Dekada nauki - najważniejsze fronty badań pierwszych lat XXI wieku

Początek wieku zaznaczył się rewolucją w kosmologii. Z dziedziny dość ogólnych rozważań zamieniła się ona w niemal eksperymentalną dyscyplinę, w której główną rolę grają precyzyjne pomiary i liczby. W nowe stulecie wchodziliśmy z  podejrzeniami, że zwykła materia, z jaką mamy do czynienia na Ziemi, stanowi ledwie ułamek substancji kosmosu. Teraz mamy już pewność - m.in. dzięki analizie kosmicznego promieniowania tła za pomocą balonów stratosferycznych i kosmicznej sondy WMAP (ostatnie rezultaty ze stycznia tego roku). Z czego więc został przyrządzony Wszechświat? Według najnowszych danych: 4,56 proc. to zwykła materia, 22,7 proc. - ciemna materia, 72,8 proc. - ciemna energia. Dwóch ostatnich składników jeszcze nie znaleźliśmy - znamy z grubsza ich własności, ale wciąż szukamy. Jesteśmy w sytuacji kucharza, który wie, że do upieczenia biszkoptu potrzebuje ''słodkiej ziarnistej substancji'' i ''białego miałkiego proszku'', ale na cukier ani mąkę wciąż w swej kuchni nie natrafił.

Kiedy dziesięć lat temu opublikowano sekwencję DNA ludzkiego genomu, najbardziej zaskakujące było spostrzeżenie, że plan naszej budowy zapisany jest jedynie w około 35 tysiącach genów. Wkrótce - po dokładniejszych analizach - okazało się, że jest ich jeszcze mniej, około 21 tys. Resztę stanowiło DNA, które ochrzczono ''śmieciowym'', zakładając, że nie niesie ono żadnych istotnych funkcji. Ale dziś wiemy już, że jest dokładnie odwrotnie - najprawdopodobniej to właśnie w tych ''śmieciach'' trzeba szukać klucza do ludzkiej unikalności. To niekodujące DNA (tj. nieniosące informacji o budowie białek) kryje w sobie tajemnice funkcjonowania mechanizmów regulacyjnych, które dopiero zaczęliśmy odkrywać. Ich pełne poznanie - co zajmie prawdopodobnie kolejną dekadę, może nawet niejedną - zmieni oblicze biologii molekularnej.

Jeszcze przed 10 laty było to czyste science-fiction. Niektórzy pukali się w głowę, kiedy pod koniec XX wieku o takiej możliwości mówił brytyjski fizyk John Pendry z londyńskiego Imperial College. Okazało się, że miał rację - można zbudować taki materiał (tzw. metamateriał), który zniknie z pola widzenia. Promienie światła nie wnikną do jego wnętrza, ani nie odbiją się od niego, lecz opłyną go gładko, podobnie jak woda opływa kamień w potoku. Ukryty w nim obiekt stanie się niewidzialny. W 2006 r. udało się w ten sposób schować przed mikrofalami, a potem w podczerwieni. To nie wszystko. Metamateriały mogą zrewolucjonizować dziedziny techniki związane z promieniowaniem i optyką. Na horyzoncie: przezroczyste metale, miniaturowe anteny, perfekcyjne soczewki i cudowne mikroskopy.

Dawniej pomysły odczytania prehistorycznego DNA były tylko domeną pisarzy science-fiction i filmowców. Kiedy w 1993 r. na ekrany trafił Jurassic Park Stevena Spielberga - koncepcja odtworzenia wymarłego organizmu na bazie jego DNA została gromko wyśmiana przez naukowców. Być może... niesłusznie. Na naszych oczach tworzy się bowiem zupełnie nowa dziedzina wiedzy: paleontologia genetyczna. Nawet fragment dawnego DNA może dostarczyć bezcennych informacji: niedawno dowiedzieliśmy się, jak ubarwione były niektóre dinozaury, a także, że dawne pingwiny były kolorowe. Ale fragmenty  DNA to mało -  w 2008 roku udało się odczytać pierwszy genom wymarłego zwierzęcia - mamuta (naukowcy kupili mamuci włos na aukcji w portalu eBay). W 2010 poznaliśmy zaś genom Neandertalczyka. Rzecz jasna, od poznania wszystkich genów do odtworzenia organizmu jeszcze daleka droga. Kompletne science-fiction.

Przez 40 lat - pisze ostatnie ''Science'' - klimatolodzy szukali odpowiedzi na trzy pytania: 1. Czy świat staje się coraz cieplejszy? Jeśli tak, to czy za tę zmianę odpowiada człowiek? 3. A jeśli obie odpowiedzi są pozytywne, to czy naturalne wahania klimatu przełamią wywołane przez nas globalne ocieplenie?? W ciągu ostatniej dekady naukowcy wreszcie się upewnili - tak, świat się ociepla: tak, odpowiada za to człowiek; nie, natura sama sobie z obecnymi zmianami klimatu nie poradzi. Jedynym wyjściem jest radykalne i jak najszybsze obniżenie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. I tak w pierwszej dziesięciolatce tego stulecia nauka zetknęła się z polityką, bo kosztowne przestawienie gospodarki na nowe, ekologiczne tory wymaga decyzji politycznych. Niestety, przywódcy tego świata na razie nie potrafili ich podjąć. Może uda im się w następnej dziesięciolatce?

Astronomowie niemal codziennie zasypują nas informacjami o nowych planetach odnajdywanych poza granicami Układu Słonecznego. ''Zajrzyjmy na stronę internetową Extrasolar Planets Encyclopedia - proponują redaktorzy ''Science'' - w roku 2000 wymienia ona ledwie 26 planet; 10 lat później - 505''. Planety pozasłoneczne tak nam już spowszedniały, że mało która z nich - no, chyba że jest wyjątkowo dziwaczna - trafia na łamy gazet. Dziennikarzom nie chce się już o nich pisać. Już wkrótce, dzięki krążącemu wokół Słońca amerykańskiemu teleskopowi Keplera, liczba poznanych obcych planet może zostać podwojona. Wśród nich - jak się oczekuje - znajdziemy co najmniej jedną ''drugą Ziemię''.

Na przełomie XIX i XX w. naukowcy pasjonowali się istnieniem kanałów na Marsie wybudowanych przez obcą cywilizację. Pod koniec zeszłego wieku dzięki misjom kilku sond Czerwona Planeta jawiła nam się już raczej jako bezludna pustynia. Dzięki próbnikom wysłanym w pierwszej dekadzie XXI w. zyskaliśmy jednak pewność, że bardzo dawno temu Mars sprzyjał życiu - kiedyś płynęła po jego powierzchni woda. Wystarczająco długo, by mogło narodzić się w niej życie. Teraz wystarczy tylko znaleźć jego ślady - skamieliny życia dawno wymarłego lub ukryte w czerwonej glebie mikroskopijne organizmy. Czy będą one podobne do życia na Ziemi, czy zupełnie inne?

Medycyna zbiera nas w podróż w czasie. Nie fizyczną, lecz biologiczną, i co najważniejsze, dającą szansę na to, że pewnego dnia uda nam się znaleźć lekarstwo np. na cukrzycę, chorobę Parkinsona czy ciężkie uszkodzenia rdzenia kręgowego. Największe nadzieje naukowcy wiązali z komórkami macierzystymi, szczególnie tymi zarodkowymi, mającymi zdolność przekształcenia w prawie wszystkie komórki organizmu. Ale badania nad nimi budziły kontrowersje ? ich pozyskiwanie wiązało się ze śmiercią zarodka. W mijającej dekadzie opracowano jednak alternatywne metody. Wpierw, w 2006 r., Japończyk ? Shinya Yamanaka zadziwił wszystkich dowodząc, że wystarczy dodać zaledwie cztery geny do dorosłych komórek myszy, by ''cofnęły się w czasie'' i zmieniły w komórki posiadające wszystkie cechy zarodkowych komórek macierzystych (fachowo nazwano je indukowanymi komórkami pluripotencjalnymi ? komórkami iPS). Rok później dwa zespoły badawcze niezależnie od siebie powtórzyły eksperyment na ludzkich komórkach skóry ? fibroblastach. Do dziś metodę tę zastosowano na różnych typach komórek, np. pobranych od ludzi cierpiących m.in. na stwardnienie zanikowe boczne, pląsawicę Huntingtona, chorobę Parkinsona czy nawet autyzm. Naukowcy nauczyli się też przekształcać komórki nie za pomocą genów, ale wytwarzanych przez nie białek, co sprawia, że metoda jest bezpieczniejsza.

Jeszcze nie tak dawno uważano, że procesy zapalne to tylko element reakcji naszego organizmu na np. infekcję czy uraz. W ciągu ostatniej dekady stało się jasne, że zapalenie to również ciemna siła stojąca za przewlekłymi schorzeniami, które zabiją prawie każdego z nas. Rak, cukrzyca, miażdżyca czy choroba Alzheimera - wszystkie one zaczynają się od zapalenia. To dziś obiecujący front badań, dzięki którym mogą powstać nowe terapie.

Przez dekady uważano wirusy i bakterie za największych wrogów człowieka. W tej dekadzie zaczęło się to zmieniać. Ukazało się szereg prac pokazujących, że - oczywiście ? choć niektóre mikroby są naszym wrogami, to zdecydowana większość tych, które zamieszkują nasz organizm, świetnie z nami współpracuje, a nawet jest nam niezbędna do utrzymania zdrowia. Aż dziewięć na dziesięć komórek w naszym ciele należy do bytujących tam mikroorganizmów - ten nasz własny mikroświat dopiero zaczynamy poznawać. Na nasze zdrowie.