Wawrzyniec Podrzucki	Para-nauka i obok
	strona 28

Marny szpinak na lodzie,

czyli o problemach kosmicznej bioinżynierii

"(...) Przedstawiam wam optymistyczny obraz Galaktyki tętniącej życiem. Są w niej niezliczone miliony komet, bogato zaopatrzonych w wodę, węgiel i azot, podstawowe składniki żywych komórek. Kiedy zbliżają się do Słońca widzimy, że zawierają wszystkie pierwiastki niezbędne dla naszej egzystencji. Brak im tylko dwóch podstawowych rzeczy dla ludzkiego osadnictwa, tj. ciepła i powietrza. Lecz teraz pomoże nam inżynieria biologiczna. Nauczymy się, jak hodować drzewa na kometach. (...)"

(Freeman J. Dyson, "The World, The Flesh, and the Devil", tłum. W.P.)

Mam ogromny szacunek dla takich ludzi jak Freeman Dyson oraz dla autorów SF (choćby Dana Simmonsa czy Gregory’ego Benforda), którzy z jego śmiałych pomysłów czerpali inspirację do swoich książek. Obraz międzygwiezdnych wędrowców i ich kometarnych farm odmalowany w "Hyperionie" to piękna i romantyczna wizja, która jednakże, moim skromnym zdaniem, nie doczeka się realizacji, przynajmniej w dosłownym, biologicznym sensie. Zwolennicy idei Dysona zdają się zapominać, jak kruche i delikatne jest w istocie życie i jak szczególne warunki trzeba mu zapewnić, by kwitło. Kosmos to środowisko ekstremalnie wrogie dla życia, i wyższe formy roślinne czy zwierzęce, choćby zmodyfikowane genetycznie do nierozpoznawalności, mają w nim nikłe szanse na przetrwanie. Dopóki podstawowym tworzywem bioinżynierów pozostanie ziemski materiał biologiczny, dopóty będą oni musieli się liczyć z wieloma problemami.

Jedną z najpoważniejszych przeszkód jest promieniowanie. Dyson mówi o zagrożeniu ze strony ultrafioletu i podczerwieni. W zasadzie słusznie mówi, wszak na sam dźwięk słów "dziura ozonowa" i "efekt cieplarniany" skóra wszystkim nam cierpnie na grzbiecie. Ale to pestka w porównaniu z morderczym ostrzałem, na który narażone byłyby nasze zmodyfikowane rośliny w przestrzeni międzyplanetarnej czy tym bardziej na obrzeżach Układu Słonecznego, a już na pewno poza heliosferą. Gwałtowne podmuchy gwiazdy-matki, promienie kosmiczne, wybuchy supernowych i inne formy promieniowania jonizującego wkrótce poszatkowałyby ich DNA i RNA jak śrutówka tekturę.

I to ma być problem? – zakrzykniecie. – Pogrzebmy dobrze w genach i sprawmy, by nasze rośliny wytworzyły pancerze, których nie przebiją żadne wraże promienie śmierci. OK, zastanówmy się. Zakładając nawet, że taka modyfikacja genetyczna jest możliwa, to z czego drzewa posiane na kometach, tych "brudnych kulach śniegowych" z paroma okruchami skalnymi na krzyż, miałyby ten pancerz wytworzyć? No, przecież jest tam chyba dość węgla, więc może jakieś nanorurki... – pomyślicie. I znowu, pomijając fakt, że jak dotąd nikt jeszcze nie odkrył genu odpowiedzialnego za biosyntezę fullerenów, węgiel nie jest szczególnie odpowiednim materiałem ochronnym, gdyż jest za lekkim pierwiastkiem. Ołów, wolfram, proszę bardzo, ale węgiel?

Chwileczkę, a co z wodą? Zróbmy naszym drzewom podwójne ścianki i napompujmy je H2O, to już na pewno zastąpi drogę tym przeklętym promieniom. Hm, przyznaję, pomysł rzeczywiście nieco lepszy od poprzedniego. Lecz nie do końca. Woda poddana działaniu wysokoenergetycznego promieniowania ulega radiolizie. Powstaje aktywny tlen atomowy i ozon, a i bez pewnej liczby promieniotwórczych izotopów też się zapewne nie obejdzie. Na krótką metę można by się tym nie przejmować, ale w dalszej perspektywie kosmiczne drzewo zapewne będzie miało poważny problem z wolnymi rodnikami i promieniowaniem wtórnym.

Zapomniałeś pan o jednym – odezwie się ktoś nieco bardziej zorientowany – a mianowicie o systemach naprawczych DNA. Przecież wiele żyjątek posiada całkiem wydajne mechanizmy reperacji uszkodzonego materiału genetycznego, nieprawdaż? Prawda, istnieje nawet pewien mikroorganizm z grupy Archeobacteria, którego chromosom można posiekać na miazgę, a on i tak pozbiera te klocki i odtworzy z nich kompletny i funkcjonalny genom. Gdzie zatem ukryty jest paragraf 22? Ano w tym, że jest to prymitywny, błyskawicznie rozmnażający się jednokomórkowiec i wystarczy, że z promieniotwórczego kataklizmu ocaleje tylko jeden osobnik na milion, by jego gatunek prosperował tak samo dobrze, jak to czynił przez ostatnich kilka miliardów lat. Natomiast nasze kosmiczne drzewo nie jest jednokomórkowcem, lecz skomplikowaną istotą złożoną z trylionów wyspecjalizowanych komórek, funkcjonujących jak zgrana orkiestra. Niech tych komórek padnie tylko jedna trzecia, i jest praktycznie po koncercie. W tych, które pozostaną przy życiu, tempo mutacji nabierze tak zawrotnego przyśpieszenia, że nie podoła mu w końcu nawet najsprawniejszy system naprawczy.

Następne wąskie gardło w kolonizacji Kosmosu przy pomocy zmodyfikowanych ziemskich roślin to ilość dostępnego światła do fotosyntezy. Pomijając stosunkowo nieliczne komety krótkookresowe, zapuszczające się w pobliże Słońca, pierwszym większym skupiskiem działek do zalesiania jest Pas Kuipera, rozciągający się w odległości od trzydziestu do stu j.a. od Wielkiej Lampy. Natężenie strumienia energii słonecznej wynosi tam w najlepszym wypadku nieco powyżej pół wata na metr kwadratowy. To trochę tak, jakby badylarz chciał oświetlić szklarnię latarką; obawiam się, że poza pleśnią nic by mu nie wyrosło.

Dyson ma na to receptę: tzw. liście złożone oraz koncentracja światła przy pomocy wklęsłych luster. Co do liści złożonych (ang. compound leaves) jest to termin z botaniki ogólnej oznaczający tylko tyle, że zamiast jednej całej blaszki mamy ich na ogonku kilka (np. liść słonecznika vs. liść jarzębiny). Powierzchnie "czynne" obydwu struktur są porównywalne. Lustra natomiast mogą jedynie światło skupić, ale nie zwiększą jego całkowitej ilości. Osobiście prędzej już "podkręciłbym" efektywność chlorofilu bądź zastąpił go wydajniejszymi barwnikami z krasnorostów czy bakterii, przy jednoczesnym znaczącym zwiększeniu stosunku powierzchni liści do ich masy, aczkolwiek to z kolei wydatnie przyśpieszyłoby radiacyjną utratę ciepła. Tak czy siak, przewiduję, że kosmiczne drzewa w najlepszym razie zaledwie by wegetowały, zamiast bujnie się rozwijać. W Obłoku Oorta sprawy miałyby się jeszcze gorzej, bo tam słonecznych fotonów jest tyle, co kot napłakał. Nie mam pojęcia, jakich zmian w drzewach trzeba by dokonać, żeby asymilacja była wystarczająca do podtrzymania procesów życiowych, o wzroście i rozwoju nie wspominając.

Temperatura i pozyskiwanie energii to kolejne dwa związane ze sobą czynniki, które stoją na drodze śmiałym planom kosmicznych bioinżynierów. W najzimniejszych rejonach Ziemi (które są zarazem najbardziej jałowymi środowiskami na planecie) temperatura spada do ok. 190 kelwinów. Porównajmy tę wartość z kilkudziesięcioma kelwinami na skraju Układu Słonecznego. Aby przetrwać w takiej lodówce, nasze kometarne drzewo musiałoby znaleźć jakiś nadzwyczaj wydajny sposób na wytworzenie ciepła. Nie zapominajmy przy tym, iż ma ono stanowić dom dla ludzkiej społeczności i dobrze by było, gdybyśmy jej zapewnili egzystencję w godziwych warunkach termicznych, przynajmniej powyżej punktu zamarzania wody. Powiedzmy zatem, 283K (gwiezdni kolonizatorzy to z definicji twardziele, 10 stopni Celsjusza powinno im wystarczyć) minus 43K dla równego rachunku. Daje nam to ni mniej, ni więcej tylko różnicę 240 kelwinów, którą musi pokonać nasze super-drzewko, i to nie jednorazowo, ale w każdej minucie! Oznaczałoby to wprost niewyobrażalne tempo przemiany materii i co za tym idzie, zużywanie lwiej części dostępnych zasobów na, że się tak wyrażę, palenie w piecu. Dodajmy do tego energię, jaką drzewo musiałoby pierwej zmarnotrawić na wydobycie tychże zasobów z martwej bryły lodu. I skąd ono ma na to wszystko wziąć siły? Z fotosyntezy? Już chyba o tym mówiliśmy. No więc może z fuzji termojądrowej? O ile drzewo ma wciąż pozostać tworem sensu stricte biologicznym, na pewno nie. Musi dla podtrzymywania swego metabolizmu korzystać z biologicznych metod pozyskiwania energii, które wszystkie bez wyjątku oparte są na enzymach. Wśród tych ostatnich są co prawda takie, które świetnie radzą sobie w warunkach ekstremalnie wysokich temperatur, w drugą jednak stronę nie jest już tak różowo.

Tak, wiem, co powiecie: Przecież rośliny przeżywają na dalekiej północy, nawet na Antarktydzie odkryto mikroorganizmy! Zgoda, przeżywają, tylko że w stanie odwracalnej śmierci, oczekując cieplejszych czasów. A chyba nie o to nam chodzi? W takim razie niech kosmiczne drzewa otoczą się termoizolacyjną osłoną. W porządku, możemy dać im taką osłonę, np. podążając za sugestią Dysona, ulepszoną korę, która nawet w swojej pierwotnej, niezmodyfikowanej genetycznie wersji jest cudownym wynalazkiem Natury. W niczym jednak nie rozwiąże to problemu, bo taki kożuszek sam z siebie nie wyprodukuje ani jednego dżula energii, a skoro nie ma energii, przed której utratą miałby ten kożuszek chronić, to po co go w ogóle dawać?

Następna sprawa: zasoby. Według Dysona komety to wręcz wymarzona "gleba" dla roślin, gdyż praktycznie w całości składają się z węgla, azotu, tlenu i wodoru. Problem w tym, że wszystkie znane nam organizmy żywe (w tym także roślinni kandydaci na kosmiczne habitaty) wyewoluowały na Ziemi, jednej z planet wewnętrznych, które wyssały z protoplanetarnego dysku gros ciężkich pierwiastków. Dlatego też ziemskie stworzenia nie mogą się już obejść bez większości pozostałych literek z tablicy Mendelejewa. Niektórych pierwiastków (np. selenu czy kobaltu) potrzebują w śladowych ilościach, innych (choćby magnezu, manganu, sodu czy fosforu) w znacznie większych, ale tak czy owak ich potrzebują, kropka. Komety zaś, jako najlżejszy puch pozostały po formacji Układu Słonecznego, najprawdopodobniej są bardzo ubogie w cięższe pierwiastki. Mówię "najprawdopodobniej", i w świetle pierwszych analiz przesłanych przez sondę ROSETTA mogę wyjść na łgarza, nie przeczę. Na razie jednak komety wydają się nie mieć tego, czego trzeba w odpowiednich ilościach. A jeśli to prawda, wówczas widzę właściwie tylko dwie możliwości: regularne dostawy nawozów sztucznych z ziemskiej Centrali Ogrodniczej, albo wyposażenie kosmicznych drzew w zdolność transmutowania materii. Pierwsza opcja jest teoretycznie możliwa, zaprzecza jednak w oczywisty sposób idei samowystarczalnych kolonii pozaziemskich. Druga natomiast plasuje się w tej samej kategorii co reaktory atomowe w korzeniach czy generator elektromagnetycznej osłony przeciwpromiennej w pniu. Inżynieria genetyczna może dać nam wiele, za wyjątkiem czarodziejskiej różdżki Harry’ego Pottera.

W swoim eseju Dyson zadaje jeszcze pytanie, jak wysokie rosłyby kometarne drzewa i zaraz sam sobie na nie odpowiada pisząc: nieskończenie wysokie. Nie będę już wrednie czepiał się słowa "nieskończenie", bo rozumiem, że autor użył go tu czysto symbolicznie. Ale nawet gdyby rzekł tylko "duże", uczyniłby naiwnie. Sama grawitacja, o której mówi w tym fragmencie Dyson, niewiele ma tu do rzeczy, bo koniec końców to nie ona wyznacza rozmiary roślin, lecz suma wszystkich pozostałych czynników fizycznych, chemicznych i biologicznych. Mimo że sekwoje i porosty poddawane są tej samej sile ciążenia, różnią się od siebie wielkością diametralnie! A to dlatego, że sekwoja ma praktycznie wszystko – światło, ciepło, wodę i zasobne podłoże – podczas gdy biedne porosty muszą uparcie walczyć o każdą kalorię, każdy mikrolitr wody i każdy miligram substancji odżywczych, chociaż żyją w tej samej cieplarni zwanej Ziemią. Kosmiczne drzewa nie miałyby nawet tego i, w moim przekonaniu, cała idea zazieleniania kosmosu szybko skończyłaby się fiaskiem. Biologia ma swoje prawa, których gwałcenie najczęściej kończy się zimnym prysznicem.

Ktokolwiek zdążył przeczytać moją powieść "Uśpione Archiwum" może w tym momencie nie wytrzymać i zakrzyknąć: Zaraz, no to co jest grane, panie i panowie? Gość sam najpierw opowiada o gigantycznym Drzewie zdolnym przetrwać w międzygwiezdnych pustkowiach, a teraz się wszystkiego wypiera? Nie, niczego się nie wypieram. Argumentuję jedynie, że czysto biologiczne podejście do kwestii kolonizacji Wszechświata ma małe szanse na sukces. I ktokolwiek...

Więc mówisz, człowieku, że to całe Drzewo to bzdura, z której nawet ty się śmiejesz?

Przepraszam, mogę dokończyć? Dziękuję. Ktokolwiek bierze wymyślone przeze mnie Drzewo (notabene nazwane tak głównie z przekory) za przerobioną genetycznie zwykłą roślinkę, opuścił zapewne kilka fragmentów powieści, gdyż ma ono tyle wspólnego z drzewem, co mitologiczne Yggdrasill z autentycznym jesionem. Idea pozostała, lecz środki do jej realizacji i efekt końcowy jedynie biologię imitują, podobnie jak cybernetyczny żółw albo elektroniczna stonoga imitują żywe stworzenie, absolutnie nim nie będąc.

Megastruktura z powieści została obdarzona przez swych twórców podstawowymi atrybutami życia – rośnie, samoorganizuje się, reaguje na bodźce, ma instynkt samozachowawczy i rozrodczy, ale obok tego posiada również możliwości, jakich oportunistyczna i idąca po linii najmniejszego oporu Natura nigdy by jej nie dała. Życie, mając do dyspozycji całe eony, kolonizuje Wszechświat bez pośpiechu i przy minimalnych kosztach, wykorzystując co najwyżej mikroskopijne zarodniki, pchane galaktycznym wiatrem. Nasz gatunek nie ma jednak aż tyle czasu i jeśli chce zasiedlić odległe światy, musi obejść ewolucyjne ograniczenia. Jak? Ano, weźmiemy z biologii tylko jej szkielet, czyli najbardziej uniwersalne algorytmy kierujące systemami ożywionymi i obudujemy go nieznaną dotąd w przyrodzie technologią w celowy i przemyślany sposób. Tak, by powstała zupełnie nowa jakość, od początku do końca skrojona na miarę naszych potrzeb oraz zamierzeń.

A szpinak możemy genetycznie ulepszać swoją drogą, bo zdrowej żywności nigdy za wiele.