Otázky a odpovědi III
Proč nerozumíme turbulenci?
Turbulence může zabíjet: náhlá ztráta zdvihu letadla, vzplanutí kapalného paliva uvnitř raketového motoru, sraženiny krve v umělé srdeční chlopni. Když se kapalina nebo plyn pohybují plynule, je to snadné. Změňte ale některé podmínky - rychlost, viskozitu, okolní prostor - a uspořádaný proud se promění ve vířící chaos. Pokud bychom uměli počítačově modelovat fyzikální turbulenci, mohli bychom výsledek těchto modelů použít za účelem sestrojení bezpečnějších a energeticky účinnějších strojů. Problémem je přílišná složitost. Když se proud vody nebo vzduchu změní v turbulenci, skupiny molekul tvoří víry celé škály velikostí. Víry se pak vzájemně ovlivňují zdánlivě nahodilým způsobem. Abychom mohli přesně určit výsledek, museli bychom měřit výchozí podmínky s neproveditelnou přesností. Když nemůžeme předvídat, jak se daný turbulentní systém bude chovat, můžeme ho alespoň zjednodušit. Klíčem je přechodová oblast: přesné místo, kde se plynulý tok hroutí. Turbulenci si tím sice nemůžeme podrobit, inženýrům ale pomáhá přiblížit se k rozumné jistotě toho, že vaše letadlo dosedne na zem v pravý okamžik... a vcelku.
Jaký je smysl nekódované DNA?
Běžná lidská buňka obsahuje až dva metry vláknité makromolekuly DNA. Avšak asi pouhé tři centimetry její délky obsahují kódy pro tvorbu proteinů. K čemu je ten zbytek? Je to odpad, řekl Sydney Brenner - nositel Nobelovy ceny. Nekódující DNA ale musí obsahovat hotové poklady. Pokud by tu byla jen tak, musela by se postupně měnit. Vědci uvažují o tom, že proteiny a normální DNA, která je tvoří, jsou pouze masem a kostmi celého systému. Nekódující DNA se zdá být spíše konstrukčním plánem a kontrolním systémem. Bohužel, protože jsme si uplynulých třicet let mysleli, že je to jen odpad, nyní se teprve učíme, jak ji číst.
Z čeho se skládá vesmír?
Astronomové propichující oblohu výkonnými teleskopy mohou pozorovat nesmírně vzdálené objekty. Tato pozorování jsou důležitá proto, abychom si mohli utvořit představu o historii a evoluci kosmu. Přesto nedokážeme odpovědět na otázku, z čeho se vesmír skládá. Atomy se zabýváme již více než sto let a zhruba v průběhu minulého století jsme zašli ještě dále a identifikovali jsme elektrony a quarky, stejně jako jejich vzdálené příbuzné neutriny, mezony a jiné. Nemáme ale žádné přesvědčivé důkazy o tom, že tyto přísady najdeme v celém vesmíru. Většina vesmíru se skládá z jiné hmoty. Tu nejsme schopni identifikovat navzdory všem úspěchům moderní vědy. Jak to ale víme? Astronomové po celá staletí pozorují gravitační projevy hmoty systémů, jakými jsou galaxie a jejich kupy. Přišli na to, že gravitace, kterou tato tělesa projevují, nedokáže vysvětlit způsob, jak se pohybují. Výsledky pozorování mohou být vysvětleny, jedině pokud budeme předpokládat množství další hmoty, která nevydává světlo (viditelné, rentgenové, infračervené nebo jiný druh), a je proto neviditelná teleskopům. Prostřednictvím detailních kosmických měření vědci navíc objevili, že tzv. temná hmota se nemůže skládat z těch samých elektronů, protonů a neutronů, které tvoří vše, co známe my. V roce 1990 dvě skupiny vědců v průběhu pozorování vzdálených supernov změřili, jak se rychlost rozpínání vesmíru v průběhu času změnila.
Téměř každý předpokládal, že rychlost rozpínání vesmíru se bude zmenšovat díky neoblomnému tahu gravitace. Výsledky pozorování obou skupin však svědčily o opaku. Vesmír se rozpíná stále rychleji. Něco ho musí tlačit od sebe - Einsteinova obecná teorie relativity má naštěstí vhodného kandidáta: jednotná, rozprostřená energie šířící se vesmírem se může chovat jako antigravitační síla. Protože tato energie nevydává žádné světlo, nazýváme ji temnou energií. Některé studie se snaží analyzovat částice, které na Zem dopadají z vesmíru. Jiné se chystají analyzovat kolize protonů pohybujících se extrémně velkou rychlostí. Tento experiment má potenciál stvořit temnou hmotu v laboratorních podmínkách. Propočty ukazují, že kdyby její množství bylo o trochu větší, vesmír by se rozletěl takovou rychlostí, že by život nemohl existovat tak, jak ho známe.
Co způsobilo dobu ledovou?
Víme, že malé doby ledové nastávají každých dvacet až čtyřicet tisíc let a že velké doby ledové přicházejí zhruba každých sto tisíc let. Nevíme ale proč. V současnosti platná teorie předpokládá, že nepravidelnosti v oběžné dráze Země mění množství energie, které planeta absorbuje. To vede k náhlému ochlazování. Výkyvy v oběžné dráze ovlivňují ovšem sluneční energii pouze o jedno procento - příliš málo na to, aby způsobily velké klimatické změny. Co funguje jako zesilující činitel? Studium ledovců a dna moří ukazuje, že růst a pokles teploty je úzce spojen se změnami v koncentraci skleníkových plynů. Je to ale starý známý problém: vejce a slepice. Jsou vzestupy a poklesy oxidu uhličitého příčinou klimatických změn, nebo jejich důsledkem? Potřebujeme vědět, proč množství skleníkových plynů kolísalo před érou lidstva, a my to prostě nevíme.
Proč se některá nemoc mění v pandemii?
Pandemie - hromadný výskyt infekčního onemocnění. Proč ne. Koneckonců bakterie chtějí jen to, co chceme my všichni: rozšířit své geny. Za úspěch ve světě bakterií se počítá nakažení ohromného počtu lidí, rozmnožení se a poté nakažení ještě většího počtu lidí. Úspěch mikrobu závisí na chování jeho obětí. HIV miluje promiskuitní, ale přitom pruderní skupinu lidí - tedy ty, kteří rádi provozují sex, ale neradi hovoří o kondomech. Virus Ebola se také přenáší přímým stykem s infikovanými tělesnými tekutinami, jako je krev nebo sliny. Díky tryskovým letadlům je lidská populace vystavena většímu nebezpečí rozšíření nákazy. Nikdo však neumí předpovědět, kdy se něco takového stane. Takže si nezapomeňte umýt ruce.
Proč nám nemohou znovu narůst části našich těl?
Uřízněte si prst a je navždy pryč. Když však uříznete nohu mlokovi, naroste mu nová. Vědci už dlouho hledají způsob, jak obnovit poškozenou tkáň zničenou nemocí, zraněním nebo stárnutím. Velmi rádi by věděli, proč my, lidé, neumíme to, co obojživelník. Když je mlok zraněn, jeho kůže, kosti, svaly a krevní cesty se vrací do původního stavu. Zformují porézní hmotu - blastem. Je to jako kdyby se buňky vrátily v čase a potom znovu sestavily nový orgán nebo končetinu. Zdá se, že my máme v zásadě ten samý program vepsaný do našich genů: jako embryím nám bez problémů rostou nohy, plíce a tak dál, a dokonce i když jsme dospělí, jeden druh buněk v našem nervovém systému se umí obnovit. Podobnou flexibilitu vykazují i buňky v našem žaludku. Bohužel ve většině ostatních případů se zdají být způsoby naší regenerace zablokované. Důvodem by mohlo být to, že rapidní dělení buněk nutné k růstu nového údu může našemu tělu připadat jako nekontrolovatelné rakovinové bujení. Naše dlouhověkost nás činí náchylnými k nahromadění změn DNA, takže jsme si vyvinuli molekulární brzdy, abychom udrželi nádory na uzdě. Vědci tak budou muset přijít na to, jak potlačit zábranné signály, aniž by se rozpoutalo zhoubné běsnění.
Jak mozek propočítává pohyb?
Robotika, medicína, neurofyziologie a fyzika jsou pouze některé z oborů, které studují, jak mozek dává zvířatům ucelené motorické schopnosti. Jak jinak pomalý mozek (položte svou ruku na rozpálenou plotnu a bude to trvat celé milisekundy, než ucítíte žár) zpracovává vizuální vjemy, propočítává polohu a odhaduje dráhu, aby umožnila ještěrčímu jazyku uchvátit mouchu, psovi chytit letící míček nebo lidské ruce zachytit padající skleničku? V těle jsou tisíce svalů a šedá kůra mozková zkrátka v žádném případě nemůže „přemýšlet“ o pohybu. Podle některých vědců se zdá, že mozek vytváří vnitřní model fyzického světa, poté, jako důmyslný joystick, kopíruje zamýšlené pohyby na tomto modelu. Celé se to odehrává v kódu, který současná věda musí prolomit. Velikost mozku tu přitom nehraje roli - i mozek kočky dokáže modifikovat ty nejsložitější pohyby, zatímco je provádí.
Proč umíráme, jestliže umíráme?
Pokud fyzikům položíte otázku, proč věci umírají, žádný z nich nebude váhat ani vteřinu: Je to druhý zákon termodynamiky. Cokoliv, ať je to minerál, rostlina, zvíře, porsche, mitrální chlopeň, nebo protein v buněčné stěně, se jednou zhroutí. Jak něco takového vypadá, když se to stane v lidském organismu - to je otázka pro biology. Možná to je zničení DNA volnými radikály nebo poškození chromozomů. Telomery, jak se jim říká, se zmenšují s každým buněčným dělením. Když se zmenší na určitou mez, nastane buněčná sebevražda nebo smrt buněk. Nejlepší vysvětlení ovšem mají ekologové. Délku života počítají poměrně neotesaným způsobem. Čím větší živočišný druh, tím pomalejší energetický systém. Čím pomalejší metabolismus, tím delší život. Pokud zvednete myš za ocásek, celá se bude chvět, jak její srdce rychle bije, zatímco srdce plejtváka obrovského je jako pomalý metronom.
Oba druhy mají vyměřen zhruba stejný počet úderů - sto milionů. Myš spotřebuje svůj počet úderů za dva roky, plejtvák za osmdesát let. „Všechna živá stvoření mají zhruba stejné množství energetického života,“ říká ekolog Brian Enquist. Zatímco mnohé živočišné druhy předčí člověka co do počtu, málokterý ho předčí délkou života. Jak to, že žijeme tak dlouho? Rozdíl délky našeho života lze podle Enquista vysvětlit velikostí našeho mozku nebo ještě lépe tím, kolik času a energie člověk potřebuje pro růst mozku ve vztahu ke zbytku těla. Není si ale jist tím, proč se plýtvání energií na tvorbě mozku projevuje enormní délkou našich životů. (Je mu sedmatřicet let, má dalších zhruba šestatřicet let, aby na to přišel.)
Proč se póly převracejí?
Před osmi sty tisíci lety by střelka kompasu ukazovala k jihu. Ještě více zpátky v čase by ukazovala k severu. Důkazy o takovém převracení pocházejí z proudů lávy a z trhlin v oceánském dně. Víme, že jak se Země otáčí, tekutý kov v jejím žhnoucím jádru víří, čímž vytváří elektromagnetické pole. Změny v pohybu zemského jádra mohou změnit polaritu tohoto pole, což trvá asi sedm tisíc let od okamžiku, kdy celý proces převracení začne. To se děje dvakrát nebo třikrát za milion let. Nikdo ale neví, jak to probíhá. Někteří vědci věří, že póly pomalu cestují z jednoho konce na druhý, jiní předpokládají, že magnetické pole zhasne a potom se znovu objeví s opačnou polaritou. A co je spouštěčem? Nevědí.
Odkud pochází život?
Teorie přirozeného výběru vysvětluje, jak se již existující organismy vyvinuly v odpovědi na změny svého životního prostředí. Darwinova teorie nám ale nic neříká o tom, jak organismy vznikly. Celá záležitost se stala postupem času ještě tajemnější. Život se vyvinul v přírodním systému bez pomoci. Potom by mělo být tedy možné, abychom ho stvořili v laboratořích. Žádný takový pokus se ale dosud nezdařil. Známý pokus podnikl Herold Urey se Stanleym Millerem v roce 1952. Smísili prvky, o kterých se předpokládá, že se nacházely v prvotní atmosféře Země, a vystavili je elektrickému napětí, aby simulovali světlo. Ve zkumavkách se samy ustavily aminokyseliny, ale žádný život z nich nevzešel.
Ukázalo se, že základní stavební prvky života pocházejí z mnoha přírodních procesů, dokonce plují v ohromných mračnech ve vesmíru. Nevíme ale, jak se z nich rodí život, nevíme, jak ve svých prozatímních formách dokázaly tyto prvky odolat mrazu nebo horku v krutých podmínkách, které panovaly na Zemi. Někteří vědci podporovali hypotézu, že jakási neznámá „polévka“ z přírodních chemikálií se byla schopna zorganizovat a oživit pomocí přírodních mechanismů, které již neexistují. Jiní předpokládají, že život vznikl na dně moří okolo průduchů, kde teplota a tlak nastartovaly chemické procesy. Další přišli s myšlenkou, že koncepce života se uskutečňuje prostřednictvím dosud neznámého přírodního zákona. Byl to tedy bůh, nebo jiná vyšší bytost, kdo stvořil život?
zajímavé a poučné
(mirushka, 1. 5. 2010 14:04)