Σκέψου σαν φυσικός ...και δες τον Κόσμο με άλλα μάτια

Σε όλη την ιστορία της επιστήμης, υπήρχε πάντα μια ισχυρή αλληλεπικάλυψη ανάμεσα στη φυσική και στην αδελφή της επιστήμη, τη χημεία. Πράγματι, κάποιοι από τους μεγαλύτερους επιστήμονες όλων των εποχών, όπως ο Μάκλ Φάραντεϊ, αποτέλεσαν το μήλο της έριδας για τις δυο επιστήμες. Και, δεν είναι μόνο η χημεία. πολλοί άλλοι κλάδοι έχουν παρόμοιους δεσμούς με τη φυσική. Ειδικότερα στη βιολογία, ο ρόλος της φυσικής έχει να επιδείξει μια μακριά και συναρπαστική ιστορία. Πάρα πολλοί φυσικοί έδειξαν μεγάλο ενδιαφέρον για τα προβλήματα της βιολογίας και χάρη στις εργασίες τους θεμελιώθηκε ένα πολύ δυναμικό πεδίο έρευνας, γνωστό ως βιοφυσική. Άραγε, τι ακριβώς αποτελέι σήμερα η βιοφυσική; έναν κλάδο της φυσικής, ή απλώς εφαρμογή των μεθόδων της φυσικής σε προβλήματα της βιολογίας; Επίσης, τι σημασία έχει αυτή η διάκριση; Αν η φυσική, τελικά, βρίσκεται στη βάση της χημείας και των χημικών διαδικασιών, και τα φαινόμενα μέσα στους ζωντανούς οργανισμούς δεν είναι τίποτε άλλο παρά πολύπλοκη χημεία, τότε σίγουρα η φυσική βρίκσεται στην καρδιά της βιολογίας. Σε τελική ανάλυση, καθετί έμβιο ή άβιο, αποτελέιται από άτομα που υπακούουν στους νόμους της φυσικής.

Στην προσπάθειά τους να εμβαθύνουν και να ανακαλύψουν τις θεμελιώδεις αρχές που διέπουν τις διαδικασίες της βιολογίας, οι φυσικοί αναρωτιούνται, «Τι διαφοροποιεί το έμβιο (αυτό που έχει ζωή) από το άβιο (αυτό που δεν έχει ζωή), από τη στιγμή που και τα δυο αποτελούνται από τα ίδια συστατικά;» Οι ρίζες της απάντησης εντοπίζονται στη φυσική: η ζωή έχει την ικανότητα να διατηρείται σε μια κατάσταση χαμηλής εντροπίας, μακριά από τη θερμική ισορροπία, να αποθηκεύει και να επεξεργάζεται πληροφορίες (διαβάστε σχετικά: Ο τέταρτος νόμος της θερμοδυναμικής) . Έτσι, αντιλαμβανόμαστε ότι η πλήρης κατανόηση αυτού που καθιστά τη ζωή μοναδική μπορεί να προκύψει μόνο μέσα από τη θεμελιώδη φυσική. Δεν θα εκπλαγώ αν αυτή η άποψη προκαλέσει την αγανάκτηση των συναδέλφων μου χημικών και βιολόγων, που θα την θεωρήσουν ως μια τυπική ένδειξη υπεροψίας ενός φυσικού. Είναι όμως γεγονός ότι πολλά από τα αρχικά επιτεύγματα του 20ού αιώνα στη μοριακή βιολογία και στη γενετική πρέπει να πιστωθούν σε φυσικούς, όπως ο Λέο Ζίλαρντ, Μαχ Ντελμρούκ και Φράνσις Κρικ. Ειδικότερα ο Κρικ, ο οποίος ανακάλυψε (μαζί με τον Τζέιμς Γουάτσον και τη Ρόζαλιντ Φράνκλιν) τη διπλή έλικα του DNA, είχε επηρεαστεί πάρα πολύ από έναν άλλον φυσικό, τον Έρβιν Σρέντινγκερ, του οποίου το σημαντικότατο βιβλίο «Τι είναι η ζωή;«, του 1944,παραμένει επίκαιρο μέχρι τις μέρες μας.

Στον τομέα των εφαρμογών, οι φυσικοί έχουν πρωταγωνιστήσει στην ανάπτυξη πολλών τεχνικών που χρησιμοποιούνται για τη διερεύνηση της έμβιας ύλης και την παρακολούθηση της υγείας του ανθρώπινου οργανισμού, από τις ακτίνες Χ μέχρι την απεικόνιση με μαγνητικό συντονισμό (MRI). Ακόμα και το ταπεινό μικροσκόπιο, χωρίς το οποίο δεν θα μπορούσε να λειτουργήσει κανένα βιολογικό εργαστήριο, εφευρέθηκε από φυσικούς, ύστερα από εκατοντάδες χρόνια έρευνας πάνω στη φύση του φωτός και στον τρόπο που το διαθλούν και εστιάζουν οι φακοί – μια έρευνα η οποία κορυφώθηκε με τις εργασίες των Άντον φαν Λέβενχουκ και Ρόμπερτ Χουκ, που χρησιμοποίησαν το μικροσκόπιο για τη μελέτη ζωντανών οργανισμών κατά τον 17ο αιώνα. Πράγματι, αν κάποιος αναλογιστεί την τεράστια συνεισφορά του Χουκ στην επιστήμη, θα παραδεχτεί ότι – με τα σημερινά κριτήρια – ήταν περισσότερο φυσικός παρά βιολόγος.

Ένας νέος τομέας έρευνας, που τράβηξε και το δικό μου ενδιαφέρον τα τελευταία είκοσι χρόνια, ονομάζεται «κβαντική βιολογία«. Σας παρακαλώ, μη συγχέετετο αντικείμενο αυτού του ερευνητικού τομέα με τα σχόλιά μου για το γεγονός ότι οι έμβιοι οργανισμοί αποτελούνται επίσης από άτομα, συνεπώς, σε κάποιο βασικό επίπεδο υπόκειται στους νόμους του κβαντικού κόσμου, όπως οτιδήποτε άλλο στο Σύμπαν (αυτό άλλωστε είναι δεδομένο). Η κβαντική βιολογία αφορά πρόσφατες έρευνες στη θεωρητική φυσική, την πειραματική βιολογία και τη βιοχημεία, που δείχνουν ότι μερικές από τις πιο ‘ενάντια στη διεάισθηση’ ιδέες της κβαντικής μηχανικής, όπως το φαινόμενο σήραγγας, η υπέρθεση και η κβαντική διεμπλοκή, ίσως παίζουν πρωτεύοντα ρόλο στο εσωτερικό των ζωντανών κυττάρων. Κρίσιμες πειραματικές παρατηρήσεις σχετικά με τον τρόπο που λειτουργούν τα ένζυμα ή η διαδικασία της φωτοσύνθεσης, δείχνουν ότι απαιτούν κβαντική ερμηνεία – μια τεράστια έκπληξη για πολλούς επιστήμονες, που αρνούνται να πιστέψουν ότι μαι τόσο «ντελικάτη» και παράξενη συμπεριφορά, όσο η κβαντική, θα μπορούσε να αφορά τους μηχανισμούς της ίδιας της ζωής. Όμως, ας μην ξεχνάμε πως η ζωή είχε στη διάθεσή της σχεδόν τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξης προκειμένου να ανακαλύψει κάθε μονοπάτι που θα της έδινε ένα σημαντικό πλεονέκτημα. Αν η κβαντική μηχανική μπορεί να κάνει πιο αποτελεσματική μια συγκεκριμένη βιοχημή διαδικασία ή μηχανισμό, τότε σίγουρα η εξελικτική βιολογία θα την αξιοποιήσει. Δεν πρόκειται για μαγεία, πρόκειται για … φυσική.

απόσπασμα από το βιβλίο του Τζιμ Αλ-Καλίλι «Σκέψου σαν φυσικός και δες τον Κόσμο με άλλα μάτια» , εκδόσεις Τραυλός, μετάφραση: Σταύρος Πανέλης