Indblik i det usynlige — Hvad har det afsløret?

HVAD kan vi opnå ved at bruge nye opfindelser til i overført betydning at trække tæppet til side så vi kan se det vi ikke før har set? Det kan hjælpe os til med nogen sikkerhed at fastslå visse ting vi ikke vidste før. — Se rammen herunder.

Engang troede man at Jorden var universets centrum. Men brugen af teleskopet viste at planeterne, inklusive Jorden, holdes på plads i et kredsløb omkring Solen. I nyere tid har mennesket, efter at have opfundet kraftige mikroskoper, studeret atomer og fundet ud af hvordan nogle atomer, i kombination med andre, danner molekyler.

Tænk for eksempel på sammensætningen af et molekyle vand, et stof der er livsvigtigt for os. På grund af atomernes konstruktion kan to brintatomer på en helt enestående måde indgå forbindelse med et iltatom så der dannes et vandmolekyle, og dem er der milliarder af i en enkelt dråbe vand. Kan vi lære noget af at undersøge et vandmolekyle og iagttage hvordan det opfører sig under forskellige omstændigheder?

 Vand — en enestående væske

Selv om en vanddråbe ikke ser spor indviklet ud, er vand et uhyre kompliceret stof. Dr. John Emsley, videnskabelig skribent ved Imperial College i London, har sagt at vand er „et af de bedst undersøgte kemiske stoffer, men stadig det dårligst belyste“. Tidsskriftet New Scientist har udtalt: „Vand er en af de mest velkendte væsker på Jorden, men også en af de mest gådefulde.“

Selv om vand er enkelt opbygget, er „intet mere komplekst end vands opførsel,“ forklarer dr. Emsley. Han siger for eksempel: „H₂O burde være en luftart, . . . men det er en væske. Når vand fryser . . ., flyder isen, vandets faste form, ovenpå i stedet for at synke,“ som man almindeligvis skulle forvente. Angående denne usædvanlige opførsel har dr. Paul E. Klopsteg, tidligere formand for American Association for the Advancement of Science, bemærket:

„Det virker som en påfaldende hensigtsmæssig konstruktion til gavn for fisk og alt andet liv i vandet. Tænk hvad der ville ske hvis vand ikke opførte sig på denne måde når det blev afkølet til frysepunktet. Der ville blive dannet is indtil alt vand i søen var frosset, og de fleste livsformer i søen ville blive udryddet.“ Dr. Klopsteg siger at denne uventede egenskab ved vand er „et vidnesbyrd om at der har været en storslået og målbevidst intelligens på færde i universet“.

Ifølge tidsskriftet New Scientist mener forskerne nu at de kender grunden til at vand opfører sig så mærkeligt. De har udviklet den første teoretiske model som forudsiger vands ekspansion helt præcist. Forskerne har fundet ud af at „nøglen til mysteriet ligger i iltatomernes rumlige placering i henholdsvis vand- og ismolekyler“.

Er det ikke bemærkelsesværdigt? Tænk at et molekyle der tilsyneladende er så enkelt opbygget, kan være en udfordring for menneskets fatteevne. Og vægtmæssigt består menneskelegemet hovedsageligt af vand. Er dette molekyles underfulde sammensætning af blot tre atomer og to grundstoffer også for dig „et vidnesbyrd om at der har været en storslået og målbevidst intelligens på færde“? Og vandmolekylet er et uhyre lille molekyle der ikke er nær så komplekst som mange andre.

Meget komplicerede molekyler

Nogle molekyler består af tusindvis af atomer. Ikke af samme slags, men af mange forskellige af de 88 grundstoffer der er naturligt forekommende på Jorden. Et dna-molekyle (dna er en forkortelse af deoxyribonukleinsyre), som indeholder de kodede genetiske informationer til alt levende, kan bestå af millioner af atomer af mange forskellige grundstoffer.

Selv om et dna-molekyle er utrolig kompliceret, er dets diameter kun 0,0000025 millimeter, alt for lille til at vi kan se det uden brug af et kraftigt mikroskop. Det var først i 1944 at forskerne fandt ud af at menneskets arveanlæg er bestemt af dna’et. Denne opdagelse gav anledning til en intensiv udforskning af dette uhyre komplicerede molekyle.

Dna og vand repræsenterer blot to af de mange forskellige slags molekyler som vi og vore omgivelser består af. Mange molekyler findes både i levende skabninger og i livløse ting. Kan man på den baggrund konkludere at der blot er et enkelt skridt eller en ukompliceret overgang mellem det levende og det livløse?

Det var der mange der troede i en lang periode. Mikrobiologen Michael Denton siger: „Mange autoriteter på dette område gav i 1920’erne og 1930’erne specifikt udtryk for håbet om at den øgede biokemiske viden ville bygge bro over denne kløft.“ Men hvad har man senere opdaget?

Livet er unikt og uforligneligt

Skønt forskerne forventede at finde overgangsformer, eller en række gradvise forandringer, mellem det levende og det livløse, fortæller Michael Denton at eksistensen af en tydelig kløft „blev endeligt fastslået efter de revolutionerende opdagelser inden for molekylærbiologien i begyndelsen af 1950’erne“. Angående en bemærkelsesværdig kendsgerning som i dag er indlysende for forskerne, siger Michael Denton:

 „I dag ved vi ikke blot at der findes en kløft mellem det levende og det livløse, men også at den repræsenterer den mest opsigtsvækkende og fundamentale af alle sådanne kløfter i naturen. Mellem en levende celle og det mest velordnede ikkebiologiske system, for eksempel et krystal eller et snefnug, er der en afgrund så vældig og absolut som man overhovedet kan forestille sig.“

Dermed være ikke sagt at det er let at fremstille et molekyle. Bogen Molecules to Living Cells forklarer at „syntesen af de småmolekylære byggesten i sig selv er kompliceret“, men tilføjer at dét at fremstille sådanne molekyler „er det rene barnemad i sammenligning med det der derefter må være foregået for at få dannet den første levende celle“.

Celler kan eksistere selvstændigt som levende organismer, eksempelvis som bakterier, eller indgå i flercellede organismer som mennesket. Der skal 500 celler af gennemsnitsstørrelse til før de tilsammen opnår en størrelse svarende til punktummet efter denne sætning. Det er derfor ikke overraskende at cellens funktioner ikke kan ses med det blotte øje. Men hvad opdager man hvis man undersøger en enkelt menneskecelle ved hjælp af et mikroskop?

Cellen — resultat af tilfældigheder?

Ingen kan undgå at forbløffes over kompleksiteten i levende celler. En videnskabelig skribent har bemærket: „Den normale vækst af selv den simpleste levende celle kræver at titusinder af kemiske reaktioner sker på koordineret måde.“ Skribenten spørger af den grund: „Hvordan kan 20.000 kemiske reaktioner foregå kontrolleret og på én gang i en enkelt lille celle?“

Michael Denton har sammenlignet den mindste levende celle med „en sand mikro-miniaturiseret fabrik med tusinder af indviklede, fint formgivne stykker molekylært maskineri, en fabrik der alt i alt består af hundrede milliarder atomer — langt mere kompliceret end nogen maskine mennesket har bygget, og absolut uden sidestykke uden for det levendes verden“.

Cellens kompleksitet er stadig en gåde for forskerne. I New York Times for 15. februar 2000 stod der:  „Jo mere viden forskerne får om levende celler, jo mere håbløs forekommer opgaven med at få klarhed over alt hvad de gør. En menneskecelle af gennemsnitsstørrelse er så lille at man ikke kan se den. Alligevel bliver op mod 30.000 af cellens 100.000 gener hvert øjeblik aktiveret eller inaktiveret under udførelsen af cellens rutinemæssige opgaver eller for at kommunikere med andre celler.“

New York Times stiller spørgsmålet: „Hvordan kan vi nogen sinde få analyseret et så lille og så indviklet maskineri til bunds? Og selv om det ved en kolossal indsats skulle lykkes os at få fuld klarhed over hvad der foregår i én menneskecelle, er der mindst 200 andre celletyper.“

I en artikel med titlen „Skabelsens maskineri“ har tidsskriftet Nature fortalt om opdagelsen af små motorer inden i hver eneste celle i legemet. Disse motorer arbejder med at fremstille adenosintrifosfat, cellernes brændstof. En forsker siger eftertænksomt: „Hvad kan vi ikke udrette når vi lærer at designe og bygge molekylære maskinsystemer som ligner dem vi finder i celler?“

Tænk blot på cellens kreative kapacitet. De informationer der findes i dna’et i bare én af cellerne fra et menneskelegeme, ville fylde hen ved en million sider på størrelse med denne. Og hver gang der sker en celledeling, bliver de samme informationer givet videre til den nye celle. Hvordan tror du at hver eneste celle — alle 100 billioner celler i dit legeme — blev programmeret med disse oplysninger? Skete det ved tilfældigheder, eller stod der en Mesterkonstruktør bag?

Måske er du nået til samme konklusion som biologen Russell Charles Artist. Han sagde: „Vi står over for kolossale, ja uoverstigelige vanskeligheder i vores forsøg på at gøre rede for [cellens] begyndelse, og for den sags skyld dens fortsatte funktion, medmindre vi holder fast ved det logiske ræsonnement der konkluderer at en intelligens, en hjerne, har frembragt den.“

En storslået orden

For år tilbage nåede Kirtley F. Mather, som på daværende tidspunkt var professor i geologi ved Harvard University, frem til følgende konklusion: „Vi lever ikke i et univers der er præget af tilfældighed og uforudsigelighed, men af lov og orden. Forvaltningen af det er helt igennem rationel og fortjener den allerstørste respekt. Tænk på naturens forbløffende matematiske konstruktion som gør det muligt for os at give alle grundstofferne atomnumre i systematisk rækkefølge.“

Lad os kort betragte „naturens forbløffende matematiske konstruktion“. Blandt de grundstoffer * man kendte i oldtiden, var guld, sølv, kobber, tin og jern. Arsen, bismuth og antimon blev identificeret af alkymisterne i middelalderen, og senere, i 1700-tallet, fandt man mange flere grundstoffer. I 1863 blev spektroskopet, som kan vise hvert af grundstoffernes unikke farvespektrum, brugt til at identificere indium, det grundstof der blev opdaget som nummer 63.

På det tidspunkt var den russiske kemiker Dmitrij Ivanovitj Mendelejev nået frem til den konklusion at grundstofferne ikke var opstået tilfældigt. Den 18. marts 1869 blev hans afhandling „An Outline of the System of  the Elements“ (En oversigt over grundstoffernes system) læst op for Russian Chemical Society (Russisk kemisk selskab). I denne afhandling erklærede han: „Jeg vil gerne opstille et eller andet system som ikke bærer tilfældighedernes præg, men følger et eller andet bestemt og nøjagtigt princip.“

I dette berømte videnskabelige værk forudsagde Mendelejev: „Vi må stadig forvente at finde mange ukendte simple stoffer; for eksempel dem der ligner aluminium og silicium, grundstoffer med atomvægte der ligger mellem 65 og 75.“ Dmitrij Mendelejev lod 16 tomme pladser stå til nye grundstoffer. Da man bad ham bevise sine forudsigelser, svarede han: „Jeg har ikke behov for beviser. I modsætning til grammatikkens love giver naturens love ikke rum for undtagelser.“ Han tilføjede: „Når mine ukendte grundstoffer bliver fundet, er der sikkert flere der vil lytte til os.“

Og det er nøjagtig hvad der skete. Encyclopedia Americana forklarer: „Opdagelsen af gallium, scandium og germanium, hvis egenskaber nøje svarede til dem Mendelejev havde forudsagt, bekræftede i løbet af de næste 15 år troværdigheden af det periodiske system og viste at dets ophavsmands berømmelse var berettiget.“ I begyndelsen af det 20. århundrede havde man fundet alle eksisterende grundstoffer.

Som kemikeren Elmer W. Maurer har bemærket, siger det sig selv at „dette smukke system næppe kan være et resultat af tilfældigheder“. Om muligheden for at grundstoffernes harmoniske orden skulle være opstået tilfældigt, har John Cleveland Cothran, der er professor i kemi, sagt: „De senere fund af alle de grundstoffer hvis eksistens Mendelejev forudsagde, og det at disse grundstoffer stort set havde nøjagtig de egenskaber han hævdede de ville have, fjernede fuldstændig enhver mulighed for dette. Den store lovmæssighed han opdagede, kaldes aldrig ’den periodiske tilfældighed’, men ’den periodiske lov’.“

Et omhyggeligt studium af grundstofferne og deres evne til sammen at kunne danne alt hvad der findes i universet, har fået den berømte fysiker Paul A. M. Dirac, som var professor i matematik ved Cambridge-universitetet, til at udtale: „Man kan måske beskrive situationen ved at sige at Gud er matematiker, en matematiker i topklasse, og at han har benyttet en matematik af højeste orden ved opbygningen af universet.“

Det er fascinerende at få indblik i det usynlige, både når det gælder uendeligt små atomer, molekyler og levende celler, og når det gælder kæmpestore galakser af stjerner som ligger langt uden for rækkevidden af hvad vi kan se med det blotte øje. Det er en oplevelse der gør én ydmyg. Hvordan berører det dig? Hvad kan du lære af disse oplysninger? Ser du mere end dine øjne kan se?

[Fodnote]

[Ramme/illustration]

Så hurtigt at øjet ikke kan opfatte det

I det 19. århundrede debatterede man om en galoperende hest løber så hurtigt at alle dens hove på et tidspunkt slipper jorden samtidig. I 1872 påbegyndte Eadweard Muybridge nogle fotografiske forsøg som senere afgjorde sagen. Han udtænkte en teknik til optagelse af de første high-speed film.

Muybridge opstillede 24 kameraer i række med kort afstand imellem. Fra udløseren på hvert kamera udspændte man en snor som gik tværs over banen. Når hesten så kom galoperende, ramte den snorene og aktiverede udløserne. En undersøgelse af de fotografier optagelserne resulterede i, afslørede at hesten på visse tidspunkter slap jorden helt.

[Kildeangivelse]

Med tilladelse af George Eastman House

[Illustration på side 7]

Hvorfor flyder is ovenpå i stedet for at synke?

[Illustration på side 7]

Et dna-molekyle er kun 0,0000025 millimeter i diameter, men de informationer det indeholder, ville fylde hen ved en million sider

[Kildeangivelse]

Computerfremstillet model af dna: Donald Struthers/Tony Stone Images

[Illustration på side 8]

I hver eneste celle — alle 100 billioner celler i dit legeme — sker der titusinder af kemiske reaktioner på koordineret måde

[Kildeangivelse]

Copyright Dennis Kunkel, University of Hawaii

[Illustrationer på side 9]

Den russiske kemiker Mendelejev konkluderede at grundstofferne ikke var opstået tilfældigt

[Kildeangivelse]

Med tilladelse af National Library of Medicine