Kaip mūsų „beždžioniškos“ smegenys bando suprasti mokslą: 6 sunkiai įtikimi faktai  (9)

St­ebi­mės, su­si­dū­rę su tuo, kas ne­įpras­ta, ne­ti­kė­ta, keis­ta. Su kuo nors, kas ne­tel­pa gal­vo­je, – net jei­gu tai už­tik­rin­tai įro­dy­tas moks­­lo fak­tas.


Evo­liu­ci­ja – ne spor­to sa­lė ir ne kil­min­gų mer­gi­nų ins­ti­tu­tas. Evo­liu­ci­ja ne­da­ro or­ga­niz­mų stip­res­niais ar pro­tin­ges­niais vien tam, kad jie tap­tų stip­res­ni ar pro­tin­ges­ni, ar­ba, kad šios sa­vy­bės ka­da nors gal­būt pra­vers. Evo­liu­ci­ja – ko­vos už eg­zis­ta­vi­mą čia ir da­bar re­zul­ta­tas. Rū­šys kei­čia­si ly­giai tiek, kiek joms rei­kia, kon­ku­ruo­jant su ki­to­mis rū­ši­mis ir iš­gy­ve­ni­mui – tie­siog da­bar.

Žmogaus smegenys, kaip ir jo supratimas apie realybę, formavosi milijonus metų ir gan ribotomis sąlygomis. Visi mes gyvename vienoje ir toje pačioje planetoje, labai siaurame temperatūrų diapazone, mūsų matmenys, fiziologiniai poreikiai ir naudojami resursai daugmaž vienodi. Žmogui evoliucionuojant, žinių apie molekules ar žvaigždžių sandarą jam nereikėjo.

Gamtos istorijoje bet kokio sprendimo paieškas gimdė kylančios problemos: iš pradžių – aukšti medžiai sultingais lapais, paskui – ilgi žirafų kaklai. Tik atsiradus žmogui, ėmė rastis „žinojimas vardan žinojimo“, ir tik atsiradus filosofijai ir mokslui, sukauptos žinios ėmė rastis pirmiau, nei jų pritaikymas. Iš pradžių mes tiriame egzotiškų medūzų baltymus – tiesiog šiaip! – o paskui paaiškėja, kad tie baltymai padeda gydyti vėžį.

Dėl to dabar susidarė juntamas atotrūkis tarp mūsų žinių ir mūsų biologinių galimybių. Kultūrinis progresas daug spartesnis už biologinį. Ir kuo daugiau sukaupiame žinių apie Visatą, tuo labiau jose pasimetame: mūsų smegenys viso to nebeaprėpia.

„Širdies“ ir „smegenų“ nesutarimuose netgi susiformavo specialus folkloras: įvairiausi neįtikėtini faktai, turintys stulbinti ir gluminti. Dažniausiai „VAU efektas“ pasiekiamas paprasčiausiu mastelių skaičiavimu.

Nė vienas žmogus pėsčiomis iki Kentauro Alfos pėsčiomis nežingsniavo. Nė vienas žmogus pasaulyje nėra matęs elektrono. Evoliucija mūsų tokiais gebėjimais neapdovanojo. Tačiau kultūra išmokė: žinome, kad atstumas iki Alfos – artimiausios Saulei žvaigždžių sistemos – yra kiek daugiau, nei 40 trilijonų (0,4×10¹⁴) kilometrų, arba 4,3 šviesmečiai.

Klasikinis „beprotiškas faktas“ manipuliuoja šiuo visiškai mums abstrakčiu dydžiu taip, kad jis taptų ne toks abstraktus. Jis išverčia jį senovinę „kalbą“, kuria iki šiol naudojasi mūsų mąstymas. Galima, pavyzdžiui atstumą ik Kentauro Alfos paversti, pavyzdžiui futbolo aikščių skaičiumi arba žingsnių skaičių, arba benzino sąnaudas, važiuojant tokį atstumą automobiliu. Netgi pati sąvoka „šviesmetis“ – visiškai nesuprantamo reiškinio pavertimo šiek tiek suprantamesniu pavyzdys.

Tačiau mokslinio aplinkos supratimo sudėtingumas ilgiais, atstumais ir kiekiais toli gražu neapsiriboja. Kur kas sunkiau suvokti faktus, kokybiškai prieštaraujančius tradicinės, dar „beždžioniškos“ formos sveikam protui.

 

Faktas № 1.

Laikas priklauso nuo aukščio

Ko gero, pats gausiausias patikimų, eksperimentiškai patikrinamų ir praktiškai naudojamų, tačiau visiškai beprotiškai skambančių faktų šaltinis – Einšteino teorijos.

Padėjus laikrodį kalno viršūnėje ir tokį pat laikrodį – jo papėdėje, ir vėliau juos patikrinus, laikrodžiai rodys skirtingą laiką. Kuo toliau esame nuo Žemės paviršiaus, tuo silpnesnė gravitacija, ir tuo sparčiau teka laikas. Tai ne šiaip teoriniai samprotavimai, o realūs eksperimentiniai duomenys, gerai žinomi jau daugiau nei šimtą metų. Apsiginklavę tiksliais laikrodžiais, mokslininkai užfiksavo laiko pailgėjimą, nė neužkopę į kalną: 30 centimetrų aukščio skirtumo pakako, kad būtų užfiksuotas neatitikimas. Žmonės dešimtame aukšte tiesiogine prasme sensta sparčiau, nei pirmame.

Žinoma, šie efektai tokie maži, jog kasdieniame gyvenime absoliučiai nesvarbūs. Tačiau atstumui nuo Žemės didėjant, laiko matavimo tikslumo reikalavimai išauga daugybę kartų. Garsiausias pavyzdys – GPS palydovai: jei nebūtų vykdoma „laiko iškreivėjimo“ pataisa, jie būtų visiškai beverčiai.

Dėl to kalta gravitacija. Einšteino teigimu, ji ne tiesiog jėga, kurią iš vienos vietos į kitą „pristato“ dalelės ar bangos. Tai – erdvėlaikio iškreivėjimas šalia masę (vadinasi, ir energiją) turinčio kūno. Pavyzdžiui, jei stovite ant žemės ir metate kamuolį lygiagrečiai žemės paviršiui, iš tiesų jis lekia tiesia linija. Bet kadangi Žemė – labai masyvus objektas, šalia jos tiesiai reiškia kreivai. Erdvė ir laikas susieti neišskiriamai ir iškreivėja taip pat tik drauge. Todėl Žemės masė išlenkia ne tik kamuolio trajektoriją, bet deformuoja ir jo judėjimą laike. Krisdamas ant žemės, iš mūsų perspektyvos kamuolys tuo pačiu „sulėtėja“.

Faktas № 2.

Gravitacija lėkštelėje

Šiaip jau su gravitacija susiję daugybė keistenybių. Atrodytų, prie Žemės traukos gyvi organizmai pripratę nuo senų senovės. Tačiau pažvelgus iš mokslo perspektyvos, gravitacija yra vienas iš paslaptingiausių – ir svarbiausių – Visatos reiškinių.

Gravitacija svarbi ir žmogui, be to, ne tik žemiškoji. Ar kada susimąstėte, kad praktiškai visa gyvų organizmų naudojama energija radosi iš gravitacijos?.. Ir išties, neskaitant kai kurių bakterijų ir archėjų, gyvi sutvėrimai energiją gauna arba iš Saulės, arba ėsdami tuos, kurie energiją iš Saulės gavo. O iš kur energiją semia pati Saulė?

Saulė – didžiulis vandenilio ir helio kamuolys. Jis toks didžiulis, kad susispaudžia nuo savo masės. Paprasčiau galima sakyti, kad Saulės gelmėse slėgis toks didelis, kad vandenilio branduolius spaudžia tokia didžiulė jėga, kad jie vienas su kitu susispaudžia ir susilieja, sudarydami helį. Susiliejant branduoliams, gauto helio branduolio masė yra mažesnė, nei jį sudariusių vandenilio branduolių masių suma. Šis masės skirtumas išsiskiria kaip energija. Tiksliau, labai daug energijos. Saulės branduolyje nuolat vyksta termobranduolinis sprogimas, atsveriantis žvaigždės masės spaudimą – kitaip Saulės paviršius kristų vidun ir kolapsuotų. Po daugelio metų šio labai ilgo sprogimo sukurtas spinduliavimas pasiekia paviršių, o paskui per 8 minutes pasiekia ir Žemę. Čia jį sugeria augalų ir bakterijų pigmentai, paverčiantys spinduliavimo energiją chemine energija, tai yra, maistu.

Faktas № 3.

Mes gyvename praeityje

Reliatyvumo teorija atrodo tokia neįprasta, nes gyvenimas bendrai ir evoliucija konkrečiai, vyksta labai nedideliu greičiu ir laikas, erdvė ir gravitacija regisi pastovūs ir nekintami.

Su tuo pačiu prisitaikymu prie mažų greičių susijęs ir, pavyzdžiui, esamo momento pojūtis. Nejaučiame pauzės tarp to, kas vyksta aplink momento kada įvyksta įvykio supratimas. Netgi kalbėdami vaizdo telefonu su Australija, esame linkę užlaikymą nurašyti blogam interneto ryšiui.

Bet Specialioji reliatyvumo teorija nubrėžia aiškią ribą bet kokio objekto judėjimo greičiui, – įskaitant ir, sakykime skaitmeninius duomenų paketus ar šviesą nuo objekto iki mūsų akių. Su Australija ryšys ne visada blogas – net jei signalas apdorojamas akimirksniu, bendravimo spartą riboja šviesos greitis. Įprastomis sąlygomis tai nejuntama, tačiau didėjant atstumui, didėja ir skirtumas.

Biržos prekeiviams netgi kelių milisekundžių delsa gali būti kritiškai svarbi. Garsiausias pavyzdys – Čikagos ir Niujorko biržų bendravimas. Devintajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje nutiestas optinis kabelis vingiuoja į šonus ir signalas juo perduodamas per 14 ms. Dabar tą patį signalą mikrobangų spinduliais galima nusiųsti per 8 ms, tiesa, už naudojimąsi siųstuvu teks nemažai sumokėti.

Lygiai taip pat apribotos ir mūsų galimybės suvokti tikrovę: jokia informacija neperduodama iš karto. Tačiau žymiai toliau praeitin mus nukelia kur kas svarbesnis faktorius – nervinio impulso perdavimo greitis. Lyginant su šviesos greičiu, neuronu signalas šliaužia kaip sraigė: 0,5-100 m/s. Todėl bet kuris signalas – iš tinklinės, ausies, odos, liežuvio, nosies ar raumenų – vėluoja gan juntamai: apie 0,1 s. Mūsų sąmonė gyvena praeityje. Ir to nė nenutuokia.

Faktas № 4.

Vaizdo viduryje – tuščia

Šiaip jau smegenys nuostabiai prisitaikiusios supaprastinti realybę, antraip gyvenimas būtų itin nepatogus. Pavyzdžiui, jei dabar prijungtume akis prie televizoriaus ekrano, jis rodytų apverstą vaizdą su tuščia dėme viduryje. Štai tokią „vaizdo žaliavą“ iš akių gauna smegenys. O gavusios – retušuoja jūsų patogumui.




Evoliucija mus patobulina tiek, kiek reikia. Ji neturi abstraktaus tobulybės jausmo. Mūsų akys veikia neblogai – kam jas modernizuoti? Pavyzdžiui, kam traukti regimąjį nervą į užkulisius, jei paprasčiau išmokyti smegenis jo nepastebėti?

Smegenys ne tik retušuoja akių teikiamo vaizdo „skyles“. Iš optinės akių sandaros matome, kad vaizdas tinklainėje apverstas. Smegenys koreguoja ir šį technologinį netobulumą. Panešiojus specialų, vaizdą apverčiantį įtaisą, smegenys vėl prisitaikys: vaizdas apsivers dar syk ir taps normalus, nesuteikiantis jokių nemalonumų. O jeigu po to nusiimsite įrenginį, kurį laiką matysite atvirkščią efektą – smegenys viską matys pirminį, apverstą vaizdą.

Faktas № 5.

Matematika sudėtingesnė, nei manome

Smegenys supaprastina ne vien fizinę realybę. Žmogus išvystė unikalų abstraktaus mąstymo gebėjimą, taip pat ir matematinių skaičiavimų. Tačiau „biologinė aritmetika“ toli gražu ne visada tiksli. Todėl gali rastis mokslo požiūriu vienareikšmiai, tačiau buitinės logikos požiūriu „beprotiški“ faktai.

Šiaip jau „skaičiuoti“ moka netgi augalai. Paprastai jie dieną kaupia energiją, o naktį panaudoja ją augimui ir medžiagų apykaitai. Įvertindamas sukauptos energijos kiekį ir padalindamas ją iš laiko, likusio iki šviesaus meto, augalas „suskaičiuoja“ optimalią atsargų naudojimo spartą.

O ir mūsų pačių smegenys nepertraukiamai užsiima aritmetika, skaičiuodamos tikimybes, greičius, jėgas, pusiausvyras ir t.t. Tačiau per pastaruosius šimtmečius „kultūrinė“ matematika su savo skaičiais ir formulėmis gerokai aplenkė tokią nesuvoktąją, „biologinę“.

Klasikinis pavyzdys – statistikos paradoksai. Įsivaizduokite, tarkime, televizijos šou žaidimą. Prieš žaidėją – trys durys, už vienų – automobilis, už kitų dviejų – po ožką. Vedėjas siūlo žaidėjui pasirinkti duris, už kurių automobilis. Jis pasirenka, tarkime, pirmas duris. Tačiau patyręs vedėjas nusprendžia pakurstyti aistras studijoje ir užuot atidaręs pirmas duris, atveria trečias, parodydamas visiems, kad už jų stovi ožka. Ir tada vedėjas vedėjas paklausia žaidėjo: „Gal norėtumėte pakeisti savo pasirinkimą?“

Atrodytų, niekas nepasikeitė: mašina vis dar gali būti tiek už pirmų, tiek už antrų durų. „Kam gi keisti sprendimą?“ – svarsto žaidėjas. Jis jaučia nepajudinamą ryžtą – per milijonus evoliucijos metų smegenys priprato jį pasitelkti bet kokioje sunkioje situacijoje. Dauguma žmonių vedėjų pasiūlymą atmeta. Tačiau paprasta matematika rodo: paradoksalu, tačiau jeigu šioje situacijoje pasirinksite antras duris, tikimybė laimėti mašiną padvigubėja!

Tokių pavyzdžių daugybė. Pavyzdžiui, labai sunku mūsų naiviems matematine prasme smegenims paaiškinti, kad sujungus dvi skirtingų duomenų grupes į vieną, tokių duomenų interpretacija gali pasikeisti į priešingą.

Tarkime, vyksta priėmimas į filologijos ir matematikos fakultetus. Į filosofijos fakultetą prašymus pateikė 80 moterų, iš kurių 30 įstojo, 20 vyrų, iš kurių įstojo 5. O į matematikos fakultetą įstojo 15 iš 20 moterų ir 50 iš 80 vyrų. Jei paskaičiuosime bendrai visus abiturientus, tai buvo priimta 45% abiturienčių ir 55% abiturientų. Akivaizdi lytinė diskriminacija! Beje, panaši problema 1973 metais kilo Kalifornijos universitete Berklyje – netgi buvo kreiptasi į teismą.

Teismas, laimei, išsiaiškino: tereikia pažvelgti į duomenis atskirai ir situacija kardinaliai pasikeičia. Mūsų pavyzdyje į filologijos fakultetą įstojo 37,5% moterų ir 25% vyrų, o į matematikos – 75% moterų ir 62,5% vyrų. Moterys visur įstojo sėkmingiau už vyrus – tačiau nepadalinus pagal fakultetus, duomenys atrodo priešingi.

Aplinkinį pasaulį mes analizuojame, skaičiuojame ir interpretuojame kiekvieną sekundę. Net jei kažkas atrodo visiškai akivaizdu, nevalia pamirti, kad nepaisant visų pranašumų, mūsų smegenys toli gražu nėra tobulos.

Faktas № 6.

Artimiausias mūsų giminaitis – vienaląstis mikrobas

Ir galiausiai, atskira „karštų faktų“ grupė gali būti kuriama, žongliruojant įprastomis, nors ir visiškai dirbtinėmis, kategorijomis – mūsų pačių kultūros produktais.

Biologai aiškinasi „rūšies“ sampratą jau ne vieną šimtmetį. Su aukštesniaisiais organizmais problema kiek paprastesnė: vykstant lytiniam dauginimuisi, lengva patikrinti, ar rūšys gali kryžmintis tarpusavyje ir susilaukti vaisingų palikuonių. Tačiau kaip klasifikuoti bakterijas ir kitus vienaląsčius, kurie dauginasi tiesiog dalindamiesi?

Šis klausimas nebus atsakytas niekados, nes gamtai visiškai nerūpi, kaip mes apibrėžiame rūšį. Apibrėžimus sugalvojame patys, o paskui ginčijamės, kai tikrovė nepageidauja spraustis į jų nubrėžtus rėmus.

1951 metais iš juodaodės Henrietta'os Lacks buvo paimtas gimdos auglio mėginys. Pacientė po kelių mėnesių mirė nuo vėžio, tačiau jos ląstelės ir toliau gyveno mėgintuvėlyje – tai buvo pirmas atvejis, kai mokslininkams toks eksperimentas pavyko.

Nuo tol atsirado daugybė kitų nemirtingų ląstelių linijų, tačiau HeLa ląstelės toliau gyvena kaip ląstelių kultūra ir naudojama tūkstančiuose laboratorijų moksliniams tyrimams. Per 60 metų jų kiekis jau skaičiuojamas tonomis, jose prisikaupė tuntai mutacijų ir chromosomų sutrikimų (HeLa paprastai būna nuo 76 iki 80 chromosomų, kai žmogus – 46), ir šiaip jau gana menkai teprimena įprastas žmogaus ląsteles.

Daug biologų laikosi požiūrio, kad HeLa ir panašios ląstelės atstovauja ne Homo sapiens, o kitas, vienaląstes rūšis, kurios mums genetiškai labai artimos, tačiau egzistuoja atskirai ir nepriklausomai nuo žmogaus. Kiti šiam požiūriui nepritaria: tokia rūšis (HeLa ląstelių atveju, jai suteiktas Helacyton gartleri pavadinimas) nedera su išlakiu evoliucijos medžiu, kuriame vienaląsčiai mikrobai nuo gyvūnų atsiskyrė prieš milijardus metų ir nuo tol patraukė skirtingais keliais. Jei HeLa būtų pripažinta atskira rūšimi, tada kiekvieną vėžinį auglį tektų laikyti evoliuciniu įvykiu!

Beje, o kodėl gi ne? Vėžinės ląstelės randasi dėl mutacijų, kurios suteikia jos galimybę sparčiai dalintis. Dažniausiai tam kelią užkerta imuninę sistema. Tačiau kai kurioms ląstelėms pavyksta prasmukti ir toliau be atodairos daugintis likusiame organizme. Kuo ne natūrali atranka ypač sėkmingų, sukilusių ląstelių, staiga nutarusių atsisakyti daugialąstiškumo?

Mokslinė realybė gali būti nesuprantama, keista, prieštaringa. Dėl to kaltos mūsų pačių smegenys: jų ribotumas, sąlygiškmas, įpročiai ir biologinis „tiuningas“. Antra vertus, argi dėl to mokslas praranda žavesį? Savo ribotumo suvokimas – toks visada būna pirmasis žingsnis ko nors velnioniškai įdomaus link.

N. Kukuškin
naked-science.ru

(96)
(11)
(85)

Komentarai (9)