Neregimojo pasaulio įdomybės

KĄ ŽMOGUS pasiekia naujais išradimais atskleisdamas tai, kas anksčiau buvo nematoma? Sužino kai kuriuos iki tol nežinotus dalykus. (Žiūrėkite rėmelį apačioje.)

Kažkada vyravo įsitikinimas, kad Žemė yra visatos centras. Tačiau vėliau teleskopai parodė, jog visos planetos, taip pat ir Žemė, skrieja erdvėje apie Saulę. O visai neseniai galingais mikroskopais žmonės ištyrė atomą ir atrado, jog skirtingų rūšių atomai jungiasi tarpusavyje ir sudaro molekules.

Pagalvokite apie vandens, šios gyvybiškai svarbios medžiagos, molekulės sandarą. Kad susidarytų vandens molekulė, — o jų viename laše yra milijardai! — du vandenilio atomai turi savitai susijungti su vienu deguonies atomu. Patyrinėkime vandens molekulę bei kas vyksta su vandeniu skirtingomis sąlygomis ir pagalvokime, ką tai rodo.

 Vanduo — nuostabus skystis

Nors atskiri vandens lašai atrodo gana paprasti, vanduo yra ypač sudėtinga medžiaga. Mokslo temomis rašantis dr. Dž. Emslis iš Londono Imperijos koledžo (Anglija) teigia, jog vanduo — „labiausiai ištirta cheminė medžiaga ir vis dėlto mažiausiai pažinta“. Žurnale New Scientist sakoma: „Vanduo yra pats įprasčiausias skystis Žemėje, bet kartu ir pats paslaptingiausias.“

Dr. Emslio žodžiais, nors vandens sandara paprasta, „jo savybes sunku paaiškinti“. Pavyzdžiui, jis pažymi: „H₂0 turėtų būti dujos, ... tačiau yra skystis. Be to, kai sušąla, ... jo kieta forma, ledas, ne skęsta [ko iš tiesų reikėtų tikėtis], o plūduriuoja.“ Buvęs Amerikos mokslo pažangos asociacijos prezidentas dr. P. Klopstegas apie šias neįprastas vandens ypatybes sako:

„Pasirodo, tai ypatingas darinys — toks, kad palaikytų vandens gyvių, pavyzdžiui, žuvų, gyvybę. Pagalvokite, kas atsitiktų, jeigu vandeniui vėstant iki užšalimo taško vyktų kitoks reiškinys. Ledo vis daugėtų, kol galiausiai suledėtų visas ežeras ir visa jame esanti gyvybė ar didžioji jos dalis žūtų.“ Dr. Klopstego žodžiais, ši nepaprasta vandens savybė „akivaizdžiai rodo, jog visatoje veikia didis, aiškius tikslus turintis protas“.

Pasak žurnalo New Scientist, tyrinėtojai dabar mano žiną, kodėl su vandeniu vyksta toks neįprastas reiškinys. Jie sukūrė pirminę teoriją, tiksliai nusakančią, kodėl vanduo plečiasi. „Šios paslapties raktas, — kaip mokslininkai suprato, — tarpai tarp deguonies atomų vandens ir ledo struktūrose.“

Argi ne keista? Molekulė, atrodanti tokia paprasta, sukelia tiek galvosūkių. O juk vanduo sudaro didžiąją dalį mūsų kūno! Argi šita stebuklinga molekulė, sudaryta tik iš trijų dviejų elementų atomų, neįrodo, jog „veikia didis, aiškius tikslus turintis protas“? Tačiau vandens molekulė be galo maža ir kur kas paprastesnė nei daugelis kitų molekulių.

Sudėtingosios molekulės

Kai kurios molekulės sudarytos iš tūkstančių atomų; į jas įeina daugelis iš 88 žemėje randamų elementų. Pavyzdžiui, DNR (sutrumpintas dezoksiribonukleino rūgšties pavadinimas) molekulė, kurioje yra koduota informacija, lemianti kiekvieno gyvo padaro paveldimas savybes, gali turėti milijonus kelių elementų atomų!

Nors nesuvokiamai sudėtinga, DNR molekulė tėra 0,0000025 milimetro skersmens, todėl matoma tik per labai galingą mikroskopą. Kad DNR lemia asmens paveldimas savybes, mokslininkai išsiaiškino tik 1944 metais. Šis atradimas paskatino intensyviai tirti šią nepaprastai sudėtingą molekulę.

Tačiau DNR ir vanduo tėra dvi iš daugybės rūšių molekulių — statybinių materijos elementų. Kadangi esama daug tokių molekulių, kurios randamos ir gyvuose, ir negyvuose objektuose, ar teisinga manyti, kad tarp gyvosios ir negyvosios materijos yra tiesioginis ryšys?

Ilgą laiką daugelis tuo tikėjo. „Ypač daug vilčių, kad naujos biochemijos žinios nuties tiltą per šią prarają, buvo trečiajame ir ketvirtajame dešimtmetyje“, — sako mikrobiologas Maiklas Dentonas. Tačiau kas iš tikrųjų paaiškėjo?

Gyvybė yra nepaprasta ir unikali

Nors mokslininkai tikėjosi rasti tarpinių grandžių, arba laipsniškų pakopų, tarp to, kas gyva ir kas negyva, pasak Dentono, tokių grandžių nėra. Tai „galiausiai nustatyta po revoliucinių molekulinės biologijos atradimų šeštojo dešimtmečio pradžioje“. Dentonas taip pat paminėjo labai svarbų mokslininkams išaiškėjusį faktą:

 „Dabar žinome ne tik tai, kad tarp gyvojo ir negyvojo pasaulio žioji spraga, bet taip pat, kad tai labiausiai stulbinanti ir pati didžiausia gamtos spraga. Gyvąją ląstelę nuo pačios sudėtingiausios nebiologinės sistemos, pavyzdžiui, kristalo ar snaigės, skiria tokia milžiniška praraja, kokią tik galima įsivaizduoti.“

Tai nereiškia, kad sukurti molekulę lengva. Knygoje Molecules to Living Cells aiškinama, jog „mažų molekulinių blokų sintezė sudėtinga“. Tačiau ten sakoma, kad pagaminti tokią molekulę „būtų vaikų žaidimas, palyginus su tuo, ko reikėtų sukurti pirmai gyvai ląstelei“.

Ląstelės gali egzistuoti vienos kaip gyvi organizmai, pavyzdžiui, bakterijos, arba funkcionuoti kaip dalis daugialąsčio organizmo, pavyzdžiui, žmogaus. Į tašką šio sakinio gale tilptų 500 vidutinio dydžio ląstelių. Tad nenuostabu, kad ląstelės funkcijos plika akimi nematomos. Kas tad atsiskleidė žiūrint pro mikroskopą į žmogaus kūno ląstelę?

Ląstelė — atsitiktinumo ar kūrybos vaisius?

Žmogų stebina gyvųjų ląstelių sudėtingumas. Vienas mokslo temomis rašantis autorius pažymėjo: „Kad pati paprasčiausia gyva ląstelė augtų, turi darniai vykti dešimtys tūkstančių cheminių reakcijų.“ Jis paklausė: „Kaip gali mažutytėje ląstelėje vienu metu tvarkingai vykti 20000 reakcijų?“

Maiklas Dentonas net pačią mažiausią gyvą ląstelę prilygino „miniatiūriniam fabrikui su tūkstančiais puikiai suprojektuotų, painių molekulinių įrengimų, susidedančių iš šimto tūkstančių milijonų atomų, daug sudėtingesnių nei bet kokia žmogaus sukurta mašina ir visiškai neturinčių analogų negyvajame pasaulyje“.

 Kaip rašoma 2000 metų vasario 15 dienos The New York Times numeryje, mokslininkus glumina ląstelės sudėtingumas: „Kuo geriau biologai pažįsta gyvąją ląstelę, tuo sunkiau jiems perprasti visas jos funkcijas. Vidutinė žmogaus ląstelė yra neįžiūrimai maža, tačiau kiekvieną akimirką beveik 30000 jos genų (iš 100000) be perstojo rūpinasi visais ląstelės poreikiais ar atsako į kitų ląstelių signalus.“

Tame pačiame Times numeryje klausiama: „Argi įmanoma ištirti tokią mažą ir tokią sudėtingą mašiną? O jei didžiausiomis pastangomis viena žmogaus kūno ląstelė ir būtų kada nors visiškai ištirta, tai būtų gan menkas pasiekimas, nes žmogaus kūno ląstelių yra mažiausiai 200 rūšių.“

Žurnalo Nature straipsnyje, pavadintame „Gamtiniai varikliai“, buvo pranešta apie atradimą, jog kiekvienos kūno ląstelės viduje veikia mažyčiai varikliai. Sukdamiesi jie gamina adenozino trifosfatą — ląstelių energijos šaltinį. Vienas mokslininkas samprotavo: „Kokios perspektyvos atsivertų, jei išmoktume projektuoti ir kurti molekulinius mechanizmus, panašius į ląstelių molekulines sistemas!“

Tik pagalvokite apie ląstelės kuriamąją galią! Vienos mūsų kūno ląstelės DNR informacija užimtų maždaug milijoną tokių kaip šis puslapių! Be to, ląstelėms dalijantis atsiradusios naujosios gauna tą pačią informaciją. Kaip, jūsų manymu, visos iki vienos ląstelės — 100 trilijonų mūsų organizme — sugeba perimti šią informaciją? Ar tai lėmė atsitiktinumas, ar reikėjo Didžio Konstruktoriaus?

Galbūt jūsų išvada tokia pat kaip biologo Raselo Čarlso Artisto. Jis pasakė: „Bandydami paaiškinti [ląstelės] atsiradimą ir tolesnį jos funkcionavimą, mes imamės labai sunkios, netgi neįveikiamos užduoties, nebent darytume pagrįstą ir logišką prielaidą, kad ją sukūrė tam tikras protas.“

Nuostabi tvarka

Prieš daugelį metų Kertlis F. Materas, tuometinis Harvardo universiteto geologijos profesorius, priėjo prie tokios išvados: „Mes gyvename ne atsitiktinumų ar netikėtumų, o Dėsnio ir Tvarkos visatoje. Jos Administracija yra tobulo proto ir verta didžiausios pagarbos. Pagalvokite apie nuostabią gamtos matematinę struktūrą, leidžiančią suteikti atominį skaičių iš eilės kiekvienam cheminiam elementui.“

Trumpai aptarkime tą „nuostabią gamtos matematinę struktūrą“. Tarp senovėje žinotų elementų * buvo auksas, sidabras, varis, alavas ir geležis. Viduramžiais alchemikai atrado arseną, bismutą ir stibį, o XVIII amžiuje atrasta daug kitų elementų. 1863 metais spektroskopu, naudojamu atskirti būdingiems elementų spalvų spektrams, buvo atpažintas indis — 63-ias iš eilės elementas.

 Tuo laiku rusų chemikas Dmitrijus Mendelejevas padarė išvadą, kad elementai sukurti ne padrikai. 1869-ųjų kovo 18-ąją jo traktatas „Elementų sistemos pagrindai“ buvo perskaitytas Rusijos chemikų bendrijos nariams. Šiame traktate jis pareiškė: ‛Aš noriu sudaryti sistemą, pagrįstą ne atsitiktinumu, o tam tikru aiškiu ir griežtu principu.’

Savo žymiajame pranešime Mendelejevas numatė: „Turėtume atrasti daugiau nežinomų paprastųjų medžiagų, panašių į aliuminį ir silicį, su atomine mase nuo 65 iki 75.“ Mendelejevas paliko tuščius tarpus 16-ai neatrastų elementų. Paklaustas, kaip įrodytų savo spėliones, jis atsakė: „Man nereikia įrodymų. Gamtos dėsniuose, skirtingai nuo gramatinių taisyklių, nebūna jokių išimčių.“ Ir pridūrė: „Manau, kad suradus tuos nežinomus elementus daugiau žmonių atkreips į mus dėmesį.“

Taip ir įvyko! „Per kitus 15 metų, — sakoma Encyclopedia Americana, — buvo atrasti galis, skandis ir germanis, kurių savybės visiškai atitiko Mendelejevo numatytąsias, aiškiai įrodė periodinės lentelės pagrįstumą ir išgarsino autorių.“ XX amžiaus pradžioje buvo žinomi jau visi elementai.

Tikrai, kaip pažymėjo chemikas Elmeris V. Maureris, „šis puikus išdėstymas negali būti atsitiktinis“. Apie tikimybę, kad elementai šitaip darniai susidėstė atsitiktinai, chemijos profesorius Džonas K. Kotranas pasakė: „Visų elementų, kuriuos esant nuspėjo [Mendelejevas], atradimas ir beveik tikslus jų savybių numatymas visiškai pašalino tokią tikimybę. Jo didžioji taisyklė niekada nevadinama ‛Periodiniu atsitiktinumu’. Tai — ‛Periodinis dėsnis’.“

Atidžiai ištyrinėjęs elementus ir jų gebėjimą derintis įvairiose visatos struktūrose, žymus fizikas P. Dirakas, buvęs Kembridžo universiteto matematikos profesorius, padarė tokią išvadą: „Apie visa tai galima pasakyti, kad Dievas yra labai aukšto lygio matematikas. Kurdamas visatą, Jis taikė pažangiausius matematikos metodus.“

Išties įdomu pažvelgti į nematomą mažyčių atomų, molekulių bei gyvųjų ląstelių pasaulį ir paklajoti po milžiniškas plika akimi neregimas galaktikas! Tai verčia žmogų nusižeminti. Kaip tai veikia jus? Ką, jūsų manymu, byloja šie dalykai? Ar įžvelgiate daugiau, nei gali jūsų akis?

[Išnaša]

[Rėmelis/iliustracijos 5 puslapyje]

Ko akis nespėja pastebėti

Kadangi šuoliuojančio arklio judesiai labai greiti, XIX amžiuje buvo diskutuojama, ar būna momentas, kai visos jo kojos pakimba ore. Galiausiai 1872 metais Edvardas Maibridžas pradėjo tai tyrinėti ir vėliau jo padarytos fotografijos atsakė į šį klausimą. Jis išrado greitojo fiksavimo būdą ir buvo padarytos pirmosios tokios nuotraukos.

Palei lenktynių taką Maibridžas išrikiavo šalia vienas kito 24 fotoaparatus. Nuo kiekvieno aparato užrakto skersai tako buvo ištemptos virvelės, kad šuoliuodamas arklys jas kliudytų ir paleistų fotografavimo mechanizmą. Ištyrus gautas nuotraukas paaiškėjo, kad kartais arklys visiškai nelietė žemės.

[Šaltinio nuoroda]

Courtesy George Eastman House

[Iliustracija 7 puslapyje]

Kodėl sušalęs vanduo ne skęsta, o plūduriuoja?

[Iliustracija 7 puslapyje]

DNR molekulė yra 0,0000025 milimetro skersmens, tačiau joje esanti informacija užimtų milijonus puslapių

[Šaltinio nuoroda]

Kompiuteriu sukurtas DNR vaizdas: Donald Struthers/Tony Stone Images

[Iliustracija 8 puslapyje]

Kiekvienoje kūno ląstelėje (o jų yra 100 trilijonų) darniai vyksta dešimtys tūkstančių cheminių reakcijų

[Šaltinio nuoroda]

Copyright Dennis Kunkel, University of Hawaii

[Iliustracijos 9 puslapyje]

Rusų chemikas Mendelejevas suvokė, kad elementai nebuvo sukurti padrikai

[Šaltinio nuoroda]

Courtesy National Library of Medicine