స్పిటిక శాస్త్రానికి (క్రిస్టలోగ్రఫి) నిండు నూరేళ్లు

ఈ ప్రపంచంలో ప్రతీదీ పదార్థంలోనే నిండి ఉంది. సర్వం పదార్థమయమే. భౌతిక ప్రపంచం అని అందుకే అంటారు. పదార్థం అంటే ఏమిటి? ఎలా ఉంటుంది? ఎలా నిర్మితమైంది? ఇలాంటి అనేక ప్రశ్నలు మెదళ్లలో నిత్యం మెదలుతూ ఉండేవి. తత్వవేత్తలనూ, శాస్త్రజ్ఞులనూ ఒకే విధంగా వేధిస్తూనే ఉండేవిఫథార్థాన్ని గురించిన విజ్ఞానం ఈ ప్రశ్నల పరంపర నుండే మొగ్గతొడిగింది. 17వ శతాబ్దం తొలిరోజుల్లో జొహెన్నస్ కెప్లర్ (Johannes Kepler) పదార్ధం ఎలా ఉంటుందనే దాని మీద కొంత ఊహించాడు. మంచుముక్కలను పరిశీలించిన కెప్లర్ అవి షడ్భుజాకారంలో ఏర్పడిన వలలాంటి నీటి బిందువులే అని చెప్పాడు. కాని కెప్లర్ 1611లో చెప్పిన ఈ భావన ఎన్నో శతాబ్దాల వరకు ఋజువులు దొరకలేదు. సైన్సులో ఏదైనా రుజువు ఉంటేనా కదా ఒక సిద్ధాతంగా మారేది! ఎవరెన్ని ఊహలు, భావనలు చేసినా 20వ శతాబ్దం వరకు అవి కేవలం ఊహలుగానే మిగిలిపోయాయి.

ఎక్స్ రేలను ప్రముఖ శాస్త్రవేత్త విల్ హెల్మ్ రాంటజెన్ (Wilhelm Roentgen) 1895లో కనుగొనటంతో పదార్థ విజ్ఞాన శాస్త్రం (Material science) ఒక నూతన మలుపు తిరిగింది. తుత్తునాగం లేదా కాపర్ సల్ఫేటు పైకి, ఎక్స్ కిరణాలను పంపించడం ద్వారా - మాక్స్-ఫన్-లావే 1912లో ఒక వినూత్న వివర్తన , చిత్రం' (Diffraction pattern) తొలిసారి చూడగలిగాడు. ఆ అయితే దానిని అప్పుడు వివరించలేకపోయాడు. ఆ తర్వాత ఈ పద్ధతి గొప్ప 'ఎక్స్రే వికిరణ ప్రక్రియ'గా ప్రసిద్ధి చెంది పదార్థ స్వరూపాన్ని కనుక్కోవటంలో ఎనలేని మేలు చేసింది. ఎక్స్ రేను కనుగొన్న రాంట్జెన్ కు 1901లో నోబెల్ బహుమతి ఇస్తే లావేకు 1914లో ఇచ్చారు.

ఈ ప్రక్రియను ఉపయోగించి నాటి నుండి నేటివరకు ఎన్నెన్నో స్ఫటికాల స్వరూపాన్ని కనుగొన్నారు. ఇలా మొట్టమొడటిసారి కనుగొన్న స్ఫటికం ఏదో చేప్పగలరా! అది మనకు బాగా పరిచయమున్నదే. అదే 'వజ్రం' లేదా డైమండ్, విలియం హ్నెనీబ్రాగ్ (William Henry Bragg) అనే శాస్త్రవేత్త వజ్రపు స్పటికాకృతిని ఎక్స్ రేలను ఉపయోగించి కనుగొన్నాడు. ఈ నిర్మాణాన్ని కనుక్కోవటంలో మరో శాస్త్రవేత్త కూడా ఆయనతో కలిసి పనిచేశాడు. మరి ఆ శాస్త్రవేత్త ఎవరో తెలుసా? మరెవరో కాదు విలియం బ్రాగ్ కుమారుడు లారెన్స్ బాగానే (William Lawrence Bragg). తండ్రి కొడుకులిద్దరూ కలిసి మొట్టమొదటిసారి 1913లో వజ్రం నిర్మాణాన్ని కనుగొన్నందుకు వారిద్దరికి కలిపి 1915లో నోబెల్ బహుమతి లభించింది. తండ్రీకొడుకులిద్దరూ నోబెల్ బహుమతి గెల్చుకోవటం చరిత్రలోనే తొలిసారి. మళ్లీ మరెవరూ కూడా అలా గెలుచుకోలేదు. నోబెల్ బహుమతి గెలిచినపుడు లారెన్స్ బ్రాగ్ వయసు కేవలం 25 సం.లు. ఇంత చిన్న వయసులో నోబెల్ బహుమతి పొందటమే ఒక రికార్డయితే, ఈనాటి వరకూ ఆ రికార్డును బ్రేక్ చేసిన వాళ్లెవరూ లేరు.

కేవలం రాళ్లలా గట్టిగా ఉండే వజ్రం లాంటి పదార్థాల నిర్మాణాన్ని ఎక్స్ రే వికిరణ చిత్రాల ద్వారా తెలుసుకోగలగడమే కాదు. 1916 నాటికి పొడిపొడిగా వుండే పదార్థాల నిర్మాణాలను సైతం ఈ పద్ధతిలో అధ్యయనం చేయటం సాధ్యపడింది. మీరు రోజూ వాడే పెన్సిల్ మొనదేనితో తయారైందో చెప్పగలరా? ఇదొక ప్రశ్న? కాని దీని నిర్మాణంలో ఉండే కర్బన అణువుల అమరిక మాత్రం చిత్రమైనదే. గ్రాఫైట్ (పెన్సిల్ మొన) స్ఫటిక నిర్మాణాన్ని విశదీకరించిన శాస్త్రవేత్త జాన్ డెస్మండ్ బెర్నాల్ (John Desmond Bernal) బెర్నాల్ గ్రా ఫైట్ నిర్మాణాన్ని 1924లో కనుగొన్నాడు. జె.డి. బెర్నాల్ కేవలం గొప్ప శాస్త్రవేత్త మాత్రమే కాదు. సైన్సు ప్రజల కోసమని సైన్సు ఫలితాలు సామాన్య ప్రజలకు చేరువ కావాలనే ప్రజా సైన్స్ ఉద్యమానికి ప్రేరణ, ప్రాణం కూడాను. నేడు ‘జనవిజ్ఞాన వేదిక' వంటి సైన్స్ ప్రచార సంస్థలు విద్యార్థుల్లోకి సైన్సును తీసుకుపోవటానికి, శాస్త్రీయ దృక్పథాన్ని కలిగించటానికి పునాదులు వేసినవాడు బెర్నాల్. 'చరిత్రలో సైన్స్' అనే బెర్నాల్ రాసిన గ్రంథం ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఎన్నో ఉద్యమాలకు చుక్కానిగా పనిజేసింది. బెర్నాలకు స్వయంగా నోబెల్ బహుమతి రాకున్నా ఆయన నేతృత్వంలో పనిచేసిన దాదాపు అరడజనుమంది నోబెల్ బహుమతులు గెలుచుకున్నారు.

కేవలం నిర్జీవ పదార్థాల స్ఫటిక నిర్మాణాలనేగాక జీవాణువులైన మాంస (ప్రొటీన్) నిర్మాణాలను కూడా ఎక్స్ రేలనుపయోగించి కన్దినటం 1937 నాటినుండి ఆరంభమైంది. మొదటిసారిగా ప్రొటీన్లను జేమ్ససమ్నర్ స్పటికీకరించాడు. 1945లో దోరోతీ హాడ్కిన్ పెన్సిలిన్ నిర్మాణాన్ని విశ్లేషించారు. ఎక్స్ రేలనుపయోగించి కనుగొన్న మొట్టమొదటి సంక్లిష్ట అణువు పెన్సిలిన్. న్యూ డైఫ్రాక్షన్ ప్రయోగాల ద్వారా 3D నిర్మాణాలను 1946లో కనుగొన్నారు. ఎక్స్ రేలతో సాధ్యం కాని 3డి చిత్రాలను ఈ ప్రక్రియతో సాధించారు. 1952లో రోజాలిండ్ ఫ్రాంక్లిన్ మరో అద్భుతాన్ని కనుగొన్నది. అదే DNA మెలిదిరిగిన నిచ్చెనవంటి నిర్మాణాన్ని తన ఎక్స్ రే వికిరణ చిత్రాల్లో బంధించింది. రోజాలిండ్ ఆవిష్కరణ తర్వాతే వాట్సన్, క్రిక్ లు DNA నిర్మాణ ప్రతిపాదనకు ఆధారమైంది.

ఇదే క్రమంలో మరిన్ని నూతన ఆవిష్కరణలకు స్ఫటికశాస్త్రం (క్రిస్టలోగ్రఫీ)లో చోటుచేసుకున్నాయి. DNA ఆవిష్కరణ వెలువడిన కొద్ది సంవత్సరాలకే 1958లో జాన్ కెంమాక్స్ పేరుఱ్ఱలు తొలిసారిగా మయోగ్లోబిన్ ప్రొటీన్ నిర్మాణాలను కనుగొని 1962లో నోబెల్ బహుమతి సాధించారు. 1970 నాటికి సింక్రోట్రాన్ ఎక్స్ రే అందుబాటులోకి రావటంతో క్రిస్టలోగ్రఫీ పరిశోధనలు మరింత వివరంగా, లోతుగా చేసే వీలయింది. మొట్టమొదటిసారిగా 1978లో ఒక వైరస్ నిర్మాణాన్ని పరమాణు స్థాయిలో చిత్రించగలిగారు. ఆ వైరస్ పేరు టమాటో బుషీస్టంట్ వైరస్.

మరో నాలుగేళ్లలో అంటే 1982 నాటికి క్వాసీక్రిష్టల్ (పాక్షిక స్ఫటికాలు)ను అవలోకించగలిగారు. ఈ రకం స్పటికాలు ఒక వింతైన పరమాణు అమరికను కలిగి ఉంటాయి. వీటిలో పరమాణువులు ఒక క్రమపద్ధతిలోనే అమరి ఉంటాయి. కానీ ఆ పద్ధతి మరలా పునరావృతం కాదు. ఈ క్రిస్టలాగ్రఫీ విశదీకరించిన ఈ స్ఫటిక నిర్మాణం సైన్స్లో గొప్ప మైలురాయిగా మిగిలిపోయింది. ఆ తర్వాత రెండేళ్లకు 1984లో మొక్కల్లో కిరణజన్య సంయోగక్రియ జరిగే కేంద్రాన్ని, దాని నిర్మాణ రహస్యాలను ఛేదించటం జరిగింది. 1989 వచ్చేసరికి క్రిస్టలోగ్రఫీ ప్రక్రియ ఎంతో అభివృద్ధి చెందింది. సమయానుగుణంగా అణువుల్లో వచ్చే మార్పును, వాటి చర్యా విధానం కనుగొనగలిగారు. దీనిలో అతివేగంగా మారిపోయే అణువుల్ని సైతం క్రిస్టలోగ్రఫీ ద్వారా తెలుసుకోవటం సాధ్యమైంది. ఇక 1990 నాటికి, ఆ దశాబ్దంలో ప్రొటీన్ల స్పటికీకరణ ఆటోమాటిక్గా చేపట్టి, వాటి నిర్మాణాలను కనొనటం తేలికయింది. దీనితో 1990 నాటికి తెలిసిన ప్రొటీన్ల సంఖ్య 507 నుండి నాదాపు లక్ష ప్రొటీన్ల స్ఫటిక నిర్మాణాలను నేటివరకు కనుక్కోవటం జరిగింది.

2000 నాటికి రైబోసోముల వంటి కణాంగాల పూర్తి నిర్మాణాన్ని విశ్లేషించారు. ప్రోటీన్లను తయారుచేసే ఒక కర్మాగారం వంటి రైబోసోము నిర్మాణాన్ని, పనితనాన్ని కనుగొనటం క్రిస్టలోగ్రఫీ చరిత్రలో చెప్పుకోదగిన మరో మైలురాయి. రకరకాల పదార్థాల స్పటికాకారాలను విశదీకరించి, జీవ పదార్థాన్ని సైతం విశ్లేషించిన క్రిస్టలోగ్రఫీ లేదా స్ఫటికశాస్త్రం నూరేళ్ళు నిండేనాటికి మరో వినూత్న ప్రయోగానికి తెరతీసింది. ఇన్నాళ్లూ మన భూగ్రహం మీద పరిశోధనలు జరిపితే 2012లో అంగారక గ్రహంపై ఎక్స్ రే క్రిస్టలోగ్రఫీ - నుపయోగించి అధ్యయనం చేయటం జరిగింది. ఇక 2013లో ఎయిడ్స్ వ్యాధిని కలిగించే హెచ్.ఐ.వి (HIV) చిత్రాన్ని క్రిస్టలోగ్రఫీ ద్వారా విపులంగా చిత్రించగలిగారు.

క్రిస్టలాగ్రఫీ విజ్ఞానంతో ఎన్నెన్నో ఆవిష్కరణలు ఈ నూరేళ్లకాలంలో జరిగాయి. వీటిలో 90 శాతానికి పైగా ఆవిష్కరణలు నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకొన్నాయి. ఇంతటి విశిష్ట శాస్త్రము నూరేళ్ల పండుగను ఇటీవలే జరుపుకొంది. మానవాళికి, సైన్స్ పురోగమనానికి క్రిస్టలోగ్రఫీ మరింత మేలు చేస్తుందని ఆశిద్దాం.

ఆధారం: ప్రొ. కె. సత్యప్రసాద్.