Profesora Auziņa zinātnes sleja
Mārcis Auziņš: "Kādēļ lasīt manus tekstus? Man šķiet, ka dabaszinātnes mēs bieži mēdzam "ignorēt", sakot, ka tās ir formālas, sausas un neinteresantas. Gribētos ļaut lasītājam ieraudzīt, ka tās ir daļa no mūsu dzīves – krāsainas un interesantas."
Biogrāfijas pieturzīmes:
- Pēc profesijas fiziķis, šobrīd Latvijas Universitātes profesors, Eksperimentālās fizikas katedras un Lāzeru centra vadītājs.
- No 2007. gada līdz 2015. bijis Latvijas Universitātes rektors.
- Strādā kvantu fizikas jomā un ir vairāk nekā simts zinātnisko rakstu, kas publicēti pasaules vadošajos fizikas žurnālos, un vairāku simtu konferenču ziņojumu autors.
- Kopā ar kolēģiem no Rīgas un Bērklijas uzrakstījis divas monogrāfijas, kas izdotas "Cambridge University Press" un "Oxford University Press" izdevniecībās un abas ir piedzīvojušas atkārtotus izdevumus.
- Karjeras laikā dzīvojis un strādājis dažādās valstīs – Ķīnā un Taivānā, Amerikas Savienotajās Valstīs, Kanādā, Anglijā, Izraēlā un Vācijā.
Pirmās uz šo jautājumu atbildes piedāvāja dažādas reliģijas. Piemēram, kristietībā Vecās Derības leģenda vēsta, kā Dievs pasauli un visu, kas tajā ir, radīja sešās dienās, bet septītajā pēc šā grūtā darba atpūtās. Šo dažādās kultūrās atrodamo pasaules un cilvēka radīšanas mītu izpēte ir ļoti interesanta un daudzas negaidītas atklāsmes sološa tēma pati par sevi. Taču šoreiz parunāsim par to, ko par šo jautājumu saka zinātnieki.
Mūsdienās zinātne ir vienisprātis, ka Zeme radās no putekļu diska, kas rotēja ap Sauli pirms apmēram četrarpus miljardiem gadu. Sākotnēji mūsu planēta bija ļoti atšķirīga no tās Zemes, uz kuras šodien dzīvojam mēs. Tikko radusies, Zeme tika nežēlīgi bombardēta ar meteorītiem, kas pamatā bija cēlušies no tā paša putekļu diska. Zemei ļoti agri izveidojās atmosfēra, taču tā nesaturēja mūsdienu dzīvības uzturēšanai tik ļoti nepieciešamo skābekli. Tas radās vairākus miljardus gadu vēlāk. Skābekli fotosintēzes procesā radīja paši dzīvie organismi. Vēl vairāk, pirmajām dzīvības formām tas bija kaitīgs, pat nāvējošs. Sākotnējā atmosfērā dominēja oglekļa dioksīds, metāns, amonjaks, ūdeņradis, kā arī slāpekļa un oglekļa monooksīdi.
Zemes virskārta, kas sākotnēji bija izkususi, sāka sacietēt, bet šo procesu pavadīja daudzu vulkānu izvirdumi un atmosfērā veidojās biežas zibens izlādes.
Kā šādā vidē varēja rasties dzīvība? Tas šķiet gandrīz vai neticami.
Te ir pirmie lielie jautājumi, par kuriem atbilžu meklējumos zinātnieku domas dalās. Daļa uzskata, ka dzīvības rašanās uz Zemes ir absolūti unikāls gadījums, kura varbūtība ir izzūdoši maza. Mums vienkārši ir nenormāli palaimējies, ka mēs esam. Attīstot šo domu par dzīvības unikalitāti, kas robežojas gandrīz vai ar neiespējamību, ir parādījusies versija, ko gan grūti nosaukt par zinātnisku, bet kas ieguvusi "inteliģentā dizaina" nosaukumu. Cilvēki, kuri aizstāv un popularizē šo viedokli, uzstāj, ka dzīvība ir tik unikāla, ka to nav iespējams izskaidrot ar nejaušiem procesiem dabā vai dabisko atlasi. Vienīgā iespēja, viņi apgalvo, ir tāda, ka kāds apzināti un ļoti mērķtiecīgi dzīvību ir radījis, tā teikt, "dizainējis". Inteliģentā dizaina piekritēji ne vienmēr norāda, kas ir šis dizainers. Šī virziena radikālāks veids ir kreacionisms, kas šo dizainera lomu piedēvē dievišķam radītājam, kurš radījis gan Visumu kopumā, gan arī dzīvību uz Zemes.
Ko šajā jautājumā spēj piedāvāt mūsdienu zinātne?
Atbildes parasti ir vispārliecinošākās, ja tās balstītas eksperimentos, ko iespējams atkārtot. Zinātnieki, protams, nevar radīt jaunu Zemi atkal un atkal un pētīt, vai vienmēr uz tās radīsies dzīvība un, ja radīsies, vai vienmēr šīs dzīvības formas būs vienādas. Taču nav arī tā, ka neko nevar darīt. Tā 1952. gadā Čikāgas Universitātē ļoti slavens profesors Herolds Jūrijs, Nobela prēmijas laureāts ķīmijā, kopā ar savu doktorantu Stenliju Milleru iecerēja un veica ļoti interesantu eksperimentu. Viņi laboratorijā "kolbā" radīja vidi, kas pēc sava ķīmiskā sastāva bija ļoti līdzīga videi uz agrīnās Zemes. Tas bija ūdens, virs kura bija gāzu maisījums – metāns, amonjaks un ūdeņradis. Šajā vidē viņi veidoja elektriskā lādiņa dzirksteļu izlādi, lai tādējādi radītu līdzīgus apstākļus zibens izlādēm pirmatnējās Zemes atmosfērā. Pēc dažām dienām viņu iekārtā uz ūdens virsmas izveidojās brūns slānis. To analizējot, zinātnieki tajā atrada daudzas dzīvībai vitāli svarīgas molekulas.
Šajā brūnajā "zupā", kā viņi to nosauca, bija proteīnu veidošanai nepieciešamās aminoskābes un citas vienkāršas organiskas molekulas.
Lai arī nevar apgalvot, ka Millera-Jūrija eksperiments visās detaļās pilnībā izskaidro dzīvības rašanos uz Zemes, taču tas parāda, cik viegli no vienkāršām gāzēm un ūdens dabiskos procesos var rasties jau krietni sarežģītākas organiskas molekulas.
Protams, pat līdz pašiem primitīvākajiem dzīvajiem organismiem vēl garš ceļš, bet tomēr tā virzienu šis eksperiments parāda ļoti skaidri. Un uz Zemes atrodamo fosiliju izpēte un to vecums parāda, ka dzīvība uz Zemes radās ļoti strauji. Fosilijas jeb pārakmeņojušās dzīvības formas ir atrastas Islandē. To vecums ir aptuveni 3,8 miljardi gadu. Tātad ļoti drīz pēc Zemes rašanās. Vēl pēc ģeoloģiskajā laika skalā pavisam īsa laika – pirms 3,5 miljardiem gadu – agrīnās dzīvības formas jau bija izplatītas pa visu zemeslodi, par ko liecina daudzie šāda vecuma fosiliju atradumi ļoti dažādās vietās uz Zemes. Protams, tās var pamanīt, tikai apzināti pētot pārakmeņojošos iežus, jo tās ir baktērijas un tām līdzīgi vienšūnu organismi.
Taču tas, ka šajā laikā bija izveidojušās šūnas, jau bija ļoti liels solis uz priekšu, lai arī precīzi nezinām, kā tas notika. Šūnas apvalks šūnu gan ierobežo, gan pasargā no apkārtējās vides. Tās vairs nav vienkārši organiskas molekulas, kas brīvi peld ūdenī un jaucas kopā ar citām vielām. Šūnā tiek glabāta slavenā dubultspirāle – dezoksiribonukleīnskābe. Abas spirāles daļas var atdalīties viena no otras. Katra no tām var veidot savu līdzinieci, un tādā veidā no vienas dubultspirāles ir izveidojušās divas dubultspirāles. Tā ir šūnu vairošanās. Vēl būtiska iezīme dubultspirāles replicēšanas procesā ir tas, ka ir iespējamas kļūdas.
Parasti kļūda skan kā kaut kas slikts. Taču ne šajā gadījumā. Tā ir dabiskās atlases pamats. Ja šī nejaušā atšķirība – kļūda – pēkšņi ir radījusi organismu, kas labāk piemērots izdzīvošanai, tad tā ir devusi šim variantam priekšrocības. Ir liela varbūtība, ka tas izdzīvos labāk nekā citi līdzīgi organismi bez šīs kļūdas un, dezoksiribonukleīnskābes spirālei atkal daloties, šo "veiksmīgo kļūdu" jeb mutāciju padarīs par normu.
Te arī ir viss dzīvībai nepieciešamais! Organismam ir iespēja vairoties. Tas spēj mainīties mutāciju rezultātā un var darboties dabiskā izlase, kas ļauj izdzīvot veiksmīgākajām mutācijas formām, bet neveiksmīgās noved pie dabiskas bojāejas.
Vai bez Millera-Jūrija eksperimentā parādītā pirmsākuma ir iespējami arī citi ceļi?
Jā, ir. Samērā populāra ir arī panspermijas teorija. Tā pieļauj, ka pirmās organiskās molekulas uz Zemi atnesa asteroīdi no kosmosa. Šādu iespējamību izslēgt nevar, jo tik tiešām uz meteorītiem, starpzvaigžņu telpā esošajām daļiņām un komētām var atrast organiskas molekulas, kas var tikt atnestas uz Zemi. Ja šī ir atbilde, kā radās dzīvība, tad tā ļauj mums cerēt, ka, iespējams, līdzīgā formā dzīvība ir tikusi aiznesta arī uz citām planētām Visumā un mēs neesam šajā pasaulē vientuļi.
Taču nav jau tik svarīgi, kā radās pirmās organiskās molekulas – zibens izlādē uz pirmatnējās Zemes vai arī tika atnestas no kosmosa. Svarīgi ir saprast, kā no šīm pirmajām molekulām radās jau stipri sarežģītākas molekulas, kas spēj vairoties, radot savas kopijas.
Par to ir vairākas teorijas. Populārākā, šķiet, ir versija, ka noteiktas mālu formas varēja būt tā vide, tā matrica, uz kuras virsmas mazāka izmēra organiskās molekulas varēja sakārtoties rindā, lai izveidotu garākas un sarežģītākas organiskās molekulas. Bet līdz vienai pārliecinošai atbildei šeit pētniekiem vēl ceļš ejams.
Taču vienā gan pētnieki ir vienoti. Visi dzīvie organismi uz Zemes, mūs, cilvēkus, ieskaitot, ir radušies no vienas sākotnējās dzīvības formas. Un dzīvības dažādība uz mūsu planētas ir ievērojama. Šobrīd biologi ir apzinājuši apmēram divus miljonus dažādu dzīvības formu gan uz zemes, gan gaisā un ūdenī. Bet vienlaikus ir skaidrs, ka tas nav "pilns saraksts". Tiek lēsts, ka varētu eksistēt vismaz pieci miljoni dažādu dzīvības formu. Lielākie optimisti teic, ka to skaits varētu tuvoties pat vienam triljonam.
Kad pirmās šūnas ar molekulām, kas spēj sevi replicēt, bija radušās, bija jāsper nākamais solis. Atsevišķām molekulām bija jāapvienojas daudzšūnu organismā, kas galu galā noveda pie cilvēka. Šobrīd par cilvēku domājam, ka tas ir radies no vienas ciltsmātes un viena ciltstēva kaut kur Āfrikas kontinentā. Pēc laika mērogiem, salīdzinot ar visa sākumu, tas notika pavisam nesen, pirms divsimt, varbūt trīssimt tūkstošiem gadu. Un tad no Āfrikas mēs sākām savu ceļu, lai galu galā apdzīvotu visu planētu Zeme. Pētot dažādās vietās dzīvojošo cilvēku gēnus, šo ceļu var samērā labi izsekot. Tas ir bijis grūts gājiens, kas prasījis daudz upuru. Nezinu, vai pirmatnējie cilvēki to sajuta kā aizraujošu ceļojumu, bet mūsdienu pētniekiem šī ceļa izpēte pavisam noteikti ir aizraujoša. Taču par to citreiz.
Profesora Auziņa zinātnes sleja
