerkintä]

National Library of Medicine