of 14 /14
Nr 18-19/2017 WIELKIE PYTANIA 5 Życie /nie-Życie

Nr 18-19/2017 Nr 5/2016 WIELKIE /nie-Życie · stąpił, gdy start-up ze Stanów Zjednoczo-nych – BioBots – zaprezentował światu swój pierwszy produkt: biodrukarkę 3D za zaledwie

  • Author
    votuong

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Nr 18-19/2017 Nr 5/2016 WIELKIE /nie-Życie · stąpił, gdy start-up ze Stanów Zjednoczo-nych –...

Nr 5/2016

DODATEK SPECJALNY71. rocznica wyzwolenia

winiw obozu KL Auschwitz

Nr 18-19/2017

W I E L K I E P Y T A N I A 5ycie

/nie-ycie

2 3

t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7 t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7

Leonardo da Vinci, przekrj przez czaszk czowieka; ok. 1489 r.

03 ywe druki jakub lewicki

Narzdy z drukarek 3D powoli wkraczaj do medycyny

12 Jak zbudowa yciodajn planet anna osiak

Poradnik konstruktora

20 Co mwi zwoki rozmowa z dr. filipem bolecha

Naukowcy na tropie zbrodni

06 Coraz bardziej oywiona kropelka ukasz lama

Powstawanie ycia krok po kroku

16 Biologia i egzorcyzmy ukasz kwiatek

Historia przeganiania ducha z materii

25 To straszne sowo na ukasz jach

Rne sposoby na lk przed mierci

10 Chemiczny wypadek rozmowa z prof. paulem daviesem

Kosmici, prawoskrtne cukry i biosfera cienia

18 Nowe stworzenie anna bartosik Celem biologii

syntetycznej jest sztuczne ycie

Redakcja: ukasz Lama, ukasz Kwiatek Z dziejw oywiania bota i lalek: ukasz Lama Proj. graf.: Marek Zalejski Fotoedycja: Grayna Makara, Edward Augustyn Skad: Andrzej Leniak, Artur Strzelecki Okadka: Marek Zalejski // nike159 / piro4d //pixabay Wspwydawca: Fundacja Centrum Kopernika

Wielkie Pytania przygotowanie i publikacja cyklu dodatkw popularnonaukowych do Tygodnika Powszechnego oraz organizacja cyklu popularnonaukowych wykadw otwartych zadanie realizowane przez Fundacj Centrum Kopernika, finansowane wramach umowy 625/P-DUN/2016 ze rodkw Ministra Nauki iSzkolnictwa Wyszego przeznaczonych na dziaalno upowszechniajc nauk.

ywe druki JAKUB LEWICKI

Ju dzisiaj drukarki 3D sprawdzaj si wmedycynie, potrafi wytwarza nawet fragmenty ukadu nerwowego.

Cho jeszcze duga droga do tego, by wwydrukowanej tkance moga narodzi si myl.

W sterylnej, szklanej kap-sule precyzyjne ruchy ramienia robota zaczy-naj odtwarza wszyst-kie tkanki i narzdy modej kobiety. War-stwa po warstwie maszyna buduje jej cia-o. Po skoczonej procedurze dziewczyna budzi si do ycia. To scena z filmu Luca Bessona Pity element z 1997 r. Jak dale-ko jestemy od tej fantastycznej wizji i czy drukowanie narzdw to tylko idea z dzie science fiction?

Codziennie na caym wiecie rosn li-sty oczekujcych na przeszczepienie or-ganw. W samych Stanach Zjednoczo-nych co 10 minut nowa osoba dodawana jest do tej kolejki, a rednio 22 potrzebuj-cych umrze, nie doczekujc si na dawc. Nawet jeli do przeszczepienia ju dojdzie, mog wystpi powikania i organizm

moe odrzuci nowy organ. Jeli jednak wszystko si powiedzie, pacjent skazany jest na przyjmowanie do koca ycia le-kw immunosupresyjnych, ktre hamuj aktywno ukadu odpornociowego, co czsto odbija si na dugoci ycia.

Jednym z pomysw na pozbycie si dugich list oczekujcych na nowe orga-ny jest wytworzenie ich w laboratorium. Naukowcy staraj si pobra odpowiednie komrki z ciaa pacjenta i z ich pomoc od-tworzy narzd, lub jego cz, ktry mo-na by wszczepi z powrotem do ciaa daw-cy komrek. Jak tego dokona?

Na pomys hodowania ywych komrek poza ludzkim organizmem wpad amery-kaski lekarz Leo Loeb w 1897 r. Od tam-tych czasw technologia ta przesza dug drog. Hodowanie ludzkich komrek w la-boratorium stao si jednym z podstawo-

n UKASZ LAMA

T rudno jest chyba wyobrazi sobie bardziej fun-damentaln rnic ni ta, ktra dzieli moje ciepe, ywe ciao od martwego plastiku krze-sa, na ktrym siedz. Rwnie nasza wasna mier wydaje si by czym nieskoczenie odmiennym i odlegym od ywego strumienia wiadomoci, w kt-rym jestemy zanurzeni. Sama sugestia, e pomidzy y-ciem i nie-yciem mogaby istnie ciga paleta stanw porednich, moe si wyda absurdalna, jeli nie szalona.

A jednak. W kolejnym dodatku z serii Wielkie py-tania sprbujemy zachci Pastwa do przyjrzenia si kilku punktom krytycznym, w ktrych pojcie y-cia zaczyna migota i zdradza swoj prawdziw, pyn-n natur. Jakub Lewicki i Anna Bartosik wprowadza-j nas w wiat biotechnologii XXI wieku; nadeszy bo-wiem czasy czy nam si to podoba, czy nie w kt-

rych moliwe staje si fabrykowanie struktur oywio-nych. Micha Eckstein i Tomasz Miller namawiaj prof. Paula Daviesa na rozmow o yciu w Kosmosie, a Anna osiak zachca nas do zabawy w konstrukto-ra planet yciodajnych. ukasz Kwiatek opowiada o tym, jak trudno byo biologom i filozofom pogodzi si z faktem, e ycie ulepione jest zasadniczo z tej sa-mej gliny, co nie-ycie. Ja sam pokazuj niebotyczne trudnoci z opisaniem powstania choby najprostszej komrki z materii nieoywionej. Na koniec nomen omen par sw o mierci. Micha Kumiski rozma-wia z dr. Filipem Bolecha o tajemnej mowie ludz-kich zwok, a ukasz Jach opowiada o tym, jak my, lu-dzie, reagujemy na wiadomo swej miertelnoci.

Mam nadziej, e jak zwykle lektura tego dodat-ku pozostawi Pastwa z kilkoma odpowiedziami oraz dug list pyta. Nie poruszymy natomiast wcale fun-damentalnego pytania o sens ycia. W natoku spraw biecych, w ywiole pracy redakcyjnej, w przyjem-no-strasznym gwarze, ktry towarzyszy wydawaniu tego dodatku, jako o tym zapomnielimy. C. Cest la vie.

wych narzdzi w badaniach nad naszym or-ganizmem. Dziki niemu moemy pozna-wa lepiej nasze ciao, jego choroby, a take wykorzystywa hodowane komrki w ce-lach terapeutycznych. Wci jednak pozo-staje wiele do osigniecia w tej dziedzinie.

Standardowa hodowla komrek w la-boratorium polega na pobraniu materia-u biologicznego od pacjenta, a nastpnie umieszczeniu wyizolowanych komrek (np. skry) na paskiej, plastikowej po-wierzchni specjalnego naczynia hodowla-nego, ktre wypenione jest odywczym pynem. Naczynie to umieszcza si w in-kubatorze, ktry utrzymuje odpowied-ni temperatur i atmosfer. Po pewnym czasie komrki przyczepi si do plastiku i uformuj cienk, dwuwymiarow war-stw. Ten oglny zarys hodowli komrek w laboratorium nie zmieni si od ponad 50 lat. Z jednej strony system ten umoli-wi nam wiele odkry, z drugiej za jest nazbyt uproszczony i przestaje wystarcza, by osign kolejne naukowe cele.

Trzeci wymiarW ywych tkankach i narzdach istotn rol odgrywa aspekt przestrzenny. Kady organ jest zbudowany w cile okrelony sposb i jego architektura ma tu ogromne znaczenie. Rodzaj komrek, ktre go bu-duj, ich pooenie w przestrzeni, rodzaj materiau, ktry tworzy wspierajce rusz-towanie to kwestie, w obliczu ktrych standardowa dwuwymiarowa hodowla komrkowa przestaje by wystarczajca.

Powstao wiele technik, ktre mogyby pomc w odtworzeniu trjwymiarowych tkanek wikszo z nich jednak jest bar-dzo skomplikowana lub ma ograniczo-ne moliwoci. Inspiracja do rozwizania wielu z tych problemw przysza z techno-logii szybkiego prototypowania wykorzy-stywanego w przemyle.

W 1986 r. Charles Hull opatentowa pro-ces stereolitografii, ktry umoliwi dru-kowanie obiektw przestrzennych. Po-mys Hulla opiera si na wykorzystaniu specjalnego wiatoczuego pynu, ktry twardnieje podczas kontaktu z wizk la-sera o odpowiedniej mocy. Laser warstwa po warstwie obrysowuje ksztat drukowa-nego obiektu, przybierajcego w ten spo-sb trjwymiarow form. Dao to pocz-tek nowej gazi technologii, ktra ponad 500 lat po mierci Gutenberga wprowadzi-a nowy wymiar do druku.

Pocztkowo zarezerwowane dla duych firm, drukarki 3D trafiy w kocu pod strzechy. Stao si to gwnie za spraw

W IELK IE PY TA NI A

WIELKIE PYTANIA 5 | YCIE / NIE-YCIE

DR

AW

ING

SO

FLE

ON

AR

DO

.OR

G

4 5

t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7 t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7

projektu RepRap, ktry w 2008 r. zaowoco-wa stworzeniem pierwszego urzdzenia bdcego w stanie wyprodukowa wik-szo swoich wasnych czci a moli-wo samoreplikacji drastycznie obniy-a ceny. Dzisiejsze drukarki potrafi dru-kowa midzy innymi przy uyciu meta-lu, plastiku, ywicy, betonu czy czekola-dy. Moemy wydrukowa czci silnikw samolotw, cae domy, spersonalizowane obuwie czy wymylne desery o niespoty-kanych ksztatach.

Drukarki wszpitalachNowa technologia zdobya te zaintereso-wanie naukowcw i lekarzy. Druk 3D uda-o si zastosowa bezporednio w medycy-nie w tworzeniu protez czy modeli anato-micznych.

Naukowcy z Uniwersytetu w Toronto przy wsppracy z firm Autodesk wy-drukowali czci protez ng dla potrze-bujcych w Ugandzie. Ta sama technolo-gia umoliwia wydrukowanie implan-tw koci czaszki, krgosupa i wielu in-nych.

Standardowe materiay, takie jak plastik czy metal, nie byy jednak odpowiednie do zastosowa w inynierii tkankowej za-istniaa potrzeba maszyn, ktre mogyby drukowa materiaami przyjaznymi dla komrek, a take samymi ywymi komr-kami. W 2002 r. naukowcy z uniwersyte-tw w Pizie i San Diego wsplnie stworzy-li biodrukark 3D. Zamiast drukowa przy uyciu plastikowego wkadu, wyposao-na ona bya w strzykawk, w ktrej mona umieci dowolny biomateria, a nastp-nie wyciska przez cienk gowic w kon-trolowany sposb we wszystkich trzech wymiarach.

Sam biomateria znajdujcy si w strzy-kawce, zwany te biotuszem, moe przy-biera rn form. Obecnie na rynku do-stpnych jest wiele biotuszy pochodzenia syntetycznego i naturalnego, rnicych si waciwociami biologicznymi i me-chanicznymi. Taki materia, bdcy mate-ri nieoywion stanowic rusztowanie, mona zmiesza z ywymi komrkami pobranymi od pacjenta, a nastpnie dru-kowa uproszczone modele tkanek wyka-zujce normalne funkcje biologiczne.

Ta pocztkowo niszowa technologia po-woli zacza przeradza si w komercyjny produkt. Prawdziwy przeom na rynku na-stpi, gdy start-up ze Stanw Zjednoczo-nych BioBots zaprezentowa wiatu swj pierwszy produkt: biodrukark 3D za zaledwie kilka tysicy dolarw. Dao to

Trwaj testy specjalnej biodrukarki, kt-ra moe dziaa na statku kosmicznym, w warunkach mikrograwitacji.

Nawet mzgiTkanki i narzdy stworzone przy pomocy druku 3D nie bd zatem jedynie sztucz-nym, geometrycznym modelem ich natu-ralnych odpowiednikw. Fuzja technolo-gii inynieryjnej i nieoywionych materia-w pomocniczych z ywymi komrkami w rezultacie zaowocuje materi w peni oywion, ktra jest w stanie przeprowa-dza procesy biologiczne dokadnie takie same jak te, ktre zachodz w naszym or-ganizmie. Wanym aspektem materii oy-wionej jest take organizacja podstawo-wych czstek w struktury wyszego rzdu. Na poziomie molekularnym ten proces sprawia, e atomy skadaj si w nieoy-wione czsteczki biaek czy DNA, zapew-niajc struktur, nonik informacji i biolo-giczn maszyneri, by moga powsta dzia-ajca komrka. Druk 3D moe zapewni wyszy rzd organizacji ju oywionych komrek w struktury, w ktrych komr-ki te bd mogy si ze sob komunikowa i wykonywa zadania, do ktrych zostay biologicznie zaprogramowane.

Jeli zatem miniaturowa wtroba czy nerka jest w stanie naladowa nasze wa-sne organy w sztucznych warunkach la-boratoryjnych, co z naszym najbardziej skomplikowanym narzdem, czyli m-zgiem? Kilka grup badawczych jest za-interesowanych stworzeniem drukowa-nego w trzech wymiarach modelu tkan-ki nerwowej. Poziom skomplikowania struktury mzgu, mnogo rodzajw ko-mrek go budujcych i trudnoci z ich hodowl znacznie utrudniaj ten proces. Jednak pojawiaj si ju pierwsze donie-

sienia o wydrukowaniu przestrzennych, uproszczonych modeli tkanki nerwo-wej z uyciem komrek myszy. Komr-ki te w odpowiednich warunkach mog generowa impulsy elektryczne, dzi-ki ktrym komunikuj si midzy sob i przesyaj informacje. Std jeszcze du-ga droga, by w sztucznej tkance zrodzi-a si myl, ktra na poziomie biologicz-nym jest kombinacj impulsw elektro-chemicznych, ale te uproszczone funk-cje fizjologiczne mog nas wiele nauczy o tym, jak funkcjonuje nasz mzg i jak go uleczy, kiedy co pjdzie nie tak.

Podobne struktury mog zosta w przy-szoci wykorzystane, by zaprzgn moc obliczeniow naszych neuronw do pra-cy w biologicznych komputerach. Powsta-a firma, ktra chce wykorzysta komr-ki nerwowe w poczeniu z elektronicz-nymi chipami. W tym wypadku fuzja materii nieoywionej z ywymi struktu-rami biologicznymi moe nam przynie superkomputery o niespotykanej dotd wydajnoci i by moe pocztki faktycz-nej sztucznej inteligencji. Zapewne czeka-j nas rozwaania i dyskusje, czy neurono-wo-krzemowe chipy s bardziej ywe ni standardowa elektronika i co z tego wy-nika chociaby dla prawa.

Potencjalne zastosowania druku orga-nw nie kocz si zatem tylko na medy-cynie regeneracyjnej. Jeli w przyszoci bdziemy mogli odtworzy dany organ, bdziemy o krok od jego ulepszenia wa-nie poprzez poczenie biologii z tech-nologi i elektronik. Bioniczne narzdy mog przecign swoj funkcjonalnoci te wyksztacone przez miliony lat ewolu-cji. Pierwsze kroki w tym kierunku poczy-nione na Uniwersytecie Princeton zaowo-coway wydrukowanym uchem zoonym z ywych komrek tkanki chrzstnej po-czonych z anten, ktra jest w stanie od-biera sygnay fal radiowych.

Przed nami jeszcze wiele wyzwa, za-nim pierwszy pacjent otrzyma biologicz-n, wydrukowan cz zamienn. Mu-simy pokona ograniczenia technologii i biologii samej w sobie, ale naley pami-ta, e zaledwie kilkanacie lat temu nie dysponowalimy adnym sprztem tego typu, wic kto wie, co wkrtce stworzymy przez prost komend: Plik, drukuj.

JAKUB LEWICKI

Autor jest doktorantem na Wydziale Neuro-biologii w Karolinska Institutet w Sztokholmie, zajmuje si trjwymiarowym biodrukiem ukadu nerwowego. Finalista FameLab 2016, czonek programu Rzecznicy nauki organizo-wanego przez Centrum Nauki Kopernik.

Badaczom z Uniwersytetu Princeton udao si wydrukowa ucho zoone z ywych komrek tkanki chrzstnej poczonych z anten zdoln odbiera sygnay fal radiowych. Z dziejw

oywiania bota odc. 1

Oto prawdziwe science fiction! Cairns- -Smith pokpiwa sobie zbiologw ichemikw prbujcych odtworzy histori ycia na Ziemi na podstawie obserwacji wspczesnych organizmw. Oile mona sobie wyobrazi, e topr przeksztaci si we wczni, ta za wstrza iuk, to rakieta midzykontynentalna ma zupenie inn histori, wyaniajc si raczej zhandlu biuteri, odkrycia zota imetalurgii.Krtko mwic, nie powinnimy myle obiakach, tuszczach, kwasach nukleinowych czy cukrach, gdy chcemy zrekonstruowa pierwsze formy ycia. Rwnie dobrze mona by przypuszcza, e mezopotamskie liczyda zbudowane byy zprociutkich tranzystorw. Modelem takiego procesu jest lina: moe ona skada si zrnego rodzaju wkien, tak e zjednego koca jest konopna, azdrugiego nylonowa, przy czym nigdzie nie wystpuje ostra granica midzy jednym materiaem adrugim.Odpowied Cairnsa-Smitha: krystaliczne, nieorganiczne mineray orozmiarach koloidalnych. Ksika prowadzi nas krok po kroku przez dzieje naszych najwczeniejszych przodkw: mikroskopijnych grudek gliny.

A.G. Cairns-Smith Genetic takeover, Cambridge University Press, 1982

W IELK IE PY TA NI A

Drukowanie caych organw w celu przeszczepienia to kolejne potencjalne zastosowanie tej technologii. Korzystajc z technik obrazowania, takich jak rezo-nans magnetyczny, mona zeskanowa narzdy wewntrzne pacjenta i stworzy komputerowy model 3D danego organu, ktry bdzie idealnie dopasowany do po-trzeb biorcy. Wykorzystanie wasnych ko-mrek pacjenta do wydruku takiej czci zamiennej pozwoli take unikn proble-mw z ewentualnym odrzuceniem prze-szczepu organizm rozpozna przeszczep jako wasny materia biologiczny. Per-spektywa wydruku organw na danie jest jeszcze odlega, ale niektre laborato-ria prowadz intensywne badania w tym wanie kierunku. Jestemy bliej takich rozwiza w przypadku niektrych mniej skomplikowanych tkanek czy organw. Technicznie najatwiejsze jest stworzenie paskich struktur, takich jak skra. Dalej w kolejce s naczynia krwionone, narz-dy puste w rodku, takie jak pcherz mo-czowy, a na kocu najbardziej zoone or-gany takie jak serce, wtroba czy mzg. Naukowcy z Wake Forest University z po-wodzeniem testowali ju druk skry, kt-ra zostaa wykorzystana eksperymental-nie na myszach w celu leczenia ran. W ra-mach testw laboratoryjnych wszczepio-no take wydrukowane naczynia krwio-none mapom.

Pomys drukowania organw moe si przyda nie tylko na Ziemi. Agencja ko-smiczna NASA zainteresowaa si t me-tod, poniewa mogaby ona pomc astro-nautom podczas dugich lotw midzypla-netarnych. Bez dostpu do szpitala i daw-cw narzdw zaoga statku kosmiczne-go w obliczu powanego uszczerbku na zdrowiu mogaby otrzyma pliki modelu 3D potrzebnego organu, a nastpnie wy-drukowa go bezporednio na pokadzie.

szeroki dostp do tej przeomowej techno-logii licznym laboratoriom na caym wie-cie. Drukowanie ywych tkanek przestao by jedynie wizj z filmw science fiction.

Aktualnie technologia ta jest rozwijana i wykorzystywana przez wiele grup ba-dawczych. Standardowe, dwuwymiarowe hodowle komrek mog by zastpowa-ne bardziej wyszukanymi i bliszymi rze-czywistoci trjwymiarowymi odpowied-nikami. Otwiera to drzwi do wielu zasto-sowa. Pierwszym z nich jest tworzenie miniaturowych modeli organw i tkanek, ktre mog by wykorzystane w celach ba-dawczych.

Kosmiczna technologiaWybitny fizyk, noblista, Richard Feyn-man, powiedzia kiedy, e nie moe zro-zumie tego, czego nie potrafi zbudowa. Zbudowanie uproszczonych organw w laboratorium z wykorzystaniem dru-ku przestrzennego pozwoli nam pozna je duo lepiej i wykorzystywa w wielu badaniach. Komrki pobrane od pacjen-tw uyte do druku dadz nam dostp do modeli ludzkich tkanek, ktre potencjal-nie bd odzwierciedlay rzeczywisto lepiej ni modele oparte na szczurach czy myszach. Co wicej, jeli komrki zosta-n pobrane od chorego pacjenta, moliwe stanie si wydrukowanie tkanki symulu-jcej dan chorob, a to znacznie uatwi poszukiwanie odpowiednich lekw. Fir-ma Organovo, odpowiedzialna za pierw-sz komercyjn biodrukark 3D, aktual-nie oferuje w swoim portfolio miniaturo-we modele tkanek wtroby i nerek, ktre mog by wykorzystane wanie w tym celu. Moe to nie tylko przyspieszy bada-nia kliniczne, ale take zmniejszy w tym procesie uycie zwierzt laboratoryjnych.

W IELK IE PY TA NI A

Organoid mzgowy niewielka struktura utworzona ztkanki neuronalnej, wytworzona wwarunkach laboratoryjnych. Tego typu organoidy samodzielnie organizuj si wstruktur

przypominajc kor mzgow, anawet wykazuj spontaniczn aktywno elektryczn.

IMB

A /

MA

DE

LIN

E A

. LA

NC

AS

TE

R

6 7

t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7 t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7

W IELK IE PY TA NI AW IELK IE PY TA NI A

STRUKTURA Podstawow jednostk strukturaln ycia jest komrka. Nie do koca wiadomo, dlaczego, ale tak wanie jest nie ma ycia bez komrek. Komrka to wistocie tylko may bbelek tuszczu, ajednak jest to te twierdza, ktrej wntrze jest zazdronie chronione przed zagroeniami zzewntrz. Wntrze jest moje, swojskie, bezpieczne. Zewntrze jest cudze, obce, grone.

Zchemicznego punktu widzenia (zob.: ENERGIA) zamknicie pewnej iloci wody wtuszczowej bonce suy przede wszystkim utrzymaniu wniej wysokich ste zwizkw, pozwalajcych na przeprowadzanie kluczowych dla ycia reakcji chemicznych. Gdyby nie istniaa granica wydzielajca miejsce zachodzenia reakcji odrodowiska (bona komrkowa), byby powany problem ze zgromadzeniem wjednym miejscu

zwizkw chemicznych potrzebnych do przepro-wadzenia wielkiej alchemii ycia, apo wykonaniu kadego kroku chemiczne-go produkty natychmiast rozpezayby si po wiecie.

Zgenetycznego punktu widzenia (zob.: INFORMACJA) komrka wyznacza elementarn o jainni. Gdyby kada czsteczka DNA naleaa do ycia jako caoci, nie wystpioby to wspaniae, okrutne zjawisko zwane konkurencj, opierajce

si na deniu do mojegosukcesu. Nie mona sobie wyobrazi doboru naturalnego wwiecie, wktrym informacja genetyczna jest powszechnie dostpna. Podobnie jak nie byoby motywacji dla innowacyj-noci gospodarczej wwiecie bez patentw isekretw przemysowych. Powstanie komrki to kamie milowy na drodze ku yciu.

Coraz bardziej oywiona kropelka

ENERGIA ycie opiera si na nieustannym opdzaniu si przed chaosem, rozpadem imierci.

Nadszarpnita bona komrkowa musi zosta naprawiona iwygadzona (zob.: STRUKTURA); trzeba wiecznie zasklepia jak ran, napali wpiecu iwyrzuci mieci. Wydatkujemy niewiary-godn ilo energii tylko po to, aby nic si nie dziao. Ciao dorosego czowieka, ktry nic nie robi, spala ok. 60 kalorii co godzin. Czemu? C, jestemy maymi piecykami, ktrych osawione 36,6 stopni Celsjusza

nie utrzyma si samo. Materia nieoywiona tym si rni od oywionej, e ta pierwsza nie domaga si cigego dostarczania energii dla swojego istnienia. Aby zrozumie t cech ycia, wystarczy posadzi wjednym pokoju pracownika muzeum iogrodu zoologicznego, po czym zapyta, wjaki sposb dbaj oni oswoje eksponaty.

Krtko mwic, kluczow cech ycia jest metabolizm: napdzaj-cy si cykl niszczenia rodowiska itworzenia siebie; rozkadania tego, co zastane, iczenia jego czci skadowych na swj obraz ipodobiestwo

(zob.:INFORMACJA); katabolizmu ianabolizmu.

Wprzyrodzie nieoywionej energii nie brakuje; cay Wszechwiat wrcz rozpieraj gigawaty iterawaty energii. Jest to jednak raczej energia gejzeru ni rzeki; raczej rebaka ni konia pocigowego. Powstanie ycia musiao si wiza zujarzmieniem energii. Jest takie pojcie wtermodynamice: energia uyteczna. O, to, to!

INFORMACJA Informacj zdefiniowa rwnie trudno, co energi. Wiemy natomiast, po czym pozna ich obecno lub brak. Ukad pozbawiony energii jest pasywny, martwy, poddaje si rodowisku. Ukad posiadajcy energi jest aktywny, ywy, sam to rodowi-sko formuje. Po czym pozna obecno informacji? C, brak informacji to szum, chaos, nieporzdek. Przypadek. Informacja wprowadza do ukadu porzdek, powtarzalno, kierunkowo. Wprowadza, tfu, cel.

wiat oywiony ttni od energii (zob.: ENERGIA) iobfituje wstruktury (zob.: STRUKTURA), ale trzeba naprawd si nagimnastykowa, aby odnale wnim informacj. Informacja jakkolwiek mtnie zdefiniowana ibdca raczej intuicj ni ostrym jak brzytwa pojciem wydaje si wiza ztakimi pojciami jak kod isygna; wydaje si domaga istnienia nadawcy iodbiorcy: czego/kogo, co/kto sygna nadaje, iczego/kogo, co/kto go odbiera i zostaje wten sposb in-formowany. In-formacja polegaaby wic na nadaniu czemu formy sprawiaaby, e co staje si wanie takie,

anie inne. To zreszt robi informacja genetyczna.

Bardzo trudno jest wyobrazi sobie pocztki informacji. Wkomrkach ywych nawet najprostsze komunikaty s tak zoone, e nie sposb wyobrazi sobie ich wyonienie si zczego, co wogle nie jest komunikatem. Zdanie KUP CHLEB nie mogoby wyewoluowa metod drobnych modyfikacji zlitery K. Istota ipochodzenie informacji to jedna znajwikszych zagadek biologii.

PE

ZIB

EA

R /

PIX

AB

AY

//

BE

NJA

H-B

MM

27 /

WIK

IME

DIA

//

// T

OO

KA

PIC

/ E

LIS

EO

CA

BR

ER

A /

/ P

IXA

BA

Y /

/ H

YP

NO

AR

T /

PIX

AB

AY

//

YIN

AN

CH

EN

/ W

WW

.GO

OD

FR

EE

PH

OT

OS

.CO

M

W IELK IE PY TA NI A

1. NAJMNIEJSZA KROPELKA Komrk yw opisalimy przed chwil jako kropelk tuszczu. C jest tak szczeglnego wtuszczach? S to zwizki chemiczne skadajce si zdwch podstawowych elementw strukturalnych, ktre mona okreli jako gwk iogon (lub ogony). Co istotne, gwka jest nieodmiennie hydrofilowa, czyli wodolubna, dca do kontaktu zczsteczkami wody, za ogonki s hydrofobowe, czyli wodolkliwe, wolce unika wody iotacza si innymi czsteczkami hydrofobowymi. Wpuszczone

do wody czsteczki tuszczu bd wic spontanicznie organizowa si przestrzen-

nie tak, aby jak najwicej gwek iogonkw byo zadowolonych. Najprostszym przepisem na to jest micela kuleczka zbudowana zwielu czsteczek tuszczu zich ogonkami skierowanymi do rodka, agwkami

na zewntrz.

2. KROPELKA Z WNTRZEM Micela to dopiero pocztek. Wyobramy sobie nieco inn konfiguracj czsteczek tuszczu, ktra wychodzi naprzeciw hydrofobowoci ogonkw ihydrofilowej naturze gwek: kuleczk skadajc si zdwch warstw czsteczek zetknitych ze sob ogonkami. Gwki warstwy zewntrznej wystaj

na zewntrz, podczas gdy gwki warstwy wewntrznej celuj do rodka. Oto liposom.

Jest to rewolucyjny projekt, poniewa teraz udao si uzyska wntrze oto fragment pierwotnego oceanu zostaje od niego oddzielony. Liposom to pierwszy wielki krok na drodze do komrki ywej. Wszystkie wspczenie yjce organizmy skadaj si zkomrek majcych wzasadzie posta liposomu.

3. CHEMIA ALBO SOCE Istniej dwa gwne rda energii dla organizmw: soneczna ichemiczna. Std fototrofia ichemotrofia. Roliny s fototrofami posiadaj wswoich komrkach barwniki fotosyntetyczne, np. chlorofil, czyli miniaturowe paskie antenki apice fotony wiata sonecznego iprzekazujce ich energi dalej. Ostatecznie jest ona wlewana wwizania chemiczne, np. glukozy, ktra zostaje utworzona poprzez pracowite zlepianie czsteczek dwutlenku wgla (CO2, zobacz obok struktur). My sami jestemy chemotrofami ikorzystamy zenergii tyche samych wiza:

po zjedzeniu glukozy zostaje ona rozoona na 6czsteczek CO2, ktry wydychamy.

Pierwsze formy ycia byy najprawdopodobniej chemotroficzne wynalezienie aparatu do fotosyn-tezy byo spor innowacj. Tak czy inaczej nie sposb wyobrazi sobie organizmu ywego, ktry wjaki sposb nie podkrada energii zotoczenia.

4. YCIE MINERALNE Alexander Graham Cairns-Smith (19312016) by szkockim chemikiem organicznym, ktry postanowi wymyli ycie zbudowane nie ze zwizkw organicznych, tylko mineraw. Jego wielk mioci byy mineray ilaste, zbudowane wskali atomowej zuoonych luno, jedna na drugiej, cienkich blaszek skadajcych si zatomw krzemu itlenu troch jak talia kart. Blaszki te chtnie cz si zrozmaitymi zwizkami chemiczny-mi, dziki czemu kada blaszka moe by odrobin inna.

Cairns-Smith zauway, e gdy kolejne blaszki minerau ilastego s wjaki sposb uporzdkowane wyobramy sobie tali kart, wktrej naprzemiennie uoone s kolory czarne (piki itrefle) oraz czerwone (kiery ikaro) to owo uporzdkowanie przestrzenne zostanie skopiowane, gdy patek takiego minerau pknie (przedzieramy tali na p). Jest to sytuacja do pewnego stopnia przypominajca sekwencj DNA oraz jej kopiowanie. Cairns-Smith twierdzi, e pierwszymi formami ycia byy wanie mikroskopijne grudki mineraw, za stosiki mineraw ilastych stanowiy wnich odpowiednik DNA.

Wyobrazi sobie powstanie ycia z materii nieoywionej to zadanie nieatwe, ktre nie udao si jeszcze nikomu. Nawet najprostsze organizmy ywe s dzi cudownie finezyjnymi istotkami, ktrych nie da si atwo rozoy na czci pierwsze albo stopniowo upraszcza, uzyskujc coraz to prostsze, prawie ywe obiekty. Sprbujmy moe wydzieli trzy gwne aspekty wiata biologicznego struktur, energi i informacj i przyjrze si przez ich pryzmat problemowi abiogenezy, czyli wyonienia si ycia z nie-ycia. Moe co nam si z tego ulepi? UKASZ LAMA

8 9

t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7 t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7

W IELK IE PY TA NI AIL

US

TR

AC

JE:

UK

AS

Z LA

MA

, IN

FOG

RA

FIK

A:

MA

RE

K Z

ALE

JSK

I

11. YCIE MINERALNE NA KONIEC krtka uwaga otrzewiajca. Wszelkie wspominane tu minimalne formy ycia s trzeba to jasno powiedzie miesznie proste wporwnaniu znawet najprostszymi formami ycia. Nie wliczamy tu wirusw, czyli maych pakiecikw zinformacj genetyczn. Nie s one organizmami, ale raczej podstpnymi sygnaami, ktre potrafi zmusza komrki do tworzenia swoich wasnych kopii.

Najprostsze organizmy maj ok. 300-400 genw. Wikszo to tzw. housekeeping genes, czyli geny utrzymania domu minimalny, jak si wydaje, zestaw pozwalajcy na wytworzenie od zera wszystkich swoich skadnikw, zdobycie iobrbk poywienia, obron przed zagroenia-mi, rozmnoenie si itd. Wszelkie prby tworzenia organizmw oznaczco mniejszej liczbie genw kocz si klsk. C, wszystkie znane nam organizmy ywe maj za sob miliardy lat ewolucji. Jeeli nosimy wsobie lady po pierwotnym tustym botku, s one bardzo dobrze ukryte.

9. NARODZINY WZORCA Wstandardowych komrkach niemal wszystko robi biaka: przeprowadzaj reakcje chemiczne, buduj rozmaite wkienka wzmacniajce komrk, rozplataj isplataj DNA... itak dalej. Aby jednak mogy to robi, musz mie odpowiedni ksztat biaka dziaaj bowiem, popychajc, przesuwajc izahaczajc. Gdy wic konstruowalimy nasz protokomrk zelementarnym metabolizmem (patrz obok), cicho iniezbyt realistycznie zaoylimy, e odpowiednie biaka po prostu s na miejscu. Wrzeczywistoci ksztat biaek jest zakodowany wDNA.

Dodajmy wic do naszej kuleczki krtk nitk DNA (po prawej na dole), ktra zawiera przepis na wszystkie biaka potrzebne

naszej rosncej protokomrce do ycia. Dodajmy, e teraz do dwch biaek odpowie-dzialnych za nasz minimalny metabolizm doczyo jeszcze jedno, przeprowadzajce od-czyt genw ikonstruujce biaka zaminokwa-sw (biae iczerwone paseczki wpywajce do komrki zprawej strony).

10. DROGA NA SKRTY? Zyciem jest pewien fundamentalny problem nie ma biaek bez DNA (bo biaka powstaj na podstawie przepisu genetycznego), nie ma DNA bez biaek (poniewa biaka opiekuj si DNA iprzeprowadzaj proces odczytu zawartej wnim informacji). To troch jak problem jajka ikury.

Brytyjski biochemik Leslie Orgel (19272007) postanowi rozwika t zagadk, skupiajc si na RNA niepozornym chemicznym bliniaku DNA poredniczcym wprocesie odczytu informacji genetycznej. Krtkie niteczki RNA, zwane mRNA, to odpisy genw, na podstawie ktrych powstaj

biaka RNA moe wic stanowi substytut DNA.

8. CHEMICZNA SIE YCIA Tibor Gnti (19332009) by wgierskim biochemikiem, ktrego yciow obsesj byo wymylenie minimalnego organizmu ywego minimalnego zbioru reakcji chemicznych, ktre

zazbiaj si ze sob (pewna ilo zwizkw wchodzi zzewntrz, potem produkty jednej reakcji s zawsze substratami kolejnej, a ostatecznie pewne zwizki s usuwane zukadu) oraz maj sens ze wzgldu energetycznego

(tj. reakcje dostarczajce energii przewaaj nad reakcjami pochaniajcymi energi).

Jego ukochanym dzieckiem by chemoton (Gnti opisa go wksice Podstawy ycia) hipotetyczny obiekt chemiczno--obliczeniowy speniajcy te wanie kryteria. Do dzisiaj nie wiadomo, czy pierwsze ycie na Ziemi mogo by podobne do chemotonu.

5. KROPELKA, KTRA WALCZY Aleksandr Oparin (18941980) by sowieckim biochemikiem, ktry wlatach 20. XX wieku jako jeden zpierwszych przedstawi kompleksow teori powstania ycia. Kluczowym elementem jego teorii byy koacerwaty malekie kuleczki zbudowane zrnych zwizkw organicznych, utrzymywane wcaoci przez siy hydrofobowe. Miay one powstawa spontanicznie wpierwotnej zupie na modej Ziemi. Koacerwaty zbudowane byy zrnych zwizkw, miay wic rne tempo wzrostu, rozmiar izdolno do rozmnaania si.

6. KROPELKA, KTRA RONIE Aby pozna jeden zsekretw ycia, wystarczy pochyli si nad talerzem rosou (poniej) iprzez chwil przegania yk oka. Mae oka s jdrne: po zamieszaniu zupy yk przemieszcz si grzecznie, ale raczej nie rozpadn. Due oka to ju raczej ameboidalne tuszczowe kaue wystarczy delikatnie zamiesza ros, arozlej si na boki irozpadn. Oto napicie powierzchniowe wdziaaniu.

Wyobramy sobie kropelk tuszczu, ktra zasysa zotoczenia elementy skadowe czsteczek tuszczu (np. kwasy tuszczowe), anastpnie czy je ze sob, tworzc skadniki swej wasnej bony. Na ilustracji obok przedstawiona zostaa taka wanie hipotetyczna kropelka, porodku ktrej znajduje si pojedyncza czsteczka biaka zdolnego do przeprowadzania odpowiedniej reakcji chemicznej. Po pewnym czasie

7. POCHWYCI ENERGI Energia lubi ucieka, rozmienia si na drobne. Kawa stygnie, laptop si wyadowuje, azapa do pracy rozwiewa si wbezmylne klikanie. Energia wpostaci rozproszonej to za po prostu ciepo. Wspomniana wczeniej hipotetyczna kradnca energi kropelka tuszczu to wic tylko mikroskopijny grzejniczek. Prawdziwy metabolizm zaczyna si wtedy, kiedy w import energii zostanie choby czciowo sprzgnity zjakkolwiek uyteczn reakcj chemiczn.

Wrmy do naszej kuleczki, ktra buduje wasn bon komrkow. Wrzeczywistoci, aby zogonka igwki utworzy czsteczk tuszczu, potrzebna jest energia. Wyobramy wic sobie, e tu obok biaka przeprowadzaj-cego t reakcj znajduje si inne ktre rozbija czsteczki glukozy ikasuje zgromadzon wich wizaniach energi. Bingo! Przekaz energii dokonuje si za porednictwem

waluty czsteczki-porednika, reprezentowanej tu przez picioramienn gwiazdk, wystpujc wdwch stanach:

naadowany (gwiazdka gruba) ipusty (gwiazdka chuda).

Tego typu dynamika miaaby doprowadzi do zajcia ewolucji. Zdaniem Oparina wciepym bajorku zczasem dominowayby coraz to bardziej wawe idrapiene koacerwaty, zdolne ostatecznie na przykad do zjadania ssiadw.

Rwnolegle do Oparina nad koacerwatami pracowa John B.S. Haldane, brytyjski biolog. Haldane otrzyma Medal Darwina; Oparin Order Lenina.

liposom taki ursby, sflacza ipod wpywem przypadkowych ruchw cieczy sam zsiebie rozpad si na dwie mniejsze kropelki. Jest to elementarny model wzrostu irozmnaania si komrek.

To jednak nie koniec: istniej bowiem czsteczki RNA mogce peni funkcje enzymatyczne (czyli asystowa przy przeprowadzaniu reakcji chemicznych), awic zastpowa biaka. Std hipoteza wiata RNA, jedna znajpopularniejszych dzi teorii na temat tego, jak mogo wygl-da bardzo wczesne ycie.

10 11

t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7 t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7

W IELK IE PY TA NI A 11

Ale czy jest jednak moliwe, e ycie podrowao zplanety na planet za porednictwem meteoroidw, nawet jeli narodzioby si tylko raz whisto-rii Wszechwiata? Co takiego gosi hipoteza panspermii.Jak najbardziej. W 1991 r. zapropono-

waem now form tej hipotezy. Z po-cztku wzbudzia powszechne rozbawie-nie i dugo trwao, zanim potraktowano j powanie. W pierwotnej wersji pan-spermii, pochodzcej od Svantego Arr-heniusa, mikroby miayby pokonywa przestrze midzygwiezdn popycha-ne cinieniem wiata gwiazd. Dzi wie-my, e promieniowanie ultrafioletowe byoby zabjcze dla yjtek fruncych przez kosmos bez adnej osony. Ale gdy-by ukry je wewntrz skay, byyby bez-pieczne. Rzecz jasna, bardzo nika jest

szansa na to, by fragment ziemskiej ska-y, wybity uderzeniem meteorytu, trafi w przyszoci na ziemiopodobn plane-t. Ale za to s spore szanse, e doleci on na Marsa i odwrotnie e skay z Marsa dotr na Ziemi. Ba! Wiemy, e dociera-j mamy je na naszym uniwersytecie. Mikroorganizmy bez problemu mogy-by przey tak podr. Wedug mnie to wrcz nieuniknione, e wymianie mate-riau skalnego midzy Ziemi a Marsem towarzyszya wymiana mikrobw. Nie-wykluczone, e ycie zaczo si na Mar-sie, a stamtd dotaro na Ziemi. Albo na odwrt. Albo powstao i tu, i tu, po czym si wymieszao...

To chyba dodatkowo komplikuje poszukiwanie dowodw na drug genez...

10

Chemiczny wypadek

PROF. PAUL DAVIES:

Wznanej nam fizyce nie ma zasady, wmyl ktrej materia nieoywiona powinna oy.

ycie ma tak niezwyke wasnoci, e to ziemskie moe by unikalne na skal caego Wszechwiata.

aminokwasach oraz prawoskrtnych cu-krach. Dla praw fizyki jest jednak wszyst-ko jedno: lewa czy prawa, tote rwnie moliwe jest ycie oparte na lustrzanych odpowiednikach wspomnianych czste-czek. Trudno sobie wyobrazi, by znane nam ycie i ycie lustrzane miay wspl-ny pocztek, dlatego gdybymy je znaleli, byby to niemale dowd na drug genez.

Oglniejsza strategia poszukiwa biosfe-ry cieni jest nastpujca. Najpierw patrzy-my na zakresy rnych parametrw rodo-wiska, ktre dopuszczaj ycie takie, jakie znamy. A wic zakresy: cinienia, tempera-tury, pH, zasolenia, radioaktywnoci i par innych...

Znane s mikroby, tzw. ekstremo- file, ktre uwielbiaj skrajnie wysokie temperatury lub poziomy radio-aktywnoci zabjcze dla innych organizmw...Ale nawet one maj granice wytrzyma-

oci. Nieznanych form ycia naleaoby poszuka daleko poza tymi granicami. Po-dam zreszt prosty przykad.

Rzeczywicie, niemaym zaskoczeniem byo odkrycie, e w pobliu kominw hy-drotermalnych na dnie oceanu istniej bakterie i archeony yjce w temperatu-rach sigajcych 120-130 stopni Celsju-sza. Mamy silne powody, by przypusz-cza, e ycie oparte na DNA nie wytrzy-maoby duo wyszych temperatur. Ale woda w pobliu kominw nagrzewa si nawet do 350 stopni. Gdybymy wic znaleli tam co ywego przy, dajmy na to, 180-200 stopniach, wwczas to co musiaoby by cakowicie inaczej zbudo-wane.

Drugi przykad: wiemy, e ycie siga ad-nych par kilometrw w gb Ziemi. Tam nie tylko rosnca temperatura stanowi pro-blem ze wzrostem gbokoci pory w ska-ach staj si coraz mniejsze, a w kocu s za mae nawet dla mikrobw, ktre zna-my. Moe jednak istnie inna forma ycia, prostsza, o mniejszej molekularnej maszy-nerii, ktra yje jeszcze gbiej i pozostaje oddzielona od form nam znanych.

To przypomina histori ze synnym marsjaskim meteorytem ALH84001, znalezionym na Antarktydzie, wktrym rzekomo odkryto ska-mieniaoci znacznie mniejsze od najmniejszych ziemskich bakterii...Niestety ostatecznie okazao si, e te

mikrostruktury byy najpewniej efektem procesw zwizanych z przygotowaniem prbek do analizy. Nie byy to nanobakte-rie z Marsa.

MICHA ECKSTEIN i TOMASZ MILLER: Wierzy Pan, e nie jestemy sami we Wszechwiecie?PAUL DAVIES: Czsto sysz to pytanie

i zawsze mnie zoci.

Dlaczego?Na tym etapie nie da si na nie odpowie-

dzie! Pozwlcie, e wyo bardzo jasno swoje stanowisko, bo cakowicie rni si od tego, co jest teraz w modzie.

Dekady temu, gdy byem studentem, uwaano, e ycie jest niesamowicie szcz-liwym trafem, chemicznym wypad-kiem tak nieprawdopodobnym, e nie ma szans na jego dwukrotne wystpienie we Wszechwiecie. Kady, kto szuka ycia poza Ziemi, by uwaany za wariata. Te-raz wahado przechylio si w drug stron i nawet bardzo powaani uczeni wyraaj opini, e kosmos a kipi yciem.

Tymczasem oba te stanowiska nie s ugruntowane w faktach. Pojawienie si ycia (nie mwic o yciu inteligent-nym) wymaga przejcia od nie-ycia co wpierw musi przeksztaci chemiczn zup w ywe organizmy a my nie mamy pojcia, jak to si stao. A skoro nie zna-my tego procesu, to nie jestemy w stanie uczciwie oszacowa prawdopodobiestwa jego zajcia. Co wicej, zapewne nie chodzi tu o jednoetapowy skok nawet najprost-sze yjtka s tak skomplikowane, e cie-ka od nie-ycia do ycia musiaa by duga i wieloetapowa. Nie znamy charakteru po-szczeglnych przej: czy byy gwatowne i skokowe, czy raczej powolne i stopnio-we...

W znanej nam fizyce nie ma zasady, w myl ktrej materia nieoywiona po-winna stawa si oywiona. ycie jest tak niezwyke w swoich wasnociach, e mona sobie atwo wyobrazi, i jest uni-kalne na skal caego obserwowalnego

Wszechwiata. Mam nadziej, e takie nie jest, ale do wiary sporo tu brakuje.

eby przekona si do istnienia ycia pozaziemskiego, musielibymy je znale?Moliwe, e to jedyna droga odkry

co, co nazywam drug genez. Na szcz-cie moe wcale nie trzeba w tym celu le-cie w kosmos. By moe ycie pojawi-o si wicej ni raz tu, na Ziemi. Hipote-tycznie moglibymy znale ziemsk for-m ycia tak odmienn od znanych nam form, e musiaaby ona stanowi wynik niezalenej abiogenezy. Gdyby si okaza-o, e ycie powstao wielokrotnie na B-kitnej Planecie, to zapewne powstao rw-nie wielokrotnie poza ni.

Mwi Pan ohipotezie biosfery cieni?Tak, to termin ukuty przez Carol Cle-

land i Shelley Copley z Uniwersytetu Ko-lorado, ktre niezalenie wysuny hi-potez, e na Ziemi moe istnie wicej ni jedna forma ycia. Ja sam propaguj t ide od jakich 20 lat. Byo nawet kil-ka prb poszukiwa biosfery cieni, ale nie powsta do tej pory systematyczny program badawczy. Bardzo trudno prze-kona mikrobiologw (bo mwimy tu o mikrobach) do takich poszukiwa, bo wszystkie ich techniki s przystosowane do ycia takiego, jakie znamy. Prawdopo-dobnie zawiodyby wobec nieznanych nam form.

Jak wogle szuka nieznanych form ycia? Czy umielibymy rozpozna mikroorganizmy powstae na drodze drugiej genezy?Podam przykad, czego moemy szuka

nazywam to yciem lustrzanym. Cae znane nam ycie bazuje na lewoskrtnych

W IELK IE PY TA NI A

Rzeczywicie, ludzie ekscytuj si mo-liwoci istnienia ycia na Marsie, twier-dzc, e miaoby ono kosmiczne konse-kwencje. Nie musi mie. Moe si okaza, e nawet jeli znajdziemy na Marsie mi-kroby, bd one podobne do ziemskich. ycie z Ziemi lub Marsa mogo w ten spo-sb zawdrowa nawet na Europ, ksiyc Jowisza. Cho raczej ju nie dalej.

Rozmawialimy opocztkach ycia. Aczy Pana zdaniem ycie wrozszerza-jcym si Wszechwiecie bdzie mie swj koniec?To ciekawe i przygnbiajce pytanie.

Napisaem kiedy ksik Ostatnie trzy minuty, w ktrej zastanawiam si nad losem ycia w dalekiej przyszoci. Rzecz jasna, terminu ycie uywam tu w bar-dzo oglnym sensie. Tym, co cenimy naj-bardziej, nie jest w kocu konkretna bio-chemia chodzi raczej o wytwory na-szej kultury. Nawet jeli uda nam si to wszystko zachowa, by moe w postaci specjalnie zaprojektowanych systemw (mwi si o komputerach i robotach, ale to terminy XX-wieczne nikt dzi nie wie, czym takie systemy bd) i prze-trwamy wypalenie si Soca i gwiazd, to wci wszystko sprowadza si do py-tania, czy zawsze bd dostpne rda energii swobodnej, ktre pozwol nam opiera si rozpadowi wynikajcemu z drugiej zasady termodynamiki. A to mocno zaley od przyjtego modelu ko-smologicznego. To kolejne pytanie, na ktre nie da si odpowiedzie.

Mwimy o by moe nieskoczonej przyszoci Wszechwiata. W perspekty-wie nieskoczonego czasu dowolnie sa-be zjawisko fizyczne, o ktrego istnieniu nie mamy dzi nawet pojcia, moe w osta-tecznym rozrachunku sta si dominujce i zaway na losie caego kosmosu.

RozmawialiMICHA ECKSTEIN iTOMASZ MILLER

PROF. PAUL DAVIES jest fizykiem i popularyza-torem nauki. Pracuje na Uniwersytecie Stanowym Arizony; dyrektor instytutu Beyond: Center

for Fundamental Concepts in Science. Autor wielu ksiek powiconych fizyce kwantowej, kosmologii, astrofizyce i powstaniu ycia. W Polsce ukazay si m.in. Ostatnie trzy minuty, Kosmiczny projekt, Milczenie gwiazd, Plan Stwrcy. Od wielu lat za-angaowany w projekt SETI, skupiony na poszukiwaniu pozaziemskiego ycia. W 1995 r. otrzyma Nagrod Templetona.

Zgodnie z hipotez panspermii zarodki organizmw ywych wdruj w orodku midzygwiazdowym naszej Galaktyki. Wizja artystyczna.

SC

IEN

CE

PH

OT

O L

IBR

AR

Y /

EA

ST

NE

WS

MA

CIE

J F

RO

LOW

/ G

ET

TY

IM

AG

ES

Jak zbudowa yciodajn planet

PORADNIK KONSTRUKTORA

ANNA OSIAK

Wyobra sobie, e postawiono przed tob zadanie zbudowania planety zdolnej do podtrzymywania ycia. Do dyspozycji masz zasoby

ograniczone jedynie twoj wyobrani iwiedz. Jak si do tego zabra?

S tosunkowo atwo jest zdefinio-wa podstawowe wymagania warunki konieczne, ale nie wy-starczajce: 1) wystpowanie odpowiednich skad-

nikw (duych iloci wgla, wodoru, tle-nu, azotu, fosforu, siarki i niewielkich ilo-ci innych pierwiastkw, np. molibdenu, kobaltu i selenu);

2) wystpowanie waciwych warun-kw rodowiska, umoliwiajcych skad-nikom reagowanie ze sob (najlepiej po-wierzchni mineraw zanurzonych w wo-dzie);

3) wystpowanie stabilnoci rodowiska przez duszy czas, tak aby nasze ycie mo-go si rozwija.

Zastanwmy si, jak zbudowa planet lub satelit, na ktrej wszystkie te warun-ki s spenione.

Waciwy czas imiejsceNajpierw wybierzmy odpowiedni czas. Nie moemy zaczyna zbyt wczenie po Wielkim Wybuchu; na pocztku cay Wszechwiat skada si niemal wycz-nie z wodoru i helu. Cisze pierwiastki, takie jak krzem, tlen czy wgiel, powstay dopiero w wyniku reakcji jdrowych za-chodzcych we wntrzach gwiazd i w cza-sie wybuchw supernowych. Aby mogo powsta ycie, wczeniej umrze musiao kilka pokole gwiazd.

Wytypujmy nastpnie waciwe miej-sce w obrbie galaktyki. Z jednej strony musi si ono znajdowa w pobliu innych gwiazd, tak aby wczeniej wytworzone pierwiastki miay szans zosta wczone do naszego ukadu sonecznego. Moemy wykluczy wic obrzea galaktyk. Z dru-giej jednak strony, jeeli jestemy otoczeni zbyt du liczb gwiazd, w kadej chwili musimy oczekiwa katastrofy, np. w po-staci pobliskiego wybuchu supernowej. Najlepiej wic trzyma si mniej wicej rodka galaktyki.

Wposzukiwaniu dobrej gwiazdyZdolne do podtrzymania ycia plane-ty nie mog wystpowa dookoa kadej gwiazdy. I w tym przypadku okazuje si, e najlepsz strategi jest unikanie skraj-noci. Najwiksze i najgortsze gwiazdy yj bardzo krtko: o ile nasze Soce do-yje zapewne statecznych 10 miliardw lat, o tyle ycie gwiazdy zaledwie 10 razy od niego ciszej trwa tylko 30 milionw lat! W tak krtkim (geologicznie) czasie

powierzchnia ewentualnych planet ska-listych powstaych dookoa takiego so-ca nie zdyaby nawet dobrze ostygn. Z drugiej strony, mae gwiazdy rwnie si nie nadaj, bo s duo bardziej niestabilne od czasu do czasu emituj dawki promie-niowania zdolne nie tylko zdmuchn du cz atmosfery pobliskiej planety, ale rwnie wysterylizowa jej powierzch-ni. Potrzebujemy wic gwiazdy, ktra jest mniej wicej wielkoci Soca albo tro-ch od niego mniejsza.

Mamy ju gwiazd, zaprojektujmy teraz odpowiedni ukad planetarny. Tu pojawia si pojcie ekosfery. Ekosfera to strefa dookoa gwiazdy, w ktrej ma szans wy-stpowa woda w stanie ciekym: nie jest w niej ani na tyle gorco, eby znajdujca si na hipotetycznej planecie woda zamie-nia si w par, ale i nie na tyle zimno, eby zamarza. Zwrmy koniecznie uwag, aby nasza projektowana planeta znajdo-waa si mniej wicej w rodku ekosfery, poniewa gwiazdy typu Soca wiec nie-co silniej w wieku dojrzaym ni za mo-du, tak wic ich ekosfera wci przesuwa si coraz dalej na zewntrz. W rezultacie planeta, ktra z pocztku byaby ulokowa-na w pobliu ciepego koca ekosfery, po pewnym czasie moe znale si poza jej granicami a wszystkie ewentualne orga-nizmy na jej powierzchni zostan ugoto-wane ywcem...

Oczywicie temperatura na powierzch-ni danej planety zaley nie tylko od jej od-legoci od gwiazdy, ale take od innych czynnikw, takich jak choby skad at-mosfery, ktry decyduje o poziomie efek-tu cieplarnianego. Dlatego m.in. nasza pla-netarna za bliniaczka Wenus nie nadaje si do zamieszkania.

Amoe na ksiycu?Jeeli jednak nie zaley nam koniecznie, eby nasze ycie rozwijao si na planecie, moemy wybra troch inn konfigura-cj i zdecydowa si na spory ksiyc, kr-cy wok olbrzymiej planety gazowej.

Powinnimy koniecznie zainwestowa w co najmniej jeden spory ksiyc to stabilizuje klimat.

13

t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7 t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7

W IELK IE PY TA NI A

Z dziejw oywiania lalek odc. 1

Pouczajca jest historia Alojzego zAkademii Pana Kleksa. Mia by to wspaniay przykad oywionej lalki, askoczyo si jak wiadomo tragicznie. Wszystko dlatego, e jego konstruktor, golarz Filip, jak iudoskonalajcy pniej Alojzego Pan Kleks niepotrzebnie skoncentrowali si na powierzchownych aspektach projektu.Przykadowo, Filip pracowicie skonstruowa fantomowy ukad trawienny, dziki ktremu Alojzy mg je makaron; jad go jednak arocznie ipo zwierzcemu. Aprzecie nie odek czyni czowieka, lecz zdolno do cywilizowanego napeniania go! Ba, na tym etapie owa lalka nie posiadaa nawet syntezatora mowy ani samego aparatu artykulacyjnego. Pan Kleks rwnie skupi si na tworzeniu zewntrznych pozorw ycia. Cenne godziny powici na wcieranie maci powodujcej wyksztacenie si wgumowej skrze naczy krwiononych, rwnoczenie zaniedbujc prace nad sztuczn inteligencj. Ostatecznie Alojzy ta niegodziwa karykatura czowieka, jak zauwaa Brzechwa wyposaony, owszem, wukad trawienny ikrwionony, ale okuriozalnie ubogim algorytmie moralnym, zniszczy Akademi.

Jan Brzechwa Akademia Pana Kleksa, wiele wyda

Mgby by z grubsza podobny choby do Pandory z filmu Avatar. Tam, mimo e mamy do czynienia z ksiycem, a nie pla-net, warunki przypominaj te panujce na Ziemi, bo wikszo energii napdzaj-cej ycie pochodzi z gwiazdy. W rzeczywi-stoci ycie na powierzchni takiego ksiy-ca nie byoby jednak sielankowe wok gazowych gigantw mog wystpowa strefy bardzo silnego promieniowania, nie-zwykle utrudniajcego przetrwanie na po-wierzchni.

Drug intrygujc opcj jest potencjal-na zamieszkiwalno ksiycw znajdu-jcych si poza ekosfer gwiazdy jak np. Europy, ksiyca Jowisza. Na ciaach tego typu pod wielokilometrow warstw lodu moe znajdowa si rwnie gboki ocean, dopiero pod ktrym znajdziemy skalny paszcz i metaliczne jdro. Krytyczne zna-czenie ma znw rozmiar. Jeeli taki ksi-yc bdzie zbyt may, to szybko wystygnie. Biedne organizmy yjce na takim ksi-ycu byyby skazane najpierw na mier z godu, a pniej zamarznicie ich docze-snych resztek. Na szczcie efekt ten moe by w niektrych przypadkach zniwelo-wany przez bardzo due siy pywowe, regularnie znieksztacajce cay ksiyc i zapobiegajce zastygniciu takiego ciaa jak to ma miejsce w przypadku innego ksiyca Jowisza, Io.

Gdyby natomiast ksiyc taki by zbyt duy, na dnie jego oceanu mogaby utwo-rzy si warstwa wysokocinieniowej po-staci lodu, ktry, w przeciwiestwie do zwykego lodu, jest ciszy od wody. Taka warstwa oddzieliaby od siebie dwa nie-zbdne dla ycia skadniki: wod i skay mogce by rdem poywienia dla or-ganizmw. Byby to wic ocean wcini-ty pomidzy dwie warstwy lodu. Nie wia-domo, czy w takich warunkach mogoby doj do powstania ycia i jego dugotrwa-ego przetrwania.

Rozmiar ma znaczeniePrzyjrzyjmy si teraz kwestii wystpowa-nia na naszej planecie atmosfery; i tutaj kluczow kwesti jest rozmiar. Jeeli cia-o jest zbyt mae, przyciga czsteczki gazu tak sabo, e dochodzi do powolnej utraty atmosfery, ktra dosownie ulatuje w ko-smos. Moe to doprowadzi np. do tego, e woda przestanie by stabilna i w stosunko-wo krtkim czasie ciao zamieni si z miej-sca przyjaznego yciu w pustyni (patrz: ramka). Z drugiej strony, zbyt due ciao skaliste moe a nadto skutecznie przyci-ga gazy pozostae po tworzcej si gwie-

dzie, i w rezultacie taka planeta moe skoczy jako gazowy olbrzym podobny do Jowisza czy Saturna.

Niewielkie planety trac te szybciej pole magnetyczne, chronice atmosfe-r przed szkodliwym wiatrem sonecz-nym. Wynika to z tego, e mae ciaa sty-gn szybciej ni due, poniewa maj duo wikszy stosunek powierzchni do objto-ci a wanie przez powierzchni ciepo ulega wypromieniowaniu w przestrze kosmiczn. Gdy dana planeta ochodzi si na tyle, e jej pynne elazne jdro zmieni si w nieruchom kul metalu, to pole ma-gnetyczne cakiem zanika. Prawdopodob-nie to wanie przytrafio si Marsowi.

Jeeli chcemy, aby nasza planeta bya zdolna do podtrzymywania organizmw bardziej wymagajcych i delikatnych ni najprostsze mikroby, to powinna ponadto obraca si dookoa wasnej osi, tak aby wy-stpoway tam dni i noce. Dziki temu tem-peratura na jej powierzchni bdzie bardziej wyrwnana. Niedawno odkryty ukad pla-netarny dookoa malutkiej gwiazdy TRAP-PIST-1 z trzema skalistymi planetami w ekosferze kry tak blisko swojego soca, e najprawdopodobniej wszystkie te ciaa niebieskie s w obrocie synchro-nicznym. Oznacza to, e planety owe maj cay czas skierowan tylko jedn pkul ku gwiedzie jedna strona jest bardzo go-rca, druga bardzo zimna. ycie, o ile kie-dykolwiek tam powstao, miaoby szans utrzyma si tylko w cienkim pasie pomi-dzy wiecznym dniem i wieczn noc.

Dodatkowo powinnimy koniecznie zainwestowa w co najmniej jeden spory ksiyc. Dziki temu nachylenie osi ob-rotu planety wzgldem ekliptyki jest bar-dziej stae, co stabilizuje klimat. Dla przy-

zaley poziom efektu cieplarnianego. w termostat dziaa w nastpujcy sposb: CO2 wydobywa si z wulkanw i groma-dzi w atmosferze, podnoszc temperatu-r na powierzchni. Wysza temperatura zwiksza tempo rozkadu/wietrzenia ska, uwalniajc pierwiastki, ktre nastpnie cz si z CO2 z powietrza, tworzc ska-y wglanowe (np. wapie, CaCO3) odka-dajce si w oceanach. Po jakim czasie cz tych ska zawierajcych CO2 wnika w miejscach zderze pyt tektonicznych z powrotem do wntrza planety. Ze rodka ponownie wydostaje si przy pomocy wul-kanw cykl si zamyka.

Tektonika pyt wydaje si wic by bar-dzo korzystn opcj przy projektowa-niu planety odpowiedniej dla ycia. Co ciekawe, Ziemia jest jedynym znanym nam obiektem w Ukadzie Sonecznym z tektonik pyt w penym tego sowa znaczeniu, przy czym nie jest wci ja-sne, w jaki waciwie sposb ten proces zosta zainicjowany i dlaczego nie wyst-puje powszechnie.

Itroch szczciaOstatnim skadnikiem, jakiego potrze-bujemy dla rozwoju i utrzymania ycia na naszym z trudem zbudowanym ciele niebieskim, jest odrobina szczcia. Jee-

li w pobliu naszej planety wybuchnie supernowa, moe ona j wysterylizowa albo zniszczy. Szczcie przyda nam si rwnie do unikania zderze z innymi duymi ciaami niebieskimi.

O ile takie rzeczy na samym pocztku istnienia planety nie szkodz, a nawet mog pomaga (w kocu takiemu wa-nie zderzeniu zawdziczamy najpraw-dopodobniej powstanie naszego wa-snego Ksiyca), to o ile zdarz si p-no, mog nie tylko zabi cae ycie, ale nawet znaczco zmieni wartoci para-metrw wyliczonych powyej, czynic z planety przyjaznej yciu jaowe pust-kowie.

By moe wcale nie musimy wcho-dzi z naszym projektem w faz realiza-cji. W samej naszej galaktyce s miliardy gwiazd podobnych do Soca, a planety wydaj si kry dookoa znaczcej ich czci.

Jest wic spora szansa, e gdzie tam znajduje si ciao niebieskie, na ktrym mogoby rozwin si pozaziemskie y-cie.

ANNA OSIAK

Autorka jest geologiem planetarnym, absolwentk UW i Michigan State University, czonkini Geological Society of America. Obecnie przygotowuje doktorat na Uniwersy-tecie w Wiedniu.

kadu o naszej Ziemi praktycznie si nie zmienia (waha si w niewielkim zakresie od 22.1 do 24.5 w cyklu trwajcym 41 ty-sicy lat), dziki czemu zawsze najzim-niej jest na biegunach, a najcieplej w oko-licy rwnika. Mars nie ma satelity o zna-czcych rozmiarach, std jego o zmienia si dosy chaotycznie od 0 do niemal 80. W rezultacie od czasu do czasu najcieplej-sze marsjaskie rejony znajduj si w po-bliu jego biegunw! Co ciekawe, na zdj-ciach satelitarnych wyranie wida, e nie-ktre rejony rwnikowe Marsa byy kie-dy rzebione przez ogromne lodowce.

Wulkany dla yciaNasza redniej wielkoci, skalista plane-ta z wod na powierzchni, z co najmniej jednym sporym ksiycem, obracajca si dookoa wasnej osi i obiegajca gwiazd o podobnej wielkoci co Soce, powinna mie co jeszcze aktywno wulkanicz-n, najlepiej powizan z tektonik pyt. Mineray, jak wszystko inne, zuywaj si: po jakim czasie powierzchnie, kt-re na pocztku byy rdem schronienia i poywienia dla organizmw, w kocu robi si zwietrzae. Wulkany s miejsca-mi, gdzie na powierzchni wydostaj si wiee skay i mnstwo uytecznych dla organizmw ywych zwizkw che-micznych.

Zachodzca raz na kilkadziesit milio-nw lat erupcja wulkanu to jednak nie-wielka pociecha. Jeeli interesuje nas re-gularna dostawa wieych, smakowi-tych mineraw, projektowana przez nas planeta musi koniecznie zainwestowa w tektonik pyt. Terminem tym okrela si zasadniczy styl geologiczny naszej planety, ktry z grubsza polega na tym, e jej zewntrzna warstwa skada si ze sztywnych pyt przemieszczajcych si wzgldem siebie po plastycznej (cho nie pynnej) gbszej warstwie. Wulka-ny powstaj gwnie na granicach pyt: w miejscach, w ktrych pyty si rozcho-dz, oraz tam, gdzie si zderzaj lub zanu-rzaj z powrotem we wntrzu planety. W rezultacie cay glob otoczony jest pa-jczyn wulkanicznych gr, zapewniaj-cych mnstwo samoodnawialnych, przy-jaznych yciu lokalizacji.

Tektonika pyt ma jednak wicej zalet system ten jest kluczowy dla utrzymy-wania staej temperatury na powierzchni planety. Dziaa jak gigantyczny termostat regulujcy w geologicznej skali czasowej temperatur poprzez kontrolowanie ilo-ci CO2 w atmosferze, od ktrego z kolei

NA

SA

14 15

t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7 t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7

W IELK IE PY TA NI A

Jeeli interesuje nas regularna dostawa wieych, smakowitych mineraw, projektowana przez nas planeta musi koniecznie posiada tektonik pyt.

Z dziejw oywiania bota odc. 2

WKsidze Psalmw czytamy: Oczy twoje widziay, gdy byem jeszcze wzarodku (Psalm 129, 16). Woryginale hebrajskim terminowi wzarodku odpowiada jednak rzeczownik galmi, oznaczajcy surow, nieuformowan materi. WTalmudzie tym samym sowem okrelany jest pierwotny stan Adama, gdy w ju by bezksztatn form ulepion zgliny, jednak przed tym, gdy Bg tchn wjego nozdrza tchnienie ycia. Oto golem (zob. te ramka na str. 24).Wnalecym do Talmudu traktacie Sanhedryn przemiana pygolemAdam opisana jest bardziej szczegowo ni wBiblii. Dzie pierwszy skada si zdwunastu godzin. Wpierwszej godzinie jego [Adama] py zosta zebrany; wdrugiej zosta ugnieciony wbezksztatn mas. Wtrzeciej uformowane zostay jego czonki; wczwartej wlana zostaa wniego dusza; wpitej podnis si istan na nogi; wszstej nada zwierztom imiona (Sanhedryn 38b).Niektrzy teolodzy, np. David Jones, autor The Soul of the Embryo (Dusza embrionu), twierdz, e to okrelenie stosuje si rwnie do zarodka ludzkiego, jeszcze zanim wyksztaci si wnim dusza.

Miszna. Nezikin.

W IELK IE PY TA NI A

GDY MWI SI O YCIU POZAZIEMSKIM, prdzej czy pniej padaj imiona tych dwch bohaterw: sporych satelitw w ze-wntrznym Ukadzie Sonecznym. Obydwa posiadaj gruby paszcz lodowy, ktry na pewnej gbokoci troch pod wpywem cinienia, a troch ze wzgldu na wasne

zasoby ciepa satelitw najprawdopodob-niej topnieje, tworzc ocean wodny. Na obu satelitach wystpuj te na powierzchni zoone systemy pkni, ktre podobnie jak grzbiety oceaniczne na Ziemi ju na pierwszy rzut oka mwi nam, e patrzymy na satelity aktywne i zmienne.

Europa, ksiyc Jowisza (po lewej) oraz Enceladus, ksiyc Saturna

16 17

t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7 t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7

W IELK IE PY TA NI A W IELK IE PY TA NI A

a si rwnie w tym, e dla wielu z nich nieakceptowalne witalistyczne stwier-dzenia staway si cakowicie do przyj-cia, gdy sia yciowa zostaa zastpio-na rwnie niezdefiniowanym pojciem energii. Innym sowem wytrychem, ktrym fizykalici posugiwali si, doko-nujc pozornych wyjanie zjawisk, by ruch. Tumaczyli oni np. rne zjawi-ska zachodzce wewntrz komrek ru-chem atomw. Nie wyjaniali jednak, jak to si dzieje, e ten ruch prowadzi do tak spektakularnych rezultatw, jak choby rozwj zapodnionego jaja w do-rosy organizm. Witalici, jak zauwa-a Mayr, dostrzegali sabo tego rodza-ju wyjanie i jedynie szli o krok dalej postulowali istnienie czynnika, ktry nadaje takim ruchom kierunek (i cel).

Wicej ni suma czciWitalistyczne pogldy czsto miay reli-gijne inspiracje. Skoro witalizm zakada pozafizyczn si, to natychmiast przy-wouje na myl transcendujcego wiat fizyczny Boga. Co wicej, w Biblii wielo-krotnie pojawiaj si takie okrelenia jak pierwiastek ycia, tchnienie ycia czy boskie/niemiertelne tchnienie, bliskie pojciom uywanym przez witalistw. Nieprzypadkowo wykorzystuj one me-

tafor ycia jako oddechu w kocu wa-nie od sowa oddech wywodzi si poj-cie duszy.

Witalizm musia w kocu jednak za-nikn, a swoj schykow faz osign w latach 20. XX w. Z pewnoci pomo-go w tym pojawianie si pozytywizmu logicznego w filozofii, ktry odrzuca wszelkie przejawy metafizyki, a wita-lizm postrzega wanie jako pogld bar-dziej metafizyczny ni naukowy. Jedno-czenie tezy stawiane przez witalistw nie znajdoway adnego potwierdzenia. Upada np. idea protoplazmy, tajemni-czej substancji lub specjalnego stanu ma-terii, ktra miaa wypenia ciaa kom-rek (zastpia j fizykalna cytoplazma).

Uderzeniem w czuy punkt witalizmu by bujny rozwj metod syntezy zwiz-kw organicznych, zapocztkowany, jak pamitamy, przez Whlera. Ale prawdzi-w zgub sprowadziy na witalizm ewo-lucjonizm i genetyka, ktre wyjaniy kierunkowo ruchw oywionej przy-rody mechanizm powstawania adapta-cji oraz ukierunkowany rozwj osobni-czy, realizowany zgodnie z genetycznym programem. Stao si jasne, e to, co dla witalistw stanowio niefizyczn si y-ciow a przynajmniej wiele jej kluczo-wych aspektw tkwi w banalnie fizycz-nym DNA, sterujcym budow i tenden-cjami do zachowa organizmw.

Biologia i egzorcyzmyUKASZ KWIATEK

Organizmy rni si od materii nieoywionej. Pytanie brzmi: jak bardzo oraz... co ztego?

sprawdzaa si take w rnych dziedzi-nach biologii. Na przykad Matthias Schlei- den stworzy podwaliny wspczesnej bo-taniki, badajc roliny pod mikroskopem i dowodzc ich komrkowej budowy. Emil du Bois-Reymond zaproponowa elektrycz-ne, a wic cakowicie fizyczne, wyjanienie dziaania ukadu nerwowego, a Hermann von Helmholtz zmierzy prdko prze-wodnictwa nerwowego. Ten sam uczony bada take m.in. zjawiska cieplne w or-ganizmach, uznajc je za przeksztacenia zwykej energii takiej samej, ktra po-jawia si w przyrodzie nieoywionej. Meto-da redukcjonistyczna znacznie wzbogacaa wiedz o wiecie, take oywionym, bez od-woywania si do tajemniczych entelechii i si yciowych.

Mimo wszystko witalizm dugo nie chcia wyzion ducha. Jeszcze w XIX wie-ku mona byo spotka biologw, kt-rzy uznawali fizykalizm za zbyt radykal-ny, a metafor maszyny za faszyw. Nie byo to a tak nieracjonalne podejcie. W kocu, jak uj to Ernst Mayr w ksi-ce To jest biologia, w przeciwiestwie do ywego organizmu adna maszyna nigdy si sama nie zbudowaa, nie powielia, nie zaprogramowaa ani nie dostarczya sama sobie energii. Metafora maszyny moga wicej zaciemnia, ni wyjania.

Jednym z wczesnych witalistw by wspomniany Hans Driesch, mionik po-jcia entelechii, ktry nawrci si na wi-talizm po tym, jak przeprowadzi pewien eksperyment. Udao mu si rozdzieli embrion jeowca w fazie, w ktrej ten li-czy dwie komrki. Mechanistyczna intu-icja podpowiadaa Drieschowi, e z kadej z nich wyronie poowa zwierzcia. Prze-widywania te nie sprawdziy si z roz-dzielonych embrionw wyrosy dwie ca-kiem zdrowe larwy. Tak jakby ich rozwo-jem rzeczywicie rzdzia jaka tajemnicza sia yciowa, ktra niczego sobie nie robia z mechanistycznej interwencji niemiec-kiego badacza.

Mylenie Driescha obrazuje, jak na-iwne byy niektre tezy fizykalistw. Ta naiwno, jak pisze Mayr, przejawia-

B y rok 1828. Friedrich Wh-ler, niemiecki chemik, prbo-wa uzyska pewn substancj cyjanian amonu poprzez zmieszanie roztworw jonw amono-wych i jonw cyjaninowych. Zdziwi si, gdy w wyniku dowiadczenia za-miast nieorganicznej soli uzyska mocz-nik uboczny produkt przemiany mate-rii wielu zwierzt. Razem z nim zdziwio si cae rodowisko naukowe: pierwszy raz w historii kto uzyska substancj or-ganiczn w reakcji, w ktrej posuono si wycznie zwizkami nieorganiczny-mi. Eksperyment Whlera wstrzsn zwaszcza niemieckim rodowiskiem, gdzie w najlepsze rozkwita witalizm pogld, zgodnie z ktrym przyroda oy-wiona nie znajduje si pod jurysdykcj zwykych praw fizyki i chemii.

Kilkanacie lat wczeniej byy nauczy-ciel Whlera, szwedzki uczony Jns Ja-cob Berzelius, pooy teoretyczne pod-waliny pod witalizm, dzielc zwizki che-miczne na dwa rodzaje: te, ktre wystpu-j wycznie w wiecie oywionym i s produkowane przez istoty ywe (zwizki organiczne), oraz te, na ktre natrafiamy w przyrodzie nieoywionej (zwizki nie-organiczne). Rnica midzy nimi miaa mie wrcz metafizyczny wymiar. Synte-za zwizkw organicznych z nieorganicz-nych bya rwnie nie do pomylenia, jak tchnienie ducha przez inyniera w skon-struowan przez niego maszyn.

Sama idea witalizmu nie bya jednak nowa. Ju Arystoteles posugiwa si, nieco mtnym, pojciem entelechii czynnika, ktry umoliwia rzeczom re-alizowanie drzemicych w nich poten-cjalnoci (mwic jzykiem Arystotele-sa: przechodzenie z monoci do aktu). U ywych organizmw entelechia bya zwizana z dusz tym, co je wszystkie oywia i wprawia w ruch. Pojcie entele-chii powrcio w XIX w. (w pismach nie-mieckiego embriologa Hansa Driescha), stajc si synonimem takich okrele jak yciowy fluid i sia yciowa lub pd yciowy (lan vital), ktrych stosowa-

nie byo znakiem rozpoznawczym wita-listw.

Dzi chemia organiczna to w zasadzie nauka o zwizkach wgla. Jej nazwa wyro-sa z podziau Berzeliusa, ale zostaa pozba-wiona filozoficznego bagau zwizki w-gla wprawdzie stanowi budulec ycia, ale rzdz nimi dokadnie te same prawa i za-sady, jakie spotykamy w chemii nieorga-nicznej. Prno w niej szuka entelechii czy yciowych fluidw, ktre mogyby na mocy autonomicznych zasad oywia ma-teri. Nie oznacza to jednak, e wszystkie idee witalizmu zostay wyegzorcyzmowa-ne wraz z rozwojem nauki.

Dwa jeowceWikszo z nas intuicyjnie dostrzega r-nice midzy piaskiem a traw, psem a ka-mieniem, wod a krwi, gazi drzewa a kawakiem metalu czy kogutem a ze-garkiem. Nie zawsze tak byo. Nasi odlegli przodkowie mogli postrzega ca przyro-d animistycznie, nawet w materii nieoy-wionej i zjawiskach przyrodniczych do-szukujc si elementw duchowych. Z ko-lei rewolucja naukowa wprowadzia umy-sy nowoytnej Europy na tory mylenia mechanistycznego. Najpierw wyrugowa-a wyjanienia nadprzyrodzone ze zjawisk fizycznych, potem wzia si za przyrod oywion. Gosem tej epoki bya filozofia Kartezjusza, ktry odmwi duchowego pierwiastka wszystkim organizmom poza czowiekiem, w zasadzie zrwnujc zwie-rzta z automatami. Tak narodzi si fizy-kalizm pogld, zgodnie z ktrym wszyst-kie zjawiska, w wiecie oywionym i nie-oywionym, sprowadzi mona do funda-mentalnych praw fizyki. Zwizane z nim przemiany wiatopogldowe historyk na-uki Eduard Jan Dijksterhuis nazwa me-chanizacj obrazu wiata.

Mechanicyzm (czy fizykalizm) czer-pa z sukcesw metody redukcjonistycz-nej, ktra poznanie jakiego zjawiska czy obiektu sprowadzaa do zbadania jego czci skadowych. Taktyka ta wietnie

A wic jednak maszyny? Odtrbienie triumfu mechanicyzmu byoby mimo wszystko lekk przesad. Witalizm nie odszed bezpotomnie w XX w. wyrs z niego organicyzm, czyli pogld, ktry co prawda przyjmuje, e organizmy zbudo-wane s z nieduchowych elementw, ale nie godzi si z tezami naiwnego redukcjo-nizmu. Organicyci podkrelaj, e prawa fizyki rzdz zachowaniem elementw budowy organizmw na najbardziej dro-biazgowym poziomie organizacji, ale ten poziom nie odgrywa wyrnionej roli. Zja-wiska fizyczne s wane, gdy rozpatruje-my budow bony komrkowej, ale mniej istotne na poziomie narzdw, ukadw i caego organizmu. Nie atomowy skad or-ganizmu, ale jego sposb organizacji spra-wia, e realizuje on swoje funkcje yciowe. Cao za jest wicej ni zwyk sum cz-ci, poniewa na rnych poziomach wya-niaj si nowe jakoci.

Jeli chcemy, moemy uzna, e orga-nizm to maszyna, ale niezwykle skompli-kowana. Potrafimy identyfikowa jej naj-rniejsze mechanizmy, ale nie powin-nimy zapomina, e jako cao realizu-je ona wiele osobnych funkcji, ktre nie pojawiaj si na innych poziomach orga-nizacji na przykad dba o zachowanie homeostazy, zdobywa energi i rozmna-a si. Tych zjawisk nie da si wyjani, pozostajc na poziomie fizyki czy bioche-mii. Co wicej, wszystkie te poziomy or-ganizacji i realizowane przez nie funkcje wyksztaciy si w dugim procesie ewo-lucji, ktremu nie podlega przyroda nie-oywiona. W rezultacie, zdaniem May-ra, organizmy w istocie wykazuj pewien dualizm niespotykany w materii nieoy-wionej ale nie jest to dualizm ducha i materii, tylko dualizm fenotypu i geno-typu.

Organicyzm posiada pewne witalistycz-ne zabarwienie zakada istnienie w yciu czego (zoonej organizacji), czego w nie--yciu prno szuka. Podejrzliwy reduk-cjonista nieprzyjemn wo witalizmu moe wyczu w nacechowanych metafi-zycznie pojciach organicyzmu homeo- staza i emergencja wydaj si dobrymi przykadami. Mimo tych witalistycznych zabarwie wspczesnego paradygmatu, nie spodziewabym si, e w materii oy-wionej znajdzie si jeszcze kiedy miej-sce dla wymykajcego si metodzie na-ukowej ducha. Chyba e uznamy, i sami go tam potrafimy umieci dziki biolo-gii syntetycznej e posiedlimy wiedz, jak tchn tchnienie ycia w nieoywion przyrod. Ale te tony lepiej zostawmy po-etom.

Pcha z gatunku Ceratophyllus faciatus z ksiki Roberta Hookea Micrographia, 1665 r.

DO

ME

NA

PU

BLI

CZ

NA

GIP

HO

TO

ST

OC

K

19

t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7 t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7

W IELK IE PY TA NI A

Nowe stworzenieANNA BARTOSIK

Sztuczne ycie miniaturowe ukady, ktre zachowuj si jak ywe komrki, ito zgodnie zzaoeniami naukowcw

jest ju na horyzoncie wspczesnej biologii.

O d dwudziestu lat lawinowo ronie tempo, w jakim pozna-jemy molekularne podstawy ycia. W laboratoriach na ca-ym wiecie prowadzone s eksperymen-ty, ktre generuj terabajty danych na te-mat bogatego rodowiska wewntrzne-go komrek: od struktury i aktywnoci poszczeglnych genw, a po budow, funkcje i oddziaywania pomidzy bia-kami i setkami innych czstek produ-kowanych w toku metabolizmu komr-kowego. Rwnolegle rozkwit przeywa

wiele dziedzin biologii, jednak szczegl-ne miejsce zajmuj blisko ze sob powi-zane: biologia obliczeniowa oraz obficie korzystajca z jej osigni biologia syn-tetyczna.

Biologia obliczeniowa (computational biology) to termin obejmujcy wszelkie prby odtwarzania ycia in silico, czy-li w postaci symulacji komputerowych. Dziki szczegowej wiedzy o tysicach genw i biaek, a take dziki rosncym moliwociom obliczeniowym, moli-we jest dzi modelowanie na komputerze

dynamiki komrki ywej z niespotykan wczeniej dokadnoci. Biologia synte-tyczna (synthetic biology) to szybko rozwi-jajca si nauka, skupiajca si na rzeczy-wistym odtwarzaniu prostych ukadw oywionych czy to na bazie faktycz-nych organizmw ywych, czy te od zera, choby w pcherzykach tuszczo-wych stanowicych proste modele kom-rek. Zdobyta w ten sposb wiedza pozwa-la naukowcom na coraz lepsze rozumie-nie ywych komrek, co ma niebagatelne znaczenie choby w medycynie.

Jedn z najlepiej znanych w rodowisku naukowym platform do symulacji kom-rek jest system E-Cell, opracowany w 1999 r. To oprogramowanie pozwala na anali-z zachowania caej komrki, biorc pod uwag takie parametry jak metabolizm, synteza bioczsteczek, transport bonowy, transkrypcja, translacja, replikacja DNA czy wreszcie przekaz sygnau wewntrz komrki. Po raz pierwszy platforma E-Cell zostaa wykorzystana do modelowania wirtualnej bakterii, wyposaonej w 127 kluczowych dla podtrzymania ycia ge-nw, wchodzcych w skad genomu bak-terii Mycoplasma genitalium. Komputero-wy model by w stanie symulowa trans-port glukozy i produkcj czsteczek b-dcych nonikiem energii w komrkach ATP. Co wicej, naukowcy modelowali take wykorzystanie ATP m.in. do produk-cji fosfolipidw, czyli cegieek struktural-nych bony komrkowej, czy do utrzyma-nia mechanizmu odpowiedzialnego za od-czytanie informacji genetycznej zawartej w DNA i syntez na tej podstawie biaek. Przez kolejne lata platforma E-Cell bya udoskonalana, a jej funkcje poszerzane tak, by moga coraz bliej opisywa funk-cje ywej komrki.

Midzy innymi z tego rodzaju mode-li korzystaj biolodzy syntetyczni, kt-rzy tworz sztuczne obwody genetyczne, zdolne imitowa niektre funkcje kom-rek. Tego rodzaju twory mog mie szero-kie zastosowanie np. w produkcji lekw.

Logika wDNAW pracy opublikowanej pod koniec grud-nia 2015 r. na amach magazynu Nature Nanotechnology naukowcy z Georgia Institute of Technology w Atlancie opisa-li wykorzystanie nici kwasw nukleino-wych do prowadzenia prostych operacji komputerowych we wntrzu ywych ko-mrek ssaczych. Jak wyjania na amach portalu ScienceDaily prof. Philip Santan-gelo: Cay pomys opiera si na tym, by logik wykorzystywan przez komputery wprowadzi do komrek.

W opisanych dowiadczeniach naukow-cy skorzystali z nowo rozwijajcej si ga-zi biologii syntetycznej, mianowicie nano- technologii DNA. acuch DNA zbudowa-ny jest z dwch komplementarnych nici, ktre cz si ze sob w sposb przypo-minajcy zamek byskawiczny. Odpowia-da za to komplementarne parowanie za-sad: adeniny, cytozyny, guaniny i tymidy-ny, opisane po raz pierwszy przez Watso-na i Cricka, co przynioso im Nagrod No-

bla. Proces ten jest cile okrelony: adeni-na zawsze czy si z tymidyn, a guanina z cytozyn. Przez ostatnie dziesiciolecia naukowcy duo lepiej opisali ten proces i znaj jego szczegy biochemiczne i ter-modynamiczne. Opracowano metody po-zwalajce na syntez w laboratorium se-kwencji DNA o okrelonej strukturze. Na przestrzeni lat rwnie znacznie spady koszty takiej syntezy DNA w probwkach, co sprawio, e metoda staa si dostpna dla wielu laboratoriw.

W swoim eksperymencie naukowcy z Atlanty podmienili fragment acucha DNA w komrce ssaczej, by wprowadzi dwie podstawowe funkcje logiczne: ORAZ i LUB. Dziki temu mona tak zaprogra-mowa pewne geny, by ulegay wcze-niu lub wyczeniu w odpowiedzi na ze-wntrzn stymulacj. W ten sposb po-wstaj tzw. przeczniki DNA.

Zainstalowanie ich w komrkach oka-zao si trudne i zajo wiele lat bada. Naj-waniejsze byo, eby samo wprowadza-nie przecznikw do komrek nie do-prowadzao do ich aktywacji oraz eby nie powodowao mierci komrek. W kocu udao si obej te trudnoci. Kolejny, jesz-cze trudniejszy etap bada polega na skon-struowaniu przecznikw, ktre bd stymuloway komrki do produkcji okre-lonych biaek.

Fabryka komrkowych arwekNa jeszcze inny sposb wykorzystania ob-wodw DNA wpadli naukowcy z Massa-chusetts Institute of Technology z prof. Edwardem Boydenem na czele. Pod koniec ubiegego roku w czasopimie Nature Chemistry ukazaa si ich praca, w ktrej wykazali, w jaki sposb obwody genetycz-ne mog by izolowane w syntetycznych komrkach, tak by nie wpyway na siebie nawzajem co wczeniej sprawiao wiele problemw i jak nauczy takie komr-ki, aby si ze sob komunikoway.

Naukowcy z MIT jako sztuczne komrki wykorzystali liposomy. S to kropelki zbu-dowane z bony tuszczowej, przypomina-jcej bony otaczajce normalne komr-ki. Liposomy zostay wyposaone w ma-szyneri potrzebn do odczytania informa-cji genetycznej zawartej w DNA (rwnie wprowadzonej do liposomw), a nastp-nie syntezy na tej podstawie biaek. Opra-cowana metoda pozwolia stworzy rne populacje liposomw, z rn informacj zawart w czsteczce DNA, a tym samym odmienn funkcj. Dziki obecnoci bony tuszczowej, ktra jest pprzepuszczalna

dla czsteczek w pewnym zakresie wielko-ci, poszczeglne liposomy z rnych po-pulacji mog si ze sob komunikowa za porednictwem wydzielanych czsteczek.

Zesp profesora Boydena wprowadzi jeszcze dodatkow trudno do swoich eksperymentw, poprzez prb pocze-nia dwch populacji liposomw, z kt-rych jedna zawieraa informacj gene-tyczn pochodzc od bakterii, a druga DNA z komrek ssaczych, czyli dwch bardzo odlegych ewolucyjnie organi-zmw ywych.

By udowodni, e ich technologia dzia-a, naukowcy posuyli si obwodem ge-netycznym, w ktrym geny bakteryjne odpowiadaj na stymulacj organicznym zwizkiem teofilin, naturalnie wyst-pujcym w ziarnach kakao i liciach her-baty. Obecno tego zwizku powoduje wydzielanie z liposomw bakteryjnych produkowanego tam innego organiczne-go zwizku doksycykliny. Doksycyklina moe przenikn przez bon drugiej po-pulacji liposomw ssaczych i poprzez wizanie do specjalnych biaek, ktre -czc si bezporednio z DNA, aktywuje proces, ktrego zwieczeniem jest produk-cja biaka zwanego lucyferaz, ktre gene-ruje wiato. Dziki temu liposomy ssa-cze wiec.

Jeli pomylicie o obwodzie bakte-ryjnym jako kodzie dla programu kom-puterowego, a o obwodzie ssaczym jako kodzie dla fabryki, to moecie poczy je w unikalny system hybrydowy tu-maczy w portalu ScienceDaily profesor Boyden. Takie systemy mog by wyko-rzystane do produkcji lekw czy przeciw-cia, ktre do tej pory trudno byo uzy-ska metodami standardowymi. Ale ta technologia moe te rzuci wiato na pocztki ycia oraz pomc w jego poszu-kiwaniach, take w odlegych zaktkach kosmosu.

To, co jeszcze na pocztku XXI wieku w biologii wydawao si marzeniami sza-lonych naukowcw i bardziej kojarzyo si z science fiction, powoli staje si czci naszego ycia. Z jednej strony moemy sy-mulowa ycie w komputerach, z dru-giej komputery trafiaj do ywych komrek. To moe by pocztek zmiany w myleniu o tym, jak definiowane jest y-cie.

Autorka jest biolok i popularyzatork nauki, prowadzia badania w Instytucie Biochemii Maxa Plancka, Europejskim Laboratorium Biologii Molekularnej oraz w Midzyna-rodowym Instytucie Biologii Molekularnej i Komrkowej w Warszawie.

Wyniki sekwencjonowania DNA

MU

ZE

UM

MA

UR

ITS

HU

IS

Rembrandt Lekcja anatomii doktora Tulpa, 1632 r.

20 21

t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7 t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7

W IELK IE PY TA NI A

Co mwi zwokiDR FILIP BOLECHAA:

Dla medyka sdowego podstawow wskazwk s tzw. znamiona mierci: pomiertne plamy opadowe istenie pomiertne.

Ich pojawianie si izachowanie mona rozpatrywa na osi czasu. Ato pozwala oszacowa czas zgonu.

a wychadzaniem si ciaa. Ciao jest bry podlegajc oglnym prawom fizyki. I to wanie fizycy stworzyli modele tempa utraty ciepa przez ciao przy danej tempe-raturze otoczenia, warstwach odziey, wil-gotnoci powietrza itd. W efekcie przynaj-mniej do 24 godzin po mierci temperatu-ra moe nam sporo powiedzie.

A eby byo jeszcze dokadniej, mona wprowadzi przez skr elektrod termo-metru do miszu wtroby i zmierzy jej temperatur bo ciao wewntrz bdzie si chodzi bardziej stabilnie ni przy sk-rze, gdzie bezporednio oddziauje na temperatura otoczenia.

Na ile to dokadne metody?Niestety, nie s precyzyjne, a im wicej

czasu mija od zgonu, tym gorzej. Powiedz-my od razu: nie da si na gruncie jakichkol-wiek aktualnie stosowanych metod okre-li czasu zgonu z dokadnoci typu mi-dzy 10.45 a 11.05. To naukowo niemoli-we.

Gdy przesuniemy si dalej na osi czasu, zaczynaj si procesy rozkadu. Do akcji ruszaj mikroorganizmy. Gdy

my umieramy, wpewnym sensie ycie wnas rozkwita...Zdecydowanie. I medyk sdowy wal-

czy z czasem, bo w miar zaawansowania procesy rozkadu zacieraj rysunek narz-dw wewntrznych, pniej ich struktu-r, i w efekcie bardzo powanie ogranicza-j cho nie niwecz nasze moliwoci badawcze.

Czy procesy rozkadu trzymaj si jakich regu? Wiadomo, jak bdzie wyglda ciao po tygodniu, miesicu, roku?Niestety, nie do koca. Proces gnicia

i towarzyszcy mu proces autolizy czyli uwalniania si z komrek enzymw, kt-re zaczynaj trawi ciao jest zupenie niekontrolowany i lawinowy. W dodatku rozkad zaley od wielu rnych czynni-kw temperatury i jej zmian, wilgotnoci powietrza i jej zmian, dostpu powietrza do ciaa, ruchu powietrza w tym miejscu, rodzaju podoa jedno moe kumulowa wilgo, inne j odprowadza... Do tego do-chodz dziaania owadw. Nie udao si do tej pory w adnych badaniach wykaza, e jakie zwizane z rozkadem zjawisko po-

jawia si w, powiedzmy, 6 czy 18 godzin po zgonie. Spotkaem si z przypadkiem, gdzie ciao od pasa w gr byo komplet-nie rozoone, tak e tkanki mikkie od-chodziy od koci, za dolna cz ciaa wy-gldaa na prawie nietknit.

Jak to moliwe?Ta osoba zmara z przyczyn natural-

nych, w lesie. Grna cz ciaa, ktra zo-staa objta zaawansowanym gniciem, le-aa poza ciek, na mszystym podou utrzymujcym wilgo. Dolna za na ubi-tej, suchej ciece. To najlepszy przykad, e na podstawie stopnia gnicia nie da si ustali, ile czasu upyno od zgonu. Prze-cie nogi tej osoby nie zmary pniej.

Wspomniae, e na naszej osi czasu pojawiaj si gocie zzewntrz. Czy medyk sdowy musi by po trosze entomologiem?Entomologia dostarcza bardzo obiecu-

jcych i bardzo naukowych metod oceny czasu od zgonu. Ciaem zaczynaj si inte-resowa rozmaite owady. eruj na nim, skadaj w nim jaja, z ktrych wylgaj si ywice si nim larwy. Wiele nam tu

MICHA KUMISKI: Jeste lekarzem ostatniego kontaktu. ycia ju nie ra-tujesz. Co zatem ratujesz?DR FILIP BOLECHAA: Wiedz o tym, co

dziao si z czowiekiem przed mierci i dlaczego umar. eby jeli mier bya skutkiem przestpstwa mona byo uj sprawc, udowodni mu win i wymie-rzy kar. Ratuj pami o zmarym, eby jego rodzina nie pozostaa z poczuciem, e odszed w sposb niewyjaniony, a spraw-ca unikn sprawiedliwoci.

Kiedy koczy si ycie? Dawniej mwio si, e gdy przestao bi czyje serce, dzi siga si po stwierdzenie mierci pnia mzgu. Na gruncie naukowym wszyscy s

zgodni co do tego, kiedy i w jakich sy-tuacjach mona kogo uzna za zmare-go. A wykorzystuje si obie te definicje rzecz w tym, kiedy. Ot, gdy kto umiera na ulicy i zespoowi ratunkowemu przez okrelony czas nie udaje si przywrci samoczynnej akcji serca, osob t uzna-je si za zmar trudno sobie wyobrazi poddawanie jej jeszcze badaniom pnia mzgu. Jeeli za kto umiera w szpita-lu, gdzie podtrzymywane s jego funkcje yciowe oddycha za niego respirator, pompuje si aminy presyjne, podtrzy-mujce akcj serca, a dializator zastpu-je nerki to gdyby t osob odczy od aparatury, nie wiedzielibymy na pew-no, czy faktycznie ju nie ya. Wwczas przydatne s nowe definicje mierci za pomoc wielospecjalistycznych bada stwierdza si, e martwy jest pie mzgu tej osoby, odpowiedzialny za podstawo-we funkcje yciowe: utrzymanie krenia i oddychania. A to, e pozornie ona oddy-cha i funkcjonuje jej krenie, wynika z interwencji medycznej.

Dla medyka sdowego za pewn ozna-k mierci jest pojawienie si tzw. zna-mion mierci: pomiertnych plam opado-wych i stenia pomiertnego.

Ktre pomagaj zarazem ustali czasu zgonu.Tak, bo ich pojawianie si i zachowanie

mona rozpatrywa na osi czasu. A to po-zwala oszacowa czas zgonu, rzecz jasna: w pewnym przyblieniu.

Przeledmy t o czasu. Co si kolejno dzieje ze zwokami po mierci ico mwi one medykowi sdowemu?Zacznijmy od pomiertnych plam opa-

dowych. Gdy przestaje bi serce, na krew w ttnicach i yach dziaa ju tylko jedna sia grawitacja. A zatem zaczyna si ona w naczyniach krwiononych przemiesz-cza do najniej pooonych czci ciaa i tam gromadzi. Rwnie w naczyniach podskrnych, co sprawia, e skra w tym miejscu robi si sinoczerwona. W ten spo-sb tworz si plamy z pocztku drob-ne placuszki, ktre pniej zaczynaj si zlewa w wiksze, a obejm ca najniej pooon cz ciaa. Jeli np. ciao ley na plecach, plamy opadowe utworz si w re-jonie karku, grzbietu, tylnych powierzch-ni koczyn dolnych.

Co bardzo przydaje si ledczym, bo pozwala stwierdzi, czy kto po mierci rusza zwoki.Nie od razu. Z pocztku krew jest pyn-

na i stabilna, wic jeeli do kilku godzin po zgonie kto odwrciby ciao, krew si przemieci do nowych najniej poo-onych miejsc. Ale z biegiem czasu krew gstnieje, zaczyna si rozpad czerwo-nych krwinek i uwalnia si barwnik krwi hemoglobina. W efekcie krew nie bdzie si ju tak swobodnie przemieszcza i je-li wtedy odwrci si ciao, cz plam po-zostanie w miejscu pierwotnym. Przycho-dzi wreszcie moment, gdy krew wie si w naczyniach i nie przemieci si w ogle, bo bdzie zbyt gsta.

Dlatego plamy opadowe bada si, uciska-jc skr w miejscu, gdzie powstaj. Jeli pod wpywem ucisku krew ustpi, a gdy pucimy palec szybko wrci na miejsce,

oznacza to faz pocztkow. Ale w miar upywu czasu lekki ucisk nie wystarczy, a jeli uciniemy mocniej, to zblednicie duo wolniej bdzie si na powrt wype-niao krwi. A do momentu, w ktrym nawet bardzo mocne uciskanie nie spowo-duje powstania zblednicia. Dziki temu mona szacowa, ile czasu upyno od zgonu.

Gdy plamy ju si wytworz i utrwal, to rzeczywicie, jeli ledczy zauwa pod-czas ogldzin, e uoenie zwok nie zga-dza si z ukadem plam, dojd do wniosku, e kto w midzyczasie odwrci lub prze-mieci ciao.

Astenie pomiertne?Minie skadaj si z wkien tworz-

cych pasma aktyny i miozyny substancji, ktre reagujc ze sob, powoduj skurcz i rozkurcz minia. eby je rozczy, a wic spowodowa rozkurcz, potrzebny jest skadnik energetyczny, zwany w skr-cie ATP. Po mierci organizm przestaje go produkowa. I gdy jego pozostae w cie-le zapasy zostan zuyte, minie si spi-naj i zamykaj w zastanej pozycji. Znw spjrzmy na o czasu. Najpierw zjawisko to zachodzi w maych miniach: twarzy czy palcw; potem obejmuje wiksze gru-py miniowe: uchw, nadgarstki; wresz-cie minie otaczajce due stawy ok-ciowe czy barkowe, ograniczajc moliwo-ci ruchw w stawie.

Chcc okreli czas zgonu, bada si take przeamanie stenia pomiertnego: pki jeszcze gdzie znajduj si resztki ATP, to jeli si wymusimy ruch w stawie, ste-nie bdzie si tam w stanie wytworzy na nowo. Ale po pewnym czasie, jeli roze-rwiemy wkna, nie bd one si ju mo-gy z powrotem poczy.

Co ztemperatur ciaa? Ustalanie czasu zgonu na jej podstawie utrudnia pewnie wpyw otoczenia?Tak, cho istniej schematy czce za-

leno midzy temperatur zewntrzn

ULR

ICH

BA

UM

GA

RT

EN

/ G

ET

TY

IM

AG

ES

Zwoki mczyzny w chodni Instytutu Medycyny Sdowej przy Uniwersytecie w Bonn

22 23

t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7 t y g o d n i k p o w s z e c h n y 1 8 - 1 9 | 3 0 k w i e t n i a 7 m a j a 2 0 1 7

W IELK IE PY TA NI A

mwi preferencje kulinarne tych owa-dw: niektre gatunki much wol cia-o w miar wiee, innym odpowiada er mocniej rozoony. Np. uki przychodz niemal na sam koniec. A zatem, gdy zna-my cykl rozwojowy tych owadw, to ob-serwowanie, ktre z nich aktualnie koloni-zuj ciao i w jakim stadium s ich jaja czy larwy moe dostarczy informacji o cza-sie zgonu. Rzecz jasna, znw nieprecyzyj-nie. Bo eby rozkad by na tyle zaawanso-wany, by ciao skolonizoway owady, musi min okoo dwch tygodni. Ale moemy stwierdzi, czy miny dwa tygodnie, czy np. miesic.

Oczywicie wymaga to znajomoci eko-systemu danego regionu, take w kontek-cie pory roku. Inne owady obserwowa bdziemy na wiosn, inne zim. Entomo-logia dostarcza nam grubych podrczni-kw wiedzy.

Obok czasu zgonu medyk sdowy szuka te wskazwek co do jego przyczyny. Czsto to, co zpozoru wygldao na mier zprzyczyn natu-ralnych, na stole sekcyjnym okazuje si zbrodni?Przynajmniej kilka razy w roku. I nieste-

ty ledczy zbyt atwo przyjmuj przedzao-enia jeeli ekipa ogldzinowa zakada, e ma do czynienia np. z samobjstwem, automatycznie przekada si to na jako ogldzin miejsca ujawnienia zwok. A gdy pniej, przy sekcji, okae si, e jednak bya to zbrodnia, nie da si ich ju powt-rzy.

Utkwi mi w pamici jeden przypadek. W pustostanie na krakowskim Podgrzu znaleziono zwoki bezdomnego, miejsco-wego zbieracza zomu. Zewntrznie nie stwierdzono ewidentnych obrae, na miejscu byo te ciemno, a ekipa nie mia-a specjalistycznego owietlenia. Dopiero gdy na stole sekcyjnym ogolilimy bardzo obfity zarost zmarego, okazao si, e na szyi ma obraenia typowe dla duszenia plackowate podbiegnicia krwawe, odpo-wiadajce opuszkom sprawcy. Po specjali-stycznym otwarciu szyi potwierdzilimy, e czowiek ten z ca pewnoci zosta uduszony. Pniej okazao si, e zabjc by inny bezdomny, rwnie zbieracz zo-mu.

Na sali sekcyjnej krakowskiego Zakadu Medycyny Sdowej nie wi-dziaem znanego zseriali wrodzaju CSI przyrzdu do ogldania utrwa-lonego na siatkwce oka ofiary wizerunku mordercy... Co osprawcy potrafi powiedzie zwoki?

CSI to bardzo przyjemny serial i przed-stawia wiele metod faktycznie uywanych w medycynie sdowej lub pokrewnych jej naukach kryminalistycznych. Ale, jak to w tego typu produkcjach, chodzi w nim o poruszenie widza, poprzez pokazanie rzeczy, ktre wydaj si niemoliwe do odkrycia. Duo tam wic fikcji, rzeczy nie-moliwych i nierealnych jak ten obraz na siatkwce oka albo przerysowywania moliwoci naszych metod.

Jednak ciao oraz miejsce, gdzie zostao znalezione, mog wiele powiedzie o tym, jak przebiega czyn, co si dziao przed i po nim. A to si przekada na wiedz o tym, co czyo sprawc z ofiar i z jakich po-budek dziaa sprawca. Moliwe jest opi-sanie modus operandi sposobu dziaania sprawcy, w ktrym odzwierciedlaj si ce-chy charakteru, osobowo, temperament, dowiadczenie yciowe. lady, ktre znaj-dziemy na ciele, s punktem wyjcia do od-powiedzi na pytanie, kto mg by spraw-c i dlaczego to zrobi.

Zawsze si udaje?Medyk sdowy ma o tyle atwiej w po-

rwnaniu z lekarzem klinicznym, e nie musi si martwi, czy pacjent mu umrze, i nie ogranicza go czas pacjent na stole operacyjnym nie moe lee w niesko-czono, a my moemy bada ciao tak du-go, jak to potrzebne.

Inie musicie si martwi oposkada-nie go zpowrotem...Naturalnie ciaa oddajemy w naleytym

stanie. A odpowiadajc na pytanie: pewne typy zgonw sprawiaj w badaniu trud-noci. Nie mog mwi o wszystkim, eby nie ukada instruktau dla przyszych za-bjcw, ale oglnie rzecz biorc, np. gru-pa udusze gwatownych bywa trudnym wyzwaniem. Niemniej nie ma takiej spra-wy, w ktrej, jeli si dobrze przyoy, to koniec kocw nie doprowadzi si do try-umfu sprawiedliwoci. Choby spnio-nego.

Ze wzgldu na procesy rozkadu medyk sdowy walczy zczasem, ale istnieje pojcie tzw. pomiert-nych przemian utrwalajcych. Co ono znaczy?Niekiedy etap gnicia, ze wzgldu na

warunki, w ktrych znajduje si ciao, obiera mniej typow ciek i zamiast do rozpynicia si ciaa, prowadzi do za-chowania niektrych jego struktur, na-wet na bardzo dugo. Np. w warunkach suchych i przy dostpie powietrza moe doj do mumifikacji. Mwic obrazo-

wo do wysuszenia zwok. Na wiele lat zachowuje si struktura narzdowa oraz powoki skrne, i mona w nich szuka ladw chorb cz