Podroben pogled v nevidno – kaj razkriva?

KAJ se doseže s tem, ko ljudje z novimi iznajdbami tako rekoč odstirajo zaveso in vidijo, česar prej niso mogli? S tem se lahko do neke mere zanesljivo določi, kar je bilo prej neznano. (Glej spodnji okvir.)

Nekoč so na splošno menili, da je Zemlja središče vesolja. Toda potem so s teleskopom odkrili, da planeti, tudi Zemlja, na svojih mestih krožijo okrog Sonca. Pred kratkim pa so z iznajdbo močnih mikroskopov preiskali sam atom in videli, kako se določene vrste atomov vežejo z drugimi vrstami atomov v molekule.

Razmislite o sestavi molekule vode, snovi, ki je bistvena za življenje. Dva vodikova atoma se bosta zaradi svoje zasnove na edinstven način vezala z enim kisikovim atomom v molekulo vode, katerih je v vsaki kapljici na milijarde! Kaj se lahko naučimo, ko preiskujemo molekulo vode in razmišljamo o njenem vedenju v različnih okoliščinah?

 Čudež vode

Čeprav so posamezne kapljice vode videti zelo preproste, je voda izredno kompleksna snov. Pravzaprav je dr. John Emsley, znanstveni pisec na Imperial Collegeu v Londonu (Anglija), za vodo dejal, da je »ena najbolj raziskanih kemičnih snovi, ki pa se jo še vedno najmanj razume«. V reviji New Scientist je pisalo: »Voda je najbolj znana tekočina na Zemlji, a tudi ena najbolj skrivnostnih.«

Dr. Emsley je pojasnil, da kljub preprosti strukturi vode »nič v svojem vedenju ni tako kompleksno«. Dejal je na primer: »H₂0 bi morala biti plin, [. . .] pa je tekočina. Poleg tega, ko zmrzne [. . .], njena trdna oblika, led, plava, namesto da bi potonil,« kot bi bilo običajno pričakovati. Glede tega nenavadnega vedenja je dr. Paul E. Klopsteg, nekdanji predsednik Ameriškega združenja za napredek znanosti, rekel:

»To je videti kot izredna zasnova za vzdrževanje življenja v vodi, na primer rib. Pomislite, kaj bi se zgodilo, če se voda, ko se shladi do zmrzišča, ne bi vedla, kot je bilo opisano. Led bi nastajal in nastajal, dokler ne bi zavzel vsega jezera ter uničil vsega ali večine podvodnega življenja.« Dr. Klopsteg je dejal, da je to nepričakovano vedenje vode »dokaz, da v vesolju deluje velik in namenski um«.

Kot je pisalo v reviji New Scientist, raziskovalci sedaj menijo, da poznajo razlog tega nenavadnega vedenja vode. Razvili so prvi teoretični model, ki točno napoveduje raztezanje vode. »Ključ do skrivnosti,« so ugotovili raziskovalci, »je v razporeditvi kisikovih atomov znotraj teh struktur.«

Ali ni to nekaj izrednega? Molekula, ki se zdi tako preprosta, je izziv za človekovo razumevanje. In samo pomislite, da voda predstavlja večino telesne mase! Ali tudi vi vidite v čudesih te molekule, ki je le iz treh atomov dveh elementov, ‚dokaz delovanja velikega in namenskega uma‘? Vendar pa je molekula vode izredno majhna in veliko manj kompleksna od mnogih drugih molekul.

Zelo kompleksne molekule

Nekatere molekule sestavljajo tisoči atomi mnogih od 88 elementov, ki se naravno pojavljajo na zemlji. Molekula DNK (kratica za deoksiribonukleinsko kislino), v kateri so kodirane dedne informacije vsakega živega organizma, ima lahko na primer na milijone atomov več elementov!

Molekula DNK kljub svoji neverjetni kompleksnosti v premeru meri le 0,0000025 milimetra in je tako zdaleč premajhna, da bi jo videli, razen z močnim mikroskopom. Šele leta 1944 so znanstveniki odkrili, da DNK določa dednost posameznika. Zaradi tega odkritja so to izredno kompleksno molekulo začeli intenzivno raziskovati.

Vendar pa sta DNK in voda samo dve od mnogih vrst molekul, ki sestavljajo stvari. In ali naj bi zato, ker je mnoge molekule najti tako v živem kot v neživem, sklenili, da je med živim in neživim nekako samo preprost korak oziroma prehod?

Dolgo so mnogi tako razmišljali. »Upanje, da bo večje biokemično znanje premostilo to vrzel, so določno izrazili mnogi strokovnjaki v 1920-ih in 1930-ih,« je pojasnil mikrobiolog Michael Denton. Toda kaj so navsezadnje v resnici odkrili?

Življenje je nekaj posebnega in edinstvenega

Čeprav so znanstveniki pričakovali, da bodo odkrili prehodne vmesne člene oziroma vrsto postopnih korakov med živim in neživim, je Denton dejal, da je bil obstoj razločne vrzeli »dokončno dokazan po revolucionarnih odkritjih molekularne biologije v začetku 1950-ih«. Glede na izredno dejstvo, ki je sedaj postalo znanstvenikom očitno, je Denton nadalje pojasnil:

»Ne le da zdaj vemo za obstoj prepada med živim in neživim svetom,  temveč tudi to, da predstavlja najbolj dramatično in temeljno vrzel od vseh v naravi. Med živo celico in najbolj urejenim nebiološkim sistemom, na primer kristalom ali snežinko, je prepad, tako prostran in absoluten, kakor si ga sploh lahko zamišljamo.«

To ne pomeni, da je ustvariti molekulo nekaj lahkega. V knjigi Molecules to Living Cells je pojasnjeno, da »je sinteza zidakov majhnih molekul sama po sebi kompleksna«. Piše pa tudi to, da je narediti takšne molekule »otroška igra v primerjavi s tem, kar je moralo slediti, da je nastala prva živa celica«.

Celice lahko obstajajo kot samostojni organizmi, na primer bakterije, ali pa lahko delujejo kot del mnogoceličnega organizma, na primer človeka. Kar 500 povprečno velikih celic bi bilo treba, da bi skupaj po velikosti ustrezale piki na koncu tega stavka. Zato ni presenetljivo, da se delovanja celice s prostim očesom ne da videti. Kaj se torej razkrije, če z mikroskopom podrobno pogledamo v celico človeškega telesa?

Celica – po naključju ali načrtno oblikovana?

Kot prvo si človek ne more kaj, da ne bi osupnil nad kompleksnostjo žive celice. Neki znanstveni pisec je opazil: »Za normalno rast celo najpreprostejše žive celice mora usklajeno potekati na desettisoče kemičnih reakcij.« Vprašal je: »Kako se lahko znotraj ene drobcene celice naenkrat nadzoruje 20.000 reakcij?«

Michael Denton je celo najdrobnejše žive celice primerjal s »pravo, zelo pomanjšano tovarno z na tisoče izvrstno oblikovanimi deli zapletenega molekularnega ustroja, narejenega vse skupaj iz stotisoč milijonov atomov, ki je veliko bolj zamotan od katerega koli človeškega stroja in povsem brez primere v neživem svetu«.

Celična kompleksnost znanstvenike še vedno bega, kot je pisalo v časopisu The New York Times,  15. februar 2000: »Več ko biologi razumejo o živih celicah, bolj strašanska se jim zdi naloga, da doženejo vse, kar te delajo. Povprečna človeška celica je premajhna, da bi jo videli, vendar pa se utegne v vsakem trenutku vklapljati in izklapljati do 30.000 od njenih 100.000 genov, ko skrbijo za celične oskrbovalne potrebe ali pa se odzivajo na sporočila drugih celic.«

V časopisu Times je bilo postavljeno vprašanje: »Kako bi lahko bil tako drobcen in tako zapleten stroj sploh kdaj analiziran? In tudi če bi z velikanskim prizadevanjem nekoč popolnoma razumeli eno človeško celico, jih je v človeškem telesu vsaj 200 vrst.«

V reviji Nature je bilo v članku z naslovom »Pravi stroji stvarstva« poročilo o odkritju majcenih motorjev znotraj vsake celice telesa. Ti z vrtenjem ustvarijo adenozintrifosfat, celični energijski vir. Neki znanstvenik je razmišljal: »Kaj lahko dosežemo, ko se naučimo, kako oblikovati in narediti molekularne strojne sisteme, ki so podobni celičnim molekularnim sistemom?«

Samo pomislite na ustvarjalno zmožnost celice! V DNK ene same celice našega telesa je toliko informacij, da bi z njimi lahko zapolnili približno milijon strani takšne velikosti, kot je ta! In več kot to, vsakič ko se celica deli, da ustvari novo, se te iste informacije prenesejo na novo celico. Kaj menite, kako je bila vsaka celica (vseh 100 bilijonov v vašem telesu) programirana z vsemi temi informacijami? Ali se je to zgodilo po naključju ali pa je za to odgovoren Mojstrski oblikovalec?

Morda ste prišli do enakega sklepa kakor biolog Russell Charles Artist. On je dejal: »Smo pred strašanskimi, celo nepremostljivimi težavami, ko želimo razložiti začetek [celice] in, kar se tega tiče, njenega nenehnega delovanja, razen če razumno in logično potrdimo, da jo je ustvarila inteligenca, um.«

Čudovit red

Pred leti je Kirtley F. Mather, tedaj profesor geologije na Harvardu, sklenil naslednje: »Živimo v svetu zakona in reda, ne pa naključja ali muhavosti. Njegovo upravljanje je povsem razumsko in vredno največjega spoštovanja. Pomislite na čudovito matematično shemo narave, ki nam omogoča, da damo zaporedna atomska števila vsakemu elementu materije.«

Na kratko si poglejmo to »čudovito matematično shemo narave«. V starih dneh so bili med poznanimi elementi * zlato, srebro, baker, kositer in železo. V srednjem veku so alkimisti razpoznali arzen, bismut in antimon. Kasneje, v 18. stoletju, pa so odkrili še mnogo več elementov. Leta 1863 so s spektroskopom, s katerim se lahko loči edinstven pas barv, ki ga oddaja vsak element, razpoznali indij, ki je bil 63. odkriti element.

Takrat je ruski kemik Dimitrij Ivanovič Mendelejev prišel do sklepa, da elementi niso nastali naključno. Končno  je bila 18. marca 1869 Ruski kemijski skupnosti prebrana njegova razprava »Osnutek sistema elementov«. V njej je objavil: ,Rad bi osnoval nekakšen sistem, ki ga ne vodi naključje, temveč neke vrste določno in natančno načelo.‘

V tej znameniti razpravi je Mendelejev predvidel: »Še vedno bi morali pričakovati, da bomo odkrili mnoga neznana preprosta telesa; na primer podobna aluminiju in siliciju, elemente z atomskimi masami od 65 do 75.« Mendelejev je pustil prazen prostor za 16 novih elementov. Ko so ga prosili za dokaz njegovih predvidevanj, je odgovoril: »Ne potrebujem dokaza. Naravni zakoni, v nasprotju s slovničnimi, ne dopuščajo izjem.« Dodal je: »Menim, da nam bo več ljudi posvetilo pozornost, ko se bo odkrilo moje neznane elemente.«

In prav to se je zgodilo! »V naslednjih 15 letih,« piše v Encyclopedii Americani, »je odkritje galija, skandija in germanija, katerih lastnosti se skoraj povsem ujemajo s tistimi, ki jih je predvidel Mendelejev, utrdilo veljavnost periodnega sistema in slavo njegovega avtorja.« Do zgodnjih let 20. stoletja so odkrili vse obstoječe elemente.

Nedvomno, kot je dejal kemijski raziskovalec Elmer W. Maurer, »ta prelepa ureditev je komaj stvar naključja«. Glede možnosti, da bi bil ta skladni red elementov stvar naključja, je profesor kemije John Cleveland Cothran rekel: »Naknadno odkritje vseh elementov, katerih obstoj je [Mendelejev] predvidel, in to, da imajo skoraj natančno takšne lastnosti, kot jih je zanje predvidel, je učinkovito odpravilo vsakršno takšno možnost. Njegovemu izrednemu splošnemu načelu se nikoli ne reče ‚periodno naključje‘, temveč je to ‚periodni zakon‘.«

Znanega fizika P. A. M. Diraca, nekdanjega profesorja matematike na Cambridgeu, je natančno preučevanje elementov in tega, kako se prilegajo drug drugemu, da tvorijo vse v vesolju, navedlo k besedam: »Človek bi na vse to morda lahko rekel, da je Bog zelo velik matematik in da je pri ustvarjanju vesolja uporabljal zelo napredno matematiko.«

Res je privlačno gledati v nevidni svet neskončno majhnih atomov, molekul in živih celic ter velikanskih zvezdnih galaksij, česar še zdaleč ne moremo videti s prostim očesom! Ta izkušnja človeka naredi ponižnega. Kako se to osebno tiče vas? Odsev česa vidite v vseh teh stvareh? Ali vidite več, kakor lahko s svojimi fizičnimi očmi?

[Podčrtna opomba]

[Okvir/slike na strani 5]

Prehitro, da bi oko lahko videlo

Ker je gibanje konja v galopu tako hitro, so ljudje v 19. stoletju razpravljali, ali konj v kakšnem trenutku s tal hkrati dvigne vsa svoja kopita. Nazadnje je leta 1872 Eadweard Muybridge začel fotografske poskuse, ki so kasnje rešili to vprašanje. Izumil je tehniko za snemanje prvih filmov s premikajočimi se slikami.

Muybridge je v vrsto razporedil 24 fotografskih kamer in jih med seboj malenkost razmaknil. Od vsakega sprožilca fotografske kamere je bila napeljana vrvica čez progo dirkališča, tako da je konj, ko je tekel vzdolžno mimo kamer, udaril ob vrvice in aktiviral sprožilce. Analiza tako nastalih fotografij je odkrila, da je bil konj občasno popolnoma v zraku.

[Credit Line]

Courtesy George Eastman House

[Slika na strani 7]

Zakaj zmrznjena voda plava in ne potone?

[Slika na strani 7]

Molekula DNK v premeru meri 0,0000025 milimetra, toda z informacijami, ki jih vsebuje, bi zapolnili kakih milijon strani

[Vir slike]

Računalniški model DNK: Donald Struthers/Tony Stone Images

[Slika na strani 8]

V vsaki telesni celici (v vseh 100 bilijonih) usklajeno poteka na desettisoče kemičnih reakcij

[Vir slike]

Copyright Dennis Kunkel, University of Hawaii

[Slike na strani 9]

Ruski kemik Mendelejev je prišel do sklepa, da elementi niso nastali naključno

[Vir slike]

Courtesy National Library of Medicine