O obrocie śmieci niebieskich

 

Kolejne państwa dołączają do kosmicznego wyścigu. W przestrzeń będzie latać coraz więcej maszyn, ludzi i… odpadków

Kiedy w październiku 2003 roku na pokładzie pojazdu Shenzhou 5 – zmodyfikowanego rosyjskiego Sojuza – pułkownik Yang Liwei jako pierwszy Chińczyk poleciał na okołoziemską orbitę, do USA i Rosji dołączyła nowa potęga kosmiczna. Wszystko wskazuje na to, że w najbliższym czasie ekskluzywny klub państw, które wysyłają ludzi w kosmos, będzie szybko się powiększał. Problem polega na tym, że w taką podróż ludzie muszą zabierać ze sobą wiele rzeczy, które potem stają się im zbędne. Nad naszymi głowami zaczyna się powtórka ze scenariusza, który już przerobiliśmy: ilość śmieci zaczyna rosnąć w zastraszającym tempie, a chętnych do sprzątania nie widać.
AZJACI NA KSIĘŻYC!

W najbliższych latach przestrzeń wokół Ziemi może stać się areną przepychanki, porównywalnej z zimnowojenną rywalizacją USA i ZSRR. Chiny zapowiadają, że do 2008 roku opanują technikę wychodzenia w otwartą przestrzeń kosmiczną. Do 2012 r. będą dokować na orbicie swoje pojazdy i wkrótce potem zainstalują się na stałe w przestrzeni wokół Ziemi. Ukoronowaniem ma być założenie kolonii na Księżycu w 2020 roku. A przecież żaden człowiek nie stanął na Srebrnym Globie od grudnia 1972 roku… Także inne kraje Azji nie marnują czasu. Pierwszy indyjski satelita został wystrzelony w 1975 roku. Dziś z kosmodromu koło Madrasu Hindusi regularnie wysyłają na orbitę własne satelity meteorologiczne i telekomunikacyjne. – „Robimy to tak tanio, że taniej już się nie da. Rocznie wydajemy tylko pół miliarda dolarów” – mówi Krishnaswamy Kasturirangan, szef indyjskiego programu kosmicznego.

To rzeczywiście niewiele w porównaniu z budżetem wojskowym Indii, sięgającym 14 mld dol. Projektowi patronuje sam prezydent Indii A.P.J. Abdul Kalam, spec od technologii rakietowej i ojciec indyjskiej broni atomowej. W 2008 roku w kierunku Księżyca ma polecieć Chandrayan- 1 – automatyczna sonda, która sporządzi mapy nieznanych dotąd części Srebrnego Globu. W podniebnym wyścigu bierze udział również Japonia, ale z coraz mniejszym wigorem. Jak dotąd może pochwalić się najwyższym w świecie wskaźnikiem awaryjności: od 1980 roku na 49 lotów zawiodło pięć pojazdów. W listopadzie 2003 roku, zaledwie w miesiąc po chińskim sukcesie, Japończycy musieli zniszczyć podczas startu rakietę nośną H-2A – flagowy pojazd swego programu kosmicznego – bo jeden z jej członów nie odłączył się. Wraz z nią spłonęły dwa satelity szpiegowskie.

ORBITALNE BUBLE

Symbolem nieudolności człowieka w eksploracji kosmosu stała się stacja orbitalna Mir, która słynęła z mnożących się awarii. W rzeczywistości był to jednak jeden z najbardziej udanych projektów kosmicznych w historii. Wystrzelony na orbitę w 1986 roku Mir nie miał ze strony USA godnego konkurenta, pozostając jedynym załogowym obiektem stale obecnym w przestrzeni pozaziemskiej. Faktem jednak jest, że pod koniec lat 90. ten sklecony z kilku modułów labirynt korytarzy, zapchanych sprzętem naukowym, kablami i przedmiotami osobistymi załogi, zaczął zamieniać się w śmiertelną pułapkę dla kosmonautów. 23 marca 2001 roku ogołoconą ze sprzętu stację sprowadzono na niższą orbitę.

W czasie wchodzenia w atmosferę ziemską rozpadła się na kilka części, które utonęły w Pacyfiku, nie robiąc nikomu krzywdy. Do czasu „zezłomowania” Mira największym kawałkiem kosmicznego śmiecia, który spadł na Ziemię, była amerykańska stacja kosmiczna Skylab. W założeniu miała działać co najmniej osiem lat, ale wytrzymała tylko sześć. W 1979 roku zeszła z orbity, rozpadła się na kawałki i wylądowała w Oceanie Indyjskim oraz na pustkowiach zachodniej Australii. Współcześnie nie brak głosów, że największym kosmicznym bublem jest Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS). Planowana pierwotnie jako zachodnia konkurencja dla Mira, po zakończeniu zimnej wojny stała się wspólnym projektem Rosji, USA, Europy, Japonii, Kanady i kilku innych państw. Szacowany na 100 miliardów euro projekt od początku ma kłopoty finansowe. Problemem jest też skomplikowany status prawny modułów dostarczanych przez poszczególne państwa oraz uzależnienie od amerykańskich wahadłowców. Niedawna katastrofa Columbii i „uziemienie” amerykańskiej floty kosmicznej postawiło cały projekt pod znakiem zapytania. Podobnie jak niedawne amerykańskie zapowiedzi całkowitego wycofania wahadłowców ze służby w ciągu kilku lat i zastąpienia ich innymi pojazdami, które na razie są w fazie projektowania.
SATELITA GOLFOWY

Międzynarodowa stacja kosmiczna nie przetrwałaby ostatnich lat, gdyby nie zaangażowanie Rosjan. A ci – jakby złapali w kosmosie drugi oddech. Po katastrofie Columbii zapewniali dostawy surowców, żywności i regularne wymiany dwuosobowej załogi. Rosja też cierpi na braki budżetowe, ale – w odróżnieniu od Ameryki – stara się je łatać w prawdziwie wolnorynkowy sposób. Każda okazja do zarobienia pieniędzy jest dobra. To Rosjanie wysłali w kosmos pierwszego turystę – amerykańskiego multimilionera Dennisa Tito – a po nim trzy inne osoby. I choć za tygodniowy pobyt na stacji kosmicznej trzeba zapłacić 20 mln dol., wszystkie „orbitalne bilety” są już wykupione do 2009 roku. Nic dziwnego, że do pracy wzięły się firmy prywatne, które w ciągu kilku lat chcą regularnie wysyłać turystów w krótkie loty suborbitalne, podczas których będzie można popatrzeć na kosmos i zaznać stanu nieważkości. Rosjanie nie mają też oporów przed zarabianiem na kosmicznej reklamie. W 1996 roku wypuścili ze stacji Mir metrowej wysokości puszkę pepsi, która trafiła potem do filmu reklamowego i zainkasowali za to 5 mln dol. 22 listopada 2006 r. rosyjski kosmonauta Michaił Tiurin zagrał w orbitalnego golfa. Wyszedł z ISS w przestrzeń kosmiczną i uderzył pozłacaną piłkę golfową kijem kanadyjskiej firmy E21 Golf, która sponsorowała całe wydarzenie (wysokości kontraktu nie ujawniono). Amerykanie mocno krytykowali ten pomysł, obawiając się, że piłka może wejść na kurs kolizyjny ze stacją i uszkodzić ją.

Śmiecenie na orbicie zaczęło się właściwie już od wystrzelenia Sputnika w 1957 roku. Od tego czasu z roku na rok bałagan w przestrzeni wokół Ziemi rośnie. Najstarszym kosmicznym złomem jest drugi w historii amerykański satelita Vanguard, wystrzelony w 1957 roku, który działał tylko sześć lat i od prawie pół wieku krąży bezużytecznie wokół Ziemi. Setki misji, wykonywanych przez Amerykanów, Rosjan, ale także Francuzów, Brytyjczyków, Japończyków, Chińczyków, Hindusów i Brazylijczyków, doprowadziły do stworzenia na niskich orbitach okołoziemskich chmury różnego rodzaju urządzeń. Dziś wokół Ziemi krąży około 35 mln obiektów ziemskiego pochodzenia. 11 tys. spośród nich ma średnicę większą niż 10 cm, toteż mogą być śledzone przez radary. Zaledwie około 600 z nich to działające satelity. Ponad dwa tysiące to popsute i niedziałające urządzenia, kolejne 1,7 tys. to zużyte człony rakiet, a ponad pięć tysięcy to zwykłe śmieci – od śrubokrętów, pudełek po płytach CD, aparatów fotograficznych, kawałków blach i śrub, po zamarznięte, radioaktywne chłodziwo z popsutych radzieckich satelitów zasilanych reaktorami jądrowymi oraz wyrzucane ze stacji orbitalnej Mir worki ze śmieciami.

Dwieście takich worów z resztkami jedzenia i ekskrementami załogi wiruje wokół Ziemi z prędkością od kilkunastu do nawet 50 tys. km/godz. Zetknięcie z zamarzniętymi na kamień nieczystościami byłoby dla maszyn i ludzi pracujących w kosmosie nie tylko nieprzyjemne, ale i bardzo groźne. Łatwo wyobrazić sobie, czym dla przebywającego w otwartej przestrzeni kosmicznej astronauty zakończyłoby się zderzenie z masywną stalową śrubą, mknącą z prędkością 20 razy większą od kuli karabinowej. Niebezpieczna jest też cała drobnica: tysiące odprysków farby i innych niewielkich obiektów o wymiarach nieco większych niż 1 cm. Gdy w marcu 2002 roku, po ośmiu latach na orbicie wymieniano panele baterii słonecznych zasilających orbitalny teleskop Hubble’a, na ich powierzchni znaleziono tysiące drobnych uszkodzeń, spowodowanych przez krążący na orbicie mikro-złom. Mierzące ponad 40 metrów kwadratowych powierzchni panele zostały przebite na wylot 174 razy. Nic dziwnego – podróżujący z prędkością 28–30 tys. km/godz. milimetrowy obiekt uderza z siłą pocisku karabinowego kaliber 22.
ZŁOMEM W OKNO

Najwięcej do kosmicznego śmietnika wrzucają oczywiście USA i kraje dawnego ZSRR. Na 3758 amerykańskich obiektów kosmicznych trzy tysiące to złom. Z dawnym ZSRR jest nieco lepiej, bo tylko nieco ponad 2,5 tys. z prawie czterech tysięcy urządzeń to graty, zagrażające innym misjom. W przypadku Europejskiej Agencji Kosmicznej liczba obiektów jest oczywiście mniejsza, ale z 259 obecnych na orbicie działa tylko 26. Chińczycy mają tyle samo sprawnych satelitów, ile Europa, ale aż 324 sztuki złomu. Najwięcej drobnych śmieci pochodzi z rakiety Pegasus, która eksplodowała w 1996 roku, rozpadając się na 300 tys. fragmentów. Nic dziwnego, że amerykańskie siły powietrzne monitorują ruch tysięcy największych kawałków kosmicznych odpadów i alarmują NASA, jeśli istnieje ryzyko kolizji ze startującym promem kosmicznym czy stacją orbitalną. Podobną robotę wykonują obserwatoria Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Po dekadach całkowitej samowoli w śmieceniu pojawiły się próby uporządkowania przestrzeni kosmicznej – powołano Międzyagencyjny Komitet Koordynacyjny ds. Zanieczyszczenia Kosmosu. Dzięki niemu kraje, które kiedykolwiek wysłały cokolwiek poza Ziemię, wymieniają się informacjami na temat położenia i rozmiarów złomu. Od 2002 roku komitet wymaga od swoich członków ograniczania „produkcji” orbitalnych nieczystości, choć ciągle jest to raczej kwestia dobrej woli i zdrowego rozsądku niż regulacji prawnych. Jak dotąd udawało się uniknąć w zaśmieconej przestrzeni zderzenia, które miałoby jakieś poważne skutki. Ekipy remontowe musiały się jednak sporo napocić. W 1993 r. odkryto centymetrową dziurę w antenie kosmicznego teleskopu Hubble’a. Trzy lata później kawał złomu poważnie uszkodził francuskiego satelitę wojskowego. Największego pecha miały promy kosmiczne, w których trzeba było ponad 80 razy wymieniać okna uszkodzone przez drobne zanieczyszczenia kosmiczne. Warto zresztą pamiętać, że katastrofa Columbii w 2003 roku wywołana była przez ekwiwalent kolizji ze śmieciem – uderzenie kawałka izolacji pokrywającej wahadłowca w jego skrzydło.

LIST W BUTELCE

Oczywiście w kosmosie miejsca jest – jak na nasze dzisiejsze możliwości śmiecenia – jeszcze bardzo dużo i na razie szansa na uszkodzenie rakiety, promu czy satelity przez orbitujące śmieci jest stosunkowo niewielka. Co więcej, zanieczyszczanie kosmosu staje się uznaną metodą badawczą. Niedawno uczeni doprowadzili do celowego zderzenia sondy SMART-1 z Księżycem, uzyskując w ten sposób nowe dane na temat budowy jego powierzchni. Liczne bezzałogowe maszyny zakończyły też swój żywot w okolicach Marsa, a niektóre nawet na jego powierzchni. I nie jest do końca jasne, jak bardzo ją zaśmieciły. Część badaczy podejrzewała, że brytyjska sonda Beagle 2, która w 2003 r. rozbiła się podczas lądowania, mogła zawierać niewielkie ilości ziemskich bakterii. Oznaczałoby to, że ludzkość zaczęła już kolonizację Czerwonej Planety, choć nie do końca zgodnie z wizjami agencji kosmicznych.

Zaśmiecania przestrzeni kosmicznej nie sposób już powstrzymać, o ile nie wydarzy się jakaś katastrofa, która zmiotłaby nas z powierzchni Ziemi albo cofnęła nasz rozwój cywilizacyjny. Ludzie będą latać w kosmos z powodów naukowych, militarnych, gospodarczych albo po prostu po to, by podjąć kolejne wyzwanie. Wraz z pojawieniem się w kosmosie nowych graczy: Chińczyków, Hindusów, być może także Japończyków, ilość śmieci – a wraz z nimi ryzyko poważnej katastrofy – będzie rosnąć. Każdy lot w kosmos pozostawia jakieś nieczystości – paliwo rakietowe jest zbyt cenne i zbyt ciężkie, aby marnować je na transportowanie rzeczy zbędnych z powrotem na Ziemię.Wyjątkiem są wciąż tylko śmieci i ekskrementy astronautów, które od czasu „zezłomowania” Mira nie krążą już na orbicie, tylko w specjalnych pojemnikach wracają na Ziemię. Ale już na przykład mocz nie jest traktowany tak poważnie – toalety na promach kosmicznych wypompowują go w przestrzeń, gdzie natychmiast zmienia się on w błyszczące lodowe kryształki. Pod koniec lat 70. ludzkość wysyłała w kosmos sondę Pio-neer 10, na której pokładzie umieszczono słynną płytkę z wyrytym na niej przesłaniem do innych cywilizacji: portretem mężczyzny i kobiety, modelem atomu wodoru i schematem Układu Słonecznego. Sonda ta już w 1983 roku minęła orbitę Neptuna i poleciała w niezna-ne – być może na spotkanie z mieszkańcami innych układów planetarnych. Kosmos był wtedy znacznie czystszy niż obecnie, gdy okolice Ziemi wypełniają miliony pozostawionych przez człowieka śmieci.

Część z nich powoli, choć nieubłaganie opada na Ziemię i spala się w jej atmosferze. Niektórym kosmicznym paprochom taka naturalna degradacja zabierze setki lat. Inne, jak kilkucentymetrowy kawałek zbiornika paliwa amerykańskiej rakiety Delta II, który 22 stycznia 1997 roku uderzył w ramię Lottie Williams, spacerującej w parku w Tulsa w USA, wrócą na Ziemię w ciągu kilku miesięcy. Jeszcze inne, wyrzucone na dalekiej orbicie, a potem wypchnięte poza wpływ ziemskiej grawitacji, mogą swobodnie przemierzać galaktykę. A wtedy może okazać się, że pierwszy kontakt z pozaziemską cywilizacją odbędzie się za pośrednic-twem zamarzniętego na kamień worka ze śmieciami z Mira.

Jakub Mielnik
 

Łamanie kodu

 Za kilka lat każdy będzie mógł pogrzebać we własnym genomie, nagrać go na płytę CD albo opublikować w Internecie. Nie oznacza to jednak, że przestaniemy chorować i będziemy płodzić „idealne” dzieci.

To najcudowniejsza z map stworzonych dotąd przez ludzkość – powiedział prezydent Stanów Zjednoczonych Bill Clinton, gdy w 2000 roku uczeni wręczyli mu płytę CD z zapisem pierwszego odczytanego ludzkiego genomu. Entuzjazm uczonych i dziennikarzy był tak wielki, że nikt nie mówił wówczas o mniej wzniosłych szczegółach. Choćby o tym, że na owej mapie brakowało jeszcze 12 proc. danych, a z tych, które udało się odczytać, tylko jedna czwarta została zweryfikowana. Ani o tym, że tak naprawdę nie odczytano genomu jednego człowieka, lecz układankę z DNA dziesięciu różnych osób. I choć dla nauki były to przełomowe dane, to ich wpływ na życie zwykłego człowieka okazał się – przynajmniej na razie – niewielki.

Jednak już za kilka lat może się to zmienić. Naukowcy zapowiadają, że każdy z nas będzie mógł odczytać swój genom, płacąc za to tyle, ile dziś kosztuje laptop czy dobry telewizor. Mając zapis wszystkich swoich genów w kieszeni, będziemy mogli dowiedzieć się, czy i na co możemy zachorować i czy mamy wrodzone predyspozycje do muzyki, nauki albo jeżdżenia na nartach. Przynajmniej tak mówi teoria. W praktyce natomiast możemy się spodziewać, że nasze dane genetyczne staną się łakomym kąskiem dla firm ubezpieczeniowych i łowców sensacji.
NIĆ ŻYCIA W KAWAŁKACH

Choć genetyka wydaje się nauką bardzo nowoczesną, jej arsenał technologiczny nadal pozostawia wiele do życzenia. Genom do dziś jest sekwencjonowany za pomocą liczącej ponad 30 lat metody Sangera – najpierw uczeni „szatkują” go na małe kawałki, potem powielają każdy z nich i dopiero wtedy odczytują „litery” kodu, czyli pary zasad DNA. Pierwsze automatyczne sekwencery działały z szybkością około 5 tysięcy „liter” na dobę. Dzisiejsze potrafią w tym czasie odczytać ich milion. Nadal jednak oznacza to, że zsekwencjonowanie całego genomu jednego człowieka trwa kilka miesięcy, a koszt takiej analizy liczony jest w milionach dolarów. Firmy pracujące nad szybszymi, a więc tańszymi metodami zapowiadają, że już wkrótce taka operacja potrwa najwyżej dobę albo nawet kilka godzin.

Kluczem do sukcesu jest odczytanie nici DNA jednym ciągiem, bez rozcinania jej na kawałki. Nie mniej ważna jest dokładność takiego badania, która musi być znacznie wyższa niż dziś. Jeśli maszyna pomyli się choćby przy odczytywaniu nawet jednej „litery” genomu, u zupełnie zdrowego człowieka może zostać wykryta śmiertelna choroba genetyczna. I odwrotnie – ktoś, kto jest nosicielem wadliwych genów, może mieć fałszywe poczucie bezpieczeństwa.

WYSZUKAJ SOBIE CHOROBĘNikt bowiem nie kryje, że główny napęd medycyny genomowej stanowi nasz strach przed przyszłością. Odczytanie własnego genomu da nam możliwość wyszukiwania w nim – zapewne przy pomocy kolejnej odmiany Google’a – mutacji związanych z chorobami. Medycyna zna dziś ok. 6 tys. schorzeń wywoływanych przez zmianę jednego genu, a genetycy twierdzą, że kolejne 17 tys. czeka jeszcze na odkrycie. Całkowita liczba mutacji występujących w naszym genomie, a mających znaczenie dla funkcjonowania organizmu, może sięgać pół miliona! Ponieważ zapis DNA nie zmienia się w ciągu całego życia, jego jednokrotne odczytanie wystarczy, byśmy potem co jakiś czas mogli sprawdzać, czy najnowsze odkrycia lekarzy mogą nas dotyczyć. Oznacza to zupełnie nową erę w medycynie. Większość mutacji nie daje stuprocentowej „gwarancji” zachorowania, lecz tylko zwiększa jego ryzyko. Osoba, u której zostaną wykryte genetyczne predyspozycje np. do choroby wieńcowej, może zawczasu zmienić dietę, zacząć przyjmować profilaktycznie leki i częściej przechodzić badania kontrolne, takie jak EKG czy tomografia naczyń wieńcowych. Przyszli rodzice będą mogli sprawdzić swoje DNA przed poczęciem dziecka, aby upewnić się, że nie przekażą mu wadliwych genów. A jeśli się okaże, że są ich nosicielami, mogą skorzystać z metody in vitro w połączeniu z tzw. diagnostyką prenatalną – wyselekcjonowaniem zarodków, najlepiej wyposażonych genetycznie.

Jednak badanie predyspozycji genetycznych jest kontrowersyjne, zwłaszcza w przypadku dzieci. „Tym, czego się najbardziej obawiamy w przypadku genomiki, jest przecenianie jej znaczenia przez społeczeństwo” – mówi Craig Venter, założyciel prywatnej firmy Celera Genomics, która brała udział w pionierskich badaniach nad odczytaniem ludzkiego genomu. Powstawanie wielu schorzeń – w tym tych najpowszechniejszych, takich jak rak czy choroby psychiczne – to wynik słabo poznanych interakcji między wieloma genami i czynnikami środowiskowymi, takimi jak stres, dieta czy zanieczyszczenia. Nawet w przypadku chorób czysto genetycznych margines błędu jest spory. Wiele firm pracuje nad testem wykrywającym mutacje związane z mukowiscydozą – dziedziczną wadą działania układu oddechowego i pokarmowego, która prowadzi do ciężkich zapaleń płuc i przedwczesnej śmierci – choć wiadomo, że dzisiejsze metody mogą wychwycić najwyżej 75 proc. nosicieli choroby.

STRIPTIZ GENETYCZNY

Jednak nawet tak niekompletne dane mogą być łakomym kąskiem dla pracodawców i firm sprzedających polisy na życie. Ci pierwsi wolą unikać zatrudniania osób, które mogą często chorować lub przedwcześnie utracić zdolność do wykonywania zawodu. Firmy zaś najchętniej ubezpieczałyby wyłącznie zdrowych i długowiecznych, pozostałym oferując odpowiednio wyższe składki. Problem nie jest banalny, o czym przekonują pierwsze odnotowane na świecie przypadki dyskryminacji genetycznej. Gdy w Grecji prowadzono pilotażowy program wykrywania nosicieli anemii sierpowatej, okazało się, że osoby ze „złymi” genami – nawet jeśli były całkowicie zdrowe – zostały odrzucone przez społeczność i nie mogły znaleźć partnerów do małżeństwa wśród „nienosicieli”. Towarzystwa ubezpieczeniowe w USA kilkakrotnie odmówiły wystawienia polis na życie ludziom, u których wykryto mutację powodującą chorobę Charcot- Marie-Tooth, choć schorzenie to nie powoduje przedwczesnej śmierci, jedynie zaburza działanie nerwów. Badacze z Harvard University donieśli też o zdrowym nosicielu genu choroby Gauchera (u chorych może prowadzić do uszkodzenia mózgu), którego nie chciała zatrudnić z tego powodu jedna z amerykańskich firm.

W Europie wykorzystanie testów genetycznych w branży ubezpieczeniowej nie jest jednolicie uregulowane. W niektórych krajach – np. w Polsce – przepisów w ogóle brak. Zrzeszenie Niemieckich Towarzystw Ubezpieczeniowych (GDV) zobowiązało się, że do końca 2011 r. nie będzie uzależniać zawarcia umowy ubezpieczeniowej od wyników testów genetycznych ani nie będzie żądać takich testów od klientów. W Norwegii firmy ubezpieczeniowe mogą wykorzystywać wyniki tylko wtedy, gdy klient udostępni je z własnej woli. W Austrii takie praktyki są ustawowo zakazane, a podobne rozwiązania forsuje się również w USA. Takie przepisy są potrzebne, ponieważ tanie i powszechnie dostępne sekwencjonowanie genomu może poważnie zagrozić prywatności, zwłaszcza w przypadku znanych osób. Materiał do analizy da się teoretycznie uzyskać nawet z niewielkich kawałków naskórka, śliny, włosów czy plomby dentystycznej. Nietrudno sobie wyobrazić „genetycznych paparazzi”, którzy będą chcieli poszperać w DNA Britney Spears czy Dody Elektrody.
 

RYZYKOWNE PRÓBY TERAPII

Największą nadzieją genomiki jest dziś terapia genowa, która – przynajmniej w założeniu – powinna nam pozwolić na naprawienie błędów natury – skorygowanie szkodliwych mutacji i wyeliminowanie ich raz na zawsze. Nie jest to jednak takie proste, jak się wydaje. „Kłopot polega na tym, że jakkolwiek sekwencja ludzkiego genomu jest znana, często nie do końca wiadomo, za co odpowiadają poszczególne fragmenty genów” – wyjaśnia prof. Piotr Dawidowicz, biolog z Uniwersytetu Warszawskiego. Można to porównać do napisu po węgiersku czy fińsku. W zasadzie znamy wszystkie litery, ale nie potrafimy prawidłowo odczytać wyrazów, nie mówiąc już o ich znaczeniu. Bywa i tak, że w obcym języku pojawia się słowo nam znane: „Helsinki” czy „Budapeszt”. Kojarzymy je, ale w całej książce napisanej w owym języku na słowa takie natrafiamy już losowo. Tak samo jest z genomem. Dlatego sukcesy terapii genowej są na razie w najlepszym razie bardzo umiarkowane.

W 1990 r. wyizolowano białe krwinki czteroletniej dziewczynki cierpiącej na ciężki złożony niedobór odporności (SCID). Owe krwinki nie produkowały przeciwciał, które w zdrowym organizmie pełnią rolę ochronną przed patogenami. Do wyizolowanych i namnożonych komórek zostały wprowadzone geny, które umożliwiały produkcję przeciwciał. Następnie zmodyfikowane krwinki wstrzyknięto dziewczynce, dzięki czemu mogła ona prowadzić w miarę normalne życie, choć procedurę trzeba było powtarzać co kilka miesięcy. W biotechnologii szuka się także lekarstwa przeciwdziałającego problemom rozwojowym. Ok. 60 proc. przypadków głębokiego upośledzenia umysłowego wynika właśnie z defektów genowych, np. mutacji chromosomowych. Tak dzieje się w przypadku zespołu Downa – jego przyczyną jest nadliczbowy chromosom 21. Mutacje pojedynczych genów, które prowadzą do defektów metabolicznych i upośledzenia umysłowego, występują mniej więcej raz na 5 tys. urodzeń.

Jednak na terapii genowej położył się cieniem przypadek 17- -letniego Jessie Gelsingera z USA. Chłopiec cierpiący na niedobór transkarbamylazy ornitynowej – nieuleczalną chorobę wątroby – został poddany terapii genowej na University of Pennsylvania. Wykorzystano w niej spreparowanego adenowirusa, który był „strzykawką” zawierającą leczniczy gen. Młody pacjent zmarł po czterech dniach wskutek gwałtownej reakcji układu odpornościowego. Śmierć Gelsingera wstrzymała rozwój tej gałęzi medycyny na długie lata. Pokazała zarazem, że choć umiemy odczytać zapis DNA, to nadal niewiele z niego rozumiemy, a nierozważne w nim grzebanie może wyrządzić więcej szkody niż pożytku.

Anna Kosowska-Czubaj
Jan Stradowski

Człowiek spółka ZOO

Nasze ciało zawiera więcej genów bakteryjnych niż ludzkich, a bez zamieszkujących nasze jelita robaków trudno nam się obejść. Kim więc naprawdę jesteśmy?

Człowiek – to brzmi dumnie. Jako jeden z nielicznych gatunków na Ziemi – a być może nawet jedyny – jesteśmy świadomi swego własnego istnienia. I pewnie dlatego przywykliśmy mówić o naszym, ludzkim organizmie, naszym DNA, naszych enzymach. Nasze komórki określają naszą tożsamość, mnożą się, chorują lub umierają. Niemal cała współczesna medycyna zajmuje się kondycją tak właśnie rozumianego człowieka. Niemal, bo jednak powoli nasze myślenie o własnym organizmie zaczyna się zmieniać. Nie możemy dłużej ignorować faktu, że same bakterie żyjące w nas i na nas są dziesięciokrotnie liczniejsze niż nasze komórki i że te mikroskopijne stworzenia potrafią nawet manipulować naszymi genami. Coraz częściej więc naukowcy zaczynają traktować Homo sapiens nie jak osobny gatunek, lecz raczej jak spółkę, w której udziały mają także setki odmian mikrobów, pierwotniaków, a nawet robaków.OBCY W DNA

Ślady tego aliansu można odnaleźć bardzo głęboko – w naszym genomie, który od lat uważany jest za kwintesencję tożsamości danej osoby. Sekwencja DNA służy do ustalania ojcostwa i wykrywania sprawców zbrodni; ciągle odkrywane są nowe geny, które określają skłonność danej osoby do zachorowania na raka czy Alzheimera. Tym bardziej szokująco może brzmieć wiadomość, że trzy procent naszego genomu stanowią wirusy. A konkretniej – materiał genetyczny retrowirusów, które potrafią „wklejać” swój kod do naszego DNA, by zmusić komórki do produkcji nowych wirusów. Ta strategia nie zawsze jest skuteczna, ale jeśli mikrob trafi do komórek rozrodczych, jego geny mogą przenieść się na kolejne pokolenia gospodarza.

Wbudowane w nasz genom wirusy są oczywiście nieaktywne – inaczej nie bylibyśmy w stanie normalnie funkcjonować. Jednak pojawiają się dowody na to, że przynajmniej niektóre wirusowe geny mogą się uaktywniać, np. w czasie życia płodowego. Ich funkcja pozostaje zagadką, ale przecież wiadomo, że ewolucja często pozbywa się niepotrzebnych fragmentów kodu genetycznego. Skoro wirusowe „dziedzictwo” przetrwało w nas do dziś, to niewykluczone, że jednak jest dla nas z jakichś powodów ważne. Ślady dawnych infekcji mają też wartość historyczną. Dzięki nim wiemy przykładowo, że w przeszłości mieliśmy już do czynienia z mikrobem podobnym do HIV: 30 mln lat temu naszych pra-pra-przodków zaatakował wirus HERV-K i do dziś mamy w swoim DNA od 30 do 50 kopii jego genomu.

Mieliśmy jednak i tak więcej szczęścia niż inne ssaki naczelne. Przed 3–4 mln lat przodkowie goryli i szympansów ledwie uszli z życiem z epidemii wywołanej przez śmiercionośnego retrowirusa. Mikrob nie tylko zdziesiątkował pramałpy, ale prawdopodobnie doprowadził także do przekazania wadliwych genów ich potomkom. Być może właśnie ta genetyczna katastrofa sprawiła, że nasi najbliższi biologiczni krewni zostali w tyle w ewolucyjnym wyścigu.

TWOJA DRUGA WĄTROBA

„Ludzie rozpaczają, gdy umiera człowiek, ale nikt nie płacze nad miliardami bakterii jelitowych, które umierają wraz z nim” – mówi prof. John Mc- Carthy ze Stanford University, twórca pojęcia „sztuczna inteligencja”. To stwierdzenie może się wydawać niedorzeczne w dobie antybiotyków, wszechobecnych środków dezynfekujących i przedstawiania bakterii (zwłaszcza w reklamach) jako obrzydliwych, krwiożerczych potworów. Jednak pozbycie się wszystkich mikrobów z naszego organizmu skończyłoby się dla nas fatalnie. Przedsmak tej katastrofy czują osoby, które zostały poddane intensywnej antybiotykoterapii: w ich jelitach natychmiast pojawiają się gatunki chorobotwórcze, w tym grzyby, prowadzące do przewlekłych i nieprzyjemnych infekcji.

Jednak rola bakterii w naszym organizmie nie ogranicza się tylko do blokowania dostępu patogenom. Każdy człowiek „gości” w sobie i na sobie od 10 do 100 bilionów mikrobów. Uczeni szacują, że zsumowane genomy wszystkich tych bakterii zawierają stukrotnie więcej genów niż ludzkie DNA. „W sensie genetycznym jesteśmy bardziej bakteriami niż ludźmi” – podsumowuje prof. Jeffrey Gordon z Washington University. I nie ma w tym przesady, ponieważ wiele bakteryjnych genów pracuje także dla nas. Są odpowiedzialne m.in. za syntezę niektórych witamin i trawienie pokarmu znajdującego się w jelitach. Bakterie pozwalają nam na uzyskiwanie energii, np. z włókien roślinnych zawierających węglowodany ksylozę i arabinozę. Co więcej, potrafią też wpływać na nasze geny! Naukowcy podejrzewają wręcz, że skład naszego wewnętrznego „zoo” może decydować o tym, czy mamy skłonności do nadmiernego magazynowania tłuszczu.

Dlatego pojawiają się głosy, że bakterie jelitowe powinny być traktowane jak… osobny narząd. Ich łączna waga sięga kilograma, a aktywność metaboliczna dorównuje wątrobie, uważanej – przynajmniej do niedawna – za największą fabrykę chemiczną organizmu. Odkrycia te dają pozornie prostą receptę na zwalczanie wielu chorób lub zapobieganie im: wystarczy dostarczyć pacjentowi „dobrych” bakterii… Ale problem polega na tym, że nikt jeszcze nie wie, które są tymi dobrymi ani jaka ich ilość jest dla nas dobra. W naszym organizmie może żyć od kilkuset do ponad tysiąca różnych gatunków mikrobów. Większość z nich nie została jeszcze zbadana przez naukowców. Sytuację komplikuje fakt, że flora bakteryjna wygląda różnie u poszczególnych osób. Jej „trzon” powstaje w ciągu pierwszych dwóch lat życia, ale potem może się zmieniać zależnie od diety, przyjmowanych leków czy wieku. Dopóki uczeni nie poznają tego mikrozwierzyńca, trudno będzie opracować skuteczną i bezpieczną „bakterioterapię”.

PIERWOTNIAKI NIEMILE WIDZIANE

Z własnymi bakteriami jesteśmy tak zżyci, że nasz układ odpornościowy nauczył się tolerancji wobec nich i nie atakuje każdego mikroba, który pojawi się w naszych jelitach czy na skórze. Podobnie wygląda to w przypadku niektórych grzybów, np. zamieszkującego nasze pęcherzyki płucne Pneumocystis jiroveci. Może on co prawda wywoływać groźne zapalenie płuc, ale tylko u osób z poważnie osłabionym układem odpornościowym (np. u chorych na AIDS). U pozostałych nie wyrządza żadnej szkody. Badania wykazały, że podobne grzyby mają w swych płucach niemal wszystkie ssaki. Znacznie rzadziej zdarza się pokojowa koegzystencja naszego organizmu z pierwotniakami (według najnowszych klasyfikacji zwanych protistami zwierzęcymi). Takim wyjątkiem mogą być pełzaki czerwonki (Entamoeba dispar), które u 90 proc. zainfekowanych – a mówimy tu o 50 mln mieszkańców Ziemi rocznie – nie wywołują żadnych objawów. Tylko w szczególnych warunkach mogą nagle zmienić swe nawyki i zaatakować nabłonek jelit, prowadząc do wyniszczającej biegunki.

Znacznie poważniej wyglądają skutki wtargnięcia do organizmu toksoplazmy (Toxoplasma gondii). Na razie martwią się tym głównie przyszłe matki, ponieważ infekcja w czasie ciąży może doprowadzić do uszkodzenia rozwijającego się dziecka. Źródłem zakażenia jest przede wszystkim surowe mięso i kontakt z zainfekowanymi osobami (kocie odchody, wbrew powszechnej opinii, nie są aż tak groźne). Tego pierwotniaka może jednak mieć w swoim organizmie praktycznie każdy człowiek. „Niewykluczone, że to, co teraz nazywamy starzeniem się, jest skutkiem zakażenia toksoplazmą” – pisze prof. Roger Knutson w książce „Przerażająca fauna”. Toksoplazma atakuje bowiem przede wszystkim komórki nerwowe w mózgu i siatkówce oka. Może się tam ukrywać przez dziesięciolecia, stopniowo dokonując coraz większych zniszczeń.

ROBAKU, WRÓĆ!

Wojna z pasożytami może być jednak bardziej korzystna dla naszego zdrowia, niż bylibyśmy skłonni przypuszczać. Stworzeniom, które żyją w nas, nie opłaca się bowiem stawanie do otwartej walki z układem odpornościowym. W toku ewolucji wykształciły więc różne sposoby na jego oszukiwanie i „uspokajanie”. W rezultacie stworzenia takie jak tasiemce, glisty czy owsiki są miniaturowymi fabrykami substancji o bardzo specyficznym działaniu przeciwzapalnym. Prawdopodobnie przy ich pomocy moglibyśmy skutecznie leczyć wiele chorób, nękających dziś mieszkańców krajów rozwiniętych. Sęk bowiem w tym, że choroby te są prawdopodobnie spowodowane… niedoborem pasożytów!

Postęp higieny oraz nowe metody produkcji i przechowywania żywności sprawiły, że z naszych organizmów zniknęły po prostu nie tylko groźne dla zdrowia tasiemce i glisty, ale też ich mniej szkodliwi krewni, którzy spokojnie żyli z nami od tysiącleci. W rezultacie układ odpornościowy został pozbawiony „hamulców”, a my zaczęliśmy cierpieć z powodu jego nadgorliwości. Warto zauważyć, że objawy np. astmy to typowe reakcje obronne przeciw inwazji pasożytów: zwężenie oskrzeli zapobiega przedostaniu się robaka w głąb ciała, gęsty śluz ma go unieruchomić, a silny kaszel – wyrzucić na zewnątrz. Pozbawieni robaków ludzie reagują w ten sposób na zupełnie nieszkodliwe substancje, takie jak pyłki roślinne. „To kolejne potwierdzenie tzw. hipotezy higienicznej, która zakłada, że schorzenia alergiczne są wynikiem nadmiernej dbałości współczesnych ludzi o czystość” – mówi prof. Joel Weinstock z Tufts-New England Medical Center. Na alergiach zresztą sprawa się nie kończy – to samo zjawisko może być odpowiedzialne za wiele chorób autoimmunologicznych. Pierwsze terapie z wykorzystaniem żywych robaków (najczęściej świńskich, bo te nie mogą osiąść w naszym organizmie na stałe) zaczynają już wchodzić do praktyki klinicznej.

PASOŻYT DO BICIA

Współczesna cywilizacja pozwoliła nam na pokonanie wielu chorób i chwała jej za to. Problem polega na tym, że wynalazki takie jak antybiotyki czy pasteryzacja niszczą wszystko, co popadnie: patogeny i naturalną florę bakteryjną, chorobotwórcze robaki i te, które nikomu nie przeszkadzały. Stopniowo pozbawiamy nasz organizm jego naturalnych „partnerów sparringowych”, na których układ odpornościowy mógł ćwiczyć swoją skuteczność – i nie dajemy mu prawie nic w zamian. Prawie, bo na szczęście w europejskiej diecie nadal obecne są produkty kiszone czy sfermentowane pochodne mleka, takie jak jogurt czy kefir.

Jednak chodzi tu o coś więcej niż tylko o choroby. Pasożyty są naszymi partnerami także w ewolucji. Od setek milionów lat trwa „wyścig zbrojeń” między tymi, którzy podjadają, a tymi, którzy są podjadani – i korzystają na tym obie strony, wytwarzając coraz to nowsze przystosowania. Niewykluczone, że pasożyty są silniejszym bodźcem ewolucyjnym niż zmiany środowiska zewnętrznego, które wszak zachodzą dość powoli. Co się stanie z Homo sapiens, gdy zabraknie mu tego napędu? Tego nie wie nikt. Skoro jednak jesteśmy pierwszym i jedynym gatunkiem na Ziemi świadomym tego, że nasze istnienie zależy także od bakterii i robaków, to być może powinniśmy je umieścić na liście gatunków chronionych – niezależnie od obrzydzenia, jakie w nas wzbudzają

 

                                                                                                                                                                               Jan Stradowski

Gdzie się czai sztuczna inteligencja

Autorzy science fiction od dawna snują wizje robotów żyjących w ludzkim społeczeństwie i walczących o emancypację. Filozofowie zastanawiają się, jak poradzić sobie z tego typu tworem i czy byt mechaniczny może kiedykolwiek stać się bytem świadomym. Nafaszerowani wizjami nie zauważamy, że sztuczna inteligencja wokół nas radzi sobie znakomicie i choć nie powstało jedno uniwersalne urządzenie, które pod każdym względem dorównuje człowiekowi, to istnieje wiele maszyn, które doganiają, a nawet prześcigają nas na wielu polach zarezerwowanych dotąd dla ludzi. Najlepszym przykładem jest gra w szachy. Szachiści od zawsze byli bardzo szanowani, bo stopień skomplikowania gry sprawiał, że imponowali intelektem wielu ludziom. W pojedynkach komputer kontra człowiek za przełomową datę należy uznać 11 maja 1997 roku, kiedy to IBM Deep Blue wygrał kilka partii szachów z ówczesnym arcymistrzem Garrim Kasparowem. Dziś za sto dolarów możemy kupić program, który w szachy gra lepiej niż Deep Blue i naprawdę niewielu ludzi potrafi z nim zremisować, a tych, którzy potrafią wygrać – i to nie zawsze – można policzyć na palcach jednej ręki. W zeszłym roku Władimir Kramnik, niekwestionowany szachowy mistrz świata, przegrał mecz z programem Deep Fritz 2:4. Dochodzi już do tego, że najlepsze programy szachowe, by znaleźć godnego przeciwnika, wystawiane są przeciw sobie.

SIECI NEURONOWE

Programy szachowe każą zastanowić się nad tym, co rozumiemy przez sztuczną inteligencję czy sztuczny intelekt. Czy inteligentnym nazwiemy program, który – stosując algorytmy matematyczne – dochodzi do wyników podobnych do ludzkich osiągów? Jedną z cech ludzkiego umysłu jest umiejętność podejmowania decyzji na podstawie niepełnych danych. Ale i komputery to potrafią i to od dawna. Przy konstruowaniu maszyn realizuje się to na dwa sposoby: albo wprowadza reguły wnioskowania zwane logiką rozmytą, która posługuje się takimi pojęciami jak „odpowiednio duży” czy „prawie wystarczający”, albo stosuje rodzaj magii, czyli tak zwane sieci neuronowe. Sieci neuronowe to nic innego jak sposób odtworzenia pracy mózgu. Komputer symuluje zachowanie zespołu komórek nerwowych, a zanim zaczniemy stosować w praktyce sieć neuronową, musi ona przejść trening. W ten sposób maklerzy giełdowi wspomagają się przy podejmowaniu decyzji inwestycyjnych, a banki oceniają zdolność kredytową potencjalnych klientów. Ale w masowym przetwarzaniu danych ludzie nigdy nie byli mocni. Nie można więc mówić, że programy analizujące tysiące notowań giełdowych na minutę są inteligentne. Co najwyżej są cierpliwe. Szukajmy więc dalej wyznaczników ludzkiej inteligencji. Jednym z nich jest rozpoznawanie obrazów. Jednak w tej dziedzinie komputery też radzą sobie coraz lepiej. Urządzenia wyposażone w programy do rozpoznawania pisma są już na tyle sprawne, że potrafią sortować pocztę. Programy rozpoznające twarze ludzkie nieustannie monitorują obraz z kamer przemysłowych w Londynie czy Nowym Jorku w poszukiwaniu przestępców i terrorystów. Komputery coraz lepiej radzą sobie też w terenie. Amerykańska Agencja Rozwoju Obronności (DARPA) funduje nagrody dla samochodów, które potrafią same jeździć. Rok temu zorganizowano drugi już wyścig po pustyni – auta musiały same znaleźć drogę w nieznanym terenie. Większość dojechała do celu. W tym roku po raz pierwszy konkurs zostanie rozegrany w warunkach miejskich (na razie jedynie symulowanych). DARPA nie ukrywa, że chodzi o pozbycie się kierowców z samochodów wojskowych – celem jest stworzenie do 2010 roku pojazdów, które nie tylko zdołają ewakuować ludzi z miejsc zagrożonych, ale także samodzielnie walczą. Jeszcze lepiej radzą sobie autonomiczne samoloty – dwa lata temu do normalnego ruchu w przestrzeni powietrznej USA dopuszczony został pierwszy samolot bezzałogowy. I to na zwykłych zasadach: staje na pasie startowym, prosi o pozwolenie startu i może lecieć, gdzie chce.

KOMPUTER CZY ZMĘCZONY POLITYK?

Może nie doceniamy komputerów, bo nie potrafią porozumiewać się z nami w sposób zrozumiały? Rzeczywiście pełne rozumienie mowy wciąż stanowi piętę achillesową komputerów. Ale systemy prowadzące pogawędki instalowane są nawet w sieciach komórkowych, w których – dzwoniąc do biura obsługi – możemy albo wstukiwać cyfry z klawiatury, albo próbować je powiedzieć. Bardziej zaawansowane systemy w centrach obsługi klienta potrafią przez chwilę prowadzić pogawędkę i na podstawie tempa oraz intonacji wypowiedzi domyślić się, w jakim nastroju jest dzwoniąca osoba, by zawczasu ostrzec człowieka obsługującego infolinię. Oddzielne zagadnienie stanowią systemy pogawędkowe, które prowadzą rozmowy za pośrednictwem tekstu pisanego. W połowie XX wieku angielski matematyk Alan Turing podał kryterium, jakie musi spełniać maszyna licząca, by można było uznać ją za inteligentną. Otóż zdaniem Turinga musi ona umieć tak prowadzić konwersację, by rozmówca nie był w stanie domyślić się, czy rozmawia z człowiekiem czy automatem. Każdy szanujący się uniwersytet prowadzi badania nad takimi automatami i okazuje się, że wyniki mogą być zaskakujące. Wprawdzie specjaliści twierdzą, że każdy, kto choć raz miał do czynienia z robotem „pogawędkowym”, bez trudu rozpozna maszynę, ale sęk w tym, że wciąż niewielu jest specjalistów od gawędzących maszyn. W rezultacie rozmowa z takim automatem może wywołać wrażenie, że mamy do czynienia z kimś mocno niedysponowanym, bardzo zmęczonym albo będącym pod wpływem narkotyków. Poza tym nikt nie prowadził testu równoleg- łego, to znaczy nie usiłował porównać robota pogawędkowego z, dajmy na to, politykiem. Wiadomo, że ludzie ci często odpowiadają jak automaty. I zaraz rodzi się pytanie: czy to maszyny gawędzące są lepsze od polityków, czy gorsze, skoro i maszyna, i polityk mówią od rzeczy, ale tylko maszyna jest tworem sztucznym?

Marcin Bójko
Foto:
Czytaj więcej w Focus 12/2007

 

 

 

Potępienie Galileusza