Festiwal tajemnic

Być może życie na Ziemi zaczęło się od intronów. Nie od białek ani DNA, ale od intronów, czyli krótkich odcinków RNA mających cechy materiału genetycznego i białek - relacjonowała najnowsze wyniki badań prof. Magdalena Konarska z Uniwersytetu Rockefellera w Stanach Zjednoczonych podczas III Festiwalu Nauki w Warszawie.
Profesor Konarska pracowała wspólnie z prof. Phillipem Sharpem, któremu przyznano Nagrodę Nobla za ważne odkrycie dotyczące RNA. Zasadniczym nośnikiem cech dziedzicznych w organizmach żywych jest DNA. Praca prof. Sharpa może ułatwić odpowiedę na podstawowe pytanie nauki: jak powstało życie na Ziemi? Przedtem próbowano rozstrzygnąć, co było pierwsze: DNA (czyli materiał zdolny do przekazania cech dziedzicznych, rodzaj recepty na nowy organizm) czy drobiny białek? Bez zapisu genetycznego, który umożliwiłby tym drobinom reprodukcję, życie skończyłoby się jednak tak nagle, jak się zaczęło. Bez zdolności do reprodukcji, podziału czy kopiowania również nie ma życia. Badacze znaleźli się w intelektualnej pętli bez wyjścia: białko bez DNA nie może się reprodukować, a DNA bez białka nie może powstać. Kilkanaście lat temu Francis Crick, który otrzymał Nagrodę Nobla za odkrycie z Jamesem Watsonem podwójnej spirali DNA oraz samej istoty kopiowania informacji genetycznych, pisał w książce ?Istota i pochodzenie życia?: ?Ţycie na Ziemi to synteza dwóch systemów: białek i kwasów nukleinowych. Te pierwsze wykonują ogromną pracę, ale są niezdolne do autoreplikacji. Nie mogą się same powielić. Natomiast kwasy nukleinowe są niejako stworzone do kopiowania samych siebie, ale nie potrafią nic więcej?. A dalej jeszcze dobitniej stwierdzał: ?RNA i DNA to piękne idiotki świata biochemii, przystosowane głównie do reprodukcji, ale nieprzydatne do żadnej poważnej pracy. Tę ostatnią mogą wykonywać wyłącznie białka?.
Profesor Konarska jest zwolenniczką hipotezy, że jedna z tych ?pięknych idiotek?, mianowicie cząsteczka RNA, mogła kiedyś odgrywać obie role - zarówno strukturalnego budulca komórek, jak i informacji genetycznej. Ten problem próbowało rozwiązać wielu noblistów, między innymi Tom Cech i Sidney Altman. Stwierdzili oni, że RNA, zwijając się, może tworzyć najrozmaitsze struktury. Zachowuje się przy tym jak katalizator, czyli przyspieszacz reakcji chemicznych, pozostając równocześnie bankiem informacji genetycznej. Można więc przypuszczać, że życie zaczęło się od RNA.
Po utworzeniu się skorupy Ziemi mogły na niej istnieć wyłącznie krótkie łańcuchy RNA, które same się reprodukowały i tworzyły budulec komórki, jak czynią to dziś białka. Taka interpretacja początków życia pozwoliłaby naukowcom wydostać się z błędnego koła: ani DNA, ani białko nie mogło powstać pierwsze. Dziś większość organizmów używa doskonalszego nośnika genów DNA. Aby komórka mogła korzystać ze swoich genów i produkować zgodnie z ich instrukcją potrzebne białka, zapis genetyczny jest przenoszony z DNA na RNA. Analizując ten proces, badacze zauważyli rzecz zdumiewającą - znikoma część DNA buduje aktywne części genów, czyli eksony. Reszta tworzy tzw. introny, nie kodujące informacji genetycznych. Można powiedzieć, że intronów jest tym więcej, im wyżej na drabinie ewolucji znajduje się dane stworzenie. W niektórych genach jest ich sto razy więcej niż eksonów. Wydawało się to niewytłumaczalną ekstrawagancją. Do czego służą te ?puste? kawałki genów? Profesor Sharp zauważył, że podczas przepisywania informacji genetycznych w komórce z DNA na RNA introny są wycinane i wyrzucane. Natomiast pozostałe eksony sklejane są w łańcuch i wyłącznie one tworzą zapis, z którego korzysta komórka. Ten proces to splicing (sklejanie). Introny byłyby uznane za bezsensowną przeszkodę, gdyby nie zauważono, że po ich wycięciu poszczególne eksony są często sklejane w innej kolejności niż ta, którą miały w łańcuchu DNA. Dopiero wówczas zdano sobie sprawę, jakie fantastyczne bogactwo nowych kombinacji uzyskuje się dzięki temu. Gen w łańcuchu DNA pozostaje nie zmieniony, ale dzięki wycięciu intronów i połączeniu na nowo - w innej kolejności - pozostałych czynnych fragmentów genu przepisanych na RNA może powstać wiele nowych białek. Ta sama cząsteczka DNA może dać początek setkom nieznanych wcześniej kombinacji. Profesor Konarska podała przykład genu kodującego kanały wapniowe w naszych przewodach słuchowych; znajduje się w nim osiem eksonów. Po wycięciu intronów i sklejeniu czynnych części genu może powstać 576 różnych kombinacji, czyli tyleż nowych białek. Te alternatywne połączenia są w naszych komórkach ęródłem twórczej różnorodności. Prawdopodobnie w pewnym momencie stały się napędową siłą przyspieszającą ewolucję. W drożdżach na gen syntetyzujący tyrozynę przypada zaledwie jeden intron. U człowieka w genie jednego z czynników krzepnięcia krwi znajduje się 25 intronów, a liczba zasad nukleinowych przypadających na introny jest dwudziestokrotnie wyższa niż liczba zasad w eksonach, czynnych odcinkach genu. - Wprawdzie drożdże mnożą się szybciej niż ludzie, ale my mamy więcej intronów i dlatego badamy drożdże, a nie one nas - spuentowała twórczą rolę tych - zdawało się - niepotrzebnych części genów prof. Konarska. Być może właśnie introny, cząsteczki RNA o właściwościach katalitycznych białek, były pierwszymi żywymi molekułami na świecie. Ţycie zaczęłoby się więc nie od DNA i białek, ale od samodzielnych i sprytnych intronów, łączących cechy materiału genetycznego i białek.
Czy dzięki swojej inteligencji i wrażliwości widzimy świat takim, jakim jest naprawdę? Tytuł jednego z wykładów Festiwalu Nauki - ?Świat subiektywny, czyli wypaczony obraz rzeczywistości w naszym mózgu? - pozbawia nas takich złudzeń. W niedzielne południe w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego na wykład przybyło wielu słuchaczy, ciekawych, dlaczego nie możemy zobaczyć świata istniejącego obiektywnie. Neurofizjolog prof. Andrzej Wróbel, kierownik Pracowni Układu Wzrokowego, przeprowadził prosty rachunek: do mózgu zdrowego człowieka dociera w ciągu sekundy olbrzymia porcja informacji, szacowana na 100 mld bitów, natomiast ta, którą jesteśmy w stanie sobie uświadomić, nie przekracza 100 bitów na sekundę. Oznacza to, że pozostałe 99999999900 bitów danych ze świata i z naszego ciała umyka naszej świadomości w każdej sekundzie. Wprawdzie część z nich jest rejestrowana przez mózg, ale ten zataja ich obecność, nie pozwalając, by dotarły do poziomu świadomości. Dzięki tym nie uświadamianym sygnałom utrzymujemy równowagę, poruszamy się, przenosimy wzrok z jednego miejsca na drugie. Pomijając informacje przetwarzane automatycznie, to, co pozostaje z nieustającego strumienia sygnałów zmysłowych, wciąż jeszcze przewyższa możliwości naszego postrzegania. Jak mózg radzi sobie z tym nadmiarem? Profesor Wróbel zademonstrował na przykładzie wzroku sposoby odsiewania wiadomości. Przez ten zmysł odbieramy 80 proc. wszystkich informacji. Część z nich jest zatrzymywana już w siatkówce, która pełni funkcję delegatury mózgu. Tylko najważniejsze wiadomości przekazywane są dalej, na przykład o krawędziach przedmiotów, o ruchu, o zmianie intensywności światła. Jeśli nic się nie zmienia, nie ma sygnału z siatkówki.
Mózg musi umieć łączyć docierające do niego sygnały, uzupełniać brakujące informacje. Musi się domyślać - i stale to robi. Dzięki temu twarz za szybą, podzieloną ramą okienną na cztery części, widzimy jako całość, nie zaś jako cztery kawałki różnych twarzy. Mózg czasem się myli - grube szare pasmo na rycinie identyfikujemy jako jasne, kiedy tło za nim jest ciemne, a jako ciemne - na jasnym tle. Wbrew oczekiwaniom specjalistów od sztucznej inteligencji, mózg nie jest automatem, nie stosuje reguł matematycznych do postrzegania świata, a raczej nieformalne zasady, do których doszedł metodą prób i błędów przez miliony lat. Podlega emocjom i korzysta ze zdobytych doświadczeń. - Nigdy nie zobaczymy obiektywnego świata, nie przefiltrowanego przez nasz mózg - konkluduje prof. Wróbel.
Mimo tak subiektywnego postrzegania, potrafimy tworzyć sprawdzalne koncepcje dotyczące obszarów przekraczających naszą wyobraęnię - niezmierzonej przestrzeni i ogromu minionego czasu. Wykład prof. Marka Demiańskiego ?O początku i ewolucji świata? potwierdzał to niemal namacalnie. Zdjęcia wykonywane przez kosmiczny teleskop Hubble?a pokazują galaktykę odległą od nas o 11 mld lat świetlnych - tyle czasu potrzebuje światło, by dotrzeć stamtąd do Ziemi. Jest to najdalszy obiekt wszechświata, jaki kiedykolwiek udało się zaobserwować. Równocześnie jest to najmłodsza ze znanych galaktyk. Widzimy ją przecież taką, jaka była 11 mld lat temu, wkrótce po Wielkim Wybuchu. Gwiazdy tej galaktyki wciąż się tworzą. Ma ona jeszcze jedną ekstremalną właściwość - ucieka z szybkością równą 0,9666 prędkości światła. Rozszerzanie się przestrzeni wszechświata, a wraz z nim ?ucieczkę galaktyk? uważa się za efekt Wielkiego Wybuchu, z którego wszystko miało powstać. Choć ogrom czasu i przestrzeni wykracza poza nasze doświadczenie, potrafimy tworzyć hipotezy ujmujące w całość to, co nieskończenie dalekie i odległe w czasie.
Czy Festiwal Nauki, który przekazuje publiczności tę ?wiedzę na gorąco? - w trakcie jej stawania się - pozostanie w przyszłości w takim kształcie, jaki ma dziś?
- Na razie to, co robimy, jest radosną twórczością, pospolitym ruszeniem - mówi prof. Magdalena Fikus. - Mnie się podoba ten styl działania, bezpośredniość kontaktów między grupą osób organizujących festiwal a słuchaczami. Nie brak jednak opinii, że za dużo jest improwizacji, że należałoby te działania sprofesjonalizować, zaangażować zawodowców do promocji, utworzyć instytucję, która zajmowałaby się organizowaniem wszystkiego. Ja natomiast sądzę, że na tym polega wdzięk festiwalu i jego świeżość. Ale chętnie poznam opinie innych.
- Jest ogromne zapotrzebowanie na kontakt dzieci i młodych ludzi z instytutami badawczymi. Już po pierwszych trzech dniach zgłoszeń ze szkół byłam zachwycona i przerażona równocześnie, bo musiałam odmawiać następnym. Nie moglibyśmy pomieścić wszystkich chętnych - mówi Anna Lesyng, sekretarz festiwalu. - To bardzo ważne, że istnieje potrzeba przełożenia wiedzy ?ze słupków na życie?.
- Z każdym festiwalem przybywa instytucji naukowych, które chcą w nim wziąć udział - cieszy się dr hab. Maciej Geller. - Wyszliśmy też poza Warszawę. Podobne imprezy są organizowane we Wrocławiu i Poznaniu, zainteresował się nimi Białystok i Kraków. W przyszłym roku włączą się ośrodki naukowe na Śląsku. Mam pewną nadzieję, że uda się przekształcić festiwal w coś bardziej trwałego, może w zalążek przyszłego eksploratorium, gdzie wszyscy zainteresowani mogliby się kontaktować z badaczami nie tylko przez dziesięć dni w roku.