எத்தனை வியாதிகளை நாம் கடந்தாலும் நுண்ணணு வெப்ப இயற்பியல் நம் முதுமையை உறுதிசெய்கிறது.

– பீட்டர் ஹாஃப்மன்.
இயற்பியல் பேராசிரியர் மற்றும் இணை டீன், வெயின் ஸ்டேட் பல்கலைக்கழகம்.
மே 12,2016 வெளியிடப்பட்ட கட்டுரை

நம் உடம்பு ஒரு மாநகரம். தண்டவாளங்கள், வண்டிகள், நூலகங்கள், ஆலைகள், உற்பத்தி நிலையங்கள், கழிவகற்றும் நிறுவனங்கள் என்று மிகவும் நெரிசலானது. இம்மாநகரின் தொழிலாளர்கள் புரத இயந்திரங்கள். அவை உணவைச்செரிமானமாக்குதல், மரபணுக்களை சீராக்குதல் போன்ற பல பணிகளைப்புரிகின்றன. மூலக்கூற்றியந்திரங்கள் புரதக்கயிற்றின் மேல் இரண்டுகால்களில் சரக்குகளைக் கொண்டுசெல்லும் கழைக்கூத்தாடிகள். இவ்வியந்திரங்களைச்சுற்றி நீரின் மூலக்கூறுகள் கன்னாபின்னாவென்று பல்லாயிரம்கோடி முறை மோதிச்செல்கின்றன. இதை இயற்பியலாளர்கள் வேடிக்கையாக ‘வெப்பச்சலனம்’ என்கின்றனர். சரியாகச் சொல்லவேண்டுமானால் பயங்கர வெப்பகுழப்பம் என்று வேண்டுமானால் கூறலாம்.
இந்தக்குழப்பங்களினூடாக நம் எப்படி ஒழுங்கோடு இயங்குகிறது என்பது ஒரு பெரிய ஆச்சரியம். அதிலும் ஆச்சரியமான ஒன்று என்னவெனில், நம் உயிரணுக்களில் (Cell) உள்ள புரதங்களில் கன்னாபின்னாவென்று மோதும் நீரின் மூலக்கூறு தாக்குதல் விசையை உள்வாங்கி உயிரணுக்களை இயக்க பயன்படுத்துகிறது. அதாவது குழப்பதிலிருந்து ஒழுங்கு பிறக்கிறது.

நான்கு வருடங்களுக்கு முன் நான் “Life’s Ratchet” என்று இவ்வாராய்ச்சியை விளக்கி ஒரு புத்தகத்தை வெளியிட்டேன். என்னுடைய குறிக்கோள் குழப்பத்திலிருந்து ஒழுங்கை வெப்பச்சலனம் எவ்வாறு கொண்டு வருகிறது என்பதை ஆராய்ந்து அதன் முடிவுகளை வெறியிட்டேன். ஆனால், இதை வெளியிட்டபின் என்னை ஆச்சரியமூட்டும் வகையில் முதுமையை சார் அறிவியல் ஆராய்ச்சியாளகள் பலர் தொடர்பு கொண்டனர். நான் முதுமைத்துறை ஆராயாச்சியாளர் அல்ல. என்னளவில் நான் எப்படி முதுமை அடைகிறேன் என்பதை கவனித்ததைத் தவிர எனக்கு முதுமை குறித்த துறைசார்ந்த ஞானம் இல்லை.
ஆனால், மேலும் இது குறித்து சிந்திக்கையில் இந்த ‘வெப்பச்சலனம்’ முதுமையைத்தூண்டும் என்றே கருதுகிறேன். இது குறித்த ஆராய்ச்சிகள் மேலும் நடக்கவேண்டும் என்றும் அவர்களிடம் வலியுறுத்தினேன். குறுகிய காலத்தில் மூலக்கூற்றின் இயக்கத்தை வெப்பச்சலனுமும், புரத இயந்திரங்கள் மூலம் இது தூண்டினாலும் நீண்ட காலத்தில் இது முதுமையை அளிக்கிறதோ? .
புறக்காரணிகள் இல்லாத குழப்ப-வெப்பச்சலனம் ஒழுங்கின்மையை அதிகரித்துகொண்டே போகும் என்பது வெப்ப இயக்கவியிலின் இரண்டாவது விதி (Second Law of Thermodynamics). இதுவே பொருட்கள் அழிவதற்கான அடிப்படை. கட்டிடங்கள்,பாலங்கள் சாலைகள், கப்பல்கள், தண்டவாளங்கள், மலைகள் என எல்லாம் அழிவதற்கு மூலகர்த்தா. உயிரற்ற பொருட்களால் இந்த விதியோடு போட்டி போட முடியாது. ஆனால் உயிருள்ளவை அப்படி அல்ல, தொடர்ந்து புரதம் உயிரணுக்களை உருவாக்கி புதுப்பிட்டுக்கொள்கிறது. இயற்பியல் விதியை சரிகட்டுகிறது.
ஒருவகையில் உயிர்ப்பு என்பது உயிரியில், இயற்பியலுக்கு எதிரான போட்டியில் வெல்வதே. அப்படி எனில் நாம் ஏப்படி முதுமையடைகிறோம். அல்லது இயல்பாகவே நாம் முதுமை அடைந்துதான் ஆகவேண்டுமா.
சர்.பீட்டர் மெடவார் எழுதிய An Unsolved Problem of Biology தான் முதுமையைப்பற்றி எழுதிய மிக முக்கிய ஆதிநூல். வேடிக்கையாகவும், கறாராகவும் பல கட்டுரைகளையும் புத்தகங்களையும் எழுதிய நோபல் மேதை சர். பீட்டர். அவர் இரண்டு விதமான வாதங்களை முன்வைக்கிறார். ஒன்று ‘இயற்கையாகவே சிதிலமடைந்து போதல்’ என்பது உயிரியிலின் தேவை. மற்றொன்று ‘தேய்ந்து போதல்‘ அதாவது முதுமை என்பது கால ஓட்டத்தினால் ஏற்படும் அழுத்தம் காரணமாக அழிந்துபோதல். முதற்கருத்து உயிரியல் சார்ந்தது. பின்னது இயற்பியல். முதற்கருத்தானது, புதியதலைமுறை தலையெடுக்க பழையதலைமுறை அழிந்துபோவதற்கான வழிமுறை, பரிணாமவளர்ச்சி சார்ந்தது.
இதை அறிவியல் ரீதியாக- இயற்கையாகச் சிதிலமடைவதை- விளக்க நம்முள்ளே ஒரு கடிகாரம் இருப்பதாக ஒரு கருத்தாக்கம் முன்வைக்கப்படுகிறது. அந்தக்கடிகாரம் நம் வாழ்நாளை நிர்ணயிக்கிறது. உண்மையில் அப்படிச்சில உயிர்க்கடிகாரங்கள் உள்ளன. அதில் முக்கியமாகப் பேசப்படும் ஒரு கடிகாரம் டெலோமியர்- மரபணுவின் முடிவில் இருக்கும் ஒரு சிறிய துண்டு. இத்துண்டு ஒவ்வொரு முறை உயிரணு(Cell) உடையும் போதும் குறுகிக்கொண்டே இருக்கும். இதைக்குறித்த சர்ச்சைகள் பலவுண்டு. டெலோமியர் குறுகுவது வயதாவதாலா அல்லது வயதாவதால் அது குறுகுகிறதா என்று தெரியவில்லை. காரணமா, காரியமா என்று புரிபடவில்லை. டெலோமியர்கள் சீரான அளவில் குறுகுவதில்லை. ஒவ்வொரு உயிரணுப்பிளவிலும் ஒரு குறைந்தபட்ச அளவு பிரிகிறது, ஆனால் புறக்காரணங்களினால் உயிரணுக்கள் உடையும்போது மிகவேகமாகக் குறுகும். இன்றளவில் டெலோமியர் சுருங்குவதால் நமக்கு வயதாவதில்லை. வயதாவதல் சுருங்குகின்றன என்றே கருதப்படுகிறது.
திரு மெடவார் அவர்களே தேய்ந்து போவதை ஆதரிக்கிறார், அதாவது இயற்பியல் சார்ந்த கருத்தாக்கத்தையே ஆதரிக்கார். முதலில் பரிணாமவளர்ச்சி முதுமையைக்கான காரணியாக வழியில்லை, ஏனெனில் நாம் முதுமையில் நம் சந்ததியினரை பெருக்குவதில்லை-கருத்தரிக்க விழைவதில்லை. நாம் முதுமையில் சந்ததியினருக்கு அச்சுறுத்தல் கிடையாது. முதுமையடைந்தவர்களை வேண்டும் என்றே குறைவாக வைத்திருக்க பரிணாமவளர்ச்சிக்கு எந்த நோக்கமும் இல்லை.
மெடவார் முதுமையை விளக்க உயிர்க்கடிகாரங்களே அவசியம் இல்லை என்கிறார். அதை நிருவ உயிரற்ற பொருளை வைத்தே ஒரு ஆராய்ச்சியைச் செய்தார். ஆராய்ச்சி சாலைகளில் உள்ள சோதனைக்குழாய்களை வைத்தே இதை நிரூபித்தார். சோதனைக்குழாய் உடைவது என்பது மிகச் சாதாரண நிகழ்வு. மொத்த சோதனைக்குழாய்களின் இருப்பை சீரான அளவில் வைக்க வாரா வாரம் புதுச்சோதனைக்குழாய்கள் வாங்கப்படும். சில மாதங்களுக்குப் பிறகு மொத்தம் எத்தனை புதுக்குழாய்களும் பழைய குழாய்களும்(முதுமையடைந்தவைகளும் ) இருக்கின்றன என்று அவதானித்து ஒரு அட்டவணையை உருவாக்கினார். மேலும் இதில் உடைந்துபோதல் என்னும் நிகழ்வுக்கும் குழாய்களின் வயதுக்கும் எந்தத்தொடர்பும் இல்லை அல்லவா? குழாய்களின் எண்ணிக்கை vs குழாய்களின் வயது என்று ஒரு வரைபடம் உருவாக்கினார் அது ஆச்சரியமளிக்கும் வகையில் இவ்வாறு இருந்தது.

நன்றி: Peter Hoffmann

x அச்சு -வாரக்கணக்கில் வயது; y அச்சு- எண்ணிக்கை. எந்தக் காரணமுமே இல்லாமல்- நிகழ்தகவிலேயே- ‘வயதான’ சோதனைக்குழாய்கள் குறைவான எண்ணிக்கையிலே இருக்கின்றன. கவனிக்க, வயதான சோதனைக்குழாய்கள் இளமையான சோதனைக்குழாய்களை விட அதிக எண்ணிக்கையில் உடைந்துவிடும் என்பதற்கு எந்த முகாந்திரமும் இல்லை. வயதாக ஆக மரணமில்லா வாழ்வுக்கு நிகழ்தகவு மிகக்குறைவே.
இதே போல் மனிதர்களையும் இதற்கு இணைவைத்தல் சரியாக வராது. இதே போன்று மனிதர்களுக்கு ஒரு வரைபடம் போட்டால் கொஞ்சம் வித்தியாசமாக இருக்கிறது. இளமை முழுதும் இறப்பின் அளவு மிகக்குறைவாக இருக்கிறது, அதாவது மேலே உள்ள சிவப்புக்கோடு (சறுக்குமர வளைவு என்று வைத்துக்கொள்வோமே) கொஞ்சம் தட்டையாக பரந்து பின் இறங்குகிறது. அதாவது ஒரு குறிப்பிட்ட வயதுக்குப் பிறது சடாரென இறங்குகிறது.
இதற்கு கோம்பெட்ஸ்-மார்கம் விதி என்று ஒன்று இருக்கிறது. இதையே சோதனைக்குழாய் சோதனைக்கு இணையாக விளக்கினால் ஒரு மாறிலி(constant) + அடுக்கேற்ற( exponential) அளவு உடைதல் இது இரண்டும் . இது மனிதர்களுக்கு மிகச்சரியாக பொருந்துகிறது. மரணம் சம்பவித்தல் என்பதற்கான சாத்தியக்குறைவு 30 வயது வரை குறைவு. 30 வயதுக்கு மேல் ஒவ்வொரு 7 வருடங்களுக்கும் இறப்புக்கான சாத்தியக்கூறு இரண்டு மடங்காக அதிகரிக்கரிக்கின்றது.
இம்மாதிரி அடுக்கேற்றமாக (அதிவேகமாக) சாத்தியக்கூறு அதிகரிக்க என்ன காரணம். நம் உயிரணுக்கள் அழிவதற்கு வெப்பச்சலனம் மட்டுமல்லாமல் மைட்டோகாண்ட்ரியாவில் வளர்சிதை மாற்றங்களும் மிகச்சரியாக எப்போதும் வேலை செய்வதில்லை. சில நேரங்களில் அவற்றில் தேவையற்றவை உருவாகின்றன. இவை உடலுக்கு ஒவ்வாதவை. அவை மரபணுவில்( தாயனை- DNA) மீதும் கடும் தாக்குதலை நிகழ்த்துகிறது. உயிரணுக்கள் அழிவதற்கு இவை இரண்டும் காரணங்களாக இருக்கின்றன. பொதுவாக உயிரணுக்கள் இவற்றிலிருந்து தன்னைச் சரிசெய்துகொள்கின்றன, சில நேரங்களில் உயிரணுக்கள் மிகவும் பாதிகப்பட்டால் தற்கொலை செய்து கொள்கின்றன ( அபோப்டோசிஸ்- apoptosis என்று கூறுவர்). Stem Cell எனப்படும் ஆரம்பநிலை உயிரணுக்கள் இறந்த உயிரணுவின் இடத்தை எடுத்துக்கொள்கிறது.
காலப்போக்கில், இந்தக் பாதிப்படைந்த, கழிவான புரதங்கள் சேர்ந்துகொண்டே இருக்கின்றன. மரபணுக்கள் மிகச்சரியான நகல் இல்லாவிட்டால் தன்னாலேயே சரிசெய்துகொள்ள இயலாது. அதனால் இவ்வாறு இறந்த அணுக்களின் புரதங்கள் பிரிந்து ஒன்றுடன் ஒன்று ஒட்டிக்கொள்கின்றன. இவை சேர்ந்து தொகுப்புகளாகி வீக்கமாக உருவாகின்றன. ஆரம்ப நிலை அணுக்கள் குறைந்துபோகின்றன அல்லது அவைகளால் இவற்றை சரி செய்யமுடியவில்லை. மைட்டோகாண்ட்ரியா பாதிப்பு அடைகிறது. இதனால் உயிரணுக்களின் வேலைப்பளு அதிகரிக்கிறது அதனால் இவற்றால் ஏற்கனவே பாதிகப்பட்ட அணுக்களை சரிசெய்யமுடியாமற் போகிறது. இது ஒரு விஷவட்டம். இதனால் தான் அந்த திடீர் சரிவு நிகழ்கிறது.
முதுமை குறித்த மருத்துவ அறிவியலில் ஏகப்பட்ட காரணிகள் சொல்லப்படுகிறது. புரதத்தொகுப்புகள், பாதிப்படைந்த தாயனை(DNA), வீக்கம், டொலோமியர்கள் என. ஆனால் இவையனைத்தும் உயிரியல் வேதிவினை நிகழ்வாகவே பார்க்கப்படுகிறது. வெப்பவினையால் முதுமை அடைவதை உறுதிசெய்ய உடலினுள் வெவ்வேறு வெப்ப அளவுகள் கொண்ட மனிதர்களைக்கொண்டே இந்த ஆராய்ச்சியை செய்யமுடியும். இயலாத காரியம் அது. ஆனால் சில உயிரிகளைக்கொண்டு உடனடி பாதிப்பில்லாமல்(அந்த உயிரிகளுக்கு) நாம் இந்த ஆராய்ச்சியைச் செய்யமுடியும். சமீபத்தில், Nature இதழில் கொக்கிப்புழுவைக்கொண்டு(C.Elegans வகை கொக்கிப்புழு) ஹார்வார்ட் பல்கலைக்கழக மருத்துவத்துறை நடத்திய இப்படிப்பட்ட ஒரு ஆய்வை வெளியிட்டிருக்கிறார்கள். அதில் வெப்பச்சலனத்தின் அளவுகள் மாறுபடும்போது மேற்குறிப்பிட்ட ‘சறுக்குமர வளைவு’மாறுபாடு அடைவதை காணமுடிகிறது. அதிக வெப்பத்தில் வளர்க்கப்பட்ட உயிரினமானது குறைந்தகாலமே வாழ்கிறது. மேலும் வெப்பச்சலனத்தின் அளவால், வேதிவினையால் மூலக்கூறு உடையும் அளவுகளை அளந்தாலும் இதையே காணலாம்.
நானே என்னுடைய சோதனைச்சாலையில் வேறு வகையான ஆராய்ச்சிகளை மேற்கொண்டிருக்கிறேன். இரண்டு மூலக்கூறுகளின் இணைப்புப்புரதம் எந்த அளவு இழுத்தால் உடைகிறது என்பதை அளக்கும் ஒரு ஆய்வு அது. இந்த இயக்கம் வெப்பச்சலனத்தால் நிகழ்த்தப்படுவதாகும். அந்த ஆய்வு முடிவுகளும் மேற்குறிப்பிட்ட ஆய்வு முடிவுகளும் மனிதர்களின் வயது குறித்த ஆய்வுமுடிவுகளும் ஒன்றுக்கொண்டு இணைவைக்க முடிகிறது. இதோ அந்த வரைபடங்கள்.

இடது: மனித ஆயுட்காலமும் எண்ணிக்கையும் கோம்பெர்ட்ஸ் மாகேஹம் வரைபடம்.
வலது: புரதம் உடைவதும் அதற்கான அழுத்த அளவுகளும். இரண்டும் ஒரே மாதிரி இருக்கின்றன, கவனியுங்கள்.

முதுமை ஒரு நோயா என்பது குறித்து ஆராய்ச்சியாளர்கள் மத்தியில் கடும் விவாதங்கள் நிகழ்கின்றன. நோய், மரபணு, மூலக்கூறு என்று ஒவ்வொரு துறையிலும் ஆராய்ச்சி செய்பவர்கள் தங்கள் துறையே முதுமைக்குக் காரணம் என்று நிறுவ விரும்புகிறார்கள். ஆனால் இப்படி எல்லாமே எப்படி முதுமைக்குக் காரணமாக இருக்கமுடியும். உயிரணுக்களின் மூப்பைக்குறித்து கண்டுபிடித்த மிக முக்கிய ஆராய்ச்சியாளர் ல்யோனாற்ட் ஹேஃபிளிக் (Leonard Hayflick) குறிப்பிட்ட கருத்து, ‘மூப்படைவது எப்படி என்பது அறிவியல் பூர்வமாக அறியப்படாதது அல்ல’, அதன் மூலகாரணங்கள் என்ன என்று பலவேறு வகைகளில் குறிப்பிட்டாலும், மூலக்கூறு மாற்றமடைகிறது என்பதே கடைசியில் நிகழ்வது. மாற்றமடைவது, செதிலமடைவது என்று பலவேறு மனிதர்களுக்கும் பலவேறு அளவுகளில் நடந்தாலும் மூப்படைய ஓரே காரணம் மூலக்கூறுகள் மாறிவிடுவதால்தான்.
இதனாலேயே முதுமை என்பது இயற்பியல் சார்ந்த வெப்பச்சலன மாற்றங்கள் மூலக்கூறு மாற்றத்துக்கான அடிப்படை என்றே கருதவேண்டி இருக்கிறது, வியாதிகள் அல்ல. 1950 வரை நிகழ்ந்த ஆராய்ச்சிகளால் நோய்களை அழிப்பதின் மூலம் பொதுவான இறப்புவிகிதத்தைக்குறைத்து மனிதர்களின் சராசரி ஆயுட்காலத்தை நீட்டித்தோம். ஆனாலும் மனிதனின் அதிகபட்ச வயதை நம்மால் அதிகரிக்கமுடியவில்லை. மாறிலிக்காரணங்களான விபத்துகள், தொற்றுநோய்களை எவ்வளவு தான் தவிர்தாலும் வேகமாக வீழும் மூலக்கூற்று அழிப்பை நம்மால் கடக்கமுடியாது. புற்றுநோய், அல்சைமர் போன்றவற்றை தீர்த்தாலும் சாகா வரம் பெறமுடியாது.
அதற்காக நம் ஆராய்ச்சிகளை நிறுத்திவிடவேண்டியதில்லை. மூலக்கூறுகள் மாற்றத்தை நோக்கி அதனால் ஏற்படும் மூப்புக்கான காரணத்தை நோக்கி நம் ஆராய்ச்சிகளை திருப்பவேண்டும். மேலும் மூலக்கூறு செதிலமடைவதின் முக்கியக்காரணிகளைக்கண்டறிந்து அவற்றை சரிகட்ட என்ன செய்யலாம் என்று நுண்ணணுத்தொழில்நுட்பங்கள், ஆரம்பநிலை உயிரணுக்கள் மற்றும் மரபணு மாற்றங்கள் குறித்து ஆராய்ந்து அறியமுடியும். ஆனால் நாம் ஒன்றை எப்போதும் நினைவில் வைத்துக்கொள்ளவேண்டும். இயற்பியல் விதிகளை நம்மால் மீறவே முடியாது.