Et blikk inn i det usette — hva kommer for dagen?

HVA blir utrettet når menneskene bruker nye oppfinnelser og billedlig talt trekker forhenget til side for å se det de ikke har kunnet se tidligere? Jo, man kan danne seg et visst bilde av det som inntil da har vært ukjent. — Se rammen nedenfor.

En gang i tiden var det en vanlig oppfatning at jorden var universets sentrum. Men da man begynte å bruke teleskoper, fant man ut at planetene, deriblant jorden, går i bane rundt solen. I nyere tid er det blitt oppfunnet kraftige mikroskoper, og ved hjelp av dem har mennesker studert selve atomet og sett hvordan visse typer atomer inngår forbindelser med andre typer for å danne det som kalles molekyler.

Tenk på sammensetningen av vannmolekylet, som har avgjørende betydning for livet. På grunnlag av sin struktur inngår to hydrogenatomer en unik forbindelse med et enkelt oksygenatom og danner et vannmolekyl — det finnes milliarder av dem i hver  vanndråpe! Hva kan vi lære av å studere et vannmolekyl og legge merke til hvordan det oppfører seg under forskjellige forhold?

Vannets forunderlige egenskaper

Selv om vanndråper kan virke svært enkle, er vann et ytterst komplisert stoff. Ja, vitenskapsskribenten John Emsley ved Imperial College i London sa at det er «en av de mest studerte av alle kjemiske forbindelser, men det er fremdeles det minst forståtte». Bladet New Scientist skrev: «Vann er den mest kjente væske på jorden, men også en av de mest mystiske.»

John Emsley forklarte at vann riktignok har en enkel struktur, men at det likevel «ikke finnes noe som oppfører seg på en så komplisert måte». Han nevnte et par eksempler: «H₂O skulle ha vært en gass . . . , men det er en væske. Dessuten, når det fryser . . . , flyter dets faste form, is, i stedet for å synke», slik man skulle vente. Fysikeren Paul E. Klopsteg, tidligere president i Den amerikanske forening til vitenskapens fremme, sa angående denne uvanlige egenskapen:

«Dette framstår som en bemerkelsesverdig konstruksjon med tanke på å bevare vannlevende livsformer, for eksempel fisker. Tenk på hva som ville skje hvis vannet ikke oppførte seg på den beskrevne måten når det kjøles ned mot frysepunktet. Da ville det danne seg mer og mer is inntil det fylte en hel innsjø og gjorde det av med alle eller de fleste livsformene der.» Klopsteg sa at denne uventede egenskapen hos vann utgjør «et vitnesbyrd om en fremragende og målbevisst intelligens som er i virksomhet i universet».

Ifølge New Scientist tror forskerne nå at de kjenner årsaken til denne uvanlige egenskapen hos vann. De har utviklet den første teoretiske modellen som nøyaktig forutsier vannets ekspansjon. De har innsett at «nøkkelen til mysteriet ligger i avstanden mellom oksygenatomene innenfor disse strukturene».

Er ikke det bemerkelsesverdig? Et molekyl som later til å være enkelt, utfordrer den menneskelige fatteevne. Tenk også på at vann står for mesteparten av kroppsvekten vår. Ser du på bakgrunn av de forunderlige egenskapene hos dette molekylet, som bare består av tre atomer av to grunnstoffer, ’et vitnesbyrd om at det er en fremragende og målbevisst intelligens i virksomhet’? Likevel er et vannmolekyl ytterst lite og mye mindre komplisert enn mange andre molekyler.

Svært kompliserte molekyler

Noen molekyler er sammensatt av tusener av atomer av mange av de 88 grunnstoffene som forekommer naturlig på jorden. DNA-molekylet (DNA er en kortform av deoksyribonukleinsyre), som finnes hos alle levende skapninger og inneholder kodet informasjon om arveanleggene, kan for eksempel bestå av millioner av atomer av flere forskjellige grunnstoffer.

Trass i denne utrolige kompleksiteten er DNA-molekylet bare 0,0 000 025 millimeter i diameter, altfor lite til å bli sett hvis man ikke bruker et kraftig mikroskop. Det var ikke før i 1944 at forskere oppdaget at DNA bestemmer en persons arveanlegg. Dette funnet gav støtet til omfattende forskning omkring dette særdeles kompliserte molekylet.

DNA-molekylet og vannmolekylet er bare to av de mange molekylene som inngår i tings oppbygning. Og siden det finnes mange molekyler i både det som er levende, og det som ikke er levende, er det da grunn til å trekke den slutning at det finnes en enkel overgang mellom det som er levende, og det som ikke er det?

I lange tider trodde mange mennesker nettopp det. «Håpet om at økt kunnskap innen biokjemi skulle bygge bro over kløften, ble i særlig grad uttrykt av mange fagfolk i 1920- og 1930-årene,» fortalte mikrobiologen Michael Denton. Men hva var det man egentlig oppdaget i tiden som fulgte?

Livet er særegent og unikt

Selv om forskerne ventet å finne gradvise overgangsformer mellom det som er levende, og det som ikke er det, påpekte Denton at «de revolusjonerende oppdagelsene som ble gjort innen molekylarbiologi i begynnelsen av 1950-årene», førte til at det ble «endelig fastslått» at det finnes en skarp  grense. Han beskrev videre en bemerkelsesverdig kjensgjerning som nå er blitt åpenbar for forskerne:

«Vi er nå klar over ikke bare at det finnes en kløft mellom den levende og den ikke-levende verden, men også at denne kløften utgjør den mest radikale og fundamentale av alle diskontinuiteter i naturen. Mellom en levende celle og det mest velordnede ikke-biologiske system, for eksempel et krystall eller et snøfnugg, er det et svelg som er så stort og absolutt som det er mulig å forestille seg.»

Dette betyr ikke at det er lett å frambringe et molekyl. Boken Molecules to Living Cells sier: «Syntesen av de småmolekylære byggesteinene er kompleks i seg selv.» Men den tilføyer at det å frambringe slike molekyler er «bare barnematen i forhold til hva som må ha foregått senere for å danne den første levende celle».

Celler kan eksistere for seg selv som frittlevende organismer, for eksempel bakterier, eller de kan inngå i en mangecellet organisme, for eksempel et menneske. Det ville være plass til 500 celler av gjennomsnittlig størrelse i punktumet i slutten av denne setningen. Det er derfor ikke overraskende at cellens funksjoner er usynlige for det blotte øye. Hva er det så som kommer for dagen når man bruker et mikroskop for å kikke inn i en enkelt celle i menneskekroppen?

Cellen — et resultat av slumpetreff eller konstruksjon?

Først og fremst er man bare nødt til å bli imponert over hvor kompliserte levende celler er. En vitenskapsskribent sa: «Den normale veksten hos selv den enkleste levende celle forutsetter at titusener av kjemiske reaksjoner foregår på en samordnet måte.» Han spurte: «Hvordan er det mulig å holde styr på 20 000 reaksjoner samtidig inni en ørliten celle?»

Michael Denton sammenlignet selv den minste levende celle med «en mikrominiatyrisert fabrikk med tusenvis av innviklede, praktfullt konstruerte molekylære maskiner som består av til sammen 100 milliarder atomer. Alt dette er langt mer komplisert enn  noen maskin som menneskene har bygd, og er helt uten sidestykke i den ikke-levende verden».

Forskerne er stadig vekk forundret over cellens kompleksitet, som det stod å lese i avisen The New York Times for 15. februar 2000: «Jo mer kunnskap biologene får om levende celler, desto mer avskrekkende virker oppgaven å prøve å sette seg inn i alt de gjør. En gjennomsnittlig menneskecelle er for liten til at den kan ses, men likevel kan det til enhver tid være opptil 30 000 av dens 100 000 gener som slår seg på eller av i forbindelse med at de tar seg av cellens administrative behov eller reagerer på budskaper fra andre celler.»

Avisen spurte: «Hvordan kan en så ørliten og så innviklet maskin noen gang bli analysert? Og selv om man gjennom formidabel innsats skulle klare å få fullstendig forståelse av én menneskecelle, finnes det minst 200 forskjellige typer i menneskekroppen.»

Bladet Nature fortalte i en artikkel som het «Virkelig skapende maskiner», om oppdagelsen av ørsmå motorer inni hver celle i kroppen. Disse bytter på å produsere adenosintrifosfat, cellens energikilde. En forsker stilte dette spørsmålet: «Hva kan vi utrette når vi lærer hvordan vi skal konstruere og bygge molekylære maskinsystemer som tilsvarer de molekylære systemene vi finner i cellen?»

Bare tenk på cellens kreative kapasitet. Den mengde informasjon som finnes i DNA-molekylene i bare én celle i kroppen, ville fylle omkring en million sider på størrelse med sidene i dette bladet! Hver gang en celle deler seg for å danne en ny celle, blir dessuten den samme informasjonen overført til den nye cellen. Hvordan tror du hver celle — alle de 100 billioner cellene i kroppen din — ble utstyrt med all denne informasjonen? Skjedde det vet et slumpetreff, eller var det en Mesterkonstruktør som stod bak?

Kanskje du har trukket den samme konklusjonen som biologen Russell Charles Artist gjorde. Han sa: «Vi støter på formidable, ja uoverkommelige, vanskeligheter når vi skal prøve å gjøre rede for [cellens] begynnelse og for den saks skyld dens fortsatte virksomhet, hvis vi da ikke framsetter det fornuftige og logiske synspunkt at en intelligens, en hjerne, har frambrakt den.»

En enestående orden

For en god del år siden uttalte Kirtley F. Mather, som den gang var professor i geologi ved Harvard universitet: «Vi lever i et univers som ikke er preget av slumpetreff og tilfeldigheter, men av lovmessighet og orden. Det styres fullstendig rasjonelt og på en måte som fortjener den største respekt. Tenk bare på den vidunderlige matematiske lovmessighet i naturen som gjør det mulig for oss å gi alle grunnstoffer suksessive atomnummer.»

La oss se litt nærmere på denne «vidunderlige matematiske lovmessighet i naturen». Blant de grunnstoffene * som var kjent i oldtiden, var gull, sølv, kobber, tinn og jern. Arsen, vismut og antimon ble oppdaget av alkymister i middelalderen, og senere ble det funnet mange flere grunnstoffer i løpet av 1700-tallet. I 1863 ble indium påvist ved hjelp av spektroskopet, som kan skille ut det unike fargespektret som hvert enkelt grunnstoff avgir, og indium ble dermed det 63. grunnstoffet som ble oppdaget.

 På den tiden kom den russiske kjemikeren Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev fram til at grunnstoffene ikke var dannet på en vilkårlig måte. Den 18. mars 1869 ble hans avhandling «En oversikt over grunnstoffenes system» lest opp for det russiske kjemiske selskap. I den erklærte han: ’Jeg ønsker å stille opp et system som ikke er styrt av tilfeldighet, men av et bestemt og nøyaktig prinsipp.’

I dette berømte skriftet forutsa Mendelejev: «Vi bør fremdeles vente å oppdage mange ukjente enkle stoffer, for eksempel noen som ligner på aluminium og silisium, grunnstoffer med atomvekt fra 65 til 75.» Mendelejev satte åpne plasser for 16 nye grunnstoffer. Da han ble bedt om å føre bevis for sine forutsigelser, svarte han: «Jeg trenger ikke noe bevis. I motsetning til grammatikkens lover gir naturens lover ikke rom for unntak.» Han tilføyde: «Jeg regner med at når mine ukjente grunnstoffer blir funnet, er det flere mennesker som vil vise oss oppmerksomhet.»

Og det var akkurat det som skjedde. Oppslagsverket Encyclopedia Americana sier: «I løpet av de neste 15 årene oppdaget man gallium, scandium og germanium, som hadde egenskaper som nøye svarte til Mendelejevs forutsigelser. Dette bekreftet det periodiske systems gyldighet og gjorde dets opphavsmann berømt.» I begynnelsen av 1900-tallet var alle eksisterende grunnstoffer blitt oppdaget.

Kjemikeren Elmer W. Maurer hadde opplagt rett da han sa: «Dette vakre systemet kan neppe skyldes en tilfeldighet.» Når det gjelder muligheten for at grunnstoffenes harmoniske orden skal skyldes en tilfeldighet, sa professor i kjemi John Cleveland Cothran: «Det at man senere oppdaget alle de grunnstoffene som ifølge [Mendelejev] måtte eksistere, og det at disse hadde nesten nøyaktig de egenskapene som han hadde forutsagt, eliminerte fullstendig enhver slik mulighet. Hans store generalisering kalles aldri ’Den periodiske tilfeldighet’, men derimot ’Den periodiske lov.’»

Et grundig studium av grunnstoffene og hvordan de passer sammen for å danne alt som finnes i universet, fikk den kjente fysikeren P.A.M. Dirac, som var professor i matematikk ved Cambridge universitet, til å uttale: «En kan kanskje belyse det ved å si at Gud er en meget dyktig matematiker, og at han gjorde bruk av en meget avansert matematikk da han skapte universet.»

Det er virkelig fascinerende å kikke inn i den usette verden av uendelig små atomer, molekyler og levende celler og den like usette verden av gigantiske galakser som ligger langt utenfor det blotte øyes rekkevidde. Opplevelsen gjør oss ydmyke. Hvordan blir du personlig berørt? Hva ser du gjenspeilt i disse tingene? Ser du mer enn det du kan se med det blotte øye?

[Fotnote]

[Ramme/bilde på side 5]

Så raskt at øyet ikke kan oppfatte det

Ettersom en galopperende hest beveger seg så raskt, var man tidligere usikker på om den på noe tidspunkt har alle fire hovene løftet fra bakken. På 1800-tallet pågikk det en diskusjon om dette. Til slutt, i 1872, gikk Eadweard Muybridge i gang med fotografiske eksperimenter som senere avgjorde spørsmålet. Han utformet en teknikk som gjorde det mulig å foreta den første høyhastighetsfotograferingen.

Muybridge satte opp en rekke på 24 kameraer med et lite mellomrom mellom hver. Fra lukkeren på hvert kamera var det strukket en tråd tvers over banen, så da hesten galopperte forbi, traff den trådene og utløste lukkerne. Analyser av fotografiene viste at hesten innimellom hadde alle hovene løftet fra bakken.

[Rettigheter]

Gjengitt med tillatelse av George Eastman House

[Bilde på side 7]

Hva er grunnen til at is flyter i stedet for å synke?

[Bilde på side 7]

Et DNA-molekyl er 0,0 000 025 millimeter i diameter, men det inneholder likevel så mye informasjon at det ville fylle en million sider

[Rettigheter]

Elektronisk modell av DNA: Donald Struthers/Tony Stone Images

[Bilde på side 8]

I hver kroppscelle — som det til sammen finnes 100 billioner av — foregår titusener av kjemiske reaksjoner på en samordnet måte

[Rettigheter]

Copyright Dennis Kunkel, University of Hawaii

[Bilde på side 9]

Den russiske kjemikeren Mendelejev kom fram til at grunnstoffene ikke var dannet vilkårlig

[Rettigheter]

Gjengitt med tillatelse av National Library of Medicine