Pilk nähtamatule – mis on selgunud?

MILLENI on inimesed oma uute leiutiste abil varem silma eest peidus olnult saladuskatet kergitades jõudnud? Nad on suutnud senitundmatut teatud täpsusastmeni määratleda. (Vt. alltoodud kasti.)

Kord valitses üldine arvamus, et maakera on universumi keskpunkt. Kui aga võeti kasutusele teleskoop, saadi teada, et planeedid, sealhulgas Maa, tiirlevad kindlatel orbiitidel ümber Päikese. Hiljem said inimesed tänu võimsate mikroskoopide leiutamisele uurida koguni aatomit ning näha, kuidas eri liiki aatomid kombineeruvad ning moodustavad molekule.

Vaadelgem elutähtsa aine vee molekuli ehitust. Tulenevalt oma ehitusest, ühineb kaks vesiniku aatomit ainulaadsel moel ühe hapniku aatomiga, nii et moodustub vee molekul, kusjuures igas veetilgas on neid miljardeid! Mida me võime õppida, kui uurime vee molekuli ning selle käitumist erisugustes tingimustes?

 Imeline vesi

Ehkki veetilgas ei näi olevat midagi keerulist, on vesi erakordselt kompleksne aine. Näiteks on teaduskirjanik dr. John Emsley Inglismaalt Londoni Imperial College’ist öelnud, et vesi on „kõigist keemilistest ainetest üks enamuuritumaid, ent ikka veel vähemmõistetumaid”. Ajakiri „New Scientist” tõdeb: „Vesi on üks kõige tuntumaid, ent ka mõistatuslikumaid vedelikke Maal.”

Dr Emsley selgitab, et hoolimata vee lihtsast struktuurist „pole olemas midagi nii keerukat kui selle käitumine”. Näiteks ütleb ta: „H₂0 peaks olema gaas, ... ent on vedelik. Peale selle, külmumisel ... selle tahke faas – jää – ujub pinnal, mitte ei upu”, nagu üldiselt oodata võiks. Sellise erandliku käitumise kohta on täheldanud Ameerika teadusavastuste ühingu ekspresident dr. Paul E. Klopsteg:

„Veeorganismide nagu kalad elutegevuseks paistab see olevat erakordselt hea lahendus. Mõelda vaid, mis juhtuks, kui vesi külmumispunktini jahtunult ei käituks vastavalt eelkirjeldatule. Jääd muudkui tekiks ja tekiks, kuni see täidaks kogu järve ning surmaks kõik sealsed organismid või enamiku neist.” Dr Klopstegi sõnul on selline vee erandlik käitumine „tõend universumis tegutsevast väljapaistvast ja eesmärgikindlast mõistusest”.

Nagu teatab „New Scientist”, arvavad nüüd teadlased olevat jõudnud vee sellise ebatavalise käitumise jälile. Nad on töötanud välja esimese teoreetilise mudeli, mis näitab täpselt ära, kuidas vesi paisub. „Mõistatuse lahendus seisneb hapniku aatomite paigutumises vee ja jää molekulaarstruktuurides”, on teadlastele selgunud.

Kas pole tähelepanuväärne? Üks nii lihtsana tunduv molekul on inimmõistusele paras pähkel. Mõelda vaid, et suurema osa inimese kehamassist moodustab vesi! Kas ka sina näed sellise ainult kahe elemendi kolmest aatomist koosneva molekuli imepärases käitumises tõendit „tegutsevast väljapaistvast ja eesmärgikindlast mõistusest”? Ometi on vee molekul harukordselt väike ja kaugeltki mitte nii keerukas kui paljud teised molekulid.

Ülimalt komplekssed molekulid

Mõned molekulid koosnevad paljude looduslike keemiliste elementide – mida meie Maal on 88 – tuhandetest aatomitest. Näiteks DNA (desoksüribonukleiinhappe) molekulis, mis sisaldab iga elusorganismi kodeeritud pärilikku infot, võib olla miljoneid mitmesuguste keemiliste elementide aatomeid!

Hoolimata uskumatust komplekssusest on DNA molekuli läbimõõt vaid 0,0000025 millimeetrit, nii et seda võib näha vaid läbi võimsa mikroskoobi. Teadlased avastasid alles 1944. aastal, et DNA on inimese pärilikkuse kandja. Avastus käivitas selle erakordselt kompleksse molekuli intensiivuuringud.

Ent DNA ja vee molekulid on kõigest kaks paljudest aine struktuuri määravatest molekuliliikidest. Kuid kas me peaksime selle alusel, et paljusid molekule on leitud nii elusorganismidest kui eluta ainest, tegema järelduse, et elusat lahutab elutust vaid mingi lihtne samm ehk üleminek?

Pikka aega uskusid paljud, et just nii see on. „Hulk autoriteete avaldas 1920. ja 1930. aastatel kindlat lootust, et koos teadmiste suurenemisega biokeemia vallas suudetakse see lünk täita,” selgitab mikrobioloog Michael Denton. Mis aga lõpuks tegelikult selgus?

Elu on eriline ja ainulaadne

Ehkki teadlased lootsid leida elusa ja eluta vahelised üleminekuetapid ehk rea arenguastmeid, „leidis pärast revolutsioonilisi avastusi molekulaarbioloogia vallas 1950-ndate algul lõpuks tõestust” kindla eraldatuse olemasolu, täheldab Denton. Viidates nüüdseks teadlastele selgunud tähelepanuväärsele  faktile, selgitab Denton edasi:

„Praegu me teame lisaks tühiku olemasolule elusa ja eluta maailma vahel ka seda, et see on kõigist looduses eksisteerivatest eraldatustest kõige rabavam ja fundamentaalsem. Elusraku ja kõige kõrgemal keerukusastmel mittebioloogilise süsteemi, näiteks kristalli või lumehelbe vahel haigutab selline tohutu ja absoluutne kuristik, mida üldse ette kujutada võib.”

See ei tähenda, nagu oleks molekuli loomine kerge. Raamatus „Molecules to Living Cells” selgitatakse, et „väikesemolekuliste ehitusplokkide süntees on juba iseenesest keeruline”. Kuid samas lisatakse, et selliste molekulide tegemine „on lapsemäng, võrreldes sellega, mis peab järgnema, et luua esimene elusrakk”.

Rakud, näiteks bakterid, võivad eksisteerida omaette elavate organismidena või siis funktsioneerida osana hulkraksest organismist, näiteks inimesest. Selle lause lõpus olevasse punkti mahuks 500 keskmise suurusega rakku. Seega pole üllatav, et palja silmaga pole võimalik rakufunktsioone näha. Mis siis selgub, kui vaadata üht inimorganismi rakku läbi mikroskoobi?

Rakk – kas juhus või kavandatus?

Kindlasti tekitab elusrakkude komplekssus kõigepealt hämmastust. Üks teaduskirjanik täheldas: „Ka kõige lihtsama elusraku normaalne kasv eeldab kümneid tuhandeid koordineeritud keemilisi reaktsioone.” Ta küsis: „Kuidas saab ühes tillukeses rakus kõiki 20 000 reaktsiooni samaaegselt juhtida?”

Michael Denton võrdleb ka kõige väiksemaid elusrakke „tõeliste mikrominiatuursete vabrikutega, kus on tuhandeid keerulise molekulaarse masinavärgi ühtekokku sadadest miljonitest aatomitest koosnevaid oivaliselt kavandatud osasid, mis on kaugelt komplitseeritumad kui ükski inimese ehitatud masin ja millel pole üldse mingit vastet elutus maailmas”.

 Nagu seda märkis 2000. aasta 15. veebruari „The New York Times”, on raku komplekssus teadlastele ikka veel mõistatuseks: „Mida enam bioloogid elusrakke tundma õpivad, seda raskemaks paistab kujunevat ülesanne kõiki nende talitlusi määratleda. Keskmine inimorganismi rakk on liiga väike, et seda näha võiks, ometi võib igal momendil selle 100 000 geenist 30 000 kas rakusiseseid funktsioone täites või teistelt rakkudelt saabuvatele signaalidele vastates välkkiirelt seostuda või lahkneda.”

„The New York Times” esitas küsimuse: „Kuidas saab nii tillukest ja keerukat masinat üldse analüüsida? Ja kui kunagi hakataksegi tohutuid jõupingutusi rakendades ühte inimorganismi rakku täielikult mõistma, on organismis veel vähemalt 200 erisugust rakutüüpi.”

Ajakiri „Nature” teatas oma artiklis pealkirjaga „Tõeline loomise masinavärk”, et on avastatud organismi igas rakus töötavad tillukesed mootorid. Need toodavad rakkude energiaallikat adenosiintrifosfaati. Üks teadlane mõtiskles: „Mida kõike me võime korda saata, kui õpime konstrueerima ja ehitama molekulaarseid masinasüsteeme, mis sarnanevad nende molekulaarsüsteemidega, mida oleme leidnud rakkudest!”

Mõelda vaid, milline on raku loomisvõime! Inimorganismi üheainsa raku DNA-sse kätketud info hulk täidaks umbes miljon lehekülge nagu see siin! Ja pealegi iga kord, kui rakk jaguneb, et luua uus rakk, kandub sama informatsioon ka sellesse rakku. Kuidas sinu arvates selline informatsioon igasse inimorganismi sajasse triljonisse rakku programmeeriti? Kas selle taga oli juhus või hoopis Meisterkavandaja?

Ehk oled jõudnud samale järeldusele nagu bioloog Russell Charles Artist, kes ütles: „Me satume tohututesse, isegi ületamatutesse raskustesse, kui üritame seletada [raku] tekkimist ja ka jätkuvat funktsioneerimist, kui me ei toetu arukale ja loogilisele argumendile, et selle tõi olemasollu tarkus, mõistus.”

Imeline korrastatus

Aastaid tagasi jõudis tollal Harvardi ülikooli geoloogiaprofessorina töötanud Kirtley F. Mather sellisele järeldusele: „Me elame universumis, kus ei valitse mitte juhus või kapriis, vaid seadus ja kord. Selles toimuvad protsessid on ratsionaalsed ja väärivad ülimat lugupidamist. Võtkem näiteks imelise looduses valitseva matemaatilise süsteemi, mis võimaldab meil anda aine igale keemilisele elemendile järjestikuse aatomnumbri.”

Vaadelgem põgusalt seda „imelist looduses valitsevat matemaatilist süsteemi”. Antiikrahvad tundsid selliseid keemilisi elemente * nagu kuld, hõbe, vask, tina ja raud. Keskaja alkeemikud määratlesid arseeni, vismuti ja antimoni, 18. sajandil aga tehti kindlaks palju uusi keemilisi elemente. Aastal 1863 määratleti spektroskoobi abil, mis suudab eristada igalt keemiliselt elemendilt kiirgavat ainuomast värvusspektrit, 63. keemilise elemendina indium.

Sel ajal jõudis vene keemik Dmitri Mendelejev järeldusele, et keemilised  elemendid pole tekkinud juhuslikult. Lõpuks loeti 1869. aasta 18. märtsil Vene Keemiaseltsis ette tema uurimistöö „Elementide üldine süsteem”. Selles teatas ta, et tal tuli kehtestada mingi elementide süsteem, et nende jaotamine ei lähtuks mitte juhusest, vaid hoopis mingisugusest kindlast ja täpsest printsiibist.

Selles oma kuulsas teaduslikus töös ennustas Mendelejev: „Võib oodata veel paljude seni tundmata lihtainete avastamist; näiteks võiks tuua alumiiniumi ja räni taolised elemendid aatommassiga 65 kuni 75.” Mendelejev jättis tühjad kohad 16 uuele keemilisele elemendile. Kui talt ennustuste kohta tõendeid tuua paluti, kostis ta: „Mul pole tarvis tõendeid tuua. Erinevalt grammatikareeglitest ei jäta loodusseadused võimalust eranditele.” Ta lisas: „Arvan, et kui need senitundmatud elemendid leitakse, hakkab rohkem inimesi meid tähele panema.”

Täpselt nii juhtuski! „Encyclopedia Americana” selgitab: „Järgmise 15 aasta jooksul kinnitas Mendelejevi ennustatud omadustega päris täpselt sobivate galliumi, skandiumi ja germaaniumi avastamine perioodilisuse tabeli paikapidavust ning tõi kuulsust selle autorile.” 20. sajandi alguseks olid kõik eksisteerivad elemendid avastatud.

Nagu märkis uurimistööga tegelev keemik Elmer W. Maurer, „saab selline kaunis süsteemsus vaevalt et juhuse asi olla”. Seoses võimalusega, et keemiliste elementide harmooniline kord võiks vaid juhus olla, täheldas keemiaprofessor John Cleveland Cothran: „Kõigi nende [Mendelejevi] ennustatud elementide hilisem avastamine ja see, et neil olid peaaegu täpselt need omadused, mida ta oli ennustanud, välistas sellise võimaluse täielikult. Tema põhjapanevat tööd pole iial nimetatud „Perioodilisuse juhuseks”, vaid hoopis „Perioodilisuse seaduseks”.”

Keemilisi elemente ja nende kokkusobivust kogu Universumi aine moodustumisel lähemalt uurinud kuulus füüsik ja endine Cambridge’i ülikooli matemaatikaprofessor Paul A. M. Dirac oli sunnitud ütlema: „Seda olukorda saab võib-olla kirjeldada, üteldes, et Jumal on väga kõrgetasemeline matemaatik ning et Universumi konstrueerimisel kasutas ta väga kõrgeklassilist matemaatikat.”

On tõesti kütkestav heita pilk nii lõpmata väikeste aatomite, molekulide ja elusrakkude nähtamatusse maailma kui ka hiiglaslikele tähegalaktikatele, mida palja silmaga näha ei saa. See kogemus teeb alandlikuks. Milliseid mõtteid see sinus tekitab? Mida see kõik sinu arvates peegeldab? Kas sina näed midagi enamat kui vaid seda, mida füüsilised silmad näha võivad?

[Allmärkus]

[Kast/pildid lk 5]

Liiga kiire, et seda silmaga näha

Kuna galopeeriv hobune liigub väga kiiresti, vaieldi 19. sajandil selle üle, kas mingil teatud momendil on hobuse kõik neli kapja maast lahti. Kui Eadweard Muybridge alustas aastal 1872 fotograafilisi eksperimente, sai see küsimus peagi oma vastuse. Ta leiutas kiiresti liikuvate kaadritega filmi tegemise tehnika.

Muybridge seadis ühte ritta päris üksteise lähedale 24 kaamerat. Iga kaamera päästiku küljest tõmmati üle traaviraja nöör, nii et kui hobune mööda galopeeris, tabas ta nööre ja vallandas päästikud. Saadud fotosid analüüsides avastati, et teatud hetkedel oli hobune täielikult maast lahti.

[Allikaviide]

Loa andnud: George Eastman House

[Pilt lk 7]

Miks külmunud vesi ujub, aga ei upu?

[Pilt lk 7]

DNA molekuli läbimõõt on 0,0000025 millimeetrit, ent selles sisalduv informatsioon mahutaks miljon lehekülge

[Allikaviide]

DNA arvutimudel: Donald Struthers/Tony Stone Images

[Pilt lk 8]

Igas keharakus – mida kokku on 100 triljonit – toimub koordineeritult kümneid tuhandeid keemilisi reaktsioone

[Allikaviide]

Autoriõigus: Dennis Kunkel, University of Hawaii

[Pildid lk 9]

Vene keemik Mendelejev jõudis järeldusele, et keemilised elemendid pole tekkinud juhuslikult

[Allikaviide]

Loa andnud: National Library of Medicine