Jak sproszkowany nos Sfinksa pomógł dowieść… istnienia atomów?

Wielkie odkrycia mają to do siebie, że nie zawsze od razu zdajemy sobie sprawę z ich znaczenia. Dokładnie tak było w przypadku ciekawych obserwacji poczynionych przez pewnego naukowca pracującego na początku XIX wieku, który… zobaczył pod mikroskopem dowód na istnienie atomów!

Robert Brown należy do najznamienitszych naukowców związanych z botaniką oraz… dochodzeniem do podstawowych mechanizmów napędzających ziemskie życie! Uczony szkockiego pochodzenia jako jeden z pierwszych na świecie opisał wygląd jądra komórkowego oraz zjawisko przepływu cytoplazmy wewnątrz komórek. Odkrył i skatalogował liczne gatunki, znacząco poszerzając wiedzę na temat wielu rodzin roślin.

Dziś znamy go jednak głównie dzięki słynnym ruchom Browna, choć sam odkrywca zapewne nie przypuszczał, jakie konsekwencje dla nauki będą miały obserwacje… z których nic nie rozumiał! Jego odkrycia były po części dziełem przypadku i typowego jeszcze na przełomie XVIII i XIX wieku naukowego „błądzenia po omacku”, ale nie można ich przez to bagatelizować: uczony mierzył się z problemem znacznie wykraczającym poza możliwości ówczesnych laboratoriów, a na właściwe wytłumaczenie zauważonych przez niego fenomenów wpadł dopiero sam Albert Einstein!

Pytanie o życie

Społeczność naukowa poszukiwała odpowiedzi na pytanie „co nas napędza” od stuleci. Wysiłki największych umysłów spełzały jednak na niczym, a tajemnicza siła wprawiająca życie w ruch pozostawała nieodkryta. Duże nadzieje wiązano z elektrycznością, co – mimo trafności przypuszczenia – nijak nie dawało się bezpośrednio powiązać z zamianą tego, co martwe, w coś żywego.

Efektowne doświadczenia Galvaniego i jemu podobnych z poruszającymi się żabimi nogami podpiętymi do obwodu elektrycznego wywoływały zdumienie gapiów. ale pozostawały jedynie sztuczkami. Wtedy na scenę wkroczył Robert Brown.

fot.domena publiczna Robert Brown należy do najznamienitszych naukowców związanych z botaniką

Kiedy podejmował jedno z największych wyzwań nauki, znał już wyniki pracy anatomów: Leeuwenhoeka, Spallanzaniego i im podobnych, którzy skupiali się na mechanizmach zapładniania, z zapałem obserwując pod mikroskopem, jak plemniki zażarcie dążą do połączenia się z komórkami jajowymi. Ale kurator sekcji botanicznej Muzeum Brytyjskiego nie uważał, że droga do ostatecznej odpowiedzi biegnie właśnie tędy.

Poza tym, jego specjalizacją były rośliny – niby żywe, a jednak zazwyczaj nieruchome… Postanowił porównać „zachowanie” pyłków i żeńskich elementów roślin pod mikroskopem.

Czytaj też: Aby udowodnić, skąd się biorą dzieci, ten naukowiec… zakładał żabom majtki!

W proch się obrócisz…

Ku zaskoczeniu Browna, męskie pyłki wsypane do kropli wody bezustannie wirowały. To, co nimi poruszało, mogło być właśnie nieodkrytą siłą natury! Dociekliwy umysł uczonego kazał mu jednak przeprowadzić badanie kontrolne.

Wykonał kolejny eksperyment, tym razem z martwymi pyłkami kwiatów z wiekowych zbiorów muzealnych. Oto kolejne zaskoczenie: te również się poruszały. Coś tu było zdecydowanie nie w porządku… W końcu badacz wrzucił do kropli wody pod mikroskopem także żeńskie drobiny roślin. Efekt? Dokładnie ten sam: dziki taniec z niewyjaśnionych przyczyn.

Usiłując jakoś wytłumaczyć obserwowany fenomen, Brown wysnuł hipotezę, że energia życiowa musi być związana z płcią w ogóle, a nie – jak przypuszczano wcześniej – jedynie z częścią męską. Hipoteza nie przetrwała jednak zbyt długo. Podczas jednej z wielu obserwacji doszło do zanieczyszczenia próbki drobinami nie pochodzącymi ani z pręcików, ani ze słupków kwiatu. Mikroskopijne fragmenty liści dostały się do wody i, wywołując niemałą konsternację naukowca, również zaczęły „tańczyć”.

Tym razem Brown orzekł, że życiowe siły muszą znajdować się w każdej części organizmu, niezależnie od jej przeznaczenia. Zaczął następną serię eksperymentów, ścierając na proch kolejno fragmenty wszystkich części roślin, tkanek zwierzęcych, a w końcu drobin węgla i skamieniałego drewna. Próba za próbą – zawsze uzyskiwał ten sam wynik: wirujące cząsteczki.

fot.domena publiczna Robert Brown do końca życia nie zrozumiał swoich obserwacji

Gdyby Brown był bardziej porywczym naukowcem, już dawno ogłosiłby światu swoje niesamowite odkrycie. Zrobił jednak coś dokładnie odwrotnego: wykonał kolejne badanie kontrolne, tym razem wsypując do wody drobiny startego szkła. Obalił w ten sposób wszelkie przypuszczenia o sile życia zawartej w tkankach organicznych. Sproszkowany krzem również „tańczył”!

Bliski załamania Brown kontynuował pracę, by ostatecznie dowieść, że… nic z tego nie rozumie. Do ostatecznego testu wybrał najbardziej „nieżywą” materię, jaką był w stanie znaleźć: fragment nosa Sfinksa. Jak można się domyślać, antyczny proch również kręcił się niespokojnie w kropli wody. Brown został pokonany przez własne doświadczenia. Mimo, że zaobserwowane przez niego zjawisko (znane dziś jako ruchy Browna) posunęło naukę naprzód, sam naukowiec… nie dowiedział się właściwie, dlaczego!

Czytaj też: Człowiek wcale nie zszedł z drzewa! Nowe dowody w „małpim procesie”

…bo z prochu powstałeś

Ruchy Browna wyjaśnił dopiero Albert Einstein. Jego praca opisująca, jak drobiny zawieszone na powierzchni wody są wprawiane w ruch przez jej cząsteczki, była jedną z „wielkiej czwórki” publikacji wydanych w 1905 roku. Austriacki uczony posłużył się obserwacjami Browna by podeprzeć swoją hipotezę o molekułach będących fizycznymi obiektami, co wówczas nie było jeszcze potwierdzone.

Pozostaje jedynie pytanie: jak właściwie badania Browna pchnęły naprzód naukę? Odpowiedź jest bardzo prosta. Kiedy Szkot przystępował do badań, wierzono, że żywe organizmy składają się z całkowicie innej materii niż wszystko inne. Doświadczenia Browna przybliżyły jednak naukowców do słusznego wniosku, że jest zgoła odwrotnie: wszystko składa się z atomów o rozmaitych właściwościach, a cud życia wynika z czegoś jeszcze innego.

Wkrótce, bo już w 1828 roku Niemiec Friedrich Wöhler „stworzył” mocznik z nieorganicznych składników, co wcześniej uznawano za absolutnie niemożliwe. Poczynił w ten sposób kolejny milowy krok w stronę poznania natury materii organicznej i nieorganicznej, ale to już temat na osobną historię…

Co ciekawe, w 1991 roku pojawił się artykuł autorstwa Deutscha, w którym poddano w wątpliwość obserwacje Browna. Mikroskop z wczesnych lat XIX wieku miał być rzekomo niewystarczającym narzędziem do uzyskania tak szczegółowego obrazu. W tym samym roku Brian Ford obalił jednak tę tezę na łamach czasopisma „Inter Micro”, dokonując prezentacji faktycznych możliwości zabytkowych narzędzi laboratoryjnych.

Bibliografia:

1. Deutsch, D., H., Did Robert Brown Observe Brownian Motion: Probably Not. Bulletin of the American Physical Society, 1991.
2. Dolnick, E., Nowe życie. Znak Horyzont, Kraków, 2019.
3. Ford, B., Robert Brown and Brownian Movement, a Defense. Inter/Micro, McCrone Research Institute, Chicago, 23 sierpnia 1991.