Ο Richard Feynman ως βιολόγος

Ο Richard Feynman (1918 – 1988) γεννήθηκε στο Μπρούκλιν, σπούδασε στο MIT και εκπόνησε την διδακτορική διατριβή του στο Πανεπιστήμιο Πρίνστον. Κατά τη διάρκεια του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου συμμετείχε στο Σχέδιο Μανχάταν — το συμμαχικό πρόγραμμα κατασκευής της πρώτης ατομικής βόμβας που διεξαγόταν στο Λος Άλαμος. Εκεί συνεργάστηκε με τους μεγαλύτερους φυσικούς της εποχής, όπως ο Οπενχάιμερ, ο Τέλλερ, ο Μπέτε κ.ά. . Μετά το τέλος του πολέμου δίδαξε στο Πανεπιστήμιο Κορνέλ και στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, όπου και παρέμεινε μέχρι το τέλος της σταδιοδρομίας του.
Το 1965 τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ φυσικής (μαζί με τους Tomonaga και Schwinger) για την εργασία του στη Κβαντική Ηλεκτροδυναμική. Μεταξύ άλλων, διατύπωσε μια θεωρία που εξηγούσε το φαινόμενο της υπερρευστότητας του υγρού ηλίου, ερεύνησε τις ασθενείς αλληλεπιδράσεις και συνέβαλλε στην ανάπτυξη της θεωρίας των κουάρκ (μοντέλο παρτονίων). Ο Richard Feynman είναι γνωστός στους φυσικούς για τις νέες υπολογιστικές τεχνικές και τους νέους συμβολισμούς που εισήγαγε στη φυσική – όπως τα πασίγνωστα διαγράμματα Feynman.
Υπήρξε ένας εξαιρετικά ικανός δάσκαλος και οι ανορθόδοξες αλλά μαγευτικές διαλέξεις του στη φυσική του είχαν ήδη εξασφαλίσει μεγάλη φήμη μεταξύ φοιτητών και ερευνητών. Το βιβλίο του «Διαλέξεις φυσικής» που πρωτοεκδόθηκε το 1963 γοήτευε και γοητεύει ακόμη τους νέους που μελετούν φυσική.
Στο αυτοβιογραφικό του βιβλίο με τίτλο «Σίγουρα θα αστειεύεστε κύριε Φάϊνμαν», ανακαλύπτουμε έναv διαφορετικό Feynman, αυτόν που πέρα από τη φυσική ασχολήθηκε κατά καιρούς: με επιδιορθώσεις ραδιοφώνων, παραβίαση κλειδαριών, τη ζωγραφική, τον χορό, το παίξιμο κρουστών, την αποκρυπτογράφηση ιερογλυφικών, αλλά και την βιολογία.
Στη συνέχεια θα δούμε πως περιγράφει τις περιπέτειές του όταν αποφάσισε να εντρυφήσει στην επιστήμη της βιολογίας:
(…) Την επόμενη φορά πήγα στο τραπέζι των βιολόγων. Πάντοτε ενδιαφερόμουν για τη βιολογία. Με κάλεσαν μάλιστα σε μια σειρά μαθημάτων για την κυτταρική φυσιολογία. Κάτι ήξερα από τη βιολογία, αλλά αυτή τη φορά απαιτούσε ιδιαίτερες γνώσεις. «Νομίζετε ότι θα καταλάβω τίποτε; Ο καθηγητής θα με αφήσει να καθήσω;» τους ρώτησα.
Πήγαν λοιπόν στον καθηγητή Ε. Newton Harvey, o οποίος είχε ασχοληθεί με την έρευνα στα φωτοαυτότροφα βακτήρια, και τον ρώτησαν αν μπορούσα να παρακολουθήσω τα μαθήματα. «Μόνο αν κάνει όλες τις εργασίες και διαβάσει τις δημοσιεύσεις που θα κάνουν και θα διαβάσουν οι υπόλοιποι μπορεί να παρακολουθήσει αυτή την προχωρημένη ύλη» ήταν η απάντησή του.
Πριν από το πρώτο μάθημα, οι φοιτητές που με κάλεσαν θέλησαν να μου δείξουν κάτι στο μικροσκόπιο. Είχαν μερικά φυτοκύτταρα, όπου μπορούσες να διακρίνεις μερικά πράσινα σημεία, τους χλωροπλάστες (συνθέτουν σάκχαρο υπό την επίδραση ηλιακού φωτός), να κινούνται. Τα κοίταξα στο μικροσκόπιο, και μετά σήκωσα τα μάτια και τους ρώτησα: «Πως κινούνται; Τι τα ωθεί;».

Κανείς δεν ήξερε, αφού δεν είχε βρεθεί ακόμα η απάντηση. Έτσι κατάλαβα κάτι για τη βιολογία: ήταν πολύ εύκολο να βρεις μια ενδιαφέρουσα ερώτηση την οποία κανείς δεν θα μπορούσε να απαντήσει. Στη φυσική χρειαζόταν να πας πιο βαθιά για να βρεις μια τέτοια ερώτηση.

Τι είναι η λεκιθίνη;
Όταν άρχισε το μάθημα, ο Harvey ζωγράφισε ένα μεγάλο κύτταρο στον πίνακα, ονόμασε τα μέρη του και εξήγησε το καθένα. Κατανόησα τα περισσότερα από όσα είπε.
Μετά τη διάλεξη ένας από τους φοιτητές που με είχαν καλέσει ρώτησε: «Πως σου φάνηκε;»
«Καλή» του είπα. «Το μόνο που δεν κατάλαβα ήταν το σημείο με τη λεκιθίνη. Τι είναι η λεκιθίνη;»
Ο άλλος άρχισε να εξηγεί μονότονα: «Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί, είτε φυτά είναι είτε ζώα, αποτελούνται από κύτταρα…»
«Άκουσε» τον διέκοψα ανυπόμονα «αυτά τα ξέρω. Αλλιώς δεν θα ήμουν στο μάθημα, Τι είναι η λεκιθίνη;»
«Δεν ξέρω» μου ομολόγησε.
Έπρεπε να δουλέψω με άρθρα όπως όλοι οι άλλοι, και η πρώτη εργασία που μου ανατέθηκε αφορούσε την επίδραση της πίεσης στα κύτταρα – ο Harvey επέλεξε αυτό το θέμα επειδή σχετιζόταν με τη φυσική. Αν και δεν δυσκολεύτηκα να κατανοήσω το θέμα, εντούτοις, όταν διάβαζα την εργασία μου στην τάξη, κάθε τόσο ξεσπούσαν σε υστερικά γέλια, διότι δεν πρόφερα σωστά τους όρους (έλεγα «βλαστοσφαιρή» αντί «βλαστομερή»).

Χάρτης γάτας
Το επόμενο θέμα μου σχετιζόταν με την έρευνα των Adrian και Bronk, οι οποίοι μελετούσαν τις νευρικές ώσεις. Είχαν κάνει πειράματα σε γάτες και είχαν μετρήσει ηλεκτρικά δυναμικά στα νεύρα.
Άρχισα να διαβάζω την εργασία. Μιλούσε για καμπτήρες και εκτείνοντες μυς, για τον γαστροκνήμιο μυ κ.λπ. Δεν είχα την παραμικρή ιδέα για το που βρίσκονταν οι διάφορες μύες και τα διάφορα νεύρα στη γάτα. Έτσι, πήγα στο αναγνωστήριο του τμήματος βιολογίας και ρώτησα τη βιβλιοθηκάριο αν μπορούσε να μου βρει ένα χάρτη γάτας.
«Ένα χάρτη γάτας, κύριε;» ρώτησε αυτή παραξενεμένη. «Εννοείτε ένα μυοσκελετικό διάγραμμα γάτας;» Από τότε άρχισαν να κυκλοφορούν φήμες για έναν ηλίθιο τεελιόφοιτο 

της βιολογίας που έψαχνε για ένα «χάρτη γάτας».

Όταν έφτασε η στιγμή να μιλήσω για το θέμα μου, ξεκίνησα σχεδιάζοντας μια γάτα και καταγράφοντας όλους τους μυς της. Οι άλλοι φοιτητές με διέκοπταν κάθε τόσο, φωνάζοντας ότι όλα αυτά ήταν γνωστά.

«Α, ώστε τα ξέρετε» τους φώναξα. «Έτσι, εξηγείται γιατί σας πρόλαβα αν και έχετε κάνει τέσσερα χρόνια σπουδές». Σπατάλησαν τέσσερα χρόνια για να απομνημονεύσουν ύλη που μπορούσαν να τη μάθουν σε μισή ώρα με τη βοήθεια ενός σχήματος.
Μετά τον πόλεμο, κάθε καλοκαίρι συνήθιζα να ταξιδεύω με το αυτοκίνητο και να επισκέπτομαι διάφορα μέρη στην Αμερική. Μια χρονιά, ενώ βρισκόμουν στο Caltech, αποφάσισα: «Αυτό το καλοκαίρι δεν θα πάω σε διαφορετικό μέρος, αλλά σε διαφορετικό επιστημονικό τομέα» .
Ήταν ακριβώς μετά την ανακάλυψη της διπλής έλικας του DNA από τους Watson και Crick. To Caltech διέθετε μερικούς πολύ καλούς βιολόγους, καθώς και ένα σπουδαίο εργαστήριο. Ήρθε και ο ίδιος ο Watson και έδωσε μερικές διαλέξεις για τον γενετικό κώδικα. Πήγα στις διαλέξεις του και στα σεμινάρια, και ενθουσιάστηκα. Ήταν μια πολύ συναρπαστική στιγμή για τη βιολογία, και το Caltech βρισκόταν στην πρωτοπορία της έρευνας.

Εργαστηριακή τεχνική

Δεν είχα σκεφτεί ότι θα μπορούσα να ασχοληθώ με κανονική έρευνα στη βιολογία, και έτσι, όταν το καλοκαίρι πήγα εκεί, ήμουν διατεθειμένος ακόμη και «να πλένω πιάτα», που λέει ο λόγος, προκειμένου να παρακολουθώ όσα συνέβαιναν στο εργαστήριο. Πήγα, λοιπόν, στο εργαστήριο βιολογίας για να τους εκφράσω την επιθυμία μου, αλλά ο υπεύθυνος – ένας νεαρός καθηγητής ονόματι Bob Edgar – είπε ότι δεν προβλεπόταν κάτι τέτοιο και ότι θα έπρεπε να μου αναθέσει μια εργασία ανάλογη με εκείνες των τεταρτοετών. Δέχτηκα.

Ακολούθησα μια σειρά μαθημάτων για να καταφέρω να κάνω έρευνα σχετικά με τους βακτηριοφάγους (ιούς που περιέχουν DNA και επιτίθενται σε βακτήρια). Από την αρχή κατάλαβα ότι γλύτωνα πολύ κόπο, διότι ήξερα φυσική και μαθηματικά. Γνώριζα, λόγου χάρη, πως συμπεριφέρονται τα μόρια στα υγρά και τι είναι η φυγόκεντρη δύναμη. Κατείχα εξάλλου αρκετές γνώσεις στατιστικής για να μπορώ να καταλάβω τι θα πει στατιστικό λάθος στις μετρήσεις μικρών κόκκων πάνω σε ένα πλακίδιο. Έτσι, ενώ οι άλλοι προσπαθούσαν να καταλάβουν αυτές τις «νέες» έννοιες, εγώ χρησιμοποιούσα το χρόνο μου για να μάθω το βιολογικό μέρος.
Χρησιμοποιώ μέχρι σήμερα μια «εργαστηριακή τεχνική» που έμαθα τότε σε εκείνα τα μαθήματα. Είχαμε συνηθίσει να βάζουμε και να αφαιρούμε το πώμα του δοκιμαστικού σωλήνα με το ένα χέρι, ενώ με το άλλο χέρι κάναμε διαφορετικά πράγματα. Τώρα μπορώ να κρατάω την οδοντόβουρτσά μου στο ένα χέρι και στο άλλο να κρατώ το σωληνάριο με την οδοντόκρεμα, να το ανοίγω και να το κλείνω.
Τότε επίσης είχε ανακαλυφθεί ότι οι βακτηριοφάγοι ιοί πάθαιναν μεταλλάξεις οι οποίες επηρέαζαν την ικανότητά τους να επιτίθενται σε βακτήρια, και εμείς έπρεπε να μελετήσουμε τις μεταλλάξεις αυτές. Mερικοί φάγοι υφίσταντο και μια δεύτερη μετάλλαξη, η οποία τους έκανε να επανακτούν την ικανότητά τους να επιτίθενται σε βακτήρια. Άλλοι φάγοι λοιπόν επανέρχονταν στην αρχική τους κατάσταση, και άλλοι όχι. Υπήρχε όμως μια διαφορά στην επίδρασή τους πάνω σε βακτήρια: δρούσαν ταχύτερα ή βραδύτερα από τον κανονικό ρυθμό. Με άλλα λόγια, αποδείχτηκε πως λάμβανε χώρα μια ανάστροφη μετάλλαξη – η οποία δεν ήταν τέλεια, αφού κάποιες φορές οι φάγοι επανακτούσαν εν μέρει μόνο την προηγούμενη ικανότητά τους.
O Bob Edgar πρότεινε να εκτελέσω ένα πείραμα ώστε να διαπιστώσω εάν οι μεταλλάξεις συνέβαιναν στην ίδια θέση της έλικας του DNA. Με επιμονή και υπομονή κατάφερα τελικά να βρω τρία παραδείγματα ανάστροφων μεταλλάξεων οι οποίες συνέβαιναν σε τρεις θέσεις πολύ κοντινές μεταξύ τους. Ήταν πολύ κοπιαστική δουλειά – απαιτούσε προσοχή και τύχη. Χρειαζόταν να περιμένεις μέχρι να συμβεί μια ανάστροφη μετάλλαξη, πράγμα πολύ σπάνιο. Στη συνέχεια βάλθηκα να αναζητώ τρόπους για να προκαλώ πιο συχνά μεταλλάξεις φάγων και για να τις ανιχνεύω γρηγορότερα. Πριν προλάβω όμως να καταλήξω σε μια τεχνική, το καλοκαίρι είχε τελειώσει, και εγώ είχα αρχίσει να βαριέμαι αυτό το αντικείμενο της έρευνας.

Σαν τον σύζυγο της μαντάμ Μποβαρί
Πλησίαζε όμως η ετήσια σαββατική άδειά μου, και έτσι αποφάσισα να εργαστώ στο ίδιο εργαστήριο – με διαφορετικό όμως θέμα. Συνεργάστηκα με τον Matt Meselson και έναν ευχάριστο τύπο από την Αγγλία, τον J. D. Smith. Aντικείμενο της έρευνάς μας ήταν τα ριβοσώματα – ο μηχανισμός του κυττάρου που παράγει πρωτεΐνη με την καθοδήγηση αυτού που σήμερα ονομάζουμε αγγελιαφόρο RNA. Χρησιμοποιώντας ραδιενεργές ουσίες αποδείξαμε ότι το RNA μπορούσε να εξαχθεί από ριβοσώματα αλλά και να επαναεισχθεί σε αυτά.
Εργαζόμουν πολύ προσεκτικά, αλλά χρειάστηκαν οκτώ μήνες για να αντιληφθώ ότι κάτι δεν πήγαινε καλά σε κάποιο στάδιο. Για να εξαχθούν ριβοσώματα από τα βακτήρια, τα τελευταία έπρεπε να συνθλιβούν σε ένα γουδί με οξείδιο του αργιλίου. Όλα τα υπόλοιπα ήταν θέμα χημικών διεργασιών και ελέγχονταν. Όμως ο τρόπος της σύνθλιψης ποτέ δεν ήταν ίδιος. Εδώ λοιπόν, βρισκόταν το πρόβλημα, και γι’ αυτό δεν βγάζαμε καλά αποτελέσματα.
Τώρα όμως πρέπει να σας πω ότι κάποτε επιχείρησα μαζί με τη Hildegarde Lamfrom να ανακαλύψω εάν τα μπιζέλια μπορούν να χρησιμοποιούν τα ίδια ριβοσώματα όπως και τα βακτήρια. Θέλαμε να μάθουμε εάν τα ριβοσώματα των βακτηρίων μπορούσαν να αναπτύξουν πρωτεΐνες των ανθρώπων ή των άλλων οργανισμών. Η Lamform είχε ήδη αναπτύξει έναν τρόπο να εξάγει τα ριβοσώματα από τα μπιζέλια και να τους παρέχει αγγελιαφόρο RNA ώστε να μπορούν να κατασκευάσουν πρωτεΐνη μπιζελιών. Αντιληφθήκαμε ότι ένα αμείλικτο και καίριο ερώτημα ήταν εάν τα ριβοσώματα από τα βακτήρια, όταν τους δινόταν αγγελιαφόρο RNA μπιζελιών, θα παρήγαγαν πρωτεΐνη μπιζελιών ή πρωτεΐνη βακτηρίων. Σίγουρα επρόκειτο για συνταρακτικό και θεμελιώδες πείραμα.

Η Hildegarde είπε: «Θα χρειαστώ μεγάλο αριθμό ριβοσωμάτων από βακτήρια». Ο Meselson και εγώ είχαμε εξαγάγει τεράστιες ποσότητες από E. coli για κάποιο άλλο πείραμα. Οπότε σκέφτηκα: «Δεν βαριέσαι! Θα της δώσω αυτά που έχω στο ψυγείο του εργαστηρίου».

Θα είχαμε κάνει μια τεράστια ανακάλυψη … εάν ήμουν καλός βιολόγος. Όμως δεν ήμουν. Είχαμε τη λαμπρή ιδέα, το καλοσχεδιασμένο πείραμα, τον σωστό εξοπλισμό, αλλά τα έκανα θάλασσα: της έδωσα μολυσμένα ριβοσώματα – έκανα το πιο χοντρό λάθος που θα μπορούσε να γίνει σε ένα τέτοιο πείραμα. Τα ριβοσώματά μου είχαν μείνει στο ψυγείο σχεδόν ένα μήνα, και είχαν μολυνθεί από άλλους ζωντανούς οργανισμούς. Αν είχα παρασκευάσει εκείνα τα ριβοσώματα σωστά και της τα έδινα με υπεύθυνο και προβλεπόμενο τρόπο, με το καθετί υπό έλεγχο, εκείνο το πείραμα θα λειτουργούσε – και θα αποδεικνύαμε πρώτοι την ομοιομορφία της ζωής: Ο μηχανισμός παραγωγής πρωτεϊνών, τα ριβοσώματα, είναι ίδιος σε κάθε πλάσμα. Είχαμε φτάσει στο σωστό σημείο, κάναμε τα σωστά πράγματα, αλλά εγώ φέρθηκα σαν ερασιτέχνης – ανόητος και προχειρολόγος.
Ξέρετε με ποιον είχα παρομοιάσει τον εαυτό μου; Με τον σύζυγο της μαντάμ Μποβαρί στο ομώνυμο βιβλίο του Φλομπέρ – έναν άτσαλο χωριατογιατρό, ανίκανο να χωρίσει δυο γαϊδουριών άχυρο. Τόσο είχα νευριάσει με τον εαυτό μου.

Η επιστημονική δημοσίευση του Feynman στην βιολογία
Δεν ολοκλήρωσα ποτέ εκείνη την άλλη εργασία με τους βακτηριοφάγους ιούς, αν και ο Edgar συνέχιζε να με παρακινεί να μην την αφήσω στη μέση. Αυτό όμως είναι το πρόβλημα όταν δεν βρίσκεσαι στον δικό σου επιστημονικό χώρο: δεν παίρνεις τα πράγματα στα σοβαρά.
Τελικά έγραψα κάτι επίσημο και το έστειλα στον Edgar, ο οποίος γέλασε όταν το διάβασε. Το κείμενό ου δεν είχε την τυπική μορφή επιστημονικού δημοσιεύματος – πρώτα η μέθοδος κ.ο.κ. Είχα ξοδέψει πολύ χρόνο για να γράψω πράγματα γνωστά σε όλους τους βιολόγους. Ο Edgar έφτιαξε μια περίληψη ακατανόητη σε μένα. Δεν νομίζω πως εκδόθηκε ποτέ. Εγώ πάντως δεν τη δημοσίευσα σε αυτή τη μορφή.


http://www.genetics.org/content/47/2/179

Ο Watson όμως βρήκε ενδιαφέρουσα εκείνη την εργασία, και έτσι με προσκάλεσε στο Πανεπιστήμιο Harvard. Έδωσα λοιπόν μια διάλεξη στο τμήμα βιολογίας για τις ανάστροφες μεταλλάξεις. Τους εξήγησα το σκεπτικό μου: η μια μετάλλαξη προκαλούσε αλλαγή στην πρωτεΐνη, όπως όταν αλλάζει το pH ενός αμινοξέος, ενώ η άλλη έκανε ακριβώς την αντίθετη αλλαγή σε κάποιο άλλο αμινοξύ της ίδιας πρωτεΐνης, και κατά κάποιον τρόπο εξισσοροπούσε την πρώτη μετάλλαξη – όχι τέλεια, αλλά αρκετά καλά ώστε ο ιός να λειτουργεί ξανά. Τις φανταζόμουν δηλαδή ως δυο αλλαγές στην ίδια πρωτεΐνη, και χημικά η μία αντιστάθμιζε την άλλη.
Τελικά όμως διαψεύστηκα. Λίγα χρόνια αργότερα, κάποιοι ερευνητές – οι οποίοι προφανώς είχαν αναπτύξει μια αποτελεσματική τεχνική να παράγουν και να παρατηρούν μεταλλάξεις με ταχύτερο ρυθμό – ανακάλυψαν ότι στην πρώτη μετάλλαξη έλειπε μια ολόκληρη βάση του DNA, οπότε ο «κώδικα» δεν μπορούσε να «διαβαστεί». Στη δεύτερη μετάλλαξη μια άλλη βάση του DNA επανερχόταν, ή αφαιρούνταν δυο άλλες, και έτσι ο κώδικας μπορούσε να ξαναδιαβαστεί. Όσο μικρότερο ήταν το διάστημα μεταξύ των δυο μεταλλάξεων τόσο λιγότερη πληροφορία αλλοιωνόταν και τόσο πληρέστερα ο φάγος θα επανακτούσε τις ικανότητές του.
Ενώ βρισκόμουν στο Harvard, ο Watson πρότεινε να συνεργαστούμε και σε ένα άλλο πείραμα, το οποίο δυστυχώς δεν ολοκληρώθηκε. Σίγουρα όμως υπήρξα τυχερός, διότι έμαθα νέες τεχνικές εργαστηρίου από έναν μεγάλο δάσκαλο.
Άλλωστε είχα ζήσει μια μοναδική εμπειρία: είχα δώσει διάλεξη στο τμήμα βιολογίας του Harvard! Πάντα έτσι λειτουργώ: όταν αρχίζω κάτι, προσπαθώ να φτάσω μέχρι τέλος.
Έμαθα πολλά πράγματα στη βιολογία και απέκτησα μεγάλη πείρα. Έμαθα να προφέρω σωστά τους όρους της, να επιλέγω σωστά το περιεχόμενο μιας εργασίας ή ενός σεμιναρίου, και να διακρίνω τα αδύνατα σημεία μιας πειραματικής διάταξης. Όμως αγαπούσα τη φυσική και επιθυμούσα ένα μόνο πράγμα: να επιστρέψω σε αυτή.

διαβάστε επίσης:
«Feynman on Biology», By Christina Agapakis
«When physics meets biology: a less known Feynman», Marco Di Mauro, Salvatore Esposito, and Adele Naddeo

Πηγή: Richard P. Feynman: «Σίγουρα θα αστειεύεστε κύριε Φάϊνμαν», εκδόσεις κάτοπτρο

Πηγή:https://physicsgg.me/