19 November Monday

ഗുരുത്വതരംഗങ്ങള്‍ക്ക് നൊബേല്‍ തിളക്കം

ഡോ. സംഗീത ചേനംപുല്ലിUpdated: Thursday Oct 12, 2017

ശാസ്ത്രഗവേഷണ രംഗത്ത് ഇപ്പോള്‍ രാജ്യാതിര്‍ത്തികള്‍ മറികടന്നുള്ള വമ്പന്‍ ഗവേഷണകൂട്ടായ്മകളുടെ കൂട്ടായ പരീക്ഷണ നിരീക്ഷണങ്ങളുടെ കാലമാണ്. ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തലിന് നേതൃത്വംനല്‍കിയ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ ഭൌതികശാസ്ത്ര നൊബേല്‍ പങ്കിടുമ്പോള്‍ അത് ഗവേഷണത്തില്‍ പങ്കാളികളായ  ഇന്ത്യയടക്കമുള്ള രാജ്യങ്ങളില്‍നിന്നുള്ള ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്കുകൂടി അഭിമാനമാകുന്നു. 20-ാം നൂറ്റാണ്ടില്‍ ശാസ്ത്രരംഗത്തുണ്ടായ ശ്രദ്ധേയമായ സിദ്ധാന്തമായിരുന്നു ആല്‍ബര്‍ട്ട് ഐന്‍സ്റ്റീന്റെ സാമാന്യ ആപേക്ഷികസിദ്ധാന്തം. ഫിസിക്സിലെ ഏറ്റവും മനോഹരവും ഭാവനാത്മകവുമായ സിദ്ധാന്തമെന്ന് വിശേഷിപ്പിക്കാറുള്ള ആപേക്ഷികസിദ്ധാന്തത്തിന്റെ മറ്റ് പരികല്‍പ്പനകളെല്ലാം തെളിയിക്കപ്പെട്ടപ്പോഴും ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങള്‍ എന്ന ആശയം തെളിയിക്കപ്പെടാതെ അവശേഷിച്ചു. 100 വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കുശേഷം 2015 സെപ്തംബര്‍ 14ന് ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം ആദ്യമായി രേഖപ്പെടുത്തി.   സമീപകാലത്ത് ‘ഭൌതികശാസ്ത്രരംഗത്തുണ്ടായ ഏറ്റവും സുപ്രധാന നേട്ടമായിരുന്നു ഈ കണ്ടെത്തല്‍. ലേസര്‍ ഇന്റര്‍ഫെറോമീറ്റര്‍ ഗ്രാവിറ്റേഷണല്‍ വേവ് ഒബ്സര്‍വേറ്ററി (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)  എന്ന ഭീമന്‍ പരീക്ഷണസമുച്ചയം ഉപയോഗിച്ച് വിവിധ രാജ്യങ്ങളില്‍നിന്നുള്ള ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ സഹകരണത്തോടെ നടന്ന പരീക്ഷണങ്ങളാണ് ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തലിലേക്കു നയിച്ചത്. ലൈഗോയുടെ നിര്‍മാണത്തിലും ഗുരുത്വതരംഗ ഗവേഷണത്തിലും നിര്‍ണായക സംഭാവനകള്‍ നല്‍കിയ റൈനര്‍ വീസ്, കിപ് എസ് തോണ്‍, ബാരി ബാരിഷ് എന്നീ അമേരിക്കന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞരാണ് 2017ലെ ‘ഭൌതികശാസ്ത്ര നൊബേല്‍ പുരസ്കാരം പങ്കിട്ടത്. 40 വര്‍ഷം നീണ്ട ഗുരുത്വതരംഗ ഗവേഷണത്തിന് നേതൃത്വം നല്‍കിയവരാണ് നൊബേല്‍ ലഭിച്ച മൂന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞരും.

നൊബേല്‍ ജേതാക്കള്‍

മസാച്ചുസെറ്റ്സ് ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജിയിലെ എമിറേറ്റ്സ് പ്രൊഫസറായ റൈനര്‍ വീസ് ആണ് 1970കളില്‍ ലേസര്‍ ഇന്റര്‍ഫറോമീറ്ററിന്റെ ആദ്യകാല മാതൃക വികസിപ്പിച്ചത്. കലിഫോര്‍ണിയ ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജിയിലെ ഫെയ്ന്‍മാന്‍ പ്രൊഫസറായ കിപ് തോണ്‍ 1960കളില്‍തന്നെ ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളെ സംബന്ധിച്ച സൈദ്ധാന്തികപഠനങ്ങളില്‍ ഏര്‍പ്പെടുകയും ഇവയെ കണ്ടെത്താനാവുമെന്ന് ഉറച്ച് വിശ്വസിക്കുകയും ചെയ്തിരുന്നു. ഭാവനയില്‍ മാത്രം നിലനിന്ന ഈ പദ്ധതിക്ക് നാഷണല്‍ സയന്‍സ് ഫൌണ്ടേഷനില്‍നിന്ന് ധനസഹായം നേടുന്നതിനായും പരേതനായ റൊണാള്‍ഡ് ഡ്രെവറിനൊപ്പം ഇവര്‍ രണ്ടുപേരും കഠിനാധ്വാനംചെയ്തു. വീസ്, തോണ്‍, ഡ്രെവര്‍ എന്നിവര്‍ ഉള്‍പ്പെട്ടതായിരുന്നു ലൈഗോയുടെ ആദ്യ സ്റ്റിയറിങ് കമ്മിറ്റി. ലൈഗോയുടെ ആദ്യഘട്ട പരീക്ഷണങ്ങള്‍ ഫലവത്താകാത്തതിനാല്‍ ധനസഹായംപിന്‍വലിക്കാന്‍ തയ്യാറായ സാഹചര്യത്തിലാണ് കലിഫോര്‍ണിയ ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജിയിലെ പ്രൊഫസറായ ബാരി ബാരിഷ് ഡയറക്ടറായി ചുമതലയേല്‍ക്കുന്നത്.

അദ്ദേഹത്തിന്റെ നേതൃത്വത്തില്‍ ലൈഗോയുടെ രണ്ടാംഘട്ടം 2004ല്‍ ആരംഭിച്ചു. ഗുരുത്വതരംഗ ഗവേഷണത്തെ പ്രതിസന്ധികള്‍ക്കിടയില്‍ മുന്നോട്ടു കൊണ്ടുപോകുന്നതില്‍ ബാരിഷ് മുഖ്യപങ്ക് വഹിച്ചിട്ടുണ്ട്. മരണാനന്തര ബഹുമതിയായി നൊബേല്‍ നല്‍കാന്‍ വ്യവസ്ഥയില്ലാത്തതിനാല്‍  ഇവര്‍ക്കൊപ്പം പ്രവര്‍ത്തിച്ച റൊണാള്‍ഡ് ഡ്രെവറിന് നൊബേല്‍ നല്‍കാനാവില്ല. മൂന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്കാണ് നൊബേല്‍ നല്‍കപ്പെട്ടതെങ്കിലും ഗുരുത്വതരംഗ ഗവേഷണത്തില്‍ പങ്കെടുത്ത എല്ലാവര്‍ക്കും  അഭിമാനമുണ്ടാക്കുന്നതാണ് ഈ നേട്ടം.
 

ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തല്‍
2015 സെപ്തംബര്‍ 14നാണ് ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളെ ആദ്യമായി കണ്ടെത്തുന്നത്. സൂര്യന്റെ 30 മടങ്ങിലേറെ ഭാരമുള്ള രണ്ട് തമോഗര്‍ത്തങ്ങളുടെ കൂടിച്ചേരല്‍വഴി രൂപപ്പെട്ടതാണ് ഈ തരംഗങ്ങളെന്നും കണ്ടെത്തി.1.3 ബില്യണ്‍ വര്‍ഷങ്ങള്‍ സഞ്ചരിച്ചാണ് ഈ തരംഗങ്ങള്‍ ലൈഗോയിലെ ഡിറ്റക്ടറുകളിലെത്തിയത്. തുടര്‍ന്ന് 2017 ആഗസ്തിലടക്കം മൂന്നുതവണകൂടി ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം രേഖപ്പെടുത്തുകയുണ്ടായി. ഐന്‍സ്റ്റീന്റെ സാമാന്യ ആപേക്ഷികസിദ്ധാന്തം 100 വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കുശേഷം വീണ്ടുംതെളിയിക്കപ്പെട്ടു എന്നതു മാത്രമല്ല ഈ കണ്ടെത്തലിന്റെ പ്രസക്തി. പ്രകാശത്തിനുപോലും കടന്നുപോകാനാവാത്ത അതിസാന്ദ്ര വസ്തുക്കളാണ് തമോഗര്‍ത്തങ്ങള്‍. അതുകൊണ്ടുതന്നെ ഇവയെപ്പറ്റിപഠിക്കാന്‍ സാധാരണരീതികളൊന്നും സഹായകമല്ല. എന്നാല്‍ ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തലോടെ തമോഗര്‍ത്തങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം നേരിട്ടുതന്നെ തെളിയിക്കപ്പെട്ടു. ന്യൂട്രോണ്‍ സ്റ്റാറുകള്‍, പള്‍സാറുകള്‍, സൂപ്പര്‍ നോവ സ്ഫോടനങ്ങള്‍ എന്നിവയെക്കുറിച്ചെല്ലാം പഠിക്കാന്‍ ഗുരുത്വതരംഗപഠനം സഹായിക്കും. മഹാവിസ്ഫോടനത്തിന് തൊട്ടുപിമ്പ് ശൈശവദശയിലുള്ളപ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അവസ്ഥയെക്കുറിച്ചു പഠിക്കാന്‍ മഹാവിസ്ഫോടനസമയത്ത് രൂപപ്പെട്ട ഗുരുത്വതരംഗങ്ങള്‍ സഹായിക്കുമെന്നും കരുതപ്പെടുന്നു. പ്രപഞ്ചത്തെക്കുറിച്ചുള്ള മനുഷ്യന്റെ ധാരണകളെ വിശാലമാക്കാന്‍ ഗുരുത്വതരംഗങ്ങള്‍ സഹായിക്കുമെന്നതാണ് ഇവയുടെആത്യന്തിക പ്രസക്തി.
 

ആപേക്ഷികസിദ്ധാന്തവും ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളും
ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ തുടക്കത്തില്‍ ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ സാമാന്യ ആപേക്ഷികസിദ്ധാന്തം രൂപീകരിക്കുന്നതുവരെ ആകാശഗോളങ്ങളുടെ ചലനത്തെ വിശദീകരിക്കാന്‍ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത് ന്യൂട്ടന്റെ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ നിയമമായിരുന്നു. വസ്തുക്കള്‍ക്കിടയില്‍ നിലനില്‍ക്കുന്ന ആകര്‍ഷണബലമായാണ് ന്യൂട്ടണ്‍ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്തെ വിഭാവനംചെയ്തത്. എന്നാല്‍ സ്ഥലകാലങ്ങളുടെ നൈരന്തര്യത്തിലുണ്ടാകുന്ന വക്രതയാണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്തിന് കാരണമാകുന്നതെന്ന ആശയമാണ് സാമാന്യ ആപേക്ഷികസിദ്ധാന്തത്തിലൂടെ ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ മുന്നോട്ടു വച്ചത്. വലിച്ചുകെട്ടിയ ഒരു ഇലാസ്തികമായ തുണിപ്പന്തലില്‍ ഒരു പന്തോ, കല്ലോ ഉണ്ടാക്കുന്ന കുഴിവുപോലെ ആകാശഗോളങ്ങളുടെ ‘ഭാരം കാരണം സ്ഥലകാലങ്ങളില്‍ വക്രതയുണ്ടാകുന്നു എന്നും  ഈ വക്രതയാണ് അവയുടെ ചലനത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്നതെന്നും ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ അഭിപ്രായപ്പെട്ടു. ഈ വക്രതകാരണം ചുറ്റുമുള്ള ചെറുഗോളങ്ങള്‍ ഈ കുഴിവിലേക്ക് വീണുപോകുന്നു. ഈ സഞ്ചാരമാണ് ആകാശഗോളങ്ങള്‍ തമ്മിലുള്ള ഗുരുത്വാകര്‍ഷണമായി അനുഭവപ്പെടുന്നത്. ഐന്‍സ്റ്റീന്റെ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം സ്ഥലകാലങ്ങള്‍ അതിസങ്കീര്‍ണമായി വക്രീകരിക്കപ്പെട്ട മേഖലകളാണ് തമോഗര്‍ത്തങ്ങള്‍. ഇവയില്‍നിന്ന് പ്രകാശത്തിനുപോലും രക്ഷപ്പെടാന്‍ സാധ്യമല്ല. വമ്പന്‍ നക്ഷത്രങ്ങളുടെ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലം പ്രകാശരശ്മികളെ വളയ്ക്കുമെന്നും ആപേക്ഷികസിദ്ധാന്തം പ്രവചിച്ചിരുന്നു. ഗ്രാവിറ്റേഷണല്‍ ലെന്‍സിങ് എന്ന ഈ പ്രതിഭാസം വളരെ മുമ്പുതന്നെ തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.  ഉയര്‍ന്ന ‘ഭാരമുള്ള ആകാശഗോളങ്ങളിലുണ്ടാകുന്ന വിവിധ പ്രതിഭാസങ്ങള്‍ (തമോഗര്‍ത്തങ്ങളുടെ കൂട്ടിയിടി, പരസ്പരം ഭ്രമണംചെയ്യുന്ന നക്ഷത്രങ്ങളുടെ ആകര്‍ഷണം, സൂപ്പര്‍നോവ സ്ഫോടനം തുടങ്ങിയവ ഉദാഹരണം) ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ രൂപീകരണത്തിന് കാരണമാകുന്നു. വെള്ളത്തിലെ ഓളങ്ങള്‍പോലെ ഇവ സ്ഥലകാലങ്ങളിലൂടെ പ്രകാശവേഗത്തില്‍സഞ്ചരിക്കുകയും പ്രപഞ്ചമൊട്ടാകെ വ്യാപിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. കടന്നുപോകുന്ന വഴിയിലെ വസ്തുക്കളുടെ നീളത്തില്‍ ഇവവളരെചെറിയവ്യത്യാസംഉണ്ടാക്കുന്നു.ഈവ്യത്യാസംഅളന്ന് ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യവും, ഉറവിടവും കണ്ടെത്തുകയാണ് ലൈഗോയുടെ ലക്ഷ്യം.

എന്താണ് ലൈഗോ?
ലൈഗോ അഥവാ ലേസര്‍ ഇന്റര്‍ഫെറോമീറ്റര്‍ ഗ്രാവിറ്റേഷണല്‍ വേവ് ഒബ്സര്‍വേറ്ററി രണ്ട് ഭീമന്‍ പരീക്ഷണ ഉപകരണങ്ങള്‍ ചേര്‍ന്ന സമുച്ചയമാണ്. അമേരിക്കയില്‍ 3002 കിലോമീറ്റര്‍ അകലത്തിലായാണ് ഈ രണ്ട് ഒബ്സര്‍വേറ്ററികള്‍ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നത്. നാലുകിലോമീറ്റര്‍ നീളമുള്ള, പരസ്പരം ലംബമായ രണ്ട് ശാഖകളാണ് പ്രധാന ലൈഗോയ്ക്കുള്ളത്. രണ്ട് ശാഖകളുടെ മധ്യത്തിലുള്ള ലേസര്‍ സ്രോതസ്സില്‍നിന്ന് പുറപ്പെടുന്ന പ്രകാശരശ്മികള്‍ ശാഖകളുടെ അറ്റത്തുള്ള കണ്ണാടികളില്‍ തട്ടി പ്രതിഫലിക്കുകയും, മധ്യത്തില്‍വച്ച് വീണ്ടും കൂടിച്ചേരുകയും ചെയ്യുന്നു. ഗുരുത്വതരംഗങ്ങള്‍ കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ സ്ഥലകാലങ്ങളിലുണ്ടാകുന്ന വ്യതിയാനം, രണ്ട് ശാഖകളുടെയും നീളത്തിലും, പ്രതിഫലിക്കുന്ന പ്രകാശരശ്മികളിലും വളരെ ചെറിയ വ്യത്യാസങ്ങള്‍ ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ളിയസിന്റെ  വലുപ്പത്തിന്റെ ആയിരത്തില്‍ ഒരംശത്തെക്കാള്‍ ചെറുതാണ് ഈ വ്യത്യാസമെങ്കിലും, ലൈഗോയിലെ അതിസൂക്ഷ്മ ഉപകരണങ്ങള്‍ ഇത് ഒരു സിഗ്നലായി രേഖപ്പെടുത്തുന്നു. താപം, മര്‍ദം, അന്തരീക്ഷ വ്യതിയാനങ്ങള്‍ എന്നിവ സിഗ്നലിനെ സ്വാധീനിക്കാതിരിക്കാന്‍, ലൈഗോയുടെ ശാഖകള്‍ക്കുള്ളില്‍ ശൂന്യതയും വളരെ താഴ്ന്ന താപനിലയും (മൈനസ് 273 ഡിഗ്രി സെല്‍ഷ്യസ്)  നിലനിര്‍ത്തിയിട്ടുണ്ട്.  അഞ്ച് യൂറോപ്യന്‍രാജ്യങ്ങള്‍ ചേര്‍ന്ന് സ്ഥാപിച്ച വിര്‍ഗോ എന്ന ഒബ്സര്‍വര്‍വേറ്ററിയും ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തലില്‍ പങ്കുവഹിച്ചിരുന്നു. രണ്ട് ലൈഗോകളിലും, വിര്‍ഗോയിലും ഉണ്ടാകുന്ന മാറ്റങ്ങള്‍ പഠിച്ച് സിഗ്നല്‍ രൂപപ്പെട്ട സ്ഥലം സംബന്ധിച്ച് കൂടുതല്‍ കൃത്യമായ ധാരണയിലെത്താന്‍കഴിയും. ഭൌതികശാസ്ത്രത്തിലെ ഏറ്റവും ബൃഹത്തും ചെലവേറിയതുമായ പരീക്ഷണങ്ങളിലൊന്നാണ് ലൈഗോ. ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ആയിരത്തോളം ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ ലൈഗോ സയന്റിഫിക് കോര്‍പറേഷന്റെ ഭാഗമായി പരീക്ഷണ നിരീക്ഷണങ്ങളില്‍ ഏര്‍പ്പെടുന്നു. ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ അറ്റ് ഹോം പദ്ധതിയുടെ ഭാഗമായ ലക്ഷക്കണക്കിന് ഗവേഷകരും സ്വന്തം പേഴ്സണല്‍ കംപ്യൂട്ടര്‍ ഉപയോഗിച്ച് സിഗ്നലുകളുടെ വിശകലനത്തില്‍ പങ്കാളികളാകുന്നുണ്ട്. മലയാളികളടക്കം ഒട്ടേറെ ഇന്ത്യക്കാരും ലൈഗോ സയന്റിഫിക് കോര്‍പറേഷന്റെ ഭാഗമായി ഗവേഷണങ്ങളില്‍ പങ്കെടുക്കുന്നു. മൂന്നാമത്തെ ലൈഗോ ഒബ്സര്‍വേറ്ററി 2024നകം ഇന്ത്യയില്‍ സ്ഥാപിക്കും.

ജൈവതന്മാത്രാ ചിത്രങ്ങള്‍
ജീവന്റെ അടിസ്ഥാനതന്മാത്രകളുടെ ഘടനകള്‍ വ്യക്തമായി കാണാനും ചിത്രീകരിക്കാനുമുള്ള ഉപകരണങ്ങള്‍ അടുത്തകാലംവരെയും ലഭ്യമായിരുന്നില്ല.  എങ്ങനെയാകും നമ്മളെ കാണാന്‍ സഹായിക്കുന്ന റോഡോപ്സിന്‍ എന്ന പ്രോട്ടീന്റെ ഘടന? ശരീരത്തിലെ ജൈവരാസപ്രവര്‍ത്തനങ്ങളെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന വിവിധ തന്മാത്രകളുടെ രൂപം എങ്ങനെയാകും? ബാഹ്യപരിസ്ഥിതിയുടെ വ്യതിയാനം അനുസരിച്ച് വൈറസുകള്‍ രൂപംമാറുന്നത് എങ്ങനെ കാണാന്‍കഴിയും? സമീപകാലംവരെ ഈ ചോദ്യങ്ങള്‍ക്കൊന്നും വ്യക്തമായ  ഉത്തരങ്ങള്‍ ഉണ്ടായിരുന്നില്ല. ഇന്ന് റോഡോപ്സിന്‍ അടക്കം നിരവധി പ്രോട്ടീനുകളുടെയും ഏറ്റവുമൊടുവില്‍ റിപ്പോര്‍ട്ട്ചെയ്യപ്പെട്ട സിക്കാ വൈറസിന്റെയുമടക്കം ധാരാളം ജൈവതന്മാത്രകളുടെ വ്യക്തമായ ചിത്രങ്ങള്‍ രേഖപ്പെടുത്താനും ഘടന വിശദമായിത്തന്നെ പഠിക്കാനും ശാസ്ത്രലോകത്തിന് കഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. അതിശീത ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പിയാണ് (ഇൃ്യീ ലഹലരൃീിേ ാശരൃീര്യീുെ) ഇത്തരമൊരു മുന്നേറ്റം സാധ്യമാക്കിയത്. അതിശീത ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പിയുടെ വികാസത്തിന് കാരണക്കാരായ സ്വിറ്റ്സര്‍ലന്‍ഡിലെ ലോസേന്‍ സര്‍വകലാശാലയില്‍നിന്നുള്ള ജാക്ക് ഡ്യുബോഷേ, അമേരിക്കയിലെ കൊളംബിയ സര്‍വകലാശാലയിലെ ജോക്കിം ഫ്രാങ്ക്, ബ്രിട്ടനിലെ കേംബ്രിഡ്ജില്‍നിന്നുള്ള റിച്ചാഡ് ഹെന്റേഴ്സണ്‍ എന്നിവര്‍ക്കാണ് 2017 ലെ രസതന്ത്രത്തിനുള്ള നൊബേല്‍ സമ്മാനം ലഭിച്ചത്.

ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ ആദ്യപകുതിയില്‍, ഡിഎന്‍എ, ആര്‍എന്‍എ, പ്രോട്ടീനുകള്‍ തുടങ്ങിയ പ്രധാനപ്പെട്ട ജൈവതന്മാത്രകളുടെ പ്രവര്‍ത്തനത്തെക്കുറിച്ച് അറിയാമായിരുന്നെങ്കിലും ഇവയുടെ യഥാര്‍ഥ രൂപം എങ്ങനെയാണെന്നത് അജ്ഞാതമായിരുന്നു. സാധാരണ സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികളാണ് അക്കാലത്ത് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്. സാധാരണ സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികളില്‍ ദൃശ്യപ്രകാശത്തെ ലെന്‍സുകള്‍വഴി കേന്ദ്രീകരിച്ചാണ് ചെറിയ വസ്തുക്കളുടെ വലിയ പ്രതിബിംബങ്ങള്‍ രൂപപ്പെടുത്തുന്നത്. എന്നാല്‍ ഒരുപരിധിക്കപ്പുറം സൂക്ഷ്മതയും കൃത്യതയും കൈവരിക്കാന്‍ ഇവയ്ക്ക് സാധിക്കില്ല. എക്സ്റേ ക്രിസ്റ്റഫലോഗ്രഫി ഘടന മനസ്സിലാക്കാന്‍ ഒരുപരിധിവരെ സഹായിക്കുമെങ്കിലും തന്മാത്രയുടെ ത്രിമാനരൂപം ചിത്രീകരിക്കാന്‍ കഴിയില്ല. ദൃശ്യപ്രകാശത്തിനു പകരം ഉയര്‍ന്ന ഊര്‍ജമുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഒരു ധാരയും, വൈദ്യുതകാന്തിക ലെന്‍സുകളും ഉപയോഗിച്ചാല്‍ കൂടുതല്‍ സൂക്ഷ്മമായും   കൃത്യമായും വസ്തുക്കളുടെ പ്രതിബിംബം രൂപപ്പെടുത്താനാവും.  ഇതാണ് ഇലക്ട്രോണ്‍ സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികളുടെ അടിസ്ഥാനതത്വം. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ തരംഗദൈര്‍ഘ്യം ദൃശ്യപ്രകാശത്തെക്കാള്‍ ഏറെ കുറവായതിനാല്‍ തന്മാത്രാതലത്തില്‍തന്നെ വസ്തുക്കളുടെ ചിത്രങ്ങളെടുക്കാന്‍ ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ സഹായിക്കും. വളരെ ചെറിയ വസ്തുക്കളെ കാണാനും ചിത്രങ്ങളെടുക്കാനും  ഇവ സഹായിക്കുമെങ്കിലും ജൈവതന്മാത്രകളെ നിരീക്ഷിക്കുന്നതില്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പുകള്‍ പരാജയമായിരുന്നു. ഉയര്‍ന്ന ഊര്‍ജമുള്ള ഇലക്ട്രോണ്‍ ധാര ജൈവതന്മാത്രകളെ നശിപ്പിക്കുന്നതായിരുന്നു പ്രധാന പ്രശ്നം. ഊര്‍ജം കുറഞ്ഞ ഇലക്ട്രോണുകള്‍ ഉപയോഗിക്കുമ്പോള്‍ വ്യക്തമായ ചിത്രങ്ങള്‍ രൂപപ്പെടുത്താന്‍ കഴിഞ്ഞിരുന്നുമില്ല. മാത്രമല്ല, ഇലക്ട്രോണ്‍ സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികളില്‍ വായുരഹിത അവസ്ഥ നിലനിര്‍ത്തേണ്ടതിനാല്‍ ജലതന്മാത്രകള്‍ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെട്ട് ജൈവതന്മാത്രകളുടെ സ്വാഭാവിക ഘടന നശിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു.

കോശസ്തരത്തില്‍ അടക്കംചെയ്യപ്പെട്ട ബാക്ടീരിയല്‍ റോഡോപ്സിന്‍ എന്ന പ്രോട്ടീനെക്കുറിച്ചായിരുന്നു 1970കളില്‍ റിച്ചാഡ് ഹെന്റേഴ്സന്‍ പഠനം നടത്തിയിരുന്നത്. പ്രോട്ടീന്‍ വേര്‍തിരിച്ചെടുക്കുന്നതിനു പകരം കോശസ്തരം ഉള്‍പ്പെടെ നിരീക്ഷിച്ചും, ഊര്‍ജം കുറഞ്ഞ ഇലക്ട്രോണ്‍ ധാര ഉപയോഗിച്ചും, ഗ്ളൂക്കോസ് ലായനികൊണ്ട് ഉപരിതലം പൊതിഞ്ഞും ബാക്ടീരിയല്‍ റോഡോപ്സിന്റെ ഏകദേശ ഘടനാചിത്രങ്ങളെടുക്കാന്‍ അദ്ദേഹത്തിന് കഴിഞ്ഞു. തുടര്‍ന്ന് പല കോണുകളില്‍നിന്നുള്ള ചിത്രങ്ങളെ ഗണിതശാസ്ത്ര സങ്കേതങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ച് സംയോജിപ്പിച്ച് ഏറെക്കുറെ കൃത്യമായ ചിത്രം രൂപപ്പെടുത്താന്‍ അദ്ദേഹത്തിനായി. ഈ പ്രോട്ടീന്റെ സവിശേഷമായ സുസംഘടിത ഘടനകൂടി അദ്ദേഹത്തിന്റെ പരീക്ഷണങ്ങളെ എളുപ്പമുള്ളതാക്കി. എന്നാല്‍ എക്സ് റേ ഉപയോഗിച്ചുള്ള പഠനങ്ങള്‍ നല്‍കുന്നത്ര കൃത്യതയിലേക്ക് എത്തിച്ചേരാനായി അദ്ദേഹം ശ്രമങ്ങള്‍ തുടര്‍ന്നു. ഈ കാലഘട്ടത്തില്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പി കൂടുതല്‍ വികാസംപ്രാപിച്ചു. ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ഏറ്റവും കൃത്യമായ സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികള്‍ ഉപയോഗിച്ച് ബാക്ടീരിയല്‍ റോഡോപ്സിന്റെ അറ്റോമികതലത്തിലുള്ള ഘടന ചിത്രീകരിക്കാന്‍ ഹെന്റേഴ്സന് കഴിഞ്ഞു. എന്നാല്‍ കോശസ്തരത്തില്‍ ചിതറിക്കിടക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകളുടെ ഘടന നിര്‍ണയിക്കാന്‍ ഈ രീതികൊണ്ട് സാധിക്കുമായിരുന്നില്ല.

ഇതേസമയംതന്നെ ജോക്കിം ഫ്രാങ്ക് അമേരിക്കയില്‍ ദ്വിമാനചിത്രങ്ങളില്‍നിന്ന്ത്രിമാനചിത്രങ്ങള്‍ രൂപപ്പെടുത്താനുള്ള ഗവേഷണങ്ങളിലായിരുന്നു. ചിതറിക്കിടക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകളുടെ ചിത്രങ്ങളെ കംപ്യൂട്ടര്‍ സഹായത്തോടെ തരംതിരിച്ച് ഒരേപോലുള്ളവയെ വര്‍ഗീകരിക്കുകയും അതില്‍നിന്ന് വ്യക്തമായ  ദ്വിമാനചിത്രം രൂപപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇത്തരം പല ദ്വിമാനചിത്രങ്ങളെ കൂട്ടിച്ചേര്‍ത്ത് പ്രോട്ടീനുകളുടെ ത്രിമാനഘടന കംപ്യൂട്ടര്‍ രൂപപ്പെടുത്തുന്നു. ഇതിനാവശ്യമായ അല്‍ഗോരിതം ഫ്രാങ്ക് രൂപപ്പെടുത്തി. ഈ ആശയമാണ് അതിശീത ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പിയുടെ വികാസത്തിന് അടിത്തറപാകിയത്.

ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പിനകത്തെ ഉയര്‍ന്ന മര്‍ദത്തില്‍ ജലകണികകളുടെ ബാഷ്പീകരണം തടയുക എന്നതായിരുന്നു ജാക്ക് ഡ്യുബോഷേയുടെ മുന്നിലുണ്ടായിരുന്ന വെല്ലുവിളി. ജലകണികകളെ ഐസ്പരലുകള്‍ രൂപീകരിക്കുന്നതില്‍നിന്ന് തടഞ്ഞ് ഗ്ളാസ് (tirified water) രൂപത്തിലേക്ക് മാറ്റാനായിരുന്നു അദ്ദേഹം ശ്രമിച്ചത്. സാമ്പിളില്‍ അടങ്ങിയ ജലകണികകളെ വളരെ പെട്ടെന്ന് തണുപ്പിച്ചാണ് ഇത് സാധ്യമാക്കുന്നത്. ദ്രാവകനൈട്രജന്‍ ഉപയോഗിച്ച് തണുപ്പിച്ച ഈഥയ്നില്‍ പ്രോട്ടീന്‍സാമ്പിള്‍ മുക്കിയെടുത്താണ് ജലത്തെ ഗ്ളാസാക്കിമാറ്റിയത്. പ്രോട്ടീനുകളെ അപ്പോള്‍ നിലനില്‍ക്കുന്ന അതേ അവസ്ഥയില്‍ മരവിപ്പിച്ചുനിര്‍ത്തി പഠനം നടത്താന്‍ ഇതുവഴി സാധിക്കും.  2013ല്‍ പുതിയതരം ഇലക്ട്രോണ്‍ ഡിറ്റക്ടറുകള്‍കൂടി വികസിപ്പിച്ചതോടെ കോശത്തിന്റെ ഏത് മുക്കും മൂലയും സുവ്യക്തമായി ചിത്രീകരിക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞു. ജൈവശരീരത്തിലെ സൂക്ഷ്മപ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ വിശദമായി പഠിക്കാന്‍ മാത്രമല്ല, ഫാര്‍മസ്യൂട്ടിക്കല്‍രംഗത്തെ പഠന-ഗവേഷണ ശ്രമങ്ങള്‍ക്കും ക്രയോ ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പി കരുത്തുപകരുന്നു എന്നതാണ് ഈ കണ്ടെത്തലിന്റെ മേന്മ.

sangeethachenampulli@gmail.com

 

പ്രധാന വാർത്തകൾ
Top