Miks aeg lendab

 

Suve hakul jõudsin lugeda veel kahte raamatut:

Üks oli Alan Burdick „Miks aeg lendab?“ – vaimukas uurimus igavesest mõistatusest.

Minu jaoks raamat eriti vaimukas polnud ja sellele küsimusele „Miks aeg lendab?“ vastust siin ei leidunudki. Kindlasti polegi see üllatav, sest selliste küsimuste puhul polegi tõenäoliselt selgelt piiritletud vastust.

Tsirkaadia rütmidest/keha kelladest/unerütmidest  olen palju lugenud ja blogis ka varem kirjutanud, seetõttu ei olnud selles osas siin raamatus palju uut.

Üht-teist huvitavat ma siit välja  noppisin:

1970 aastatel sai selgeks, et imetajate peamine tsirkadiaanne kell on aju põhja lähedal hüpotalamuses paiknev suprakiasmaatiline rakukobar.

Ent see rakukobar ei ole ainus kell meie sees, viimasel kümnendil on selgunud, et peaaegu igas inimese keharakus on omaenda tsirkadiaanne kell. Lihasrakud, rasvarakud, kõhunäärme-, maksa-, kopsude ja südamerakud, koguni elundid tervikuna käitavad omaenda tsirkadiaanset kella.

25 neerutransplantaadiga patsiendiga uuringus leiti, et seitsme patsiendi puhul eiras uus neer uue omaniku tsirkadiaansetrütmi ja jäi selle asemel kindlaks eritusrütmile, mida oli järginud esialgse omaniku sees olles. 18 neeru jõudsid uue omaniku sisemise rütmiga sünkrooni, kuid sellele vastandudes: need olid kõige aktiivsemad siis, kui olemasolev neer oli kõige vähem aktiivsem ja vastupidi.

Me oleme üleni kellasid täis, neid on triljoneid ja triljoneid.

Vastsündinu ilmub siia maailma tsirkadiaanse kellaga, mis ei ole veel päris töökorras. Sündides on ta sünkroonis oma emaga, kuid seejärel satub ta nädalateks ja päise päeva ajal ajalisse kaosesse, tõmmates sinna endaga kaasa ka oma pere. Loode on kogum miniatuursetest kelladest, mida on mitmeid miljardeid - rakkudes, geenides, arenevates elundites. Ilma keskse kellata – mis emakas olles saadakse emalt ja lõpuks tema enda suprakiasmaatiliselt tuumalt – ei areneks need erinevad süsteemid korralikult välja ega töötaks kooskõlas.

Esimesel kolmel elukuul magab imik 16-17 tundi päevas, kuid mitte ühekorraga. Puhkeperioodid jagunevad üsna ühtlaselt 24-tunnisele ajavahemikule: algul rohkem päevale kui ööle, alates 12 nädalast rohkem ööle kui päevale. Ehkki laps sünnib töötava tsirkadiaanse kellaga, ei ole kõik neuronaalsed ja biokeemilised rajad, mis kannavad rütmi üle kogu keha ja aju edasi, veel omavahel ühendatud.

Päikesevalguse jõud on kahe teraga mõõk; see on miski, mida tuleb vältida, aga ka ära kasutada. Ultraviolettkiirgus võib tõsiselt kahjustada raku DNAd; genoom on kõige haavatavam raku pooldumise ajal, mil DNA end paljundamiseks lahti pakib. Kasuks võib siin tulla tsirkadiaanne kell, mille abil näiteks mikroob saab korraldada nii, et raku pooldumine leiab aset päeva vähem ohtlikul ajal. Uuringus, mis jälgis looduses elavaid mikroobikooslusi  – vetikad ja tsüanobakterid -, tuvastati, et nad fotosünteesisid terve päeva, kuid lülitasid uue DNA tootmise päeva keskel kolmeks kuni kuueks tunniks välja ja alustasid sellega uuesti päikeseloojangu eel.

 

14. veebruaril 1972 alustas Michel Siffre teist ajaisolatsiooni eksperimenti. Texases asuv kesköökoobas kujutab endast maa-alust laboratooriumi. Puidust platvormil on telk, milles on voodi, laud, tool, teaduslikud seadmed, sügavkülmikud toiduga ja piisavalt vett. Ei kalendrit ega kella. Siffre pidi sinna jääma 6 kuuks. Ta loendab päevi tsüklitena, ärkamise tunnist ärkamise tunnini. Ärgates helistab ta maa peal asuvale uurimismeeskonnale, kes tuled sisse lülitab. Ta märgib üles oma vererõhu, väntab veloergomeetril 5km, teeb haavlipüssiga laskeharjutusi  jm. Siffre tahab teada, mis juhtub inimese loomulike keharütmidega, kui ta on ajast pikalt isoleeritud.

Mõõtmiste tulemused näitavad hiljem, et esimesel viiel maa all olnud nädalal järgis Siffre 26 tunnist tsüklit. Kehatemperatuur tõusis ja langes korra iga 26 tunni järel. Ta ka magas ja ärkas selle graafiku järgi. 37. päeval hakkavad une- ja temperatuuritsükkel kõikuma. Siffre on üleval kauem kui tavaliselt ja magab siis 15 tundi järjest. Vahepeal on 26 tunnine tsükkel, vahel kestab tsükkel 40-50 tundi.

77. päeval kirjutab Siffre, et ta elu on jõudnud madalamasse punkti. Tema käed on kaotanud oskuse helmeid nöörile lükkida, mõistus suudab vaevu mõtteid üksteise otsa panna. Mälu veab alt. 79. päeval helistab ta üles ja karjub, et talle aitab. Kuid ta jätkab siiski. Kokku on ta maa all 200 päeva, mille lõpus on tal halvenenud silmanägemine ja tekkinud krooniline kõõrdsilmsus.

Enamik keerukaid organisme magavad, ärkavad ja eritavad hormoone laias laastus 24 tunnise graafiku järgi. Erandiks on põhjapõdrad – neil ei võngu kaks olulist kellgeeni tsirkadiaanselt. Selle asemel paneb põhjapõdra liikuma päike.

Kui juhtute sõitma lennukiga läbi mitme ajavööndi, siis ei leia teie perifeersed kellad sama kiirusega kooskõla. Teie keha lakkab olemast koostoimiv kellade ühendus ja muutub selle asemel ajutiselt autonoomsete seisundite tulemölluks. St kui sinu keha ja koos sellega suprakiasmaatiline tuum maandub New Yorgis, võib sinu maks veel jätkuvalt toimida Nova Scotia ajas ja kõhunääre Islandi omas. Keha taastub kiirusega üks ajavöönd päevas. Seedesüsteem võib olla rivist väljas mitu päeva, kuna aju ajendab sööma ajal, mil elundid ei ole täielikult valmis ainevahetust läbi viima. Nii on mao/soolepõletik pikamaareisijate ja lennukipilootide tavaline kaebus. Ajavaheväsimus ei ole teie peas, see on terve graafikust välja kukkunud keha vaevus.

Mis puutub pealkirja "Miks aeg lendab?", siis selle kohta kirjutati küll erinevatest uuringutest. Uuritakse kuidas me aega tajume erinevates olukordades ja erinevas vanuses, kuid midagi olulist leitud ei ole.

Teine raamat, mis tundus pealtnäha keeruline füüsikakogumik, oli just nimelt vaimukas teos.

Cockell, Charles S „Elu võrrandid“

Enne elu võrranditest kirjutamist, defineerib Cockell elu: „Lugeja peas võib nüüd kummitada üks mõte. Te võite arutleda „Aga mis on elu?“ Selle raamatu tarbeks ei ole mul vaja selle üle arutleda. Lihtsuse mõttes lähtun selles raamatus elu mugavast töödefinitsioonist, mis sisuliselt ütleb, et elusaine on selline, mis suudab paljuneda ja areneda.“

Mida me ka elu kohta ei otsustaks, millist määratlust või mõistet ka ei valiks – kõik need võimalused on täiesti kooskõlas lihtsate füüsikaseadustega.

Nobeli preemiaga auhinnatud füüsik Erwin Schrödinger kirjeldas elu füüsika terminites kui nähtust, mis hangib keskkonnast „negatiivset entroopiat“.  See näib järgivat ideed, et elu tundub töötavat vastu entroopiale – mis on energia kalduvus pihustuda ja hajuda termodünaamilisse tasakaalu. Entroopia on mateeria ja energia põhiomadus, mille väljenduseks on termodünaamika teine seadus, mis kirjeldab asjade kalduvust saavutada sellist tasakaaluolekut. Paljudel juhtudelvõrdub see omadus asjade muutumsiega korratumaks. Schrödinger väidab, et elu on entroopiaga võitluses.

Elu kipub üldiselt korratusele kalduvad universumis looma korda. Kui lõvikutsikas kasvab ja lõpuks paljuneb, siis sellesse täiskasvanud lõvisse ja tema järeltulijatesse koondunud kogu uus mateeria on enam korrastatud ja vähem juhuslikult hajunud energia, võrreldes ajaga, kui lõvi oli alles väike kutsikas, kes ema kandu näksis. Nii bioloogide kui ka füüsikute jaoks oli kaua aega raske seletada, miks elu paistab tegevat midagi, mis on füüsikaseadustega ilmses vastuolus. Kui aga vaadata elule teistpidi, mitte kui anomaalsele ja füüsikaseadustega võitlevale nähtusele, näeme hoopiski, et tegu on protsessiga, mis universumis korratuse tekkimist kiirendab ja see on kosmost kirjeldavate füüsikaliste protsessidega igati kooskõlas.

Parim näide sellest on võileibadega. Kui panna võileivad lauale, siis eeldusel, et need rahule jäetakse, kulub nende molekulides leiduva energia vabanemiseks väga palju aega. Tegelikult ei pruugi võileibade energia vabanedagi enne, kui need kuidagimoodi maakoorde satuvad ja kaugel tulevikus kõrgete temperatuuride tõttu lagunevad suhkrud ja rasvad süsinikdioksiidiks. Kui võileivad aga tunni või paari jooksul ära süüa, vabaneb neis leiduv energia soojusena sööja kehas. Osa süsinikdioksiidist väljub hingeõhu kaudu, osa kasutatakse ära uute molekulide moodustamiseks. Nii on inimene võileibade hajumist energiaks märkimisväärselt kiirendanud. On suurendatud kiirust, millega universumit korratuse suunas tõukav termodünaamika teine seadus võileibadega ühele poole saab. Kui võileivad lauale jääta, lähevad need hallitama, neid söövad bakterid ja seened  ning sellisel juhul jõuavad need organismid võileiva energia universumisse hajutamisel sööjast ette.

Füüsiline universum eelistab protsesse, mis energiat kiiremini hajutavad, seetõttu annab elu oma panuse teisest seadusest tulenevasse ( korratuse poole) protsessi, mitte ei pidurda seda.

Elusolendid on molekulide kogumid, mis käituvad füüsikaseadustega kooskõlas ja nende tagant tõugatuna. Mida enam me füüsikat, keemiat ja bioloogiat õpime, seda enam põrkume universumit valitsevate seaduste lihtsuse ja nende erandeid välistava olemusega.

Nii on siin raamatus terve peatükk lepatriinufüüsikast. Tundub natuke tobe 😏, kuid mõeldes aias lillevartel liikuvast lepatriinust ja lugedes võrrandeid, kuidas lepatriinu liikumine võimalikuks saab, siis nende võrrandite lugemine tekitas sellise omapärase tunde.

Pole üllatus, et nende teadmistega relvastatuna saame lepatriinu tiivad taandada võrranditeks ja kui need meil olemas on, saab arvutada nende jäsemetega tekitatavat tõstejõudu ja võimsust. Võttes arvessetiiba ümbritsevaid jõude, nurkkiirust ja inertsi, saame taandada lepatriinu lennu nii lihtsaks arvuks nagu jäsemetega tekitatav võimsus 30 vatti kilogrammi kohta.

Kui olevus maandub, peab tiibu katma, et need viga ei saaks. Need volditakse sisse, kõvade kattetiibade alla. Õrnad tiivad peidus kahe kooriku all, mis on arenenud selliseks, et istuvad keskelt kokku tapi ja soone süsteemi abil, mis meenutabpõrandalaudade sobitumist.

Loodus vajab putukate ja sh nende kattetiibad ehituseks head materjali –kitiini. Kitiin on tugev suhkrupõhine materjal, mis on umbes kümme korda terasest nõrgem, kuid pea kümme korda tugevam ainest keratiin (valgud), millest koosnevad juuksed.

Kui lepatriinud läbi elu põrklevad ja komistavad, osutuvad edukateks need, kes jõuavad paljunemisküpsuseni oma tiibu tuksi keeramata ja suudavad kõigile kokkupõrgetel vastu panna. Kokkupõrgete tugevust saame arvutada valemiga nagu peavigastuse kriteerium (head injury criterion – HIC). See on praktiline valem, mida kasutatakse jalgrattakiivrite tõhususe väljaselgitamiseks:

HIC=(t₂-t₁)(I:(t₂-t₁)∫_t1 ^t2 a(t)dt)^2,5

Kus t1 ja t2 on ajad ning a(t) on kiirendus kokkupõrkel.

 

Kuumutage elus raku molekule ja sidemeid, mis aatomeid koos hoiavad, kuni need saavad  nii palju energiat, et hakkavad katkema. Mida kõrgem on temperatuur, seda rohkem kahju energia põhjustab. Tõstke temperatuuri 10C ja keemilist reaktsioonide kiirus umbes kahekordistub.

Aastatel 1960 ja 1970 hakkas Yellowstone´i rahvuspargis elavaid mikroobe uurivat Ameerika mikrobioloogi Thomas Brocki huvitama, kas miski võiks elada sealsetes keevates vulkaanilistes allikates. Ta torkis neid mulisevaid ja purskavaid katlaid, võttis proove ning kogus muda, mida laborisse kaasa viia. Selles tähelepandamatus mudas leidis ta hulga mikroobe, kes suudavad kasvada temperatuuril 70C või enam.