लोकोपयोगी संशोधनाची आगेकूच

खनिज तेलावरील अवलंबित्व कमी करणे, वायुमय ग्रहाचा शोध आणि अनेक व्याधींवरील नवी औषधे, अशा विविधोपयोगी संशोधनांवर ‘नोबेल’ निवड समितीने यंदा पुरस्काराची मोहोर उमटवली आहे.

जीवनात आवश्‍यक असलेल्या तीन गोष्टी म्हणजे अन्न, वस्त्र आणि निवारा. तथापि, जीवन जगायचं असेल, तर प्रथम प्राणवायू आणि पाणी पाहिजे. जीवन म्हणजे ‘मंद ज्वलन’ आहे. ज्वलन होण्यासाठी प्राणवायू (ऑक्‍सिजन) पाहिजेच. आपलं उदरभरण प्रत्यक्षात यज्ञकर्मच आहे. कारण, अन्नापासून ऊर्जासंपन्न रेणूंची निर्मिती करण्याची क्षमता जैवरासायनिक प्रक्रियांमध्ये आहे. त्यासाठी श्‍वसनामार्फत मिळालेल्या प्राणवायूचा वापर केला जातो. या प्रक्रिया असंख्य पेशींमध्ये अहोरात्र चालू असतात. ऑटो वॉरबर्ग या शास्त्रज्ञाने या प्रक्रिया पेशींमध्ये असलेल्या मायटोकोण्ड्रिया विभागात होतात, हे सिद्ध करून १९३१मध्ये ‘नोबेल’ पुरस्कार मिळवला होता.   
समुद्रकिनारी किंवा हिमालयातील उंच शिखरांवरील हवेत नायट्रोजन, कार्बन डायऑक्‍साइड आणि ऑक्‍सिजन विशिष्ट प्रमाणात असतात. मात्र हिमालयातील अतिउंच शिखरांच्या भागातील हवा विरळ असते. पर्वतराजींमधील विरळ हवेतून सजीवांना ऑक्‍सिजनचा पुरवठा कमी होतो.

अन्य कारणांमुळेही रक्तातील ऑक्‍सिजन कमी होतो. याला वैद्यकशास्त्रात ‘हायपॉक्‍सिया’ म्हणतात. हा इशारा देणारी यंत्रणा उत्क्रांतीच्या प्रदीर्घकाळात विकसित होत गेली. गळ्याच्या दोन्ही बाजूंच्या मोठ्या रक्तवाहिन्यांच्या शेजारील कॅरोटिड बॉडीमध्ये रक्तामध्ये ऑक्‍सिजनची पातळी किती आहे, हे जाणणाऱ्या खास पेशी आहेत. ही यंत्रणा मेंदूला रक्तातील ऑक्‍सिजन कमी झाल्याचा संदेश देते. या वेळी ‘एरिथ्रोपोएटिन (इपीओ)’ या प्रथिनवर्गीय हॉर्मोनचे स्रवन जास्त होते. परिणामी, सर्व अवयवांना ऑक्‍सिजन पुरवणाऱ्या लाल रक्तपेशींची संख्या वाढते. शिवाय मेंदू श्‍वसनाचे आवर्तन कमी-अधिक करून परिस्थितीचा ताळमेळ सांभाळतो. हा ताळमेळ रासायनिक दृष्टीने कसा साधला जातो हे गूढ होते. ते शोधणाऱ्या विल्यम केलिन (हार्वर्ड मेडिकल स्कूल, अमेरिका), सर पीटर रॅटक्‍लिफ (ऑक्‍सफर्ड युनिव्हर्सिटी, इंग्लंड) आणि ग्रेग सेमेन्झा (जॉन्स हॉपकिन्स युनिव्हर्सिटी, अमेरिका) यांना २०१९चा वैद्यकशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार मिळालाय. ऑक्‍सिजनच्या प्रमाणानुसार ‘ईपीओ’ तयार करणाऱ्या पेशींमधील जनुकावर नियंत्रण साधले जाते. सुरवातीला ‘ईपीओ’ मूत्रपिंडाच्या पेशींमध्ये प्रामुख्याने आढळले होते.

रक्तातील ऑक्‍सिजनचे प्रमाण एकूणच पेशींच्या आतील आणि एकूणच शरीर-क्रिया प्रक्रियांवर कसा परिणाम घडवून आणते, ते ‘नोबेल’ मानकऱ्यांनी शोधून काढले आहे. त्यासाठी त्यांनी संबंधित जनुकांवर नियंत्रण करणारा ‘एचआयएफ‘ (हायपॉक्‍सिया इंड्यूसिबल फॅक्‍टर) हा घटक शोधलाय. यामुळे ऑक्‍सिजन संवेदन यंत्रणा मंद किंवा जलद करणारी औषधे घडवता येतील. त्याचा उपयोग रक्तक्षय, कर्करोग, लकवा आदी व्याधींवर औषधे घडविण्यासाठी होईल.

भौतिकशास्त्र - ‘हे विश्‍वचि माझे घर’ असं म्हणतात, पण विश्‍वाचा पसारा केवढा मोठा आहे, ते आपल्याला माहिती नाही! केशवसुतांनी म्हटलंय - विश्‍वाचा आकार केवढा, तर ज्याच्या त्याच्या डोक्‍याएवढा!’ विश्‍वाच्या बाबतीत खगोलशास्त्रज्ञांचीही मती कुंठीत होते. जीवसृष्टीची उत्क्रांती झाली, तशी चौदाशे कोटी वर्षांपूर्वी झालेल्या ‘महाविस्फोटा’नंतर विश्‍वाची उत्पत्ती आणि नंतर उत्क्रांती झाली असावी, असं २०१९ चे भौतिकीशास्त्रातील ‘नोबेल’चे मानकरी जेम्स पिबल्स (प्रिन्स्टन युनिव्हर्सिटी, अमेरिका) म्हणतात. महाविस्फोटानंतर सुरवातीच्या चार लाख वर्षांतील घटना अज्ञात आहेत. मग अतितप्त-अतिघन असं विश्‍व पारदर्शी होऊ लागले. हायड्रोजन-हेलियम, फोटॉन्स तयार होऊ लागले. प्रकाश बाहेर पडू लागला. तेव्हापासून विश्‍व सतत प्रसारण पावत आहे. त्याचं तापमान कमी होत चाललेय. 

जागा व्यापणाऱ्या गोष्टीला भौतिकीशास्त्रज्ञ वस्तुमान (मॅटर) म्हणतात. महाविस्फोटातील प्रारणाच्या तापमानावरून एकूण वस्तुमान किती असेल त्याचा अंदाज प्रो. पिबल्स यांनी व्यक्त केला. विश्‍वातील फक्त पाच टक्के वस्तुमानात ग्रह-तारे, आपण सारे आणि सर्वसृष्टीदेखील व्यापली गेली आहे.

तथापि उरलेले ९५ टक्के अज्ञात वस्तुमान डार्क मॅटर  (२६ टक्के), डार्क एनर्जी (६९ टक्के) यांनी व्यापले गेलेय. या ‘कृष्ण-ऊर्जेचे/वस्तुमाना’चे संशोधन भौतिकीशास्त्रज्ञांना सतत खुणावतेय. प्रो. पिबल्स गेली ५० वर्षे सैद्धांतिक भौतिकीशास्त्राच्या आधारे फक्त शरदाच्या चांदण्यात न रमता महाकाय तेजोमेघांमध्ये आणि अब्जावधी तारांगणांमध्ये विहार करून संशोधन करीत आहेत. त्यांची ‘प्रयोगशाळा’ही विश्‍वासारखी विस्तीर्ण होतीय.

त्यांच्या योगदानामुळे भौतिकीशास्त्राचे प्रांगण समृद्ध झालेय. ‘विश्‍वातील सर्वांत मोठे गूढ म्हणजे ते आपल्याला आकलनीय आहे’- असे अल्बर्ट आइन्स्टाइन यांनी म्हटले होते. या वाक्‍याचे ‘आकलन’ आता जगाला  प्रो. पिबल्स यांच्या संशोधनामुळे होत आहे.

आपल्या सूर्याला ‘गृह-मंडला’ची दिव्यसभा लाभली आहे खरी, पण मनात एक विचार येतो, की गगनी उगवणाऱ्या प्रत्येक ताऱ्याला असे ग्रह-उपग्रह असतील का? वगैरे! युनिव्हर्सिटी ऑफ जीनिव्हा (स्वित्झर्लंड) मधील, या वर्षी नोबेल मानकरी झालेल्या डॉ. मिशेल मेयर आणि डिडीअर क्‍युलोझ यांनी ५० प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या आपल्या सूर्यासारख्या एका ताऱ्यावर एक वायुमय ग्रह (एक्‍झो-प्लॅनेट) असल्याचे जाहीर केले. तो त्या सूर्याभोवती चार दिवसांत प्रदक्षिणा पूर्ण करतो. ग्रहाचा आकार आपल्या गुरू ग्रहाएवढा आहे.

त्यावरील तापमान एक हजार अंश सेल्सिअस आहे. ताऱ्याभोवतालचे ग्रह त्यांच्या गुरुत्वाकर्षणाचा प्रभाव त्या ताऱ्यावर दर्शवतात. ‘डॉपलर’ परिणामामुळे वेगात हलणाऱ्या ग्रह-ताऱ्याकडून येणाऱ्या प्रकाशाचा रंग बदलतो. याचा उपयोग करून ‘रेडियल व्हेलॉसिटी’ तंत्र विकसित झाले. यामुळे अन्य सौरमालांमध्ये आकार, प्रदक्षिणामार्ग आणि विलक्षण गुणधर्म असणाऱ्या चार हजार ग्रहांचा शोध (वेध) घेता आला आहे. 

रसायनशास्त्र - मोबाईलसाठी भ्रमणध्वनी असा मराठी शब्द वापरला जातो. तथापि, सध्याच्या काळात हे उपकरण दूरध्वनीसह अनेक कामांसाठी हाताशी बाळगावे लागते. त्याची सेवा अहोरात्र मिळवण्यासाठी सर्वांत महत्त्वाची बाब कोणती असेल तर तो सतत ‘चार्ज्ड’ असला पाहिजे. बॅटरी चार्जिंगचे सर्वत्र वाढलेय. ‘इन्व्हर्टर’, लॅपटॉप किंवा वाहने बॅटरीवरती चालावीत म्हणून शास्त्रज्ञ-तंत्रज्ञ दीर्घकाळ पुरेशी वीज पुरवणाऱ्या ‘विद्युतघटा’च्या जडण-घडणीविषयक संशोधन करीत असतात. पण यात सर्वांत जास्त चिकाटीने कार्य करणारे शास्त्रज्ञ प्रो. जॉन गुडइनफ (युनिव्हर्सिटी ऑफ टेक्‍सास, ऑस्टिन, अमेरिका) आहेत. त्यांचे वय ९७ असल्यामुळे आतापर्यंत ज्यांनी ‘नोबेल’ मिळवले आहे, त्यांच्यातील सर्वांत वयस्कर म्हणून त्यांचा उल्लेख करावा लागेल.. रिचार्जेबल (पुनर्भारित) बॅटरीसाठी लिथियमचा उपयोग करणारे स्टॅन्ली व्हिटीनघम (ब्रिघामटन युनिव्हर्सिटी, न्यूयॉर्क) आणि अकिरा योशिनो (मायजो युनिव्हर्सिटी, नागोया, जपान) या दोघांनाही रसायनशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार जाहीर झाला आहे. या तिघांनी ‘वायरलेस इलेक्‍ट्रॉनिक्‍स’ क्षेत्रात लिथियमवरती सखोल आणि क्रांतिकारी संशोधन केले आहे.  

रिचार्जेबल बॅटरी तयार करण्यासाठी लिथियम धातूचा वापर केला जातो. महाविस्फोटानंतर प्रथम हायड्रोजन, हेलियम आणि लिथियम हे धातू तयार झाले. तेराशे कोटी वर्षांपूर्वीच्या लिथियम अणूमध्ये तीन इलेक्‍ट्रॉन्स आहेत. हे मूलद्रव्य अत्यंत अस्थिर आहे. तेलात ठेवले तर टिकते. हा धातू मऊ असल्याने लोणी कापायच्या सुरीने कापता येतो. या मूलद्रव्याची वाजवीपेक्षा जास्त असलेली क्रियाशीलता हा गुण आहे आणि अवगुणदेखील आहे! या अणूच्या बाह्यकक्षेत फक्त एक इलेक्‍ट्रॉन असून, तो बाजूच्या अणूबरोबर तत्काळ सामावून घेण्यासाठी क्रियाशील होतो. जॉन गुडइनफ यांनी लिथियम बॅटरी अधिक टिकावू आणि कार्यक्षम करण्याचे यशस्वी प्रयोग १९८०मध्ये केले. तिन्ही ‘नोबेल’ मानकऱ्यांनी सौरऊर्जा आणि पवनऊर्जा वापरून लिथियम बॅटरी चार्ज करण्यासाठी बरेच प्रयोग केले. धातू वापरण्याऐवजी लिथियमचे क्षार वापरले. पुनर्भारित बॅटरी पर्यावरण-अनुकूल व्हावी म्हणून कोबाल्ट ऑक्‍साइड आणि आयर्न फॉस्फेटचा उपयोग केला. अकिरा योशिनो यांनी ‘स्फोट’ होऊ नये म्हणून बॅटरीच्या सुरक्षिततेकडे लक्ष पुरविले. स्टॅन्ली यांनी बॅटरीत ॲल्युमिनियमचा उपयोग करून व्यावसायिक ‘स्केलिंग अप’ केलं. या सगळ्या प्रयत्नांमुळे खनिज तेलावर अवलंबून असलेली बांधीलकी ढिली होत आहे. साहजिकच या वर्षीचे विज्ञानातील तिन्ही नोबेल पुरस्कार लोकोपयोगी झाले आहेत, यात शंका नाही!