Barn 36 (Hâf 2010): Drosophila melanogaster, Hafaliad Bolzmann, Ynysoedd

Drosophila melanogaster ! Dyma enw a fydd yn hen, hen gyfarwydd i unrhyw fiolegydd. Enw hir a soniarus i beth mor fach. Dyma’r enw a roddwyd i’r Pry Finegr wrth ddefnyddio’r drefn enwi wyddonol deuol a fathwyd gan Carl Linnaeus yn y ddeunawfed ganrif. Y carwr gwlith gyda’r bol brown – fel y gŵyr pawb a fu’n astudio Groeg yn y coleg. I’r sawl sy’n rhannu fy niddordeb mewn gwneud gwin cartref, hawdd deall y cyswllt â finegr.  Y foment mae awyr – a’r ocsigen sy’n gyfrifol am droi alcohol yn finegr – yn cyrraedd wyneb y gwin byddwch yn sicr o weld cyrff bach y gwlith garwyr yn arnofio arno. Hawdd deall i’r hen bobl feddwl mai o’r pry y daeth y surni. Ond nid gwlith, na’r Roeg, na gwin cartref sy’n gyfrifol am enwogrwydd biolegol y bolfrown. Oherwydd symlrwydd ei geneteg, hwn yn anad undim a fu’n cynnal y wyddor honno ar hyd yr ugeinfed ganrif.  Americanwr o’r enw Charles Woodworth a sylwodd yn gyntaf ar ei fanteision, ond Americanwr arall, ac enillydd Gwobr Nobel Meddygaeth 1933 o’r enw Thomas Hunt Morgan wireddodd y manteision hynny. Er chwilio, methais â dod o hyd i gysylltiadau Cymreig y “Morgan” hwn er iddo ennill ei gadair gyntaf yng Ngholeg enwog Bryn Mawr. (Os gŵyr un o ddarllenwyr Barn am gysylltiad byddai hanes ei deulu yn werth erthygl lawn iddi’i hun.) Ymhlith holl ddarganfyddiadau Morgan oedd sylwi ar y cyd-ddigwyddiad rhwng y ffaith fod gan bob cell yn y pry bach bedwar pâr o’r hyn a elwir yn gromosomau ar yr un llaw tra bo’i holl enynnau, pethau hollol haniaethol ar y pryd, yn syrthio i bedwar dosbarth ar y llaw arall.  Er gwaethaf gwrthwynebiad cychwynnol Morgan i  bwysigrwydd y cromosom mewn geneteg, o’i labordy ef y daeth cryn dipyn o’r dystiolaeth amdano. Erbyn heddiw mesurir pellter ar hyd y cromosom mewn “centiMorgan” (yn dilyn yr un egwyddor â “centimedr”). Un Morgan yw hyd bob cromosom. Er ei symlrwydd mae modd canfod yng ngenom Drosophila melanogaster enynnau sy’n cyfateb i 75% o glefydau dyn. Cyfrannodd, felly, yn sylweddol i ymchwil feddygol.  Priodol mai dilyniant ei DNA oedd un o’r rhai cyntaf i’w darllen, yn 2000. Ond er gwaethaf hyn oll, mae’n ymddangos fod Drosophila melanogaster ar fin diflannu o hanes ! Pam ? Un o hoff bethau sŵolegwyr yw ail ddosbarthu ac enwi eu praidd. Yn eironig, canlyniad y chwyldro DNA sy’n gyfrifol am lawer o hyn, wrth inni ddeall yn well gydberthynas esblygiadol popeth byw. Y broblem yw nad yw holl aelodau genws Drosophila yn perthyn mor agos â hynny i’w gilydd. Ludi Incipiant ! Mae tacsonomegwyr (fersiynau sŵolegol o Bruce Griffiths a Dafydd Glyn Jones) yn ymladd at waed ynghlwm â beth i’w wneud. Dadleua rhai o blaid cadw’r enw eiconig, tra bo’r lleill yn dadlau dros gael gwared arno. Yr enw a argymhellir yw Sophophora melanogaster. Mae’r hanes yn f’atgoffa am sut y disodlwyd y Brontosaurus, y dinosor enwocaf erioed efallai, o lyfrau hanes gan y Diplodocus, ond stori arall yw honno. Roedd gennyf hen fodryb Sophora – tybed a gafodd ei bwyta gan bryfetyn ?

Ond pethau bach sy’n poeni pawb. Ers dros 140 o flynyddoedd saernïwyd ein dealltwriaeth o ymddygiad atomau gan weledigaeth ffisegydd o Awstria o’r enw Ludwig Eduard Boltzmann. Fis diwethaf yn y golofn hon, disgrifiais sut mae lliw pethau poeth yn datgan eu tymheredd. Un o weledigaethau Bolzmann oedd esbonio hynny.  Defnyddir esboniadau’r cawr gwyddonol hwn i ddisgrifio nwyon ym mhob math o gyd-destunau ymarferol, o Atomfeydd i Alaethau. Hafaliad Bolzmann yw un o gonglfeini cemeg ffisegol. Y broblem oedd nad oedd neb wedi profi’n ffurfiol yr hafaliad hwn. (Fe gofiwch chi brofi Theorem Pythagoras yn yr ysgol, ‘rwy’n siŵr).  Mewn rhifyn diweddar o PNAS, un o brif gylchgronau gwyddonol y byd, mae Robert Strain a Philip Gressman o Brifysgol Pennsylvania wedi mynd gryn dipyn o’r ffordd i wneud hyn.  Disgrifia Strain y broblem fel hyn.  Gelwir y rhan fwyaf o hafaliadau sylfaenol ffiseg yn hafaliadau differol. Ystyr hyn yw eu bod yn disgrifio newidiadau cydberthynas pethau a’i gilydd. Un enghraifft yw cyflymder – sy’n disgrifio perthynas pellter ag amser. Enghraifft arall yw cyflymiad (acceleration) sy’n disgrifio perthynas cyflymder ag amser. Fe welwch fod amser yn ymddangos ddwywaith yn nisgrifiad cyflymiad. Oherwydd hyn, yn synhwyrol ddigon, gelwir cyflymder yn werth cynradd, a chyflymiad yn eilaidd.  Y broblem yw bod modd, yn fathemategol, ystyried gwerthoedd rhwng y ddau – er enghraifft “un-a-deuparthaidd”. Ond beth yw ystyr hyn yn y byd “go iawn”. Darganfyddiad y ddau fathemategydd eleni yw sylweddoli mai dyma sy’n ymddangos yn nisgrifiad hafaliad Bolzmann o’r byd o’n cwmpas. Mae hyn yn beth anghyffredin iawn. Ond rhag ofn eich bod yn meddwl ein bod bellach yn deall pob dim, wrth ddisgrifio nwyon pur dawel yn unig y mae’r prawf ffurfiol hwn yn gweithio – yr awyr o’ch cwmpas wrth ddarllen hwn er enghraifft.  Efallai nad yw’n wir am wynt storom Awst, heb sôn am grombil ein galaeth.

Un grŵp o wyddonwyr sy’n defnyddio’r disgrifiadau sylfaenol hyn yw’r rhai hynny sy’n ceisio darogan newidiadau yn yr hinsawdd. (Rhwng y cyfnodau y byddant yn anfon e-byst anffodus i’w gilydd !)  Fe ddeallwch, felly, peth o’u hanhawster. Beth bynnag am hynny, wrth iddynt ymrafael â modelau tywydd y byd, yr ofn yw y bydd ynysoedd isel y Môr Tawel yn dechrau diflannu wrth i lefel y môr godi. Yn Hydref 2009 cynhaliodd Cabinet ynysoedd y Maldives sesiwn tanddwr i dynnu sylw at hyn.  Ond ochr arall yr hanes a bwysleisiwyd yn ddiweddar.  Wrth astudio lluniau awyr o 27 ynys a dynnwyd dros gyfnod o 60 mlynedd, dyfarnodd Paul Kench  ac Arthur Webb mai dim ond pedair ohonynt oedd wedi lleihau yn ystod y cyfnod. Hyn er gwaetha’r ffaith bod y môr wedi codi 12 centimedr. Yn wir, roedd mwy ohonynt na hyn wedi tyfu ers y 1950au. Beth sy’n digwydd ?  Y mae esboniad y ddau wyddonydd yn ymwneud â natur yr ynysoedd. Maent wedi’u creu o gwrel – rhywbeth sydd nid yn unig yn dal i dyfu, ond sy’n medru dal gwaddodion ac ymateb i newid hinsawdd. Er enghraifft, Tuavalu yw un o’r ynysoedd y darogenir ei thranc buan. Nid yw ei phwynt uchaf ond 4.5 metr uwchben y tonnau. Ond pan drawodd storom “Bebe” yr ynys yn 1972,  bu cynnydd o 40 hectar (tua 10%) yn ei harwynebedd. Y broblem, ysywaeth, yw ei bod yn anodd cynnal pentrefi a chymdeithasau ar y fath ynysoedd sy’n tyfu o hyd yn sgil y newid. Mae’r ynysoedd yn wytnach na’u poblogaethau ! Felly chi sy’n mwynhau darllen Barn ar ryw draeth cwrel pellennig yr haf hwn, gellwch drefnu gwyliau yno eto am y flwyddyn nesaf – ond efallai mai ffôl fyddai buddsoddi mewn “Timeshare”.