Bu yıl Kimya Nobeli yüzlerce yıldır kullandığımız mikroskobu tek tek molekülleri gösterebilecek kadar güçlendiren 3 bilim insanına verildi. Bu buluş, hücrelerimizin çalışmasını daha iyi anlamamızı sağlayacak, hastalıklarla mücadelemizi kolaylaştıracak
Yeryüzünde biri insan gözünün gördüğü, diğeri göremeyeceğimiz kadar küçük iki dünya var desek yanlış olmaz. Dörtyüz yıl öncesine kadar görünmez dünyanın var olduğu bile bilinmiyordu. Gözle görünmeyen cisimlerin ve mikroskopik denilen yaratıkların keşfedilmesine yol açarak bambaşka bir dünyanın farkına varmamızı sağlayan gelişme mikroskopun icadıdır.
Merceğin tarihi eski
İnsanoğlu eski çağlardan beri küçük cisimleri büyüterek incelemek istemiştir. Romalılar iki bin yıl önce camların şekline ve kalınlığına göre farklı özellikleri olduğunu keşfettiler. Daha sonra ortası kalın, kenarları ince olan camların öte tarafındaki cisimleri olduğundan daha büyük gösterdiğini şaşırarak gördüler. Milattan sonra ilk yüzyılda ünlü Romalı filozof Seneka bir yazısında “Harfler çok küçükse cam tutarak okuyun” tavsiyesinde bulundu. O devirde bir merceği büyüteç olarak kullanmış olduğu anlaşılıyor. Merceğin varlığı bilinse de insanlığın hizmetine sunulması için bin yıldan uzun bir süre geçmesi gerekti. 13’üncü yüzyılda İtalya’da gözlük yapımı başlayana kadar mercek yaygın olarak kullanılmadı.
1- Ünlü fizikçi İbn-i Heysem
Bir eski Irak Dinarı üstünde resmi görülen İbn-i Heysem 965’te Basra’da doğdu. Uzun yıllar Mısır’da daha sonra Endülüs’de çalıştı. Optik, astronomi, fizik, geometri, felsefe konularında birçok eseri vardır.
Optik alanındaki gelişmeler Avrupalı bilim insanlarına atfedilse de, 10 ve 11. Yüzyıl’da yaşamış Arap bilim insanlarının optik biliminin gelişmesine büyük katkıları olmuştur. Bu alimlerin başında Basralı İbni-Heysem gelir. Batılıların ‘Alhazen’ dedikleri bilim adamı 11’inci yüzyılın başında yazdığı ‘Kitab ül-Menazir’ adlı eserinde, mercekleri ve aynaları kullanarak ışığın yansıması, kırılması ve odaklanması konularında yaptığı deneyleri anlatır. Avrupa’da rönesanstan sonra çalışmaları yoğunlaşan bilim insanları İbn-i Heysem’in fizik alanındaki buluşlarından çok yararlanmışlardır.
2- İlk mikroskop
Yukarıda görülen ilk mikroskop farklı özellikleri olan merceklerin ard arda yerleştirildiği, iç içe geçen 3 borudan ibaretti. İncelenen cismi 10 kat büyütebilen bu ilk optik mikroskop yüzyıllar için de geliştirildiyse de temel özellikleri 20’inci yüzyılın ortasında kullanılan mikroskoptan (yanda) çok farklı değildi. Daha sonra mikroskobi alanında büyük gelişmeler kaydedildi.
Rönesans ile uyanan Avrupa’da İbn-i Heysem gibi bilim insanlarının buluşlarına dayanarak gözlük yapmak mümkün oldu. Gözlük yapan ustalar optik alanında edindikleri tecrübeleri kullanarak mikroskobu geliştirdi. İlk mikroskop Hollanda ve Almanya’da 16’ncı yüzyılın sonunda imal edildi. Güneş dünyanın etrafında değil, dünya güneşin etrafında dönüyor diyen ünlü Galile, teleskobun yanı sıra mikroskopla da ilgilendi. Kendi adıyla anılan bir mikroskop imal etti.
Işığın merceklerden ve aynalardan geçirilerek cisimleri olduklarından çok daha büyük gösteren mikroskoba optik mikroskop deniyor. Yirminci yüzyılın ikinci yarısında sağlanan gelişmeler giderek daha küçük cisimlerin görüntülenmesini sağladı. Lakin, optik mikroskobun, ışığın dalga boyuna bağlı olarak aşamayacağı bir çözünürlük sınırının olduğu biliniyordu.
3- Yeni mikroskoplar
Optik mikroskobun gelip dayandığı sınırı aşmak için ışık yerine incelenen cisimden saçılan elektronların kullanıldığı mikroskoplar geliştirildi. Bu aletlerle nanometre düzeyinde cisimler görünür hale getirildiyse de bu teknolojiyi kullanmak için canlı hücrelerin öldürülüp özel olarak hazırlanması gerekiyordu.
Canlı hücreyi mikroskopta iyice büyütüp inceleyebilmek için istenen cisimleri özel bir boyayla işaretleme yöntemi geliştirildi.
Amaç tüm hücreyi boyamak değildi. Hücre içindeki molekülleri boyayıp nerede olduklarını ve hareketini saptamaktı hedeflenen. Bunun için hücrenin içine girip istenen moleküllere bağlanan özel maddeler üretildi. Üzerlerine tutulan belli dalga boyundaki lazeri emip çeşitli renklerde ışıldayan maddelerdi bunlar.
Bu yöntem çok başarılı oldu. Ama optik mikroskobun sınırlılığı yine engel oluşturdu. Boyanan maddeleri, örneğin molekülleri ve proteinleri tek tek görmek mümkün olmuyordu. Bir mikroskobi uzmanın yaptığı benzetmedeki gibi, birçok karıncanın bulunduğu bir topluluk diğer cins karıncalardan ayrılabiliyordu ama tek tek karıncaları görmek mümkün olmuyordu. Çünkü optik mikroskop moleküller arasında 200 nanometrelik bir mesafe yoksa iki ayrı cismi birbirinden ayırd edemiyordu.
Gerçi 200 nanometre oldukça küçük bir mesafe. Bir saç teli bu mesafenin 500 katı. Ama hücrelerin işleyişinin temel taşı olan moleküllerin çoğunun boyu birkaç nanometreyi geçmiyor.
Kimya Nobeli 3 optikçiye
2014 kimya Nobel öldülü, optik mikroskopun aşılamaz denilen sınırını aşarak nanometre düzeyinde görüntüleme yapılmasını sağlayan üç bilim adamına verildi. Mikroskobi alanında devrim denebilecek bu buluşlar, molekül düzeyinde görüntülemeyi mümkün kılarak canlı bir hücrede daha önce görmediğimiz ayrıntıları görebilmemizi sağladı. Nobel’e layık görülen bilim adamları buluşlarıyla, aşılması mümkün olmayan fizik kanunlarının etrafından dolanmanın mümkün olduğunu gösterdiler.
Elliiki yaşındaki Romanya doğumlu bir Alman vatandaşı olan Stefan Hell, Almanya’daki ünlü Max Planck Enstitüsü’nde çalışıyor. Kısaca İngilizce adının baş harflerinden oluşan STED olarak bilinen yüksek çözünülürlüklü mikroskopun temelini oluşturan kavramı bundan 20 yıl önce bulmuş. Yeni yöntemde bir lazer yerine iki lazer kullanarak başarıya ulaşmış.
Bir hücreye odaklanmış olan mikroskopdan çıkan lazer ışını, üstüne düştüğü alanda özel maddelerle işaretlenmiş molekülleri uyararak ışıldatır. Mikroskoptan yollanan daha geniş ve farklı karakterli olan başka bir lazer hüzmesinin görevi ışıldamaları söndürmektir. Sadece bir veya birkaç nanometrelik bir alan dışındaki her şeyi söndüren ikinci lazer, geriye aydınlanmış çok küçük bir alan bırakır. Bu işlem binlerce kere tekrar edilip hücrenin her yanı tarandığında, ortaya çözünürlülüğü birkaç nanometre olan bir resim çıkar. Nobel komitesi başkanının deyişiyle eskiden bir karınca yığınını görürken şimdi karıncaları hatta bir karıncanın bacağını görmek mümkün oldu.
Aynı hedefe başka yoldan ulaştılar
Nobel ödülünü kazanan diğer iki bilim insanı da optik mikroskobun sınırını aşma hedefine başka bir yol izleyerek ulaştılar. Nanometre düzeyinde görüntü sağlayan bir diğer mikroskop yöntemi geliştirdiler.
ABD’de California Üniversitesi’nin San Diego yerleşkesinde çalışan W. Moerner, inceleyeceği hücreye çok az miktarda boya verip çok zayıf bir lazerle kısa bir uyarı gönderirse bir birine çok yakın olmayan birkaç molekülü görüntüleyebileceğini keşfetti. Bu buluştan yıllar sonra Eric Betzig adlı 54 yaşındaki Amerikalı bilim adamı bu yöntemi geliştirdi. Her seferinde farklı birkaç molekülün resmini çekti. Sonra bilgisayar yardımıyla bu fotoğrafları üst üste koyarak tek bir resim elde etti.
Böylece gerçekte birbirine sadece birkaç nanometre uzakta olan molekülleri önce ayrı ayrı resimleyip sonra bir araya getirerek müthiş ayrıntılı bir fotoğraf elde etmeyi başardı.
6- Yepyeni ufuklar açıldı
Nobel ödülü alan bilim insanlarının geliştirdiği yöntemlerle çekilen bu resimde, bir kanser hücresinin büyümek için nasıl çoğaldığı görülüyor. Hücre kromozomlarını ikiye bölerek üremesini başlatıyor.
Kaynak Betzig laboratuvarı.
Hücrelerimiz işlevlerini ürettikleri küçük protein molekülleri aracılığıyla gerçekleştirirler. Birbirleriyle haberleşmeleri, karşılaştıkları olumlu veya olumsuz bir duruma karşı tepkilerini zincirleme bir protein reaksiyonuyla oluştururlar. Bu yıl Nobel ödülü alan bilim insanlarının buluşları sayesinde canlı hücrelerin içindeki molekülleri görmemiz, hareketlerini izlememiz mümkün olacak. Böylece kanser gibi
birçok hastalığı daha iyi anlamamız ve onlarla mücadelede başarı kazanmamız kolaylaşacak.