Nagrody Nobla 2005

• Niewidoczna istota

Jako mikrobiolog z dużą satysfakcją przyjęłam wiadomość o tegorocznej Nagrodzie Nobla w dziedzinie medycyny za wykrycie pałeczek Helicobacter pylori. Nagrodę przyznano pochodzącym z Australii lekarzom: Barry'emu J. Marshallowi i J. Robinowi Warrenowi.

Wydaje się niemożliwe, by w dobie nieprawdopodobnego rozwoju myśli technicznej wykrycie jakiejś mikroskopijnej istoty żywej mogło stać się podstawą przyznania tak prestiżowej nagrody. Okazało się jednak, że ta niewidoczna istota, jaką jest odkryta przez laureatów pałeczka Helicobacter pylori, zmieniła dotychczasowe poglądy na przyczynę jednej z najczęstszych chorób człowieka: nieżytu żołądka i choroby wrzodowej. Pałeczki H. pylori wykryto i wyhodowano na sztucznych podłożach z wycinka błony śluzowej pacjenta z klinicznie i gastroskopowo rozpoznaną chorobą wrzodową. Początkowo odkrycie nie spotkało się z pełną akceptacją świata medycznego i na opublikowanie ustaleń autorzy czekali blisko rok. Potem jednak opisane przez nich drobnoustroje stały się przedmiotem badań wielu laboratoriów na świecie, a ścisła współpraca lekarzy z naukowcami różnych specjalności udowodniła, że odkrycie jest jak najbardziej wiarygodne.

Dzisiaj już nie kwestionujemy roli tego drobnoustroju w wywoływaniu zapalenia błony śluzowej żołądka, choroby wrzodowej, a nawet raka żołądka. Nadal jednak nie wiemy, dlaczego choroba rozwija się zaledwie u kilku procent osób zarażonych. Zakażenie pałeczką H. pylori jest powszechne i większe w krajach gorzej rozwiniętych ekonomicznie - w Polsce blisko 60-70 proc. populacji nosi w sobie te bakterie. Chorują jednak tylko nieliczni, stąd też wykrycie zakażenia nie oznacza rozpoczęcia leczenia.

Od czasu odkrycia Helicobacter pylori minęło ponad 20 lat, określono zjadliwość tego drobnoustroju i czynniki, jakie sprzyjają rozwojowi choroby u zakażonego. Nasza wiedza wciąż jednak nie jest pełna. Dziś choroba wrzodowa leczona jest tak jak inne zakażenia bakteryjne, czyli antybiotykami i chemioterapeutykami. Nie każde jednak zakażenie wymaga leczenia. O jego podjęciu decyduje lekarz gastroenterolog na podstawie obrazu klinicznego i wyników laboratoryjnych. Leczenie zakażeń bezobjawowych na podstawie stwierdzenia obecności w surowicy swoistych przeciwciał mogłoby przecież doprowadzić do nadużywania antybiotyków i rozprzestrzeniania się w środowisku człowieka szczepów H. pylori odpornych na leki. Z kolei leczenie choroby objawowej pozwoli na przedłużenie skuteczności aktualnie stosowanych leków, a tym samym wpłynie na zmniejszenie ryzyka rozwoju późnego następstwa choroby, jakim jest nowotwór żołądka.

Danuta Dzierżanowska

Autorka jest profesorem nauk medycznych. Pracuje w Zakładzie Mikrobiologii i Immunologii Klinicznej Szpitala-Pomnika Centrum Zdrowia Dziecka w Międzylesiu k. Warszawy.

• Fizyka: Roy J. Glauber, John Hall i Theodor Hänsch

• Światło lasera i optyczny grzebień

Światło fascynuje ludzi od zarania dziejów, a optyka należy do najstarszych działów fizyki. W czasach nowożytnych jego własnościami zajmowali się m.in. Isaac Newton, James Clerk Maxwell i Albert Einstein. Także Nagroda Nobla przypadła w tym roku uczonym badającym i wykorzystującym światło.

Połowę nagrody otrzymał Amerykanin Roy J. Glauber za zastosowanie mechaniki kwantowej do zjawisk optycznych, w szczególności za stworzenie kwantowej teorii spójności światła (to własność określająca zdolność światła do interferencji, czyli wzajemnego oddziaływania). Drugą połową podzielą się Amerykanin John Hall i Niemiec Theodor Hänsch za badania z dziedziny precyzyjnej spektroskopii laserowej, czyli metod i technik określania z olbrzymią dokładnością koloru światła emitowanego przez atomy i cząsteczki. Uczeni opracowali metodę “grzebienia" optycznego, czyli lasera wysyłającego ciąg krótkich impulsów o różnych częstościach, różniących się od siebie o stałą wartość; wykres natężenia światła w funkcji częstości przypomina grzebień z dobrze zdefiniowanymi “zębami" umieszczonymi w regularnych odstępach lub linijkę z precyzyjną podziałką.

Zbudowanie lasera w 1960 r. zapoczątkowało nową erę w optyce. Otrzymaliśmy źródło światła o zupełnie innych własnościach niż emitowane przez Słońce, gwiazdy, płomienie i żarówki. Obecnie lasery są powszechnie wykorzystywane w badaniach naukowych, przemyśle, medycynie i życiu codziennym, np. w kasach sklepowych, odtwarzaczach płyt kompaktowych czy DVD. Jedną z najważniejszych cech światła laserowego, odróżniającą je od światła wysyłanego przez inne źródła, jest spójność - światło laserowe łatwo interferuje. Jest to też światło monochromatyczne (jednego koloru), często o dużym natężeniu, rozchodzące się w dobrze określonym kierunku.

Światło jest falą elektromagnetyczną, tak jak fale radiowe, mikrofale czy promienie rentgenowskie, a słynne równania Maxwella dobrze opisują większość jego własności, ujawniających się w “przeciętnych" warunkach. Jednak w niektórych sytuacjach wygodnie je traktować (a nawet trzeba je traktować) jako strumień cząstek - fotonów. Kwantowa teoria światła - elektrodynamika kwantowa - powstała przed odkryciem lasera, ale stosowano ją wówczas do opisu podstawowych procesów w fizyce cząstek elementarnych, zachodzących z udziałem pojedynczych fotonów. Wydawało się, że w optyce, gdzie mamy do czynienia z olbrzymią ilością fotonów naraz, efekty kwantowe nie będą odgrywały znaczącej roli. Wielką zasługą Glaubera było przełamanie tego stereotypu i stworzenie w 1963 r. kwantowej teorii spójności światła. Pozwoliła ona nie tylko zrozumieć, co odróżnia światło lasera od światła żarówki albo Słońca i gwiazd, ale też poprawnie sformułować teorię zliczania fotonów. Prace Glaubera zapoczątkowały nowy, wciąż dynamicznie się rozwijający dział - optykę kwantową, obecnie podstawę m.in. informatyki kwantowej.

Nagrodzone prace Halla i Hänscha dotyczą eksperymentalnego doskonalenia precyzji określania częstości (koloru) światła emitowanego przez atomy i cząsteczki. Obserwowanie światła wysyłanego (i pochłanianego) przez obiekty fizyczne jest często jedynym sposobem badania ich własności - wiedzą o tym astronomowie, badający gwiazdy i galaktyki, fizycy, studiujący atomy i cząsteczki, oraz inżynierowie, poznający własności różnych materiałów. Dzięki precyzji spektroskopii laserowej, zamiast wzorca z Sčvres używamy “optycznych" wzorców długości i czasu. Technika “grzebienia" optycznego pozwala mierzyć częstotliwość (kolor) światła z dokładnością do jednej trylionowej części, z możliwością poprawienia dokładności co najmniej do 18 miejsc po przecinku. Ta niewiarygodna precyzja pozwoliła udoskonalić konstrukcję i tak dokładnych zegarów atomowych. Zaś osiągnięcia Halla i Hänscha wykorzystano w telekomunikacji, systemie dokładnego określania położenia GPS i nawigacji kosmicznej. Być może umożliwią także stworzenie trójwymiarowej telewizji holograficznej.

Arkadiusz Orłowski

Autor jest docentem w Instytucie Fizyki PAN i profesorem w Katedrze Ekonometrii i Informatyki SGGW. W 1996 r. przebywał na Uniwersytecie Harvarda, gdzie współpracował z Royem J. Glauberem.

• Chemia: Yves Chauvin, Robert H. Grubbs i Richard R. Schrock

• Nagrodzona zmiana miejsc

Termin “metateza" znany jest równie dobrze chemikom, co językoznawcom. Pochodzi z greckiego metáthesis i oznacza “zmianę miejsc". Metatezę stosuje każdy z nas, zmieniając naturalny szyk słów w zdaniu po to, by podkreślić wyrazistość wypowiedzi. W chemii organicznej termin oznacza zmianę położenia całych grup atomów w obrębie dwóch reagujących ze sobą cząsteczek - niby to samo, co metateza słowna, ale dla laika brzmi jednak dość hermetycznie. Tegoroczni nobliści z dziedziny chemii: Francuz Yves Chauvin i dwaj Amerykanie, Robert H. Grubbs i Richard R. Schrock - zostali wyróżnieni za wyjaśnienie mechanizmu reakcji metatezy (Chauvin) i za wkład w rozwój opartej na niej syntezy chemicznej (Amerykanie).

Ten typ reakcji chemicznej wykryto w latach 50. Chemicy szybko zorientowali się, że metateza będzie mieć ogromne znaczenie w przemyśle petrochemicznym, farmakologicznym i w produkcji tworzyw sztucznych. Jednak dużym utrudnieniem w opracowaniu wydajnych technologii była nikła znajomość mechanizmu takich przegrupowań. Chauvin skoncentrował się w badaniach na reakcjach metatezy prostych węglowodorów nienasyconych - alkenów.

W 1971 r., we wspólnej publikacji ze swym studentem Jean-Louisem Hérrisonem wykazał, w jaki sposób przebiega metateza, i stworzył teorię działania katalizatorów, czyli substancji przyspieszających tego typu reakcje. Atom metalu - katalizator reakcji - tworząc nietrwałe wiązania chemiczne na przemian z jednym i z dwoma atomami węgla, pozwala przetasować grupy atomów dwóch cząsteczek alkenów, po czym produkty reakcji wycofują się, a katalizator znów jest gotowy do prowadzenia kolejnej metatezy dwóch cząsteczek. W wyniku tak przebiegającej reakcji chemicznej, z dwóch wyjściowych cząsteczek alkenu powstają dwie nowe “mieszańcowe" cząsteczki, będące ciągle alkenami. Ten “taniec molekuł" z udziałem katalizatora nazwano “mechanizmem Chauvina".

Grubbs i Schrock posłużyli się tymi wynikami do znalezienia najbardziej wydajnych katalizatorów do metatezy. Badania obu Amerykanów trwały do lat 90. Schrock opisał katalizator molibdenowy, a Grubbs rutenowy. Ich odkrycia pozwoliły nie tylko usprawnić procesy syntezy związków organicznych w przemyśle, ale produkować związki chemiczne i tworzywa sztuczne o zupełnie dotąd nieznanej lub wielce skomplikowanej budowie. Tak powstały hormony syntetyczne, wybiórczo działające na pewne owady insektycydy, herbicydy likwidujące wybrane gatunki chwastów, paliwa syntetyczne, farmaceutyki stosowane w leczeniu m.in. osteoporozy, AIDS, migren, chorób bakteryjnych i wirusowych, jak też tworzywa sztuczne o cennych właściwościach. Dzięki zastosowaniu nowych katalizatorów produkcja tych związków chemicznych stała się nie tylko tańsza i wydajniejsza, ale i bardziej przyjazna środowisku.

Tegorocznym “Noblem chemicznym" wyróżniono więc zarówno badania podstawowe, jak stosowane. Dla francuskiej nauki Nobel Chauvina jest nie lada prezentem. We Francji trwa bowiem dyskusja między konserwatywnym rządem a naukowcami na temat finansowania badań naukowych. Rząd zgadza się na zwiększenie budżetu nauki, lecz chciałby łożyć raczej na badania stosowane, szybko zwiększające w pojęciu technokratów liczbę patentów i przyspieszające wdrożenia w gospodarce. Większość naukowców żąda zaś pomocy finansowej w pierwszym rzędzie dla nauk podstawowych, twierdząc, że dla przyszłych zastosowań trzeba najpierw nowych odkryć. Jednym z argumentów rządu jest niska ponoć konkurencyjność nauki francuskiej i takiż udział Francuzów wśród laureatów uznanych nagród światowych, właśnie w rodzaju Nobla. Wyróżnienie dla Chauvina staje się najlepszym argumentem za koniecznością szczodrego finansowania badań podstawowych (nie zapominając oczywiście o stosowanych). Odwrócenie piramidy finansowej w nauce, czego chcą technokraci, przyniosłoby zapewne krótkotrwałe efekty. Tymczasem długoplanowa polityka finansowania nauki musi zakładać wydawanie sporych sum na, wydawałoby się, nieopłacalne zajęcia uczonych. Takie na przykład, jakie przed ponad 30 laty wyznaczył sobie Yves Chauvin.

Jacek Kubiak

Autor jest genetykiem, pracownikiem naukowym CNRS i Uniwersytetu Rennes 1 we Francji. Stale współpracuje z “TP".

• Nagroda Pokojowa: MAEA i Mohamed El Baradei

• Oliwa sprawiedliwa

2 grudnia 1942 r. Enrico Fermi uzyskał pierwszą kontrolowaną jądrową reakcję łańcuchową w dziejach. Rozpoczęła się era atomowa. 6 sierpnia 1945 r. Robert Lewis, pilot bombowca B-29 “Enola Gay", zawołał: “Mój Boże, cośmy zrobili?". W dole ginęła Hiroszima.

Zdobycie przez ludzi umiejętności wyzwalania energii na taką skalę przeraziło samych Prometeuszy. Albert Einstein, który w 1939 r. w liście do prezydenta Franklina D. Roosevelta ostrzegał przed zdobyciem broni “A" przez Niemcy - co doprowadziło do podjęcia przez USA prac nad bombą - stał się gorącym orędownikiem międzynarodowej kontroli nad nią. Pisał: “Tajemnicę bomby należałoby powierzyć Rządowi Światowemu. (...) Czy nie obawiam się, iż Rząd Światowy przerodzi się w tyranię? Oczywiście, że się obawiam. Ale jeszcze bardziej obawiam się następnej wojny lub wojen" (“Atomic War or Peace", ,,Atlantic Monthly", listopad 1945).

Rząd Światowy nie powstał, za to broń jądrową uzyskali wszyscy stali członkowie Rady Bezpieczeństwa: ZSRR (1949), Wielka Brytania (1952), Francja (1960) i Chiny (1964). Dołączyły do nich: Afryka Południowa, Izrael, Indie i Pakistan. Świat lęka się programów atomowych w Korei Płn. i Iranie. Większość rozwiniętych krajów dysponuje technologią, która umożliwiałaby szybkie podjęcie programów jądrowych. Bombowce strategiczne, łodzie podwodne, międzykontynentalne pociski balistyczne pozwalają na atak jądrowy w dowolnym punkcie na kuli ziemskiej. Od 60 lat żyjemy na muszce atomowego pistoletu.

Tak jak nóż może służyć do Kainowej zbrodni albo do krojenia chleba, tak energia atomowa może być wykorzystywana nie tylko w niszczycielskich celach. Elektrownie atomowe, napęd statków, produkcja izotopów dla przemysłu, medycyny, badań naukowych, źródło energii i napęd statków kosmicznych, to tylko przykłady pokojowych zastosowań. Nowoczesna gospodarka nie mogłaby działać bez technologii i produktów jądrowych.

Elektrownie atomowe, czy to się podoba czy nie, są jedyną praktyczną, tanią, możliwą do stosowania w większości krajów alternatywą dla powodującego efekt cieplarniany spalania wyczerpujących się i coraz droższych paliw kopalnych. Porzucenie przez Polskę, w znacznej mierze pod wpływem niekompetentnych i nieodpowiedzialnych mediów, programu energetyki jądrowej było błędem i prędzej czy później będzie trzeba go naprawić.

Cywilne i wojskowe technologie jądrowe są sobie dość bliskie. Po to, by świat mógł korzystać z pokojowych zastosowań, musi istnieć sposób zapobiegania rozprzestrzenianiu się broni jądrowej. Co więcej, cywilne wykorzystywanie musi się odbywać w warunkach bezpiecznych, z troską o środowisko, z przewidywaniem długookresowych skutków, w sposób umożliwiający międzynarodową współpracę.

Od 1956 r. międzynarodową instytucją czuwającą nad takim wykorzystaniem atomu jest Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (MAEA). Należy do niej większość państw. Zasługi i rola MAEA są trudne do przecenienia. Przez 60 lat nie doszło do wojny atomowej, a liczba państw mających broń atomową wciąż jest mniejsza niż liczba palców. W dużej mierze jest to zasługa Agencji.

Krytycy zarzucają jej, że nie zapobiegła rozwojowi niekontrolowanych badań w Korei Płn. czy Iranie. Zapominają przy tym, że zdolność instytucji do działania zależy od dobrej woli rządów, które ją tworzą. Działalność MAEA to nie tylko kontrola atomowych zbrojeń. To też opracowanie tysięcy norm pozwalających bezpiecznie stosować techniki jądrowe. To także pomoc techniczna w sytuacjach kryzysowych, np. po awarii w Czarnobylu. Pisząc ten artykuł, przypomniałem sobie, że ja sam byłem de iure pracownikiem MAEA przez osiem miesięcy na przełomie 1990 i 1991 r. jako visiting professor w należącym do Agencji Międzynarodowym Centrum Fizyki Teoretycznej w Trieście.

MAEA działa w trudnych warunkach. Z prawa jest krytykowana za postawienie się USA w sprawie Iraku, z lewa - za propagowanie wykorzystywania technik jądrowych. Uderzająca była reakcja polskich mediów na Nobla w porównaniu z prasą amerykańską, francuską czy brytyjską. Tam, np. w “New York Timesie", dominował ton rzeczowości i uznania. U nas - złośliwości i lekceważenia. Czyżbyśmy byli bardziej proamerykańscy niż Amerykanie? Kto miał rację w sporach Mohameda El Baradei i Hansa Bliksa z Georgem Bushem i Colinem Powellem, wykazał już czas - oliwa sprawiedliwa wypłynęła, co zauważył także norweski parlament.

A co przed nami? Albert Einstein i Bertrand Russell w oświadczeniu wydanym na tydzień przed śmiercią Einsteina, 11 kwietnia 1955 napisali: “Przed nami otwiera się droga szczęścia, wiedzy i mądrości. Czy zamiast niej wybierzemy śmierć, nie potrafimy bowiem zaniechać naszych kłótni? Zwracamy się zatem jako ludzie do ludzi: pamiętajmy o naszym człowieczeństwie i zapomnijmy wszystko inne".

Stanisław Bajtlik

Autor jest astrofizykiem, pracownikiem Centrum Astronomicznego PAN im. Mikołaja Kopernika, od lat - m.in. na łamach “TP" i w programie telewizyjnym “Symulator faktu" - zajmuje się popularyzacją nauki.