शैक्षणिक

ग्रीनलँड हा पृथ्वीवरचा अतिउत्तरेकडचा प्रदेश आहे – उत्तर ध्रुवाजवळचा! या प्रदेशाचा उत्तरेकडचा भाग म्हणजे एक शीत मरुभूमी आहे. अत्यंत कोरडी आणि थंड हवा असणारा हा प्रदेश अगदी वैराण आहे. इथल्या जमिनीतलं पाणी हे सतत गोठलेल्या अवस्थेत असतं. इथल्या अतिप्राचीन काळातील वनस्पतींची आणि प्राण्यांची फारशी माहिती उपलब्ध नाही.

प्रत्येक रासायनिक क्रिया ही वेगवेगळ्या गतीनं घडून येते. काही रासायनिक क्रिया या अल्प कालावधीत घडून येतात, तर काही रासायनिक क्रिया घडून येण्यास दीर्घ कालावधी लागतो. कोणतीही रासायनिक क्रिया उत्पादनासाठी वा अन्य व्यावहारिक कारणांसाठी वापरायची असली, तर ती क्रिया कमी वेळात घडून यायला हवी. रासायनिक क्रियेची गती वाढवण्यासाठी काही विशिष्ट पदार्थांचा वापर केला जातो. या पदार्थांना उत्प्रेरक म्हटलं जातं. हे पदार्थ रासायनिक क्रियेत स्वतः भाग घेऊनही, या रासायनिक क्रियेपासून शेवटी नामानिराळे राहतात. या पदार्थांमुळे रासायनिक क्रियेचा अंतर्गत मार्ग बदलतो. हा नवा मार्ग जलद असतो. हे पदार्थ मुख्य रासायनिक क्रियेच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात नष्ट होतात, परंतु नंतरच्या टप्प्यात त्यांची पुनर्निर्मिती होते. त्यामुळे या रासायनिक पदार्थांच्या एकूण प्रमाणात बदल न होता, त्यांचं प्रमाण स्थिर राहतं व या पदार्थांचा पुनर्वापर करता येतो.

रासायनिक क्रियांची गती वाढवण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या विविध पदार्थांतला एक महत्वाचा पदार्थ म्हणजे प्लॅटिनम धातू. खत उद्योग, पेट्रोकेमिकल उद्योग, वाहन उद्योग, अशा अनेक उद्योगधंद्यांत प्लॅटिनमचा उत्प्रेरक म्हणून वापर केला जातो. सर्वसाधारणपणे, या प्लॅटिनमयुक्त उत्प्रेरकाची निर्मिती ही प्लॅटिनम धातू कार्बनमध्ये विशिष्ट क्रियेद्वारे मिसळून केली जाते. घन स्वरूपातल्या या उत्प्रेरकातलं प्लॅटिनमचं प्रमाण दहा टक्के इतकं ठेवलं जातं. प्लॅटिनम हा धातू दुर्मिळ असल्यानं, तो महाग आहे. त्यामुळे दहा टक्के प्लॅटिनम असणारा हा उत्प्रेरकसुद्धा महागडा ठरतो. या कारणास्तव, उत्प्रेरकावर संशोधन करणाऱ्या संशोधकांनी उत्प्रेरकातील प्लॅटिनमचं प्रमाण कमी कसं करता येईल, यावर आपलं लक्ष केंद्रित केलं आहे. आणि संशोधकांना आता यात लक्षणीय यशही लाभलं आहे! ऑस्ट्रेलिआतील युनिव्हर्सिटी ऑफ न्यू साऊथ वेल्स या विद्यापीठातील अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांचं हे संशोधन ‘नेचर केमिस्ट्री’ या शोधपत्रिकेत प्रसिद्ध झालं आहे. अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी तयार केलेल्या उत्प्रेरकातलं प्लॅटिनमचं प्रमाण कार्बनवर आधारलेल्या प्लॅटिनमयुक्त उत्प्रेरकाच्या तुलनेत अत्यल्प आहे.

अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी आपल्या या वैशिष्ट्यपूर्ण उत्प्रेरकात कार्बनऐवजी गॅलिअम या धातूचा वापर केला आहे. गॅलिअम धातू अवघ्या तीस अंश सेल्सिअस तापमानाला वितळतो. तसंच या वितळलेल्या गॅलिअममध्ये इतर अनेक धातू सहजपणे विरघळतात. गॅलिअमच्या या गुणधर्मांचा फायदा या संशोधनात घेतला गेला आहे. वितळलेल्या गॅलिअममध्ये या संशोधकांनी प्लॅटिनम धातू निव्वळ विरघळवला आहे. म्हणजे एका अर्थी, हा उत्प्रेरक म्हणजे ‘द्रवरूप’ प्लॅटिनम आहे. प्लॅटिनमचं हे द्रावण एकजिनसी होण्यासाठी तीनशे अंश सेल्सिअस तापमान पुरेसं ठरतं. या द्रावणात वापरलेलं प्लॅटिनमचं प्रमाण फक्त ०.०००१ टक्का इतकंच आहे.

या द्रवरूप उत्प्रेरकाची कार्यक्षमता समजण्यासाठी, अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी हा उत्प्रेरक वापरून काही संयुगांचं ऑक्सिडिकरण, तर काही संयुगांचं क्षपण करून पाहिलं. अवघा ०.०००१ टक्का प्लॅटिनम असलेला हा उत्प्रेरकही त्यांना, कार्बन वापरून तयार केलेल्या प्लॅटिनमयुक्त उत्प्रेरकाच्या तुलनेत एक हजारपट कार्यक्षम असल्याचं आढळलं. त्यामुळे या द्रवरूप उत्प्रेरकाचा वापर केल्यास, रासायनिक क्रिया घडवून आणण्यास फारशा उच्च तापमानाची आवश्यकता भासणार नाही. हा उत्प्रेरक द्रव रूपात वापरला जात असल्यानं, त्याचा आणखी एक फायदा आहे. तो म्हणजे, या उत्प्रेरकाची क्षमता वापरानंतर फारशी बदलणार नाही. घन स्वरूपातील उत्प्रेरकांची क्षमता ही त्यावर जमा होणाऱ्या इतर पदार्थांमुळे काही काळाच्या वापरानंतर कमी होते. हा नवा उत्प्रेरक द्रवरूप असल्यानं, त्याचं सतत अभिसरण होत राहतं. त्यामुळे या उत्प्रेरकावर कोणतेच पदार्थ एका ठिकाणी जमा होत नाहीत. परिणामी, या उत्प्रेरकाच्या क्षमतेत काळानुरूप फारसा फरक पडणार नाही.

अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी या उत्प्रेरकाचा सैद्धांतिक अभ्यास करण्यासाठी रसायनशास्त्रातल्या संगणकीय प्रारूपांचा वापर केला. यात त्यांनी प्लॅटिनम आणि गॅलिअमच्या अणूंची अंतर्गत रचना, आकार, यासारख्या बाबी लक्षात घेतल्या. त्यावरून या संशोधकांनी, या मिश्रणातील प्लॅटिनम आणि गॅलिअमच्या अणूंच्या एकमेकांमधील अंतरांवर आधारलेली त्रिमितीय रचना तपशीलवार अभ्यासली. या अभ्यासातून प्लॅटिनम आणि गॅलिअमच्या अणूंचा, एकमेकांवर होणारा परिणामही समजू शकला. या द्रवातल्या गॅलिअमच्या अणूंनी, प्लॅटिनमच्या अणूंना एकमेकांपासून दूर ठेवलं आहे. संशोधकांच्या दृष्टीनं ही समाधानाची बाब आहे. कारण यामुळे प्लॅटिनमचे अणू हे एकत्र न येता ते सतत विखुरलेल्या अवस्थेत राहतील. या द्रवाचा पृष्ठभाग हा गॅलिअमच्या अणूंपासून बनला असून, प्लॅटिनमचे अणू द्रवाच्या पृष्ठभागापासून दूर राहात असल्याचं या प्रारूपावरून दिसून आलं आहे. याचा अर्थ, हा उत्प्रेरक गॅलिअमच्या अणूंद्वारे रासायनिक क्रिया घडवून आणतो आहे. मात्र गॅलिअमचे अणू स्वतंत्रपणे ही रासायनिक क्रिया घडवून आणू शकत नसल्याचं दिसून येतं. म्हणजे गॅलिअमच्या अणूंना रासायनिक क्रिया घडवून आणण्यासाठी जी चालना मिळते, ती प्लॅटिनमच्या अणूंकडूनच. रासायनिक क्रियांतला गॅलिअमच्या अणूंचा अशा प्रकारचा सहभाग लक्षवेधी आहे.

अरिफूर रहीम यांनी, एक हजारांहून अधिक रासायनिक क्रियांच्या बाबतीत द्रवरूप उत्प्रेरकांचा वापर करता येण्याची शक्यता व्यक्त केली आहे. खुद्द अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी आता सोनं, चांदी, रुथिनिअम, या उत्प्रेरक म्हणून वापरात असलेल्या दुर्मिळ धातूंवर हेच प्रयोग सुरू केले आहेत. नजीकच्या भविष्यकाळात इतर अनेक धातूंवरही असे प्रयोग केले जातील. जर द्रवरूप धातूंचा उत्प्रेरक म्हणून वापर यशस्वी झाला, तर रसायनांच्या निर्मिती प्रक्रियांना वेगळं वळण लागणार आहे. कारण या नव्या उत्प्रेरकामुळे, रसायनांची निर्मिती सोपी आणि कमी खर्चिक होणार आहेच. परंतु त्याचबरोबर अशा प्रकारची निर्मिती ही हरीत रसायनशास्त्राकडची वाटचालही ठरणार आहे.

-- डॉ. राजीव चिटणीस.

छायाचित्र सौजन्य: Dr Md. Arifur Rahim, UNSW Sydney.

सुमारे ४१,००० वर्षांपूर्वी घडून आलेल्या या पृथ्वीवरील चुंबकीय बदलांत, चुंबकीय ध्रुवांची जागा मोठ्या प्रमाणात सरकली होती. तसंच त्यांच्या तीव्रतेतही मोठा बदल झाला होता. चुंबकत्वातील बदलाच्या घटना अधूनमधून घडून येत असल्या तरी, पृथ्वीच्या चुंबकत्वातला या वेळचा बदल खूपच मोठा असल्यानं लक्षवेधी ठरला आहे. या लक्षवेधी घटनेची झलक त्या काळी विषुववृत्तावरील ‘ध्रुवीय’ प्रकाशाद्वारे दिसून आली असल्याचं, आताचं हे संशोधन दर्शवतं.

अ‍ॅमेझॉनच्या जंगलात लपलेली अशी दोन पुरातन शहरं, दक्षिण अमेरिकेतील बोलिविआ या देशात सापडली आहेत. बोलिविआतील मोजोस पठारांच्या परिसरात सापडलेली ही शहरं सहाशे वर्षं जुनी आहेत. या प्राचीन वसाहतींचा शोध लावण्यासाठी लायडर या तंत्रज्ञानाचा उपयोग केला गेला. बॉन येथील ‘जर्मन आर्किऑलॉजिकल इंस्टिट्यूट’ या संस्थेतील हायको प्र्युमर्स आणि त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांचं हे संशोधन ‘नेचर’ या शोधपत्रिकेत अलीकडेच प्रसिद्ध झालं आहे.

शुक्रावर ज्वालामुखी असल्याचे अनेक पुरावे पूर्वीच मिळाले आहेत. परंतु या ज्वालामुखींच्या अलीकडच्या काळातील सक्रियतेचे पुरावे मात्र सापडले नव्हते. त्यामुळे शुक्र हा सध्याच्या काळात भूशास्त्रीयदृष्ट्या निष्क्रिय ग्रह मानला गेला होता. आता मात्र शुक्र निष्क्रिय नव्हे, तर अगदी सक्रिय असल्याचा पुरावा सापडला आहे. हा पुरावा, अलीकडेच शुक्रावर ज्वालामुखीचा एक उद्रेक होऊन गेल्याचं दर्शवतो.

मगर ही चार पायांवर चालते, हे सगळ्यांनाच माहीत आहे. पण, दोन पायांवर चालणाऱ्या मगरी तुम्हाला माहीत आहेत का? अशा मगरी अस्तित्वात होत्या. परंतु अलीकडच्या काळात नव्हे, तर अकरा ते बारा कोटी वर्षांपूर्वी – ज्या काळात डायनोसॉरचं राज्य होतं त्याकाळात.

सन २०२१ची नोबेल पारितोषिकं जाहीर झाली आहेत. यातील शरीरशास्त्र/वैद्यकशास्त्रातील पारितोषिक हे शरीरातील जाणिवांच्या उगमस्थानावरील संशोधनासाठी दिलं जाणार आहे, तर भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक हे गुंतागुंतीच्या रचनांवरील संशोधनासबंधी दिलं जाणार आहे. रसायनशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक हे सेंद्रिय उत्प्रेरकांवरील वैशिष्ट्यपूर्ण संशोधनानिमित्त दिलं जाणार आहे. विविध वैज्ञानिक विषयांतील या वर्षीच्या नोबेल पारितोषिकांमागच्या संशोधनाचा हा थोडक्यात आढावा…

शरीरशास्त्र/वैद्यकशास्त्रः संवेदनांच्या जाणिवांचं उगमस्थान –

एखाद्या पदार्थाला स्पर्श करताच, तो पदार्थ गरम आहे की थंड आहे याची आपल्याला लगेच जाणीव होते. तसंच एखादी वस्तू मऊ आहे की कडक आहे, हे त्या वस्तूवर किंचितसा दाब देताच आपल्या लक्षात येतं. आपल्याला होणाऱ्या संवेदनांच्या या जाणिवा मेंदूपर्यंत पोचवण्यात अर्थातच मज्जापेशींचा सहभाग असतो. या जाणिवा मेंदूपर्यंत विद्युत संदेशांद्वारे पोचवल्या जातात, हे संशोधकांना माहीत आहे. परंतु या जाणिवांच्या निर्मितीचं मूळ कशात आहे, हा महत्त्वाचा मुद्दा बराच काळ अनुत्तरित होता. सन २०२१ सालचं शरीरशास्त्र/वैद्यकशास्त्र या विषयांतलं नोबेल पारितोषिक, या प्रश्नाचं उत्तर शोधणाऱ्या संशोधनासाठी दिलं गेलं आहे. अमेरिकेतल्या कॅलिफोर्निआ विद्यापीठातील डेव्हिड ज्युलिअस आणि अमेरिकेतल्याच हॉवर्ड ह्युजेस मेडिकल इंस्टिट्यूट या संस्थेतील आर्डेम पॅटापाऊशन, हे संशोधक या पारितोषिकाचे मानकरी ठरले आहेत.

संशोधनाचा तपशील:

डेव्हिड ज्युलिअस यांच्या जाणिवांवरील संशोधनाला १९९०च्या दशकात सुरुवात झाली. एखाद्या जास्त गरम वस्तूला स्पर्श झाला की, चटका बसून वेदना होतात. वेदनांची ही जाणीव कशी निर्माण होते, हे जाणण्यासाठी डेव्हिड ज्युलिअस यांनी मिरचीच्या भुकटीचा वापर केला. कारण मिरचीचा तिखटपणा हा उष्णतेची जाणीव निर्माण करतो. मिरचीला तिचा तिखटपणा हा त्यातील कॅप्सेसिन या रसायनामुळे आलेला असतो. डेव्हिड ज्युलिअस यांनी उष्णतेच्या जाणिवेशी संबंधित असणाऱ्या जनुकांचा समावेश असणारे, डीएनएच्या रेणूंचे लक्षावधी तुकडे उंदीर, घुशींच्या मज्जासंस्थेतून वेगळे केले. त्यानंतर उंदरांच्या, ज्या पेशी उष्णतेमुळे उत्तेजित होत नाहीत, अशा पेशींत ते एकएक करून टोचले. कॅप्सेसिनच्या संपर्कात आल्यावर, यातील कोणत्या जनुकांमुळे या पेशींवर परिणाम होतो, याचा त्यांनी चिकाटीनं शोध घेतला. डेव्हिड ज्युलिअस यांच्या या प्रयत्नांना यश येऊन, कॅप्सेसिनचा उंदरांच्या पेशींवर परिणाम घडवणाऱ्या विशिष्ट जनुकाचा शोध लागला.

जनुक हा डीएनएच्या रेणूचा भाग असतो. यातील वेगवेगळ्या जनुकांकडे वेगवेगळ्या जबाबदाऱ्या असतात. काही जनुकांचा, सजीवाच्या एखाद्या अवयवाकडून ठरावीक काम करून घेण्यात सहभाग असतो. यासाठी तो जनुक पेशींकडून विशिष्ट प्रथिनाची निर्मिती करवून घेतो आणि हे प्रथिन त्या जनुकाला अपेक्षित असलेलं काम पार पाडतं. डेव्हिड ज्युलिअस यांनी आपल्या पुढील संशोधनात, या विशिष्ट जनुकाकडून पेशींद्वारे निर्माण केल्या जात असलेल्या प्रथिनाचा शोध घेतला. अखेर डेव्हिड ज्युलिअस यांना, हा जनुक ज्या प्रथिनाची निर्मिती करत होता, ते प्रथिन सापडलं. या प्रथिनाची कॅप्सेसिनबरोबर रासायनिक क्रिया घडून येत होती. कॅप्सेसिनशी संबंध आल्यावर हे प्रथिन सक्रिय होऊन, स्वतःच्या रेणूतून विविध आयनांना पेशीच्या आत शिरकाव करू देतं. आयन हे विद्युत्‌भारित असतात. त्यामुळे आयनांचा हा प्रवास म्हणजेच विद्युत प्रवाहाची वा विद्युत संदेशांची निर्मिती होती.

कॅप्सेसिनमुळे सक्रिय होणारं हे प्रथिन, उच्च तापमानालाही सक्रिय होत असल्याचं डेव्हिड ज्युलिअस यांना दिसून आलं. पेशीतल्या विद्युत प्रवाहाचं प्रत्यक्ष मापन केल्यानंतर, तापमान चाळीस अंश सेल्सियसच्या वर गेल्यास पेशीत विद्युत प्रवाहाची निर्मिती सुरू होत असल्याचं, त्यांना आढळलं. तापमानाची जाणीव करून देणाऱ्या या प्रथिनाला ‘टीआरपीव्ही१’ हे नाव दिलं गेलं. माणसाला होणारी उच्च तापमानाची जाणीव हीसुद्धा याच प्रथिनाद्वारे होत असल्याचं कालांतरानं दिसून आलं. ‘टीआरपीव्ही१’च्या शोधानंतर, वेगवेगळ्या तापमानांना सक्रिय होणाऱ्या इतर प्रथिनांचाही शोध डेव्हिड ज्युलिअस व इतर संशोधकांकडून लावला गेला. यांतील ‘टीआरपीएम८’ हे प्रथिन तर, तापमान ठरावीक पातळीच्या खाली गेलं की सक्रिय होतं.

डेव्हिड ज्युलिअस यांचं संशोधन हे उष्णतेच्या जाणिवेवरचं संशोधन आहे, तर आर्डेम पॅटापाऊशन यांचं, याच काळात केलेलं संशोधन हे दाबाच्या जाणिवेवरच संशोधन आहे. आर्डेम पॅटापाऊशन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी आपल्या संशोधनात दाबाला प्रतिसाद देण्याची शक्यता असणारे, मज्जापेशीतले ७२ जनुक नक्की केले. त्यानंतर उंदराच्या मज्जापेशी घेऊन, त्यातील हे जनुक क्रमाक्रमानं निष्क्रिय केले. प्रत्येक जनुक निष्क्रिय केल्यानंतर, या पेशींवर टोकदार साधनानं दाब देऊन, त्यामुळे त्यांच्यात निर्माण होणारा विद्युत प्रवाह मोजला. एका विशिष्ट जनुकाला निष्क्रिय केल्यानंतर मात्र, दाबामुळे निर्माण होणाऱ्या या विद्युत प्रवाहाची निर्मिती थांबली. कारण, दाबाला मिळणारा पेशीचा प्रतिसाद थांबला होता. याचा अर्थ, हाच विशिष्ट जनुक, दाबामुळे पेशीत विद्युत निर्मिती करण्यास आवश्यक असणारं प्रथिन निर्माण करत होता. दाबामुळे सक्रिय झाल्यानंतर हे प्रथिन, आपल्याद्वारे आयनांना पेशीत प्रवेश देऊन विद्युत प्रवाह निर्माण करत होतं. हे प्रथिन शोधलं गेल्यावर त्याला ‘पिझो१’ हे नाव दिलं गेलं. काही काळानंतर ‘पिझो२’ या अशाच प्रकारच्या दुसऱ्या प्रथिनाचाही शोध लागला. हे पिझो२ प्रथिन शरीराच्या स्थिती आणि गतीशी, तसंच रक्तदाब, श्वासोछ्वास, मूत्राशयाचं नियंत्रण, अशा अनेक शारीरिक क्रियांशी संबंधित असल्याचं दिसून आलं.

या दोन्ही संशोधनांमुळे विविध जाणिवांच्या मुळाशी असणाऱ्या नेमक्या घटकांचा वेध घेतला गेला आहे. त्यामुळे ज्या विकारांत या जाणिवांवर परिणाम होतो, त्या विकारांवरील वैद्यकसंशोधनाला आता निश्चित दिशा मिळाली आहे. वेदना थांबवण्यासाठी वा विविध शारीरिक क्रियांवर नियंत्रण आणण्यासाठी या उपचारपद्धती अभ्यासल्या जात आहेत.

भौतिकशास्त्रः गुंतागुंतीच्या रचनांतलं सातत्य –

अनेक गुंतागुंतीच्या रचनांत सातत्याचा पूर्ण अभाव जाणवतो. त्यामुळे त्या रचनांचं भविष्यात स्वरूप कसं असेल, हे सांगणं अशक्य ठरतं. मात्र अशा ‘गोंधळयुक्त’ रचनाही प्रारूपाच्या स्वरूपात बसवून त्यावरून निष्कर्ष काढता येतात. हवामानशास्त्र किंवा अनिश्चिततेनं व्यापलेल्या तत्सम क्षेत्रांत तर अशी प्रारूपं अत्यंत उपयुक्त ठरली आहेत. सन २०२१ सालचं भौतिकशास्त्राचं नोबेल पारितोषिक, अशा गुंतागुंतीच्या परिस्थितीतूनही निर्णायक निष्कर्ष काढण्यासाठी केल्या गेलेल्या संशोधनाच्या निमित्तानं दिलं गेलं आहे. या पारितोषिकाचा अर्धा भाग हा, हवामानविषयक गुंतागुंतीच्या परिस्थितीवरील संशोधनासाठी अमेरिकेतल्या प्रिंस्टन विद्यापीठातील स्युकूरो मानाबे आणि जर्मनीतल्या मॅक्स प्लांक युनिव्हर्सिटी ऑफ मिटिओरॉलॉजी या संस्थेतील क्लाऊझ हासेलमान यांना विभागून दिला जाणार आहे. पारितोषिकाचा उर्वरित अर्धा भाग हा पदार्थांतील गुंतागुंतीवर संशोधन करणाऱ्या, इटालीच्या सापिएंझा युनिव्हर्सिटी ऑफ रोम या विद्यापीठातील जिऑर्जिओ पारिसी यांना देण्यात येणार आहे.

संशोधनाचा तपशील:

स्युकूरो मानाबे यांचं संशोधन हे वातावरणाचं तापमान वाढण्यास कारणीभूत ठरणाऱ्या, हवेतील वायूंवर केलं गेलं आहे. हवेतील कार्बन डायऑक्साइडसारखे वायू हे उष्णतेचा साठा करून ठेवत असल्यानं, वातावरणाचं तापमान वाढत असल्याचं पूर्वीच स्पष्ट झालं होतं. ‘हरीतगृह परिणाम’ या नावे ओळखल्या जाणाऱ्या या परिणामाचा अभ्यास करण्यासाठी, स्युकूरो मानाबे यांनी हवेच्या हालचालीचा अभ्यास केला. हा अभ्यास अत्यंत गुंतागुंतीचा होता. ही गुंतागुंत कमी करण्यासाठी स्युकूरो मानाबे यांनी प्रथम एकमितीय प्रारूपाची निर्मिती केली. या प्रारूपात तापमानाचे, फक्त उंचीनुसार होणारे बदल अभ्यासले. तापमान जितकं अधिक, तितकी हवेची घनता कमी; याउलट तापमान जितकं कमी, तितकी हवेची घनता अधिक. जमिनीजवळच्या हवेचं तापमान हे उंचीवरच्या हवेच्या तापमानापेक्षा अधिक असतं. त्यामुळे जमिनीलगतची उष्ण हवा वर जात असते, तर उंचावर असलेली थंड हवा खाली येत असते. स्युकूरो मानाबे यांनी १९६७ सालच्या सुमारास तयार केलेल्या एकमितीय प्रारूपाद्वारे, तापमानामुळे हवेच्या वर-खाली होणाऱ्या हालचालीचं चित्र स्पष्ट झालं. या प्रारूपात, चाळीस किलोमीटर उंचीपर्यंतच्या हवेच्या हालचालींचा आणि वातावरणाच्या तापमानाचा विचार केला होता. या प्रारूपाद्वारे त्यांनी सूर्यापासून मिळणाऱ्या उष्णतेचा, तसंच हवेतील नायट्रोजन, प्राणवायू, कार्बन डायऑक्साइड या वेगवेगळ्या वायूंच्या बदलत्या प्रमाणाचा तापमानावर होणारा परिणाम अभ्यासला.

या प्रारूपाद्वारे केलेल्या तपशीलवार गणितातून, वातावरणाच्या तापमानातील वाढ ही सूर्याकडून मिळणाऱ्या उष्णतेतील बदलांमुळे नव्हे तर, हवेतील वाढत्या कार्बन डायऑक्साइडमुळे होत असल्याचं स्पष्ट झालं. कारण तापमानातील वाढ ही जर सूर्याच्या उष्णतेतील बदलांमुळे होत असती तर, संपूर्ण वातावरणात ती वाढ घडून आली असती. ही वाढ मुख्यतः पृथ्वीच्या पृष्ठभागाजवळ घडून येत होती. कार्बन डायऑक्साइडची निर्मिती ही पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर होत असल्यानं, जमिनीलगतच्या वातावरणाच्या तापमानात होणारी वाढ ही वाढत्या कार्बन डायऑक्साइडमुळे होते. हवेतील कार्बन डायऑक्साइडचं प्रमाण जर दुप्पट झालं, तर वातावरणाच्या तापमानात दोन अंश सेल्सियसपेक्षा अधिक वाढ होत असल्याचं स्युकूरो मानाबे यांचं प्रारूप दाखवत होतं. हवेच्या फक्त उभ्या हालचालींवर आधारलेल्या या एकमितीय प्रारूपानंतर, स्युकूरो मानाबे यांनी १९७५ साली हवेच्या इतर दिशांकडील गुंतागुंतीच्या हालचालींवर आधारलेलं, अत्यंत महत्त्वाचं ठरलेलं त्रिमितीय प्रारूपही तयार केलं. आज अस्तित्वात असलेल्या हवामानविषयक प्रारूपांचा पाया स्युकूरो मानाबे यांच्या या प्रारूपांद्वारे घातला गेला आहे.

यानंतर सुमारे एका दशकानंतर प्रसिद्ध झालेलं, क्लाऊझ हासेलमान यांचं संशोधन हेही हवामानाच्या गुंतागुंतीवर आधारलेलं आहे. पृथ्वीचं ‘सर्वसाधारण’ हवामान व ‘नेहमीचं’ हवामान यांचा एकमेकांतील संबंध अत्यंत गुंतागुंतीचा आहे. कारण नेहमीचं हवामान हे अनेक घटकांवर अवलंबून असतं. यात स्थळ, वेळ, ऋतू, भौगोलिक परिस्थिती, अशा अनेक घटकांचा समावेश होतो. तसंच हे हवामान सतत बदलतं असतं. अशा नेहमीच्या हवामानाच्या ‘गोंधळा’च्या परिस्थितीवरून, पृथ्वीवरच्या दीर्घकाळानंतरच्या सर्वसाधारण हवामानाचं भाकीत वर्तवणारं प्रारूप क्लाऊझ हासेलमान यांनी विकसित केलं. या प्रारूपाद्वारे हवामानात होणाऱ्या जलद बदलांमुळे समुद्राच्या स्वरूपात होणारे धीमे बदलही, क्लाऊझ हासेलमान यांनी निदर्शनास आणले. यानंतर, हवामानाच्या अतिशय गोंधळाच्या परिस्थितीतही विविध घटक – नैसर्गिक तसंच मानवी – आपापला वेगवेगळा ठसा उमटवत असल्याचं क्लाऊझ हासेलमान यांनी दाखवून दिलंं. त्यामुळे हवामानावर परिणाम घडवणाऱ्या प्रत्येक घटकाला स्वतंत्रपणे ओळखता येऊ लागलं. क्लाऊझ हासेलमान यांच्या या संशोधनाद्वारे, पृथ्वीवरच्या वाढत्या तापमानाला मानवनिर्मित कार्बन डायऑक्साइड वायू हाच कारणीभूत ठरत असल्याचं स्पष्ट झालं.

जिऑर्जिओ पारिसी यांचं संशोधन पदार्थांतील गुंतागुंतीचा वेध घेतं. या संशोधनाचं मूळ हे, पदार्थाच्या ‘स्पीन ग्लास’ या विशिष्ट चुंबकीय स्थितीवरचं संशोधन आहे. स्पीन ग्लासमध्ये चुंबकीय गुणधर्म असणारे अणू हे इतर अणूंत विखुरलेले असतात. सर्वसाधारण चुंबकीय पदार्थांतील अणू हे, चुंबकत्वाच्या दृष्टीनं एका विशिष्ट दिशेला रोखलेले असतात. परंतु स्पीन ग्लासमधील चुंबकत्व असणारे अणू हे विशिष्ट दिशेला रोखलेले नसून, ते भरकटल्यासारखे सर्व दिशांना रोखलेले असतात. या चुंबकीय अणूंच्या दिशांत कोणतंही सातत्य दिसत नाही. या स्पीन ग्लास स्थितीतील, ‘स्पीन’ हा शब्द त्यांच्यातील चुंबकीय अणूंना अनुसरून वापरला आहे, तर ग्लास (काच) हा शब्द या पदार्थांतील चुंबकांचं अव्यवस्थित स्वरूप दर्शवतो. (काचेतील अणूंची रचना ही अव्यवस्थित असते.)

स्पीन ग्लासचं एक उदाहरण द्यायचं तर, तांबं व लोह यापासून बनलेल्या एका मिश्रधातूचं देता येईल. या विशिष्ट मिश्रधातूत तांब्याच्या अनेक अणूंत लोहाचे काही मोजके अणू विखुरलेले असतात. ही ‘लोहचुंबकं’ विविध दिशांना रोखलेली असतात. वरकरणी यात कोणतंही सातत्य आढळत नाही. या रचनांतलं सातत्य शोधणारी प्रारूपं तयार करण्याचा अयशस्वी प्रयत्न अनेक संशोधकांकडून केला जात होता. अखेर जिऑर्जिओ पारिसी यांनी ‘रेप्लिका ट्रीक’ नावाचं विशिष्ट गणिती तंत्र वापरून, स्पीन ग्लासमधील या अणूरूपी चुंबकांच्या दिशांतील अव्यवस्थितपणातही असलेला ‘व्यवस्थितपणा’ यशस्वीरीत्या शोधला. जिऑर्जिओ पारिसी यांनी वापरलेल्या या गणिती तंत्रात अव्यवस्थित रचनांच्या अनेक प्रती बनवल्या जातात व या सर्वांवर एकाच वेळी प्रक्रिया करून त्यातलं सातत्य शोधलं जातं. गुंतागुंतीच्या, अव्यवस्थित रचनेवरून निष्कर्ष काढण्याच्या दृष्टीनं, हे अत्यंत महत्त्वाचं पाऊल ठरलं. कारण यानंतर जिऑर्जिओ पारिसी यांच्यासह इतर संशोधकांनी या संशोधनाचा वापर इतर क्षेत्रांतही केला.

स्युकूरो मानाबे, क्लाऊझ हासेलमान आणि जिऑर्जिओ पारिसी या सर्वांनी आपल्या संशोधनाद्वारे, हवामानापासून ते अनेक क्षेत्रातील गुंतागुंतीत किंवा अव्यस्थितपणातही सातत्य असल्याचं दाखवून दिलं आहे. या उपयुक्त संशोधनाचा वापर आता गणित, जीवशास्त्र, मज्जाशास्त्र, संगणकशास्त्र, अशा इतर शाखांतही होऊ लागला आहे.

रसायनशास्त्रः असममित सेंद्रिय उत्प्रेरण –

उत्प्रेरणाला रसायनशास्त्रात अनन्यसाधारण महत्त्व आहे. उत्प्रेरक हे रासायनिक क्रियांत भाग घेतात. परंतु स्वतः नष्ट न होता, ते या रासायनिक क्रिया घडवून आणण्यास मदत करतात. उत्प्रेरकांच्या वापराद्वारे अनेक रसायनं सहजपणे निर्माण करणं शक्य झालं आहे. तसंच उत्प्रेरकांचा वापर, रसायनांच्या उत्पादनाशिवाय इतर प्रकारच्या रासायनिक क्रिया घडवून आणण्यासाठीही केला जात आहे. उदाहरणार्थ, वाहनांतल्या इंधनाच्या ज्वलनामुळे होणारं प्रदूषण कमी करण्यासाठीही उत्प्रेकांचा वापर केला जातो. जर्मनीतील मॅक्स प्लांक इन्स्टिट्यूट ऑफ कोल रिसर्च या संस्थेतील बेंजामिन लीस्ट आणि अमेरिकेतील प्रिंस्टन विद्यापीठातील डेव्हिड मॅकमिलन यांनी, साध्या रासायनिक रचना असणाऱ्या, छोट्या सेंद्रिय रेणूंचा उत्प्रेरक म्हणून वापर करून, उत्प्रेरकांच्या स्वरूपाला वेगळी दिशा दिली. यामुळे रासायनिक क्रियांतील क्लिष्टपणा कमी होऊन, त्या सोप्या होण्यास मदत झाली आहे. बेंजामिन लीस्ट आणि डेव्हिड मॅकमिलन यांना या संशोधनाबद्दल रसायनशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक दिलं जाणार आहे.

संशोधनाचा तपशील:

धातूंच्या वा त्यांच्या संयुगांच्या स्वरूपातले अनेक उत्प्रेरक पूर्वीपासून वापरात आहेत. यात निकेल, प्लॅटिनम, पॅलेडियमसारख्या विविध धातूंचा समावेश होतो. हे धातू उत्तम उत्प्रेरक असले तरी, त्यांच्या वापरात काही अडचणी येतात. याचं कारण म्हणजे काही धातूंना उत्प्रेरक म्हणून कार्य करण्यासाठी प्राणवायूविरहित आणि बाष्पविरहित परिस्थितीची गरज असते. रसायनांचं मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन करताना, अशी परिस्थिती राखणं अतिखर्चिक ठरू शकतं. तसंच, काही धातूरूपी उत्प्रेरक हे घातक स्वरूपाचे असल्यानं, त्यांचा वापरही फार काळजीपूर्वक करावा लागतो. उत्प्रेरकांचा धातूंव्यतिरिक्त दुसरा प्रकार म्हणजे विकर. आपल्या शरीरातील हजारो रासायनिक क्रिया, याच सेंद्रिय उत्प्रेरकांद्वारे घडून येतात. विकर हे रासायनिकदृष्ट्या प्रथिनं आहेत. हे विकर उत्प्रेरक म्हणून अतिशय कार्यक्षम आहेत. मात्र यांच्या रचना गुंतागुतीच्या असून, प्रयोगशाळेत त्यांची निर्मिती कठीण ठरते.

अमेरिकेतील स्क्रिप्स रिसर्च इंन्स्टिट्यूट या संस्थेत १९९०च्या दशकात, सेंद्रिय उत्प्रेरकांवर संशोधन केलं जात होतं. या संशोधनात सहभाग असलेल्या बेंजामिन लीस्ट यांना या संशोधनादरम्यान वेगळीच कल्पना सुचली. विकरांत शेकडो अमिनो आम्ल असतात. यातील फक्त काही अमिनो आम्लंच शरीरातील रासायनिक क्रियांत उत्प्रेरक म्हणून भाग घेतात. हीच अमिनो आम्लं स्वतंत्रपणे वापरल्यास उत्प्रेरक म्हणून कार्य करू शकतील का? तसं असल्यास साधी रचना असणाऱ्या या उत्प्रेरकांची प्रयोगशाळेतही निर्मिती करणं शक्य होईल. अशी चाचणी घेण्यासाठी बेंजामिन लीस्ट यांनी प्रोलाइन या, साधी रासायनिक रचना असणाऱ्या अमिनो आम्लाचा, ‘अल्डॉल’ या नावे ओळखल्या जाणाऱ्या सेंद्रिय रासायनिक क्रियांमधे उत्प्रेरक म्हणून वापर करून पाहायचं ठरवलं. अल्डोल रासायनिक क्रिया हा, दोन रेणू जोडणाऱ्या रासायनिक क्रियांचा एक विशिष्ट प्रकार आहे. बेंजामिन लीस्ट यांचा प्रोलाइनचा, उत्प्रेरक म्हणून वापरण्याचा प्रयत्न यशस्वी ठरला. इतकंच नव्हे तर, या रासायनिक क्रियेत निर्माण झालेले ‘असममित’ रेणू एकाच प्रकारचे होते!

ज्या रेणूंच्या रचनेत सममिती नसते, त्यांना असममित रेणू म्हटलं जातं. एकाच संयुगाचे असममित रेणू हे दोन प्रकारचे असतात. या दोन्ही रेणूंची रासायनिक रचना सारखीच असते. परंतु हे दोन्ही रेणू एकमेकांची प्रतिबिंबं असतात. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचं तर, आपला डावा हात आणि उजवा हात यांत जो फरक आहे, तसा फरक असणारी! रसायनांच्या या दोन प्रतिबिंबांचे गुणधर्म वेगळे असू शकतात. अनेक वेळा, एखाद्या उद्देशासाठी यातला एकच प्रकार उपयुक्त ठरतो; आणि दुसरा प्रकार हा फक्त निरुपयोगीच ठरतो. किंबहुना निरुपयोगीच नव्हे तर, तो काही वेळा घातकही असू शकतो. त्यामुळे विकरांचा एकाच प्रकारची असममित रसायनं निर्माण करण्याचा गुणधर्मही महत्त्वाचा आहे. बेंजामिन लीस्ट यांनी तयार केलेले रेणू असममित असूनही एकाच प्रकारचे होते – म्हणजे एक तर फक्त डाव्या हातासारखे किंवा फक्त उजव्या हातासारखे. या शोधानंतर बेंजामिन लीस्ट यांना आता आपल्या पुढील संशोधनाची दिशा सापडली होती. यानंतर लीस्ट यांनी सेंद्रिय उत्प्रेरकांवर सखोल संशोधन करून, अनेक प्रकारच्या रासायनिक क्रिया घडवून आणल्या.

याच काळात डेव्हिड मॅकमिलन यांनी सेंद्रिय उत्प्रेरक निर्माण करण्यासाठी आपलं संशोधन सुरू केलं होतं. धातू जेव्हा उत्प्रेरक म्हणून वापरला जातो, तेव्हा त्यात इलेक्ट्रॉनची देवाण-घेवाण होत असते. जर सेंद्रिय रेणू हे उत्प्रेरक म्हणून वापरायचे तर, इलेक्ट्रॉनची अशीच देवाण-घेवाण करण्याची क्षमता या रेणूंकडे असण्याची आवश्यकता डेव्हिड मॅकमिलन यांनी ओळखली. उत्प्रेरक रेणूत नायट्रोजनचा अणू असल्यास हे शक्य होणार होतं. ही बाब लक्षात घेऊन, त्यांनी हे गुणधर्म असणाऱ्या विविध सेंद्रिय रेणूंची उत्प्रेरक म्हणून चाचणी घेण्यास सुरुवात केली. कार्बनचं कडं निर्माण करणाऱ्या विशिष्ट रासायनिक क्रियांवर त्यांनी आपलं संशोधन केंद्रित केलं. आणि यांत त्यांना मोठं यश मिळालं! अपेक्षित रासायनिक क्रिया तर घडून आल्याच, पण त्याचबरोबर या रासायनिक क्रियांत असममित रेणूंच्या दोन प्रकारातील एक प्रकार प्राधान्यानं निर्माण झाला. आपलं हे संशोधन डेव्हिड मॅकमिलन यांनी आणखी पुढं नेऊन त्यात त्यानंतर मोलाची भर घातली.

साध्या सेंद्रिय रेणूंचा उत्प्रेरक म्हणून वापर करून आता अनेक रासायनिक क्रिया घडवून आणणं, या संशोधनामुळे शक्य झालं आहे. इतकंच नव्हे तर, या उत्प्रेरणाद्वारे असममित रेणूंचा एकच प्रकार प्राधान्यानं निर्माण होतो. आतापर्यंतचा रासायनिक क्रियांत अनेकदा असममित रेणूंच्या दोन्ही प्रकारांचं मिश्रण निर्माण होत असे. त्यामुळे, त्यातून एकच प्रकारचा असममित रेणू वेगळा करण्यासाठी, रसायनांच्या उत्पादनांतील विविध टप्प्यांना शुद्धीकरणाची जोड द्यावी लागे. यामुळे रासायनिक क्रियेतली टप्प्यांची संख्या मोठी असे. परिणामी, रसायनासाठी कच्चा माल मोठ्या प्रमाणात लागत असे व रासायनिक क्रियेतून मोठ्या प्रमाणावर टाकाऊ पदार्थांची निर्मिती होत असे. या सेंद्रिय उत्प्रेरणामुळे टप्प्यांची संख्या कमी होऊन, टाकाऊ पदार्थांची निर्मिती कमी झाली आहे व कच्च्या मालाची गरजही कमी झाली आहे. यासर्व कारणांस्तव सेंद्रिय उत्प्रेरक हे आता अनेक रासायनिक क्रियांचे अविभाज्य घटक बनले आहेत.

बेंजामिन लीस्ट आणि डेव्हिड मॅकमिलन यांनी विकसित केलेल्या या, सेंद्रिय उत्प्रेरकांमुळे रसायनशास्त्रात मोठी क्रांती घडून आली आहे. सेंद्रिय उत्प्रेरकांमुळे रासायनिक क्रियांची कार्यक्षमता वाढली आहे. तसंच आता घातक उत्प्रेरकांचा वापर कमी झाल्यामुळे, रसायनशास्त्राच्या ‘हरित रसायनशास्त्रा’कडील वाटचालीला मोठी चालना मिळाली आहे.

-- डॉ. राजीव चिटणीस.

अंटार्क्टिका खंडावरच्या जमिनीचा मोठा भाग बर्फानं व्यापला आहे. या बर्फाच्या थराखाली पाण्याचे अनेक ‘तलाव’ अस्तित्वात असल्याचं, यापूर्वीच्या संशोधनातून दिसून आलं आहे. हे तलाव बर्फाच्या तळाशी, पृष्ठभागापासून दोन ते चार किलोमीटर खोलीवर वसले आहेत. यातले काही तलाव एकमेकांना जोडले आहेत.

सहा कोटी वर्षांपूर्वीच्या काळातले पेंग्विन हे आजच्या पेंग्विनपेक्षा खूपच वेगळे दिसत होते. त्या काळाल्या पेंग्विनचे पाय आणि चोची आताच्या पेंग्विनच्या तुलनेत खूपच लांब होत्या. तसंच त्यांचे पंखही सर्वसाधारण पक्ष्याच्या पंखासारखेच दिसत होते. उत्क्रांतीदरम्यान पेंग्विनच्या पिसांचा रंग लाल झाला. त्यानंतरच्या काळात हे पेंग्विन दोन पायांवर उभे राहू लागले. या पेंग्विनची उंची आजच्या सर्वांत मोठ्या पेंग्विनपेक्षाही अधिक होती.

पृथ्वीच्या एका ‘नव्या’ भावंडाचा अलीकडेच शोध लागला आहे. हे भावंड इमानेइतबारे पृथ्वीबरोबरच सूर्याभोवती प्रदक्षिणा घालीत आहे. ते पृथ्वीच्या मागून चालत आहे. चालताना ते पुढे-मागे जात आहे. पृथ्वीचं हे भावंड म्हणजे एक लघुग्रह आहे. हा लघुग्रह २०२०एक्सएल५ या नावानं आता ओळखला जातो. सूर्याभोवती प्रदक्षिणा घालणारे लघुग्रह हे काही वेळा ग्रहमालेतील इतर ग्रहांच्या सान्निध्यात येतात व त्या ग्रहांच्या गुरुत्वाकर्षणात जखडले जातात.