Nagroda Nobla. Tak wszyscy korzystamy z wielkich odkryć

Właśnie zakończyliśmy tydzień noblowski. Wszystko przebiegło zgodnie ze schematem znanym od lat: typowanie najbardziej prawdopodobnych kandydatów, potem wypowiedzi ekspertów, chwila wyczekiwania i wreszcie przyznanie nagród.

Jak zwykle - to również tradycja - niezgodnych z wcześniejszymi przewidywaniami.

Przy uzasadnianiu wyboru laureatów połowa odbiorców się wyłącza, czując, że niewiele z tego rozumie i odchodzi z przeświadczeniem, iż współczesna nauka tworzona jest już całkiem w oderwaniu od życia przeciętnych ludzi.

Nic bardziej mylnego.

Tegoroczne nagrody powędrowały do badaczy, którzy wpłynęli i/lub wpłyną na codzienne życie każdego z nas. Aby to udowodnić, przyjrzyjmy się tegorocznym Nagrodom Nobla przyznanym w dziedzinach ścisłych (fizjologia/medycyna, fizyka, chemia) i przekonajmy się, jak ogromny wpływ wywierają one na życie zwykłych śmiertelników chodzących do pracy, czekających w korkach i pobierających numerki w kolejce do lekarza.

Zaczynamy od pierwszej z tegorocznych nagród, tej przyznanej w dziedzinie fizjologii/medycyny.

Powędrowała do Davida Juliusa i Ardema Patapoutiana, którzy odkryli receptory pozwalające odczuwać dotyk, ciepło oraz zimno [1 - bibliografia na końcu tekstu]. Ale w zasadzie dlaczego powinno nas obchodzić zrozumienie, jak dokładnie działają te receptory? Przecież "koń, jaki jest, każdy widzi": kiedy temperatura jest wysoka, jest nam gorąco, gdy niska – marzniemy. I gdzie tu filozofia? Za co 10 mln szwedzkich koron?

Otóż rozszyfrowanie budowy i działania wspomnianych receptorów ma fundamentalne znaczenie dla naszego codziennego życia.

Czy widzieliście kiedyś, w jaki sposób zachowuje się noworodek? Jego ruchy są nieskoordynowane, nie potrafi precyzyjnie trafić dłonią do ust, a kiedy przez przypadek uda mu się złapać stopę, wydaje się zdziwiony. To dlatego, że czucie głębokie i mapa własnego ciała nie są u niego jeszcze dobrze wykształcone [2].

Upraszczając - niemowlę nie wie, które przewody należy połączyć, by wykonać ruch prawą ręką do przodu, a które, by wykonać ruch lewą nogą w bok. Musi się tego wszystkiego nauczyć i nauka ta będzie przebiegać prawidłowo tylko, jeśli dziecko dozna odpowiedniej ilości bodźców.

To one oddziałują właśnie na receptory, których działanie zrozumieli tegoroczni nobliści. Innymi słowy, jeśli kiedykolwiek trzymaliście niemowlę w rękach, to pracowaliście właśnie z jego receptorami: dotyku, ciepła, zimna i innymi. Noworodek rodzi się bez rozumienia, gdzie przebiega granica pomiędzy "ja" a "reszta świata". To właśnie odpowiednio funkcjonujące receptory pozwalają mu tę granicę rozpoznać i zrozumieć [3].

To nie koniec. Nie tylko niemowlęta potrzebują stymulacji dotykowej. Jest ona niezbędna każdemu człowiekowi, szczególnie wtedy, gdy coś w jego ciele szwankuje. Na przykład gdy ktoś doznaje udaru mózgu lub gdy z innego powodu pozostaje niesprawny ruchowo i nie jest w stanie sprawować kontroli nad swoim ciałem.

Badania prowadzone nad rolą dotyku i czucia głębokiego w rehabilitacji pozwoliły nam zrozumieć, że "pacjent leżący" nie oznacza "pacjenta, którego należy zostawić w spokoju". Przeciwnie, bodźce dotykowe, masaż, doznania zmiany pozycji ciała, dotyk różnych temperatur, faktur, tekstur, stanów skupienia itp. stanowią fundamentalny warunek prawidłowej rehabilitacji i są absolutnie niezbędne dla zapewnienia pacjentom odpowiedniej jakości życia [4, 5].

Dotyk jest naszym najbardziej pierwotnym zmysłem (włącza się jako pierwszy i w wielu przypadkach opuszcza nas jako ostatni), dlatego zrozumienie, jak działa, stało u podstaw współczesnych terapii osób z niepełnosprawnością, wcześniaków, pacjentów poudarowych czy osób, u których występuje dysfunkcja innych zmysłów (np. wzroku) [6].

Zrozumienie receptorów dotykowych to nie tylko podwaliny medycyny i fizjoterapii, to również przyszłość wielu naszych potencjalnych działań. Również tych bardziej przyziemnych.

Czy kiedykolwiek, trzymając w dłoniach jakiś przedmiot, czuliście, że jest zupełnie nieporęczny? Na przykład - suszarkę do włosów, której włącznik umieszczony jest w takim miejscu, że naciskamy go za każdym razem, gdy chwytamy urządzenie, przez co wyłącza się ono, kiedy chcemy je stabilniej chwycić? Albo nożyczki, które są tak niewygodne, że po trzech minutach cięcia na palcach robią się odciski? A może siedzieliście kiedyś w fotelu, który wyglądał bardzo gustownie, ale siedzenie w nim było katuszami, od których kręgosłup lędźwiowy woła o pomoc?

Wszystkie te urządzenia były tak niewygodne i nieporęczne, ponieważ ktoś, kto je projektował, myślał tylko o ich efekcie wizualnym, a nie wziął pod uwagę zmysłów użytkownika.

Być może trend ten niedługo się odwróci. Coraz więcej mówi się o tak zwanym designie haptycznym, czyli takim sposobie projektowania, które na pierwszym miejscu stawia doznania dotykowe użytkownika [7].

Czy siedzieliście kiedyś za kierownicą samochodu, który po prostu przyjemnie się prowadziło? Ciało zapadało się w fotel jak w chmurkę, a dłonie leżały na kierownicy, jakby trzymały ją od dnia narodzin?

To był właśnie efekt pierwszych kroków w designie haptycznym, który na obecnym etapie wprowadzany jest jedynie w odniesieniu do produktów prestiżowych, drogich i użytkowanych przez wiele lat.

Ale niewykluczone, że już wkrótce wiedza na temat działania receptorów dotykowych odmieni nie tylko przedmioty, z których korzystamy, ale też przestrzenie, w których żyjemy [7].

Przejdźmy do drugiej z przyznanych w tym roku nagród, tej z dziedziny fizyki. Została ona wręczona aż trzem naukowcom, przy czym dwóch pierwszych: Syukuro Manabe oraz Klaus Hasselmann współdzielą pierwszą połowę Nobla, podczas gdy Giorgio Parisi otrzymał drugą część tego prestiżowego wyróżnienia.

Cała trójka została uhonorowana za opracowanie podstawy modeli, które pozwalają przewidywać obecne zmiany klimatu i zrozumieć procesy przebiegające losowo.

O co w tym chodzi? Wyobraźcie sobie, że latacie w przestrzeni kosmicznej i widzicie przed sobą mały, niebieski punkcik - Ziemię. Punkcik ten wydaje się jednorodny i bardzo nieskomplikowany - ot, błękitna kulka. Ale kiedy zbliżycie się do niej bardziej, zauważycie, że na powierzchni znajdują się kontynenty, oceany, masywy górskie, doliny, pustynie, lasy i równiny. Przy kolejnym zbliżeniu dostrzeżecie następny poziom skomplikowania - krainy geograficzne, układy lasów, elementy architektury, całą masę żywych organizmów, które poruszają się po powierzchni globu jak nieskoordynowane kropki.

Im bardziej będziecie powiększać układ, tym większy poziom złożoności dostrzeżecie. Wreszcie zdacie sobie sprawę, że przy odpowiednio dużym powiększeniu nawet zwykła woda składa się z cząstek, które zachowują się "jak chcą" i nie dają się zrozumieć.

Pozyskawszy te wszystkie szczegóły, poczulibyście, że boli was głowa i że nie jesteście w stanie przewidzieć czy obliczyć najprostszej nawet rzeczy - na przykład: kiedy przybędzie następna fala morska, skoro poprzednia zalała plażę 3 sekundy temu.

Mając ogromną ilość danych (na temat każdej cząstki wody, podmuchów wiatru itp.), zostalibyście przytłoczeni i sparaliżowani - bez możliwości normalnego funkcjonowania i przewidywania.

I wtedy na scenę wkraczają tegoroczni nobliści z fizyki.

Opracowali takie metody obliczeniowe, które - uwzględniwszy najdrobniejsze nawet wahania ciśnienia, cząstek powietrza czy temperatur - są w stanie modelować, szacować oraz "przewidywać" ogromne trendy klimatyczne [8].

Można byłoby oczywiście powiedzieć, że dzięki takim obliczeniom dysponujemy czymś takim, jak prognoza pogody (wbrew obiegowym opiniom, może być ona bardzo wiarygodna, o ile jest na tyle krótkoterminowa, by mieć uzasadnienie matematyczne).

Byłoby to jednak całkowite strywializowanie i "spłaszczenie" prawdziwych dokonań wspomnianych naukowców.

Ich metody stały się bowiem dla nas czymś w rodzaju wielkiego sitka. Jesteśmy w stanie przesiać przez nie całą masę wahań danych i pozostawić na powierzchni tylko te, które są kluczowe dla zrozumienia różnych zjawisk.

Dzięki temu wiemy na przykład, że jeśli będziemy nadal emitować gazy cieplarniane w takim stopniu jak teraz i wydobywać spod ziemi paliwa kopalne na taką skalę, jak obecnie, to temperatura na powierzchni Ziemi w ciągu dwóch, trzech dekad wzrośnie do katastrofalnego poziomu.

To właśnie tegoroczni nobliści z fizyki przyczynili się do działań, jakie obecnie wdrażamy, nawet na najbardziej podstawowych poziomach: od ograniczania plastikowych torebek w sklepach po przestawianie się na oszczędniejsze silniki spalinowe.

Z nauk ścisłych pozostała ostatnia przyznana w tym roku nagroda - w dziedzinie chemii. Została wręczona Benjaminowi Listowi oraz Davidowi MacMillanowi za to, że rozwinęli tak zwaną asymetryczną organokatalizę.

Brzmi kosmicznie, ale tak naprawdę dotyczy najbardziej podstawowych zagadnień, na przykład przyjmowanych przez nas leków.

Być może słyszeliście kiedyś tragiczną historię leku o nazwie talidomid. Na przełomie lat 50. i 60. substancja ta stosowana była między innymi jako środek przeciwbólowy, przeciwwymiotny i usypiający. Niestety, okazało się, że talidomid należy do grupy związków, które posiadają dwa odbicia lustrzane (tak zwane enancjomery) [9].

Substancje te przypominają nasze dłonie: występują w dwóch odmianach, które mają analogiczną budowę, ale jednak nie są identyczne, ponieważ stanowią swoje lustrzane odbicia. I podobnie, jak nasze dłonie - nie zawsze pracują w taki sam sposób z obiektami, z którymi wchodzą w interakcję (wie to na przykład każda leworęczna osoba, która próbowała kiedyś pisać piórem atramentowym).

Talidomid był najbardziej tragicznym przykładem takiego "niezgrania", jaki znamy. Okazało się bowiem, że jeden z jego enancjomerów ("prawa ręka" talidomidu) działa tak, jak należy, natomiast drugi ("lewa ręka") ma bardzo szkodliwe działanie, jeśli jest przyjmowany przez kobiety ciężarne.

W takiej sytuacji "nieprawidłowy" talidomid oddziaływał na organizm płodu, powodując u niego liczne dysfunkcje, deformacje, w tym najlepiej kojarzone - deformacje kończyn [9].

W związku z tym, że część substancji posiada takie dwa oblicza, zaistniała potrzeba, by produkcja leków wykazywała się maksymalną możliwą precyzją. Tak, abyśmy zawsze mieli pewność, jakie związki otrzymujemy w danej syntezie.

I właśnie wtedy na scenę weszli tegoroczni nobliści z chemii, którzy nie tylko przedstawili światu nowy rodzaj katalizatora reakcji (czyli takiego "vouchera", za który organizm może znacznie taniej kupić usługę, której pragnie), ale też rozwinęli proces pozyskiwania dokładnie takich enancjomerów, jakie są pożądane w danej reakcji [10].

Warto też zwrócić uwagę na to, że - choć powyżej skupiliśmy się na utylitarnym, aplikacyjnym charakterze odkryć dokonywanych przez naukowców - to ich największy potencjał tkwi w samej chęci zdobywania wiedzy, nieujarzmionej ciekawości, odwadze badawczej i w tym, że wciąż mają ochotę zadawać nowe pytania, a następnie - odpowiadać na nie.

Widzicie więc, że Nagrody Nobla, choć są bardzo prestiżowe, wcale nie pozostają w oderwaniu od życia codziennego. Przeciwnie, są to nagrody, które zwykle przyznaje się za najbardziej bazowe, fundamentalne dokonania w świecie nauki. Innymi słowy, choć sama ceremonia ma w sobie coś z królewskości, prawdziwe nagrody dzielone są pomiędzy nas - za każdym razem, gdy korzystamy z dokonań wielkich umysłów.

Bibliografia:

1. Nobel Prize (2021). Medicine Prize. Press Release, www.nobelprize.org/uploads/2021/10/press-medicineprize2021.pdf

2. Uchiyama, I., Anderson, D. I., Campos, J. J., Witherington, D., Frankel, C. B., Lejeune, L., & Barbu-Roth, M. (2008). Locomotor experience affects self and emotion. Developmental psychology, 44(5), 1225.

3. Filippetti, M. L., Orioli, G., Johnson, M. H., & Farroni, T. (2015). Newborn body perception: sensitivity to spatial congruency. Infancy, 20(4), 455-465.

4. White, R. C., Davies, A. M. A., Kischka, U., & Davies, M. (2010). Touch and feel? Using the rubber hand paradigm to investigate self-touch enhancement in right-hemisphere stroke patients. Neuropsychologia, 48(1), 26-37.

5. De Diego, C., Puig, S., & Navarro, X. (2013). A sensorimotor stimulation program for rehabilitation of chronic stroke patients. Restorative Neurology and Neuroscience, 31(4), 361-371.

6. Grunwald, M. (2019). Homo hapticus. Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, 11-24.

7. Grunwald, M. (2019). Homo hapticus. Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego,157-169.

8. Nobel Prize (2021). Physics Prize. Press Release, www.nobelprize.org/uploads/2021/10/press-physicsprize2021.pdf

9. Drugs Monography (2020). Thalidomide, www.drugs.com/monograph/thalidomide.html

10. Nobel Prize (2021). Chemistry Prize. Press Release, www.nobelprize.org/uploads/2021/10/press-chemistryprize2021.pdf