Το ότι ζούμε σε έναν ιδιαίτερα πολύπλοκο και αβέβαιο κόσμο θεωρείται από τους περισσότερους ανθρώπους μια προφανής και σχεδόν αυταπόδεικτη αλήθεια. Ωστόσο, ακόμη και σήμερα η επίσημη «επιστημονική» ιδεολογία -που προβάλλουν τα ΜΜΕ και τα κυρίαρχα εκπαιδευτικά προγράμματα- επιχειρεί να μας πείσει ότι η αταξία, η αβεβαιότητα και η τυχαιότητα των φαινομένων που παρατηρούμε γύρω μας δεν είναι σε καμία περίπτωση εγγενείς, αλλά απλώς φαινομενικές: μια ψευδαίσθηση που αποδίδεται αποκλειστικά σε ανθρωποκεντρικές προκαταλήψεις ή, ακόμη χειρότερα, σε διανοητική σύγχυση.
Συνήθως ταυτίζουμε την πολυπλοκότητα με το χάος και την αταξία, δηλαδή με την απουσία κάθε μορφής οργάνωσης και δομικής συνοχής. Πρόκειται για μια παραπλανητική, αν και ιδιαίτερα διαδεδομένη αντίληψη που οφείλεται στη νοητική μας συνήθεια να πριμοδοτούμε την πιο εύτακτη και πιο απλοϊκή εικόνα του κόσμου.
Πάντως, όπως θα διαπιστώσουμε, με αφορμή την απονομή των φετινών Νόμπελ, η σχετικά πρόσφατη αναγνώριση του δημιουργικού ρόλου της χαώδους δυναμικής και της αυτοοργάνωσης στη διαμόρφωση όλων των πολύπλοκων φυσικών φαινομένων συνεπάγεται τη ριζική αμφισβήτηση της κυρίαρχης μέχρι σήμερα απλοϊκής επιστημονικής προσέγγισης.
Για τα χαώδη πλανητικά συστήματα
Πώς οι φυσικές θεωρίες των πολύπλοκων συστημάτων διαμορφώνουν τα μοντέλα που περιγράφουν την οργάνωση και τη συμπεριφορά των γήινων μετεωρολογικών συστημάτων και πώς η περιγραφή αυτών των πολύπλοκων συστημάτων διαφωτίζει τη δυναμική και κάθε άλλο παρά γραμμική εξέλιξη των κλιματικών αλλαγών;
Το φετινό Βραβείο Νόμπελ για τη Φυσική έλαβαν τρεις επιστήμονες που με το έργο τους προσφέρουν μια εναλλακτική προσέγγιση στο παραπάνω ερώτημα, ο Αμερικανοϊάπωνας Σιουκούρο Μανάμπε (Syukuro Manabe), ο Γερμανός Κλάους Χάσελμαν (Klaus Hasselmann) και ο Ιταλός Τζόρτζιο Παρίζι (Giorgio Parisi) (βλ. κεντρική φωτό). Οι δύο πρώτοι μοιράστηκαν το ήμισυ του χρηματικού επάθλου που συνοδεύει το βραβείο για την ανανεωτική συμβολή τους στην κατανόηση πολύπλοκων πλανητικών συστημάτων, όπως η μοντελοποίηση των γήινων μετεωρολογικών φαινομένων, της κλιματικής αλλαγής και της υπερθέρμανσης του πλανήτη, που εκδηλώνονται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Το έτερο ήμισυ του Βραβείου Νόμπελ Φυσικής δόθηκε στον κορυφαίο θεωρητικό φυσικό Τζόρτζιο Παρίζι «για την ανακάλυψη του ρόλου της αταξίας και των διακυμάνσεων στα φυσικά συστήματα, από τις ατομικές έως τις πλανητικές κλίμακες», σύμφωνα με την αιτιολόγηση της Σουηδικής Ακαδημίας Επιστημών, η οποία με τη βράβευση αυτή αναγνωρίζει την πλούσια, πολυετή προσφορά του Ιταλού φυσικού ως μία μεταξύ των «πιο σημαντικών συνεισφορών» στην επιστήμη των πολύπλοκων φυσικών συστημάτων.
Ο Τζόρτζιο Παρίζι γεννήθηκε στη Ρώμη το 1948, όπου και σπούδασε Φυσική. Εκτός από το Εθνικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής της Ιταλίας, εργάστηκε ως ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια των ΗΠΑ και στα l’Institut des Hautes Études Scientifiques και École Normale Superieure στο Παρίσι.
Πράγματι, οι έρευνες του Τζόρτζιο Παρίζι αφορούν τη μαθηματική-πιθανοκρατική περιγραφή των αλληλεπιδράσεων που γεννούν τις χαώδεις δυναμικές σε όλα τα πολύπλοκα συστήματα: από την ατμόσφαιρα και το κλίμα του πλανήτη μας μέχρι τα ανθρώπινα νευρωνικά και κοινωνικά δίκτυα και από τις μικροσκοπικές ατομικές αλληλεπιδράσεις μέχρι τις μακροσκοπικές αλληλεπιδράσεις των πλανητών και των γαλαξιών.
Μελετώντας διαφορετικά μεταξύ τους φυσικά φαινόμενα, ο Ιταλός φυσικός επιβεβαίωσε ότι τόσο τα μικροσκοπικά συστήματα που μελετούν οι ατομικοί φυσικοί όσο και τα μακροσκοπικά συστήματα που μελετούν οι κλιματολόγοι, οι γεωλόγοι, οι βιολόγοι, οι οικονομολόγοι και οι γιατροί, υπακούουν όλα σε τουλάχιστον δύο θεμελιώδεις αρχές οργάνωσης:
- οι απλοί φυσικοί νόμοι δεν οδηγούν κατ’ ανάγκην σε απλές φυσικές δομές και συμπεριφορές και
- ελάχιστες και φαινομενικά ασήμαντες μεταβολές στις παραμέτρους που διαμορφώνουν ένα πολύπλοκο, δηλαδή μη γραμμικό σύστημα, μπορεί κάλλιστα να οδηγήσουν σε μεγάλες αλλαγές στη δομή και τη συμπεριφορά του.
Ειδικότερα για τα γήινα μακροσκοπικά συστήματα είναι πολύ αποκαλυπτικό το πρωτοποριακό έργο των άλλων δύο φυσικών που βραβεύτηκαν φέτος. Ο Σιουκούρο Μανάμπε, γεννημένος το 1931 στην Ιαπωνία, αφού ολοκλήρωσε το διδακτορικό του στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, εργάστηκε επί πολλά χρόνια στις ΗΠΑ στο περίφημο εργαστήριο Geophysical Fluid Dynamics Laboratory della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).
Με αρκετά χρόνια καθυστέρηση, η Σουηδική Ακαδημία Επιστημών αναγνώρισε φέτος την τεράστια κλιματολογική και άρα οικολογική σημασία των πρωτοποριακών ερευνών του Μανάμπε κατά τη δεκαετία του 1960-70 σχετικά με τη χαώδη δυναμική και τα ανθρωπογενή αίτια του ιδιαίτερα απειλητικού φαινομένου του θερμοκηπίου. Πράγματι, πρώτος αυτός διαπίστωσε ότι τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι αντίστοιχα με την αύξηση της θερμοκρασίας στη Γη.
Μία δεκαετία μετά τις έρευνες του Μανάμπε, ο Κλάους Χάσελμαν θα προσθέσει ακόμα μία αποφασιστική μεταβλητή στη διαμόρφωση του γήινου περιβάλλοντος: τη χαώδη κλιματική δυναμική. Με τις έρευνές του ο Γερμανός φυσικός έδειξε ότι τα πολύπλοκα μετεωρολογικά φαινόμενα μπορούν να περιγραφούν πληροφορικά ως «θόρυβος», που μπορεί να αλλάζει ταχύτατα και κυρίως απρόβλεπτα τις κλιματικές συνθήκες συνολικά. Επιπλέον ο Χάσελμαν ανέπτυξε μία ακριβή μαθηματική μέθοδο που μας επιτρέπει να ανιχνεύουμε εγκαίρως τα ανθρώπινα και τα φυσικά «σημάδια», δηλαδή τους φυσικούς δείκτες της συντελούμενης κλιματικής αλλαγής. Αυτοί οι δείκτες επιβεβαίωσαν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη οφείλεται όντως στη συσσώρευση στην ατμόσφαιρα του διοξειδίου του άνθρακα από ανθρωπογενή αίτια, όπως είχε διαπιστώσει πρώτος ο Μανάμπε.
Ο Χάσελμαν, γεννημένος το 1931 στο Αμβούργο, σπούδασε εκεί Φυσική και κατόπιν, το 1957, ολοκλήρωσε το διδακτορικό του στο Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν. Επιστρέφοντας στο Αμβούργο εξελέγη καθηγητής Γεωφυσικής και από το 1975 έως το 1999 ίδρυσε και διηύθυνε το Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για τη Μετεωρολογία στο Αμβούργο. Οι έρευνές του αποδείχτηκαν ιδιαιτέρως αποκαλυπτικές για τις μη γραμμικές πλανητικές αλληλεπιδράσεις και δυναμικές που διαμορφώνουν το πλανητικό κλίμα συνολικά, παρά τις μεγάλες τοπικές μετεωρολογικές αποκλίσεις.
Για την «Πράσινη Χημεία»
Την Τετάρτη 6 Οκτωβρίου, ο Γερμανός Μπέντζαμιν Λιστ (Benjamin List) και ο γεννημένος στη Σκοτία Αμερικανός Ντέιβιντ ΜακΜίλαν (David MacMillan) μοιράστηκαν το Νόμπελ Χημείας για «την ανάπτυξη της ασύμμετρης οργανοκατάλυσης», σύμφωνα με το σκεπτικό της επιτροπής της Σουηδικής Ακαδημίας Επιστημών. Πρόκειται για μία καινοτόμο, οικονομική τεχνική σύνθεσης νέων χημικών προϊόντων, τα οποία είναι φιλικά προς το περιβάλλον και γι’ αυτό εξάλλου βάφτισαν αυτή την επαναστατική μέθοδο «Πράσινη Χημεία».
Την τεχνική της ασύμμετρης οργανοκατάλυσης την ανακάλυψαν οι δύο χημικοί το 2000, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον, και έκτοτε υιοθετήθηκε ευρέως από τη χημική βιομηχανία για τη δημιουργία πολλών νέων προϊόντων. Όμως, ποια είναι τα προτερήματα αυτής της πολύ πρόσφατης και φιλικής προς το περιβάλλον μεθόδου χημικής σύνθεσης;
Για να συνειδητοποιήσουμε την καινοτομία αυτής της τεχνικής θα πρέπει να αναλογιστούμε ότι τα συνθετικά υλικά αντικείμενα που μας περιβάλλουν, μεταξύ των οποίων τα φάρμακα, τα πλαστικά, οι χρωστικές ουσίες, τα απορρυπαντικά κ.λπ., είναι όλα προϊόντα χημικών αντιδράσεων, οι οποίες δημιουργούν τους δομικούς λίθους αυτών των αντικειμένων.
Πριν από την επινόηση της ασύμμετρης οργανοκατάλυσης, οι χημικοί γνώριζαν δύο είδη χημικών καταλυτών: Τα μεταλλικά αντικείμενα σκουριάζουν όταν οξειδώνονται και δεν λειτουργούν καλά όταν βρίσκονται για πολύ καιρό σε υγρό περιβάλλον. Από την άλλη, οι βιοχημικές αντιδράσεις εντός των κυττάρων καταλύονται από τα ένζυμα, τα οποία όμως δεν είναι καθόλου εύκολο να χρησιμοποιηθούν μαζικά στη χημική βιομηχανία.
Ο Μπέντζαμιν Λιστ άρχισε να διερευνά τις δυνατότητες της ασύμμετρης οργανοκατάλυσης όταν, κατά τη δεκαετία του 1990, εργαζόταν στις ΗΠΑ ως ερευνητής στο αμερικανικό Scripps Research Institute della California. Εκεί ανακάλυψε τις δυνατότητες της προλίνης, ενός αμινοξέος που δρώντας ως καταλύτης, παίζει αποφασιστικό ρόλο στη σύνθεση ορισμένων πρωτεϊνών. Εκτός από το να διευκολύνει την κατάλυση ορισμένων βιοχημικών αντιδράσεων, η προλίνη κατευθύνει την πορεία τους.
Κάποιες φορές, οι ίδιες χημικές αντιδράσεις οδηγούν σε δύο τύπους μορίων, το κάθε ένα μόριο συμμετρικό του άλλου. Η ασύμμετρη οργανοκατάλυση, αντίθετα, μας επιτρέπει να παίρνουμε από μία αντίδραση το ένα μόνο από τα δύο συμμετρικά μόρια, δηλαδή έναν μόνο τύπο μορίου.
Την ίδια εποχή, ο Ντέιβιντ ΜακΜίλαν αναζητούσε έναν τρόπο για να κατευθύνει κατά το δοκούν την πορεία ορισμένων χημικών αντιδράσεων. Αφού δοκίμασε χωρίς επιτυχία διάφορα μεταλλικά στοιχεία ως καταλύτες, επέλεξε τελικά να δοκιμάσει πολύ πιο πολύπλοκους χημικούς καταλύτες. Έτσι, κατάφερε να επιλέξει μια σειρά από βιοχημικούς καταλύτες, οι οποίοι μέσω της ασύμμετρης οργανοκατάλυσης οδηγούσαν στη σύνθεση των επιθυμητών προϊόντων, τα οποία, επιπλέον, ήταν φιλικά για το περιβάλλον.
Για την αισθητηριακή μηχανή μας
Με το Νόμπελ για την Ιατρική και τη Φυσιολογία τιμήθηκαν φέτος ο Ντέιβιντ Τζούλιους και ο Αρντέμ Παταπουτιάν για την ανακάλυψη του μηχανισμού λειτουργίας των ανθρώπινων σωματικών ανιχνευτών της θερμοκρασίας και της αφής. Οι δύο κορυφαίοι Αμερικανοί νευροεπιστήμονες κατάφεραν, μετά από πολυετείς έρευνες, να ανακαλύψουν τον ακριβή μοριακό μηχανισμό που επιτρέπει στο νευρικό μας σύστημα να πληροφορεί εγκαίρως και με σχετική ακρίβεια τον εγκέφαλό μας για αυτές τις δύο τόσο αποφασιστικές αισθητηριακές πληροφορίες για την επιβίωσή μας και τη γνώση του εξωτερικού περιβάλλοντος.
Το αινιγματικό ερώτημα για το πώς ακριβώς το νευρικό μας σύστημα προσλαμβάνει και αντιδρά ενεργητικά στα ερεθίσματα που δέχεται από το εξωτερικό περιβάλλον απασχολούσε την επιστημονική και τη φιλοσοφική σκέψη από αρχαιοτάτων χρόνων. Χρειάστηκε όμως να περιμένουμε μέχρι τις αρχές του εικοστού αιώνα για να δοθούν κάποιες στοιχειώδεις και επιστημονικά έγκυρες απαντήσεις σχετικά με τις λειτουργίες του Περιφερικού Νευρικού Συστήματος και το πώς αυτό επικοινωνώντας με τον εγκέφαλο του μεταφέρει τα εξωτερικά ερεθίσματα που συλλέγει.
Για παράδειγμα, οι νευροφυσιολόγοι Joseph Erlangen και Herbert Gasser κέρδισαν το Νόμπελ Ιατρικής το 1944 επειδή κατάφεραν να εξηγήσουν το πώς κάποιες εξειδικευμένες περιφερικές νευρικές ίνες είναι σε θέση να διακρίνουν μεταξύ ευχάριστων και οδυνηρών απτικών επαφών. Μετέπειτα νευρολογικές έρευνες αποκάλυψαν ότι το «στοιχειώδες» αίσθημα της αφής είναι αρκετά πολύπλοκο ώστε να μπορεί να διακρίνει όχι μόνο μεταξύ ευχάριστων και οδυνηρών απτικών εμπειριών, αλλά και μεταξύ λείων και ανώμαλων επιφανειών.
Όμως, μόνο κατά τα τέλη της δεκαετίας του 1990, ο Ντέιβιντ Τζούλιους, ερευνητής τότε στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, κατάφερε μετά από πολλές επίπονες προσπάθειες να εντοπίσει τον ακριβή βιοχημικό μηχανισμό, ένα ειδικό κανάλι ιόντων που ονομάζεται «TRPV1» και επιτρέπει στους περιφερικούς νευρώνες του δέρματός μας να αναγνωρίζουν επιλεκτικά πότε η θερμοκρασία μιας επιφάνειας υπερβαίνει τους 43ο C, πότε δηλαδή είναι αρκετά υψηλή.
Αυτή η σημαντική ανακάλυψη άνοιξε τον δρόμο για τη μελέτη της αίσθησης του κρύου και της δροσιάς. Οι παράλληλες και ανεξάρτητες έρευνες του Ντέιβιντ Τζούλιους και του λιβανικής καταγωγής Αμερικανού νευροεπιστήμονα Ardem Patapoutian οδήγησαν στην ανακάλυψη ότι ένα κάπως διαφορετικό κανάλι ιόντων, που ονομάζεται «TRPM8», ανοίγει επιλεκτικά μόνο σε χαμηλές θερμοκρασίες και επομένως λειτουργεί ως υποδοχέας του κρύου.
Το επόμενο βήμα αυτών των ερευνητών ήταν να διερευνήσουν τον στοιχειώδη βιοχημικό μηχανισμό που μας επιτρέπει την πρόσληψη και τη διάκριση των διαφορετικών απτικών ερεθισμάτων, δηλαδή των διαφορετικών μηχανικών πιέσεων που ανιχνεύουν οι αισθητικοί νευρώνες του δέρματός μας. Πράγματι, κατάφεραν να εντοπίσουν δύο διαφορετικά κανάλια ιόντων, το Piezo-1 και το Piezo-2, από τα οποία εξαρτάται η ενεργοποίηση των αισθητικών νευρώνων που αναγνωρίζουν τα απτικά αισθήματα.
Επιπλέον, ανακάλυψαν ότι αυτοί οι υποδοχείς απτικών ερεθισμάτων παίζουν αποφασιστικό ρόλο στη σωματική «αυτοαντίληψη», δηλαδή την ικανότητα να αντιλαμβανόμαστε τις θέσεις και τις κινήσεις των μελών του σώματός μας, ενώ συμμετέχουν και στη ρύθμιση της πίεσης του αίματος και της αναπνοής.
Παρουσιάζοντας την προηγούμενη Δευτέρα το σκεπτικό της επιλογής αυτών των ερευνών, ο γενικός γραμματέας της Επιτροπής Νόμπελ δήλωσε: «Οι ανακαλύψεις τους ξεκλείδωσαν ένα από τα μυστικά της φύσης εξηγώντας τη μοριακή βάση για το αίσθημα της ζέστης, του κρύου και των μηχανικών πιέσεων, κάτι θεμελιώδες για την ικανότητά μας να αντιλαμβανόμαστε, να ερμηνεύουμε και να αλληλεπιδρούμε με το εσωτερικό και εξωτερικό περιβάλλον».
Πηγή: https://www.efsyn.gr/epistimi/mihanes-toy-noy/313939_ta-fetina-nompel-sta-polyploka-systimata
