8 Percobaan Ilmiah Yang Mengubah Dunia

1: Bunga Darwin

Kebanyakan orang yang mengetahui Charles Darwin’sdari kegiatannya di atas kapal HMS Beagle dan perjalanan terkenalnya ke Amerika Selatan. Dia membuat beberapa pengamatan yang paling penting diKepulauan Galapagos, di mana masing-masing dari 20 atau lebih pulau-pulau didukung satu subspesies dari adaptasi hewan yang disesuaikan dengan lingkungan yang unik. Tetapi hanya sedikit orang yang tahu banyak tentang eksperimen Darwin setelah ia kembali ke Inggris. Beberapa dari percobaannya berfokus pada anggrek.

Ketika Darwin tumbuh dan belajar beberapa spesies anggrek asli, ia menyadari bahwa bentuk-bentuk anggrek adaptasi yang rumit yang memungkinkan bunga untuk menarik serangga yang kemudian akan membawa ke tempat-tempat serbuk sari bunga. Setiap serangga ini sempurna dibentuk dan dirancang untuk menyerbuki satu jenis anggrek, seperti paruh burung-burung finch dari Galapagos dibentuk untuk mengisi ceruk tertentu. Ambil anggrek star of Betlehem (Angraecum sesquipedale), yang menyimpan nektar di dasar sebuah tabung sampai 12 inci (30 cm). Darwin melihat desain ini dan meramalkan bahwa “cocok” untuk binatang yang ada. Benar saja, pada tahun 1903, para ilmuwan menemukan bahwa ngengat elang memakai belalai yang panjang, atau hidung, unik cocok untuk mencapai bagian bawah tabung nektar anggrek itu.

Darwin menggunakan data yang dikumpulkan tentang anggrek dan serangga penyerbuk untuk memperkuat teorinya tentang seleksi alam. Dia berargumen bahwa menghasilkan penyerbukan silang lebih cocok untuk anggrek bertahan hidup dari anggrek yang dihasilkan oleh penyerbukan sendiri, suatu bentuk perkawinan sedarah yang mengurangi keragaman genetik dan, akhirnya survivability suatu spesies.Dan begitu tiga tahun setelah ia pertama kali seleksi alam dalam “On The Origin of Species,” Darwin didukung kerangka modern evolusi dengan beberapa bunga eksperimen.

2: Decoding DNA

James Watson dan Francis Crick mendapatkan dana untuk memecahkan misteri DNA, tapi penemuan mereka sangat bergantung pada pekerjaan orang lain, seperti Alfred Hershey dan Martha Chase, yang pada tahun 1952, kini melakukan percobaan terkenal yang diidentifikasi sebagai molekul DNA yang bertanggung jawab untuk hereditas. Hershey dan Chase bekerja dengan jenis virus yang dikenal sebagai bakteriofag. Seperti virus, terdiri dari lapisan protein yang mengelilingi sebuah untai DNA, bakteri menulari sel, program sel untuk menghasilkan lebih banyak virus, kemudian membunuh sel untuk melepaskan virus baru yang dibuat. Keduanya tahu ini, tetapi mereka tidak tahu mana yang komponen – protein atau DNA – yang bertanggung jawab sampai mereka melakukan percobaan mengarahkan mereka ke asam nukleat DNA.

Setelah percobaan Hershey dan Chase , para ilmuwan seperti Rosalind Franklin terfokus pada DNA dan bergegas untuk menguraikan dengan struktur molekul. Franklin menggunakan teknik yang disebut difraksi sinar-X untuk belajar DNA. Ini melibatkan pengambilan gambar X-ray pada serat aligned DNA yang dimurnikan. Sebagai sinar-X berinteraksi dengan molekul, mereka terdifraksi atau membungkuk dari asli mereka saja.Difraksi sinar-X membentuk suatu pola yang unik terhadap molekul yang dianalisis. Foto terkenal Franklin DNA menunjukkan pola berbentuk X bahwa yang diketahui Watson dan Crick adalah tanda dari molekul heliks (atau berbentuk spiral). Mereka juga bisa menentukan lebar heliks dari melihat gambar Franklin. Dari lebar diketahui bahwa dua untai terdiri atas molekul, yang mengarah ke bentuk heliks ganda .

3: Vaksinasi Pertama

Kejadian yang menakjubkan pada pemberantasan cacar global pada akhir abad ke-20, cacar menimbulkan masalah kesehatan yang serius. Pada abad ke-18, penyakit cacar disebabkan oleh virus kesepuluh yang membunuh setiap anak yang lahir di Swedia dan Perancis [sumber: World Health Organization]. Penangkapan orang cacar dan yang selamat dari infeksi adalah cara mengobati satu-satunya .Hal ini menyebabkan banyak orang untuk menyuntik diri dengan cairan dan nanah dari cacar luka dengan harapan menangkap menjadi kasus penyakit ringan. Sayangnya, banyak orang meninggal karena berbahaya usaha inokulasi diri.

Edward Jenner, seorang dokter Inggris, berangkat untuk belajar cacar dan untuk mengembangkan pengobatan yang layak. Asal-usul eksperimennya adalah sebuah pengamatan bahwa dairymaids tinggal di kota kelahirannya sering menjadi terinfeksi dengan cacar sapi, penyakit yang mirip dengan nonlethal cacar. Cacar sapi Dairymaids yang tertangkap sepertinya harus dilindungi dari infeksi cacar, jadi pada tahun 1796, Jenner memutuskan untuk melihat apakah dia dapat memberikan kekebalan untuk penyakit cacar dengan cacar sapi menginfeksi seseorang dengan sengaja. Bahwa seseorang adalah seorang anak muda bernama James Phipps. Jenner membuat luka di lengan Phipps dan kemudian dimasukkan beberapa cairan dari luka cacar sapi dairymaid lokal bernama Sarah Nelmes. Phipps kemudian terkena cacar sapi dan dipulihkan. Empat puluh delapan hari kemudian, Jenner anak itu terkena cacar, hanya untuk menemukan bahwa anak itu kebal.

Hari ini, para ilmuwan mengetahui bahwa virus cacar sapi dan virus cacar sangat mirip bahwa sistem kekebalan tubuh tidak dapat membedakan mereka. Dengan kata lain, antibodi yang dibuat untuk melawan virus cacar sapi akan menyerang dan membunuh virus cacar seolah-olah mereka sama.

4: Bukti Positif dari Inti atom

Ernest Rutherford fisikawan telah memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 1908 untuk radioaktivitas ketika dia mulai beberapa eksperimen yang akan mengungkap struktur atom. Mereka bergantung pada penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa radioaktivitas terdiri dari dua jenis sinar – sinar alfa dan beta. Rutherford dan Hans Geiger telah menentukan bahwa sinar alfa adalah aliran partikel bermuatan positif. Ketika ia menembakkan partikel alpha pada layar, mereka menciptakan gambar yang tajam atau fokus. Tetapi jika dia meletakkan lembar mika tipis antara sinar alfa-sumber dan layar, hasil gambar itu menyebar. Jelas, mika itu menghamburan beberapa partikel alfa, tapi bagaimana dan mengapa?

Pada tahun 1911, ia diposisikan pada lembaran tipis kertas emas, hanya satu atau dua atom tebal antara sinar alfa-sumber dan layar. Dia meletakkan layar kedua oleh sumber sinar alfa untuk melihat apakah ada partikel sedang dibelokkan ke belakang. Pada layar di belakang foil, Rutherford mengamati pola menyebar yang mirip dengan yang ia lihat pada mika. Pada layar di depan foil, Rutherford terkejut melihat bahwa beberapa partikel alfa langsung memantul kembali.

Rutherford menyimpulkan bahwa muatan positif yang kuat pada inti atom emas itu membelokkan partikel alfa langsung kembali ke sumber. Dia menyebut sumber positif yang kuat sebagai “inti” dan mengatakan inti harus kecil dibandingkan dengan ukuran keseluruhan atom, jika tidak, partikel lebih akan bangkit kembali. Hari ini, kita masih membayangkan atom seperti Rutherford lakukan, inti yang kecil bermuatan positif dikelilingi oleh sesuatu yang luas, sebagian besar wilayah kosong di isi dengan beberapa elektron.

5: Penglihatan Sinar X

Kita berbicara tentang Rosalind Franklin difraksi sinar X-penelitian sebelumnya, tapi karyanya berhutang banyak Crowfoot Dorothy Hodgkin, salah satu dari tiga wanita yang pernah memenangkan Hadiah Nobel dalambidang kimia. Pada 1945, Hodgkin dianggap terkemuka di dunia praktisi teknik sinar-X difraksi, sehingga tidak mengherankan jika ia akhirnya mengungkapkan struktur satu obat-obatan kimia paling penting – penisilin. Alexander Fleming telah menemukan zat pembunuh bakteri pada tahun 1928, tetapi para ilmuwan berjuang untuk memurnikan kimia dalam rangka untuk mengembangkan pengobatan yang efektif. Dengan memetakan susunan 3D ATOM penisilin’s, Hodgkin membuka jalan baru untuk menciptakan dan mengembangkan derivatif semisynthetic penisilin, merevolusi cara berjuang dokter infeksi.

Bidang studi Hodgkin dikenal sebagai kristalografi sinar-X. Kimiawan pertama harus mengkristal senyawa mereka ingin menganalisis, yang merupakan tantangan. Setelah dua perusahaan yang berbeda mengirimkan penisilin kristal, Hodgkin kemudian melewati gelombang sinar-X melalui kristal dan membiarkan radiasi untuk menyerang sebuah pelat foto. Sebagai sinar-X berinteraksi dengan elektron dalam sampel, mereka terdifraksi sedikit. Hal ini menghasilkan pola yang berbeda bintik-bintik pada film fotografi. Dengan menganalisis posisi dan kecerahan dari bintik-bintik dan melakukan berbagai perhitungan, Hodgkin ditentukan secara pasti bagaimana atom dalam molekul penisilin diatur.

Beberapa tahun kemudian, Hodgkin menggunakan teknik yang sama untuk menyelesaikan struktur vitamin B12. Dia memenangkan Hadiah Nobel dalam bidang kimia unshared pada tahun 1964 – suatu kehormatan bagi seorang wanita.

6: Primordial Soup

Kembali dalam waktu yang cukup jauh, dan Anda pada akhirnya harus menjelaskan bagaimana bahan kimia kehidupan – terutama protein dan asam nukleat – terbentuk di Bumi lingkungan purba. Tahun 1929, ahli biokimia John Haldane dan Oparin Aleksander mengambil hipotesis secara independen bahwa atmosfer awal Bumi tidak memiliki oksigen bebas.Dalam lingkungan keras ini, mereka memperkirakan bumi dapat membentuk senyawa organik dari molekul sederhana jika mereka dirangsang oleh sumber energi yang kuat, baik radiasi ultraviolet atau petir. Haldane menambahkan bahwa lautan akan menjadi sebuah “primitif sup” senyawa organik ini.

Kimiawan AS Harold C. Urey dan Stanley Miller berangkat untuk menguji hipotesis Oparin-Haldane pada tahun 1953. Mereka direproduksi atmosfer awal Bumi dengan menciptakan kontrol sistem tertutup dengan hati-hati. Laut adalah botol yang dihangatkan air. Uap air naik dari air dan dikumpulkan di ruang lain, Urey dan Miller menambahkan hidrogen, metana dan amonia untuk mensimulasikan suasana bebas oksigen. Kemudian mereka memerercikan api, sebagai pengganti petir, ke dalam campuran gas. Akhirnya, sebuah kondensor mendinginkan gas menjadi cairan mereka dikumpulkan untuk analisis.

Setelah seminggu, Urey dan Miller mempunyai hasil menakjubkan. Senyawa organik yang berlimpah dalam cairan didinginkan. Paling menonjol, Miller menemukan beberapa asam amino, termasuk glisin, alanin dan asam glutamat. Asam amino adalah blok bangunan protein, yang sendiri adalah unsur utama dari kedua selular struktur dan enzim selular bertanggung jawab untuk reaksi kimia penting. Urey dan Miller menyimpulkan bahwa molekul organik dapat membentuk dalam suasana bebas oksigen dan bahwa makhluk hidup sederhana mungkin tidak jauh setelah ini.

7: Membuat Cahaya

Ketika abad ke-19 tiba, lampu tetap merupakan sebuah misteri yang terinspirasi beberapa eksperimen menarik, terutama Thomas Young’s “Eksperimen celah ganda” yang memberitahu kita cahaya berperilaku sebagai gelombang, bukan sebagai sebuah partikel. Tapi kita masih belum tahu seberapa cepat cahaya bergerak.

Tahun 1878, AA Michelson instruktur fisika merancang percobaan untuk menghitung kecepatan cahaya dan membuktikan bahwa kecepatannya itu yang terbatas dan dapat diukur. Inilah yang dia lakukan:

1. Pertama, ia meletakkan dua cermin berjauhan di dinding tepi laut di dekat kampus, menyelaraskan mereka sehingga cahaya yang mencolok satu cermin akan merefleksikan kembali dan menyerang kedua. Dia mengukur jarak antara dua cermin dan menemukan mereka 1,986.23 kaki (605,4029 meter) terpisah.
2. Selanjutnya, Michelson menggunakan blower bertenaga uap untuk memutar salah satu cermin pada 256 putaran per detik. Cermin lain tetap diam.
3. Dengan menggunakan lensa, dia memfokuskan berkas cahaya ke cermin stasioner. Ketika cahaya menghantam cermin stasioner, itu memantul kembali ke arah cermin berputar, di mana telah meletakkan Michelson layar pengamatan. Karena cermin kedua yang bergerak, yang kembali sinar dibelokkan sedikit.
4. Ketika Michelson mengukur defleksi, ia merasa menjadi 5,236 inci (133 milimeter).
5. Menggunakan data ini, Michelson menghitung kecepatan cahaya menjadi 186.380 mil per detik (299,949.53 kilometer per detik).

Nilai yang diterima untuk kecepatan cahaya saat ini adalah 186,282.397 mil per detik. Lebih penting lagi, para ilmuwan gambaran yang lebih akurat cahaya dan fondasi untuk membangun teori mekanika kuantum dan relativitas.

8: Mengungkap Radiasi

Tahun 1897 ini penting untuk Marie Curie. Anak pertamanya dengan suami Pierre lahir dan, beberapa minggu kemudian, ia pergi mencari subjek untuk sebuah tesis doktor. Dia akhirnya memutuskan untuk mempelajari “sinar uranium” , pertama dijelaskan oleh Henri Becquerel. Becquerel telah menemukan sinar ini sengaja ketika ia meninggalkan garam uranium di dalam ruangan yang gelap dan kembali untuk menemukan bahwa mereka telah terkena piringan foto. Marie Curie memilih untuk mempelajari sinar misterius ini dan untuk menentukan apakah unsur-unsur lain memberi dari emisi serupa.

Awalnya Curie belajar bahwa torium memberi sinar yang sama seperti uranium. Dia mulai pelabelan elemen yang unik ini sebagai “radioaktif” dan dengan cepat menemukan bahwa kekuatan radiasi yang dipancarkan oleh berbagai senyawa uranium dan torium tidak tergantung pada kompleks, tetapi pada jumlah uranium dan torium yang ada. Akhirnya, ia akan membuktikan bahwa sinar adalah milik atom dari unsur radioaktif. Dengan sendirinya, ini adalah penemuan yang revolusioner, tetapi tidak dilakukan Curie.

Ia menemukan bahwa bijih-bijih uranium memproduksi radioaktivitas lebih dari uranium, membimbingnya untuk memprediksi bahwa elemen yang tidak dikenal harus hadir di mineral alami. Pierre bergabung dengannya di laboratorium, dan mereka secara sistematis mengurangi sejumlah besar bijih-bijih uranium sampai akhirnya mereka terisolasi unsur baru. Mereka menamainya polonium diambil dari kata Polandia, tanah air Marie. Segera setelah itu, mereka menemukan elemen radioaktif lain, yang mereka namakan radium setelah kata Latin untuk “sinar”. Curie memenangkan dua Hadiah Nobel untuk karyanya.