जीवनको अस्तित्वसँग जोडिए भौतिकशास्त्रका आधारभूत नियम
ब्रह्माण्डमा जीवनको अस्तित्व सम्भव हुनुमा पानी, अक्सिजन र कार्बनजस्ता आवश्यक तत्त्वको उपलब्धता मात्र पर्याप्त नहुन सक्छ । तरल पदार्थको प्रवाहलाई प्रभावित गर्ने भौतिकशास्त्रका आधारभूत स्थिरताहरू पनि जीवनका लागि अनुकूल हुनुपर्ने वैज्ञानिकहरूको अध्ययनले देखाएको छ ।
ब्रह्माण्डमा तारा चम्किने, ग्रह बन्ने र पानी अस्तित्वमा रहने अवस्था भए पनि तरल पदार्थ अत्यधिक बाक्लो भएर बग्न नसक्ने हो भने जीवित कोषिकाले काम गर्न नसक्ने अवस्था आउन सक्छ । अर्थात्, जीवनका लागि आवश्यक रासायनिक तत्त्व उपलब्ध हुँदाहुँदै पनि भौतिक अवस्थाले जीवको अस्तित्व असम्भव बनाउन सक्छ ।
‘साइन्स डेली’ का अनुसार लन्डनस्थित क्विन मेरी विश्वविद्यालयका भौतिकशास्त्री कोस्ट्या ट्रेचेन्कोको अनुसन्धानले प्रकृतिका आधारभूत नियम र जीवनको अस्तित्वबीच महत्त्वपूर्ण सम्बन्ध रहेको देखाएको छ । ‘साइन्स एडभान्सेस’ मा प्रकाशित अध्ययनअनुसार भौतिकशास्त्रका आधारभूत स्थिरतामा थोरै परिवर्तन हुँदा पनि तरल पदार्थको प्रवाहमा ठूलो असर पर्न सक्छ । यसले जीवन सञ्चालनका लागि आवश्यक जैविक प्रक्रियालाई अवरुद्ध गर्न सक्छ ।
यस निष्कर्षले प्रकृतिका आधारभूत नियममा रहेका मान जीवनका लागि किन यति अनुकूल देखिन्छन् भन्ने गहिरो प्रश्न उठाएको छ ।
भौतिकशास्त्रका आधारभूत स्थिरता भनेका ब्रह्माण्डले कसरी काम गर्छ भन्ने निर्धारण गर्ने निश्चित सङ्ख्यात्मक मान हुन् । इलेक्ट्रोनको द्रव्यमान, विद्युतीय आवेश र सूक्ष्म कणहरूको व्यवहार निर्धारण गर्ने प्लाङ्क स्थिराङ्क यसका उदाहरण हुन् । प्लाङ्क स्थिराङ्कले परमाणु तथा त्यसभन्दा साना कणहरूले ऊर्जा कसरी ग्रहण गर्छन् र त्याग्छन् भन्ने बुझ्न मद्दत गर्छ ।
यी स्थिरताका मानलाई सामान्यतः ब्रह्माण्डभरि समान र समयसँगै अपरिवर्तित रहने मानिन्छ । तिनले परमाणुको व्यवहार, रासायनिक बन्धन तथा ताराभित्र हुने आणविक प्रतिक्रियासम्मलाई प्रभावित गर्छन् । तारामा हुने यस्ता प्रतिक्रियाले जीवनका लागि आवश्यक तत्त्व उत्पादन गर्न मद्दत गर्छन् । यद्यपि यी स्थिरताका मान यस्तै किन छन् भन्ने प्रश्नको उत्तर वैज्ञानिकहरूले अझै पत्ता लगाउन सकेका छैनन् ।
सन् २०२० मा ट्रेचेन्को र उहाँका सहकर्मीहरूले गरेको अनुसन्धानले भौतिकशास्त्रका आधारभूत स्थिरताले तरल पदार्थको चिपचिपाहटको न्यूनतम सीमासँग सम्बन्ध राख्ने देखाएको थियो । चिपचिपाहट भन्नाले तरल पदार्थ बग्दा उत्पन्न हुने प्रतिरोध बुझिन्छ । पानीको चिपचिपाहट कम हुने भएकाले सजिलै बग्छ भने महजस्ता पदार्थ बढी चिपचिपा हुने भएकाले बिस्तारै बग्छन् ।
अनुसन्धानकर्ताहरूले तरल पदार्थ कति स्वतन्त्र रूपमा बग्न सक्छ भन्ने कुराको पनि आधारभूत सीमा हुने र त्यो प्रकृतिका स्थिरतासँग सम्बन्धित रहने देखाएका थिए । सन् २०२३ को अर्को अध्ययनले यस सम्बन्धको जैविक महत्त्वबारे थप अनुसन्धान गरेको थियो ।
जीवित कोषिकाभित्र हुने गतिविधि अणुहरूको निरन्तर आवागमनमा निर्भर हुन्छ । पोषक तत्त्व आवश्यक ठाउँमा पुग्नुपर्छ, अनावश्यक पदार्थ बाहिर निस्कनुपर्छ र तरल वातावरणमा असङ्ख्य रासायनिक प्रतिक्रिया भइरहनुपर्छ । यी सबै प्रक्रिया सहज रूपमा सञ्चालन हुन तरल पदार्थको प्रवाह महत्त्वपूर्ण हुन्छ ।
यससँगै प्रसरण अर्थात् तरल पदार्थमा कणहरू स्वतः फैलिने प्रक्रिया पनि जीवनका लागि आवश्यक छ । प्रसरणले अणुहरूलाई कोषिकाभित्र र बाहिर आवतजावत गर्न तथा आवश्यक रासायनिक अन्तरक्रिया गर्न सहयोग पु¥याउँछ ।
तरल पदार्थको चिपचिपाहटमा ठूलो परिवर्तन आएमा यी प्रक्रिया प्रभावित हुन सक्छन् । तरल पदार्थ अत्यधिक बाक्लो भएमा आवश्यक तत्त्वको आवागमन सुस्त हुन सक्छ भने चिपचिपाहट अत्यन्त कम हुँदा पनि जैविक गतिविधिका लागि आवश्यक नियन्त्रित प्रवाहमा असर पर्न सक्छ ।
ट्रेचेन्कोले यस सम्बन्धबारे व्याख्या गर्दै भन्नुभएको छ, “कपमा पानी कसरी बग्छ भन्ने बुझाइ भौतिकशास्त्रका आधारभूत स्थिरता पत्ता लगाउने ठूलो चुनौतीसँग नजिकबाट जोडिएको छ । जीवित कोषिकाभित्र र तिनका बीचमा हुने जीवन प्रक्रियाका लागि गति आवश्यक हुन्छ र चिपचिपाहटले त्यस गतिको स्वरूप निर्धारण गर्छ । आधारभूत स्थिरता परिवर्तन भएमा चिपचिपाहट पनि परिवर्तन हुन्छ, जसले हामीले चिनेको जीवनलाई प्रभावित पार्छ ।”
उहाँका अनुसार पानी तारजस्तै बाक्लो भएको भए जीवन अहिलेको स्वरूपमा अस्तित्वमा रहन सक्ने थिएन । यो प्रभाव पानीमा मात्र सीमित नभई तरल पदार्थको प्रयोग गर्ने सबै प्रकारका जीवनमा पर्न सक्छ ।
हालसम्म ज्ञात सबै जीवन पानीमा निर्भर छन् । तर ब्रह्माण्डका अन्य स्थानमा सम्भावित जीवले फरक तरल पदार्थ प्रयोग गर्न सक्ने कल्पना गरिएको छ । त्यस्ता तरल पदार्थको व्यवहारमा पनि प्रकृतिका आधारभूत नियमले प्रभाव पार्नेछन् ।
ट्रेचेन्कोका अनुसार कोषिकीय जीवनलाई सम्भव बनाउने भौतिक स्थिरताका मानको दायरा अपेक्षाकृत साँघुरो हुन सक्छ । उहाँले इलेक्ट्रोनको विद्युतीय आवेशजस्ता आधारभूत भौतिक गुणमा थोरै प्रतिशत परिवर्तन हुँदा पनि रगत शरीरका लागि आवश्यक सीमाभन्दा बढी बाक्लो वा पातलो हुन सक्ने उदाहरण दिनुभएको छ ।
यद्यपि यी निष्कर्ष प्रत्यक्ष रूपमा आधारभूत स्थिरता परिवर्तन गरेर गरिएका प्रयोगबाट प्राप्त भएका होइनन् । ती सैद्धान्तिक नमूनामा आधारित छन् । जीवनका विभिन्न स्वरूपले कति परिवर्तन सहन सक्छन् भन्ने ठोस सीमा भने अझै निश्चित भएको छैन ।
यस अनुसन्धानले जीवनका लागि आवश्यक तत्त्वको उत्पत्तिसँग पनि सम्बन्ध देखाएको छ । तरल पदार्थको प्रवाहलाई प्रभावित गर्ने आधारभूत स्थिरताले ताराभित्र भारी तत्त्व निर्माण गर्ने आणविक प्रतिक्रियालाई समेत नियन्त्रण गर्छन् । पहिलो जीवित कोषिका उत्पन्न हुनुभन्दा अर्बौं वर्षअघि ताराहरूले कार्बन र अक्सिजनजस्ता तत्त्व उत्पादन गरिरहेका थिए । पछि ती तत्त्व जीवित जीवका आवश्यक अङ्ग बने ।
भौतिकशास्त्रीहरूले लामो समयदेखि जटिल पदार्थको अस्तित्वका लागि आणविक प्रतिक्रियालाई नियन्त्रण गर्ने स्थिरताका मान निश्चित सीमाभित्र हुनुपर्ने हो कि होइन भन्ने अध्ययन गर्दै आएका छन् । तर जीवनका लागि आवश्यक रासायनिक तत्त्व बन्न सक्नुले मात्रै जीवन सञ्चालन हुन सक्ने सुनिश्चित गर्दैन ।
ट्रेचेन्कोको विश्लेषणले ताराभित्र भारी परमाणु केन्द्रक निर्माण हुन आवश्यक स्थिरताका मानमा बाधा नपर्ने गरी तरल पदार्थको प्रवाहलाई प्रभावित गर्ने केही भौतिक गुण परिवर्तन हुन सक्ने देखाएको छ । यसको अर्थ कुनै काल्पनिक ब्रह्माण्डमा जीवनका लागि आवश्यक तत्त्व उत्पादन हुन सक्छन्, तर त्यहाँका तरल पदार्थ यति बाक्ला हुन सक्छन् कि कोषिकाभित्रका जैविक प्रक्रिया सञ्चालन हुन नसकून् ।
यसले जीवनका लागि तारा, ग्रह र जटिल रासायनिक संरचना बन्न सक्ने अवस्था मात्र पर्याप्त नहुने सङ्केत गर्छ । तरल पदार्थका भौतिक गुणले पनि जीवनको अस्तित्व सम्भव बनाउने आधारभूत स्थिरतामाथि थप सर्त लगाउन सक्छन् ।
यस विषयमा अनुसन्धान गर्दै वैज्ञानिकहरूले रगतको चिपचिपाहटसँग जोडिएको अर्को रोचक सम्बन्ध पनि पत्ता लगाएका छन् । ‘साइन्स डेली’ का अनुसार सन् २०२५ जनवरीमा ‘युरोपियन फिजिकल जर्नल ई’ मा प्रकाशित अर्को अध्ययनमा ट्रेचेन्को र उहाँका सहकर्मीले आधारभूत भौतिक स्थिरताले रगतजस्ता जटिल जैविक तरल पदार्थमा पार्ने प्रभावको अध्ययन गर्नुभएको थियो ।
पानीको तुलनामा रगत निकै जटिल मिश्रण हो । यसमा प्लाज्मा, रातो रक्तकोषिका, प्लेटलेट र अन्य तत्त्व हुन्छन् । यसको चिपचिपाहट अणुका गुणमा मात्र नभई ती तत्त्वबीच हुने अन्तरक्रियामा पनि निर्भर हुन्छ ।
रातो रक्तकोषिका एकअर्कासँग जोडिएर समूह बनाउन सक्छन्, जसले रगतको प्रवाहमा प्रतिरोध बढाउँछ । रगत तीव्र गतिमा बग्दा त्यस्ता समूह छुट्टिन सक्छन् र प्रवाह सहज हुन सक्छ । यसले रगतलाई साधारण तरल पदार्थभन्दा जटिल बनाउँछ ।
तर अनुसन्धानकर्ताहरूले रगतको यस्तो जटिलता र रातो रक्तकोषिकाको तुलनात्मक रूपमा ठूलो आकारका बाबजुद यसको चिपचिपाहट आधारभूत भौतिक स्थिरताबाट निकालिएको सैद्धान्तिक मानसँग आश्चर्यजनक रूपमा नजिक रहेको पाएका छन् ।
उनीहरूले रक्तकोषिकाहरू एकअर्काको नजिक हुँदा हुने अन्तरक्रियाले यस सम्बन्धलाई व्याख्या गर्न सहयोग गर्न सक्ने बताएका छन् । रातो रक्तकोषिका परमाणुभन्दा निकै ठूला भए पनि तिनका सतह एकअर्काको नजिक पुग्दा काम गर्ने बलमा आणविक तथा क्वान्टम प्रभाव महत्त्वपूर्ण हुन सक्ने दूरी समावेश हुन्छ ।
सन् २०२५ को अध्ययनले जीवनसँग अनुकूल आधारभूत स्थिरता अनुमान गर्दा तरल पदार्थका अन्तर्निहित गुण र कोषिका तथा अणुबीचको अन्तरक्रियाबाट उत्पन्न हुने अतिरिक्त प्रभाव दुवैलाई ध्यान दिनुपर्नेमा जोड दिएको थियो । यसले ब्रह्माण्डका आधारभूत भौतिक गुण र तिनमा निर्भर जैविक प्रक्रियाबीचको सम्बन्ध अध्ययन गर्न थप विस्तृत आधार दिएको छ ।
यस अनुसन्धानले अर्को गहिरो प्रश्न पनि उठाएको छ—प्रकृतिका आधारभूत स्थिरताका मान विभिन्न भौतिक प्रक्रिया एकसाथ सञ्चालन हुन सक्ने गरी किन रहेका छन् ?
ट्रेचेन्कोले यसका सम्भावित कारणमध्ये विभिन्न प्रकारका सूक्ष्म अनुकूलन हुन सक्ने अनुमान गर्नुभएको छ । ताराहरूलाई भारी तत्त्व निर्माण गर्न दिने स्थिरताका मान र तरल पदार्थलाई कोषिकीय जीवन सञ्चालन गर्न अनुकूल बनाउने मान फरक आवश्यकतासँग सम्बन्धित हुन सक्छन् ।
उहाँले जैविक विकाससँग यसको एउटा समानता पनि औँल्याउनुभएको छ । विकासका क्रममा विभिन्न उपयोगी विशेषता अलग–अलग प्रक्रियाबाट उत्पन्न हुन सक्ने भएजस्तै प्रकृतिमा स्थिर संरचना र जटिल प्रणालीलाई सम्भव बनाउने भौतिक गुणको संयोजन पनि विभिन्न प्रक्रियासँग सम्बन्धित हुन सक्ने उहाँको अनुमान छ ।
तर यो सम्भावना अहिले अनुमानकै तहमा छ । आधारभूत स्थिरता कुनै विकासवादी प्रक्रियाबाट परिवर्तन हुँदै आएका हुन् भन्ने कुरा वैज्ञानिकहरूले प्रमाणित गरेका छैनन् । ती स्थिरताका मान अहिले देखिएजस्तै किन छन् भन्ने प्रश्नको उत्तर पनि अझै भेटिएको छैन ।
तरल पदार्थको प्रवाह र भौतिकशास्त्रका आधारभूत नियमबीचको सम्बन्धले विज्ञानका ठूला अनुत्तरित प्रश्नमध्ये एकको अध्ययन गर्ने नयाँ बाटो खोलेको छ । गिलासमा बग्ने पानीदेखि शरीरमा प्रवाहित हुने रगतसम्मका सामान्य प्रक्रियाले ब्रह्माण्डमा जीवन सम्भव बनाउने भौतिक गुण किन विद्यमान छन् भन्ने प्रश्नको उत्तर खोज्न सहयोग गर्न सक्छन् ।
