Upplýsingar sem myndir

„Ein mynd segir meira en þúsund orð“ er stundum haft að viðkvæði. Hvort að það á alltaf við má efast um en það sem ekki er hægt að efast um er hæfileiki manna til að sjá og greina myndir. Sumpart virðumst við eiga miklu betur með það en að greina texta.

Stundum er augljóslega betra að miðla upplýsingum sem myndum eða blöndu mynda og texta. Á það sérstaklega við þegar menn vilja skapa hughrif, samanburð eða tilfinningu fyrir stærðum.


Vitrúvíu-maðurinn

Stundum verður það að markmiði að geta hreinlega gert mynd af einhverju fyrirbæri. Þannig reyndu menn lengi í lok miðalda og á endurreisnartímanum að sanna að mannslíkaminn gæti verið fullkominn og að hægt væri að teikna hann þannig upp að hann passaði inn í hring, ferning eða önnur stærðfræðileg form (sem mönnum fannst einhvernveginn sanna fullkomnunina).

Rökhugsunin að baki þessum tilraunum er eitthvað á þá leið að með því að láta fyriræri í náttúrunni passa við stærðfræðileg hugtök (eins og flatarmálsmyndir) þá verði náttúrufyrirbærin örlítið fulkomnari enda sé stærðfræðin fullkomin. 

Og vissulega er náttúran full af stærðfræðilegum fyrirbærum. Og stór hluti eðlilsfræðinnar hefur alltaf, bæði hjá Newton, Einstein og öðrum, snúist um að túlka náttúruna yfir á tungumál stærðfræðinnar – og leyfa svo stærfræðireglum að leiða ýmislegt magnað í ljós.


Því þrátt fyrir allt er auðveldara fyrir okkur að skilja stærfræði en heiminn. Alveg eins og það er auðveldara fyrir okkur að skilja hugtök eða myndir – en að skilja náttúruna sjálfa.

Stundum koma fram slíkir yfirburðamenn og snillingar að þeir geta einir brotist gegnum veggi sem menn hafa árum og jafnvel öldum saman reynt að komast yfir eða framhjá. Leónardó da Vinci er einn þeirra. Hann sá, eins og aðrir, að allar tilraunir til að teikna upp mannslíkama í tengslum við einföld stærðfræðileg form höfðu mistekist. Allir líkamar sem teiknaðir voru þannig að þeir pössuðu á formin litu óeðlilega út og voru greinilega í röngum hlutföllum. Og allir líkamar sem litu eðlilega út voru tengdir við stærfræðiform sem ekki voru nákvæm eða regluleg.


Honum tókst að teikna eðlilegan líkama innan í hring og ferning. Myndin er í dag þekkt sem Vitrúvíumaðurinn og lítur svona út:

Myndin er varðveitt í Feneyjum og þótt hægt sé að sjá mjög fullkomnar ljósmyndir af henni þá er alveg magnað að sjá handritið sjálft. Því á því eru ummerki Leónadós sjálfs. T.d. stungufar eftir hringfarann sem hann notaði til að teikna hringinn. Og ef hringurinn er skoðaður nákvæmlea sér maður að hann er gerður úr mörgum stuttum strikum. 

Sá sem gaumgæfir myndina tekur eftir því að lausn Leónardós er að láta hringinn og ferninginn ekki hafa sömu miðju. Miðja ferningsins er örlítið neðar en hringsins. Og ef enn betur er að gáð þá sást strik hér og þar um líkamann – enda hafði Leónardó skipt mannslíkamanum upp í einingar. Hann hafði reynt að skrá „fullkominn“ líkama upp sem röð af stærðfræðilegum hlutföllum.

Flórens Nightengale

Það eru ekki margir áratugir síðan flestir Íslendingar þekktu nafn Flórensar Nightengale. Hún var einnig kölluð „konan með lampann“.

Þótt hún væri bresk var hún fædd inn í efnaða fjölskyldu á þeim tíma sem foreldrar hennar bjuggu í Flórens á Ítalíu. En Flórens má segja að hafi verið höfuðborg Endurreisnartímans – og þar nærri fæddist t.d. Leónardó da Vinci.

Flórens Nightengale er konan sem segja má að hafi gerbreytt hjúkrunarfræðum. Það er líklega engin ein manneskja sem hefur breytt aðbúnaði og meðhöndlun sjúklinga meira. Hún gerði líka byltingu í menntunarmálum hjúkrunarfræðinga.

Viðurnefnið, konan með lampann, fékk hún af því að þegar dimmt var orðið gekk hún á milli slasaðra með lampa og sinnti þeim.

Á þessum tíma var engin skortur á slösuðum. Hún fæddist 1820 og dó 1910 og á þeim tíma stóð breska heimsveldið í linnulitlum styrjöldum og sölsaði undir sig stækkandi hluta heimsins. Það var í Krímstríðinu (þar sem Bretar, Frakkar og Tyrkir börðust við Rússa) að hún kom sér rækilega á spjöld sögunnar. En það sem færri vita er að hún var líka frumkvöðull í tölfræði og því að miðla upplýsingum sem myndum.


Þannig var að henni fannst yfirstjórn hersins ekki skilja mikilvægi hjúkrunar í stríðinu. Öll áherslan var á vopn og bardaga. En hún vissi að stærsti hluti þeirra sem dóu í stríðinu dóu alls ekki í bardögum – heldur í sjúkrarúmum, og gjarnan af einhverjum sjúkdómum eða sýkingum sem vel hefði mátt koma í veg fyrir. Lengi vel reyndi hún að sannfæra menn um að hægt væri að minnka mannfall verulega með bættri hjúkrun en það var ekki fyrr en hún teiknaði þessa mynd að hreyfing komst á málin:

Hér er ögn skýrari mynd:

Það sem Flórens hafði gert var að gerbreyta sjúkrastofunum þegar hún kom á vettvang. Í stað þess að láta illa þjálfað hjúkrunarfólk sinna mönnum í óþrifnaði og þrengslum tók hún upp nýja og betri starfshætti – og þegar yfirmenn hennar voru tregir til að viðurkenna þörfina á nýjum aðferðum sótti hún bækurnar sínar (en í þær skráði hún nákvæmlega öll dauðsföll og aðrar mikilvægar upplýsingar)  og teiknaði þessa mynd hér að ofan.

Hver sneið táknar einn mánuð í stríðinu og þá sem dóu þann mánuð. Rauði hlutinn eru þeir sem dóu í orrustu, svarti hlutinn þeir sem dóu af ýmsum öðrum orsökum en blái hlutinn eru þeir sem dóu úr sjúkdómum og sýkingum. Það má sjá að frá því í júlí 1854 til mars 1855 var mannskaðinn gríðarlegur. 

Minni myndin táknar tímabilið frá apríl 1855 til mars árið eftir. Þá hafði Flórens breytt vinnubrögðum og munurinn er augljós. Miklu færri dóu og sérstaklega fækkaði þeim sem dóu af ástæðum sem hægt var að fyrirbyggja.

Það var þessi eina mynd sem breytti gangi heimssögunnar og öllum hugmyndum um stríðsrekstur og hjúkrun. 

DNA

Væntanlega munu allir sem lesa þetta deyja einn góðan veðurdag. Þá hætta menn að vera lifandi verur og breytast í haug af efnum. Efnum eins og vatni, fitu og ýmsum flóknum sameindum. Smám saman munu þessi efni brotna niður í frumefni sín, vetni, kolefni, fosfór og fleira.

Ein seigasta ráðgáta vísindanna var hver væri munurinn á lifandi efni og dauðu. Við köllum öll efni sem innihalda kolefni lífræn efni en það þýðir að sjálfsögðu ekki að blýanturinn þinn sé lifandi eða demantur á fingri konu. Það þýðir ósköp einfaldlega það að hingað til höfum við ekki fundið örugg merki um líf sem ekki hefur byggst upp af kolefni.

En þú ert jafn mikið kolefni hvort sem þú ert lifandi eða dauður. Hver er þá munurinn á lifandi veru og dauðri?

Svarið við þessari spurningu er flóknara en það virðist. Á hverju augabliki eru stórir partar af þér að deyja – og nýir að koma í staðinn. Okkur hefur þótt best að líta sem svo á að lífverur séu fyrst og fremst byggðar upp af fjöldanum öllum af frumum. Og það má færa sannfærandi rök fyrir því að einstaklingar séu ekki til frekar en t.d. stórborgir. New York er ekkert eitt. Hún er samansafn milljóna manna og þess dóts sem þeir safna kringum sig. Á sama hátt ert þú samansafn trilljóna frumna, sem hver og ein hefur ekki hugmynd um að hún tilheyri þér. Enda verða margar þeirra eftir hvar sem þú kemur. Á koddanum þínu, í fötunum og á skólaborðinu. Í hvert sinn sem þú færir þig úr stað verða eftir frumur, sumar dauðar en aðrar lifandi. Þær sem eru lifandi deyja svo úr hungri – nema einhver bjargi þeim. En geri einhver það geta þær lifað fullkomlega góðu lífi án þín.

Þú hefur margar mismunandi gerðir af frumum. Sumar eru stórar, aðrar litlar. Þær hópa sig saman og vinna ákveðin verk. Margar frumur sem vinna svipuð verk kallast vefur og vefir raðast saman í líffæri. Líffæri mynda líffærakerfi og líffærakerfi raðast saman í lífverur.

Og þrátt fyrir allt byrjaðir þú sem ein stök fruma. Fruma sem varð til þegar egg og sæði runnu saman í eitt (okfruma). Hvernig gat ein fruma orðið að trilljónum, að því er virðist, ólíkra frumna?

Það má líkja þessu við tónlist. Segjum sem svo að ekki-svo-gáfuð-lífvera kíki inn í herbergi og sjái þar mann sitja við píanó og spila jass. Lífveran fer svo fram og heyrir að lagið breytist. Nú er verið að spila blús. Hún rýkur inn aftur til að sjá hvað hefur breyst en sér allt það sama og áður, allt er eins nema að píanóleikarinn hreyfir sig hugsanlega aðeins öðruvísi. Skyndilega breytist tónlistin í rokk. Veran er furðulostinn. Hvernig getur ein hlutur breyst svona mikið?

Auðvitað hefur hluturinn ekki breyst. Hæfileikinn til að spila rokk, jass og blús – og ógrynni annarra tónlistartegunda – er innbyggður í píanóið og píanóleikarann. Það eina sem breytist eru hvaða nótur eru spilaðar og í hvaða röð.

Hið sama gildir um frumur. Hver einasta fruma hefur sitt „nótnaborð“ í kjarna sínum. Það, í hvaða röð spilað er á það, ræður því hvort fruman er vöðvafruma, heilafruma eða eitthvað allt annað.

Og menn hafa lengi grunað litninga um að vera píanó frumunar. En litningar eru lítil x-laga fyrirbæri sem virðast vera föst inni í kjarna frumunnar. Ef litningur er tekinn í sundur kemur í ljós að hann geymir einhverskonar nótur en bara fjórar mismunandi tegundir.

Og þetta tvennt þótti dularfullt.

Hvernig gátu nóturnar í litningunum haft áhrif á frumuna ef þær voru fastar í kjarna hennar og öll vinna frumunnar fór fram fyrir utan kjarnan?

Og hvernig var hægt að skapa flókna lífveru úr aðeins fjórum mismunandi „nótum“?

Lausnin reyndist lymskuleg og ákveðin atriði hennar eru okkur innblástur á tækniöld. Það kom í ljós að litningarnir áttu það til að fletta sjálfum sér í sundur og grípa svífandi stakar nótur og raða upp í stuttar keðjur. Og þessar stuttu keðjur gátu komist út úr kjarnanum og unnið verkin þar.

Það kom líka í ljós að þótt nóturnar væru fáar (aðeins fjórar) þá var ofsalega mikið af þeim. Margir metrar í hverri frumu. Það var svo með uppgötvun tölvunnar og stafrænnar tækni að menn skildu loks að það þarf ekki margar nótur eða bókstafi til að geyma upplýsingar – ef maður hefur nóg pláss. Öll stafræn tækni byggir t.d. á tveim stöfum. 1 og 0. Allir geisladiskar, allar ljósmyndir, allar bíómyndir er nú búið að þýða yfir á raðir af 0 og 1. Það kann að hljóma lygilegt en þannig er það nú samt. Og allar aðrar tölur má gera úr 1 og 0.

Talan einn er 1, talan tveir er 10, talan þrír er 11. Talan 2011 er 11111011011.

Við skoðum það betur seinna.

En snúum okkur nú að þriðju myndinni. Myndinni af DNA.

Menn höfðu lengi vitað gróflega hvernig DNA virkaði, hvar það væri og úr hverju – en menn vissu ekki hvernig það leit út eða virkaði í smáatriðum. Þetta var svipað og að hafa risastórt púsl sem maður þurfti að raða saman en hafði ekki hugmynd um hvernig.

James D. Watson

Francis Crick

Það voru félagarnir James D. Watson og Francis Crick sem leystu þrautina. Þeir áttuðu sig á því hvernig DNA passaði saman og myndaði litninga. Og fyrir það fengu þeir Nóbelsverðlaun í læknisfræði árið 1962.

En til að leysa þrautina nutu þeir aðstoðar, t.a.m. tveggja kvenna: Odile Crick (sem var eiginkona Francis) og Rosalind Franklin (sem hafði ekki hugmynd um að hún væri að hjálpa þeim).

Odile Crick stýrir ferðinni

Rósalind Franklin: konan sem átti að fá Nobelinn?

Það er nauðsynlegt að kynna einn þátttakanda enn til sögunnar í kapphlaupinu að uppgötvun DNA, en það var Maurice Wilkins, Nýsjálendingur sem reyndist vera púslið sem Watson og Crick vantaði.

Maurice Wilkins

Nú er vert að hafa í huga að á þessum tíma (og kannski enn) fóru þeir lengst í námi sem höfðu mesta hæfileika á afmörkuðu sviði. Þetta leiddi m.a. til þess að margir af þeim sem unnu í háskólunum voru...tja...sérstakir. Höfðu mikla hæfileika á einu sviði en skorti jafnvel alveg á öðrum sviðum. Háskólar snérust mikið til um gáfur og gáfumenni – og þegar maður blandar því saman við djúpa karlrembu og aldalanga sögu þess að nokkuð undarlegir karlar stýrðu ferðinni þá er maður búinn að mála mynd af samfélagi sem er kannski ekki alveg til fyrirmyndar að öllu leyti.

Fyrsta ber að nefna Rósalind Franklin. Um það verður ekki deilt að hún var nokkuð undarleg. Henni kom illa saman við karlana sem hún vann með, setti jafnvel undarlegar tilkynningar upp á veggi og faldi fyrir þeim rannsóknir sínar. James D. Watsons hefur nýlega komið fram (hann er enn á lífi þegar þetta er skrifað) og fullyrt að líklega hafi Rósalind haft Aspergers heilkenni (sem er væg útgáfa einhverfu).  Við skulum láta fólki eftir að mynda sér skoðun á því – en staðreyndin er sú að karlarnir þrír sem hér eru til umfjöllunar og háskólinn komu gjarnan fram við hana af mikilli lítilsvirðingu og kvenfyrirlitningu. Watson hefur sérstaklega verið sakaður um að hafa gert allt sem í sínu valdi stendur til að rægja og gera lítið úr henni. Hann skrifaði m.a. af ókunnum ástæðum um hana í sögunni af uppgötvun DNA að hún hafi verið alveg einstaklega „ókynþokkafull“ og hafi „ekki einu sinni notað varalit“. Maður getur svo velt því fyrir sér hvað það kemur málinu við.

Crick hefur fyrir löngu viðurkennt að þeir karlarnir hafi komið fram við hana af lítilsvirðingu og það er óumdeilt að háskólinn sjálfur tók þátt í karlrembu, t.d. mátti hún ekki borða í sömu matsölum og þeir – af því hún var kona!

En það sem gerði Rósalind sérstaka var að enginn á jörðinni hafði náð fullkomnari tökum á því að ljósmynda sameindir. Að vísu þurfti að nota röntgengeisla til að taka myndirnar – en enginn, og þar með talinn ameríski vísindamaðurinn Línus Pauling (sem fann upp þessa tækni og allir reiknuðu með að yrði sá sem fyrstur myndi uppgötva byggingu DNA) tók betri myndir.

Á sama tíma voru Watson (sem var amerískt undrabarn sem fór 15 ára í háskóla og varð doktor 22 ára) og Crick (sem var breskur, miklu eldri en Watson og ekki enn orðinn doktor, enda þótti hann sérlega hávær og óþolandi oft á tíðum) að reyna að átta sig á því hvernig öll efnin sem menn vissu að mynduðu litninga og DNA pössuðu saman. Sem var álíka erfitt og að raða saman stórum vasa sem hefur brotnað í milljón parta.

Það var ekki fyrr en dag einn að Wilkins, sem starfaði mikið með Rósalind Franklin þrátt fyrir að þau þyldu illa hvort annað, stalst til að sýna þeim Watson og Crick bestu myndirnar hennar af DNA-sameindum að allt small saman. Út frá myndinni gátu þeir farið og klárað verkið.

Mynd R. Franklin af uppbyggingu DNA

En við skulum hafa eitt alveg á hreinu. Að skilja uppbyggingu DNA út frá mynd Franklins var allt annað en auðvelt og þeir Watson og Crick sýndu mikla snilli. En það þarf ekki að efast um það að án þess að stelast í myndina er allsendis óvíst að þeim hefði tekist þetta nokkru sinni. Frægari vísindamenn en þeir gáfust upp, þ.á.m. Línus Pauling (sem þó vann tvenn Nóbelsverðlaun).

Með klippimyndir og klemmur að vopni settust þeir Watson og Crick niður og púsluðu saman sameindunum sem mynda DNA. Þegar það tókst skruppu þeir saman á pöbbinn og tilkynntu hróðugir að þeir hefðu leyst „leyndarmál lífsins“.

Þá, eins og nú, þarf maður að birta niðurstöður sínar í ritrýndu tímariti til að fá þær samþykktar. Þetta eru fá tímarit með harðsnúinn hóp lesenda sem eru þeir fróðustu um málefni vísindanna. Auk þess eru greinarnar lesnar yfir af sérfræðingum áður en þær fást birtar. Er þetta gert til þess að fremstu hugsuðir heims finni gallana á hugmyndum áður en þær eru samþykktar sem kenningar í vísindum.

Og þegar Watson og Crick gengu frá grein sinni til birtingar í Nature þá ákváðu þeirr að hafa mynd með sem skýrði uppgötvun þeirra betur en textinn. Þeir fengu eiginkonu Cricks til að teikna myndina enda var hún listamaður. Og hér má sjá myndina í upprunalegu greininni:

 

Þeir höfðu ályktað að DNA hlyti að vera tvöfaldur hringstigi. Að minnsta kosti gekk þá allt upp og passaði við athuganir.

Út frá þessari mynd tókst síðan að uppgötva hvernig DNA virkar. Og það var þess vegna að James D Watson, Francis Crick og Maurice Wilkins fengu Nóbelsverðlaunin í læknisfræði árið 1962.

Rósalind Franklin fékk ekki verðlaun – en þykir mörgum það vera eitt stærsta ranglætið í sögu Nóbelsverðlaunanna.

En hún var reyndar þá þegar dáin. Hún fékk krabbamein í eggjastokkana (sem mjög mögulega var vegna vinnu hennar við röntgenggeislana og minnir óhunarlega á örlög mestu vísindakonu sögunnar Marie Curie) og dó úr vandamálum þeim tengdum árið 1958.