Nie wszystkie zagadki, z jakimi zmaga się współczesna nauka, dotyczą problemów wielkich i fundamentalnych. Czasami są to zjawiska tak powszechne, że trudno znaleźć kogoś, kto ich nie doświadczył. Bywa też, że nie rozumiemy działania technologii, którymi z powodzeniem posługujemy się od dziesięcioleci, a nawet stuleci. Jednak racjonalne, rzetelne przebadanie fenomenu często pozwala nam uniknąć groźnych zjawisk, dokonać nowych odkryć lub poprawić wynalazki, które może i działają całkiem nieźle, ale zawsze mogłyby lepiej. Oto nasz przegląd problemów, z którymi do dziś zmagają się naukowcy z całego świata.
1. NEURONAUKA – Zjawisko déjà vu
Getty Images
Z badań wynika, że dwóm na trzech ludzi zdarzyło się co najmniej raz w życiu to dziwne uczucie – że to, co się właśnie wokół nas dzieje, już kiedyś przeżyliśmy. Oczywiście z punktu widzenia nauki nie możemy „pamiętać” przyszłości, ale wyjaśnienie zjawiska déjà vu wcale nie jest proste. Zwłaszcza gdy pojawia się ono przez cały czas!
Coś takiego przydarzyło się pewnemu 23-latkowi, którego przypadek kilka lat temu opisali lekarze z Wielkiej Brytanii, Francji i Kanady. Początkowo „napady” déjà vu trwały u niego po kilka minut, z czasem jednak stały się tak częste, że uniemożliwiały mu normalne życie. Przestał wówczas oglądać telewizję, słuchać radia i czytać prasę, bo wszystkie informacje wydawały mu się znajome.
– Nie mógł spokojnie pójść np. do fryzjera, bo gdy tylko wszedł do salonu, miał déjà vu. A potem miał déjà vu tego déjà vu. Skarżył się, że został uwięziony w jakiejś pętli czasowej – opowiadał dr Chris Moulin z Uniwersytetu Bourgogne, jeden z lekarzy opiekujących się pechowym pacjentem. Specjaliści doszli do wniosku, że ciągnące się przez lata epizody déjà vu miały związek z zaburzeniami lękowymi, na które cierpiał ów mężczyzna.
Naukowcy długo sądzili, że to ulotne i trudne do zbadania zjawisko jest błędem, jaki popełnia nasz mózg, gdy usiłuje sobie coś przypomnieć. Powstajeono najprawdopodobniej w obrębie przyśrodkowej
części płata skroniowego mózgu, gdzie znajdują się struktury odpowiedzialne za pamięć. Hipokamp przechowuje dość szczegółowy zapis naszych wspomnień, zwłaszcza tych autobiograficznych. Natomiast za odczucie, że coś wygląda znajomo, odpowiada znajdująca się w pobliżu kora okołowęchowa. Jeśli wyśle ona do świadomości (czyli do kory przedczołowej) sygnał „coś mi to przypomina”, ale hipokamp nie dołoży do tego informacji „to było rok temu w Krakowie”, uzyskujemy dziwaczne wrażenie, że znamy coś, czego znać nie powinniśmy.
Niedawno jednak pojawił się nowy trop. Zespół dr. Akiry O’Connora z Uniwersytetu St Andrews badał za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego mózgi osób doświadczających déjà vu w laboratorium. Okazało się wówczas, że w grę wchodzi aktywność zupełnie innych części mózgu niż wcześniej sądzono – przede wszystkim kory przedczołowej, która odpowiada za podejmowanie decyzji. – Możliwe, że déjà vu pojawia się jako efekt uboczny wtedy, gdy mózg sprawdza, czy dobrze coś zapamiętał. A to by znaczyło, że jest sygnałem naszej dobrej kondycji mentalnej – zastanawia się dr O’Connor.
To pasowałoby do wcześniejszych obserwacji, z których wynika, że déjà vu częściej trafia się ludziom młodym, a z wiekiem, gdy pamięć słabnie, zdarza się coraz rzadziej. Z drugiej strony wiadomo, że zjawisko to nasila się w niektórych przypadkach demencji.
– Potrzebujemy dalszych badań – kwituje dr O’Connor.
2. PSYCHOLOGIA – Efekt placebo
Getty Images
Czy „nic” może leczyć? Na tym polegać ma słynny efekt placebo. Na pacjenta działa sam akt połknięcia pigułki – niezależnie od tego, co się w niej znajduje. Badania dowiodły, że w efekcie dochodzi do zmian w pracy mózgu, a to może przekładać się także na funkcjonowanie innych narządów. W efekcie pigułka zawierająca substancję obojętną – np. cukier – przynosi ulgę przy dolegliwościach takich jak ból, depresja, lęki, zespół jelita drażliwego, nudności i uzależnienia.
Jednak spór o skuteczność placebo trwa do dziś. Część uczonych uważa, że pozorowana terapia mobilizuje organizm do walki z chorobą i uruchamia naturalne mechanizmy obronne. „Operacje placebo dostarczają oczywistych i intrygujących dowodów na istnienie efektu placebo. Dogłębnie zbadano jego skuteczność jako środka przeciwbólowego, przeciwwymiotnego i uspokajającego” – pisze dr Henry Newman w książce „Cień Hipokratesa”, podając przykłady schorzeń takich jak choroba wieńcowa, zwyrodnienie stawu kolanowego czy choroba Parkinsona. Z drugiej strony mamy szczegółowe analizy opublikowane przez dwóch duńskich lekarzy – Asbjørna Hróbjartssona i Petera C. Gøtzsche – którzy doszli do wniosku, że placebo nie ma żadnego znaczenia z medycznego punktu widzenia.
Na dodatek każdy z nas może inaczej zareagować na placebo. Przeprowadzono wiele eksperymentów mających wykazać, które cechy osobowości mają na to wpływ. Okazało się, że podatność na „leczenie niczym” nie zależy od neurotyzmu, autorytarności, religijności, samooceny czy poziomu optymizmu. Nie wiadomo, czy jakikolwiek wpływ na to zjawisko ma podatność na sugestie. Naukowcy doszli do wniosku, że to, co nazywamy efektem placebo, tak naprawdę składa się z kilku różnych mechanizmów. Niektóre z nich są tak skomplikowane, że wciąż czekają na wyjaśnienie.
3. MECHANIKA – Jazda na rowerze
Getty Images
Wynalazek ten ma już 200 lat, a posługiwanie się nim może opanować kilkuletnie dziecko. Tym bardziej zaskakujący jest fakt, że uczeni wciąż nie wiedzą, dlaczego rower jeździ – a dokładniej, dlaczego robi to tak stabilnie, że nie wywraca się nawet wtedy, gdy jedzie bez rowerzysty.
Przez długi czas myślano, że odpowiada za to tzw. efekt żyroskopowy, polegający na tym, że wirujące bryły (np. koło roweru) utrzymują swoją orientację w przestrzeni. Eksperymenty wykazały jednak, że efekt ten – choć w rowerze występuje – jest zbyt słaby, by stabilizować pojazd. Potem uczeni doszli do wniosku, że kluczowa jest konstrukcja układu kierowniczego. Przedłużenie osi skrętu kierownicy przecina podłoże kilka centymetrów przed punktem styku koła z drogą. Gdy rower i rowerzysta zaczynają się przechylać w jedną stronę, koło automatycznie skręca w tę samą stronę. Rower zaczyna zataczać łuk, a wtedy pojawia się siła odśrodkowa, która rower prostuje. Ale i ten efekt okazał się niewystarczający do wyjaśnienia rowerowego fenomenu. Rower i rowerzysta to wbrew pozorom dość skomplikowany układ. Jesteśmy jeszcze daleko od jego pełnego zrozumienia. – Modele oparte na fizyce i matematyce są niezbędne, by mogły powstać nowe, lepsze rowery.
Przemysł rowerowy działa dziś głównie metodą prób i błędów, dlatego od dawna nie widać w nim żadnych znaczących innowacji – uważa dr Jim Papadopoulos, inżynier i wielki miłośnik rowerów. Wraz z kolegami z Holandii pracuje nad powołaniem centrum badań naukowych nad tymi pojazdami. Być może dzięki niemu jazda na rowerze doczeka się w końcu solidnych, naukowych podstaw.
4. KOSMOS – Katastrofa tunguska
Getty Images
Rankiem 30 czerwca 1908 r. nad środkową Syberią niedaleko jeziora Bajkał pojawiło się ogniste błękitnobiałe „cygaro”. Gdy uderzyło w ziemię, rozpętało się piekło. Naoczni świadkowie mówili o gorącym huraganie, ogłuszającym huku (słyszanym nawet w odległości 4,5 tys. km), wstrząsach ziemi (sięgających 5 stopni w opracowanej wiele lat później skali Richtera). Ekspedycja, która dotarła tam 19 lat później, zobaczyła ogromny obszar – jak się potem okazało, łącznie 2,2 tys. kilometrów kwadratowych – usłany 80 mln powalonych drzew. W jego centrum była tylko wypalona ziemia. Ani śladu krateru.
Początkowo uczeni uznali, że katastrofę tunguską wywołało uderzenie asteroidy, ale gdzie się podziały jej szczątki? Potem doszli do wniosku, że kosmiczny obiekt wybuchł kilka kilometrów nad powierzchnią ziemi, a fala uderzeniowa zmiotła wszystko w promieniu 26 km. Oszacowano, że eksplozja była tysiąckrotnie silniejsza od tej, która zniszczyła Hiroszimę.
Przez dziesięciolecia trwały dyskusje co do natury obiektu odpowiedzialnego za ten wybuch. Czy była to asteroida czy może jednak kometa? Pojawiały się nawet przypuszczenia, że eksplozję wywołał statek kosmitów albo test tajnej amerykańskiej broni.
Sytuacja zmieniła się w 2013 r., gdy nad rosyjskim Czelabińskiem eksplodował meteor mający „zaledwie” 17 metrów średnicy. Siła wybuchu była porównywalna z 30 bombami z Hiroszimy. Fala uderzeniowa uszkodziła 7,5 tys. budynków, rany odniosło ponad 1,2 tys. osób. Analiza tej katastrofy pozwoliła naukowcom wysnuć wniosek, że w 1908 r. musiało dojść do podobnego zdarzenia. W atmosferę Ziemi wszedł kamienny obiekt wielkości kilkudziesięciu metrów, rozgrzał się od tarcia o powietrze i eksplodował nad pustkowiem. Niedawno doszło do podobnej eksplozji nad Morzem Beringa, a winę za to ponosił 10-metrowy meteoryt. Zdarzenie odkryto dopiero po kilku miesiącach dzięki analizie danych z aparatury monitorującej dźwięki o niskiej częstotliwości, które pojawiają się podczas takich wybuchów. – Potrzebujemy dalszych badań nad tym fenomenem, ponieważ stwarza on realne zagrożenie. Tak małych obiektów kosmicznych nie umiemy jeszcze wykrywać odpowiednio wcześnie – ostrzega prof. Alan Fitzsimmons, astronom z Queen’s University Belfast.
5. BIOLOGIA – Nieśmiertelna meduza
Getty Images
Prawa fizyki są nieubłagane – entropia musi rosnąć, więc jeśli czegoś intensywnie używamy, to się szybko zużyje. Organizmy żywe nie są wyjątkiem. Z biegiem dni, godzin i lat w ich komórkach pojawiają się błędy, tkanki i układy zaczynają funkcjonować wadliwie, aż nadchodzi nieuchronna śmierć. Istnieje jednak kilka gatunków zwierząt, którym udaje się cofnąć biologiczny zegar i odmłodnieć. Zaliczane są do tzw. parzydełkowców, a najbardziej znana z nich jest niewielka meduza Turritopsis dohrnii (dawniej zwana Turritopsis nutricula).
Niezwykłe właściwości tego morskiego stworzenia odkrył w 1988 r. student biologii Christian Sommer. Turritopsis swe życie zaczyna jako swobodnie pływająca larwa, która po jakimś czasie osiada na dnie, tworząc polipa. Polip rozrasta się i dzieli, wskutek czego powstają pływające meduzy. Te z kolei rozmnażają się płciowo, dając początek nowym larwom. Turritopsis jest o tyle niezwykła, że potrafi przejść tę drogę wstecz – z dorosłej postaci przekształca się z powrotem w polipa.
Odmłodzeniu ulegają przy tym także jej komórki! Naukowcy porównują to do motyla, który znów stał się gąsienicą albo kury, która cofnęła się w rozwoju do stadium jaja. Teoretycznie ten proces mógłby się powtarzać w nieskończoność. W praktyce jednak meduzy prędzej czy później padają ofiarą chorób i drapieżników. A także naukowców, którzy liczą na to, że badając nieśmiertelny gatunek dowiedzą się, jak można wydłużyć ludzkie życie. Na razie wiemy tyle, że Turritopsis ma się całkiem dobrze. Początkowo występowała tylko w Pacyfiku, dziś można ją spotkać w ciepłych wodach wszystkich oceanów. W rozprzestrzenianiu się pomagają jej zmiany klimatu i statki, którymi podróżuje na gapę – w wypełnionych wodą zbiornikach balastowych.
6. METEOROLOGIA – Piorun kulisty
Getty Images
To zjawisko tyleż rzadkie, co niesamowite. Pojawiające się podczas burzy ogniste kule mające z reguły kilka-kilkadziesiąt centymetrów średnicy podobno potrafią stopić szybę w oknie, przelecieć na wylot przez budynek, a nawet skakać we wnętrzu samolotu niczym piłka. I choć opowieści o piorunach kulistych pojawiają się w kulturze od ponad dwóch tysiącleci, wciąż nie wiadomo, czym tak naprawdę są. – Mamy wiele teorii, ale żadna z nich nie została w pełni zaakceptowana – mówi prof. Martin Uman, światowej sławy specjalista od błyskawic z Uniwersytetu Florydy.
Problem pojawia się już przy nazwie „piorun”, która sugeruje, że mamy do czynienia z wyładowaniem elektrycznym. Jednak typowe błyskawice trwają ułamek sekundy i mają charakterystyczny kształt. Natomiast kula światła, unosząca się w powietrzu przez kilkadziesiąt sekund i wydająca syczące lub brzęczące dźwięki, musi być czymś innym. Czym? Niektórzy twierdzą, że złudzeniem optycznym wywołanym przez oddziaływanie silnych fal elektromagnetycznych na mózg podczas intensywnej burzy. Część uczonych uważa, że takie halucynacje to jeden z objawów epilepsji.
Jednak w 2012 r. chińskim badaczom udało się zobaczyć prawdziwy piorun kulisty podczas burzy w Tybecie. Na nagranym przez nich filmie widać pięciometrową świetlistą kulę unoszącą się przez niecałe dwie sekundy w powietrzu. Analizy emitowanego przez nią światła wykazały, że zawierała m.in. atomy krzemu, wapnia i żelaza. Zdaniem uczonych to dowód na to, że piorun kulisty powstaje po uderzeniu klasycznej błyskawicy w ziemię. Może wówczas powstać rozgrzany atomów wchodzących w skład gleby, które utleniają się i przy tym świecą.
Nie brak jednak i innych koncepcji. Większość z nich zakłada, że piorun kulisty jest zbudowany z plazmy – bardzo silnie rozgrzanych atomów, od których oderwane zostały elektrony. Ale są i tacy, którzy utrzymują, że to niezwykłe zjawisko wywołują przelatujące przez ziemską atmosferę niewielkie czarne dziury.
7. MEDYCYNA – Znieczulenie ogólne
Getty Images
Cierpienia, jakie musieli znosić kiedyś pacjenci chirurgów, są dziś dla nas niewyobrażalne. Przez wiele dziesięcioleci godzili się na odbierający rozum ból, by zyskać szansę na wyleczenie. Nic dziwnego, że pierwsze środki znieczulające – takie jak eter czy chloroform – zostały przyjęte z entuzjazmem, nawet mimo ich rozlicznych wad (pierwszy łatwo wybuchał, drugi często wywoływał śmiercionośne przedawkowanie).
Gdy pojawiły się bezpieczniejsze metody, trafiły na sale operacyjne bez dogłębnego przebadania. Ten stan utrzymuje się do dziś, a lekarze żartują, że anestezjologia bywa bardziej sztuką niż nauką. – Wiele rzeczy trzeba robić na wyczucie. Dość powiedzieć, że wciąż nie mamy dobrej metody oceny, jak głęboko znieczulony jest pacjent – komentuje indyjski kardiolog dr A.N. Prabhu Deva. Nawet tak popularne leki do znieczulenia ogólnego jak propofol są wciąż przedmiotem badań, a ich działanie nie jest do końca jasne. I nic dziwnego, ponieważ podstawową zasadą działania takich substancji jest wyłączenie świadomości – a wciąż nie wiadomo, czym ona tak naprawdę jest.
Jeszcze kilkadziesiąt lat temu podanie znieczulenia ogólnego doprowadzało do śmierci jednego na 1,5 tys. pacjentów. Dziś ten wskaźnik wynosi jeden do dwustu tysięcy. Mimo tak wielkiego postępu wielu ludzi cierpi na różne zaburzenia po wybudzeniu z narkozy: od trwającego dość krótko splątania i dezorientacji po utrzymujące się długo problemy z pamięcią i koncentracją. – Takie zaburzenia pojawiają się częściej u osób starszych, a to one w przyszłości będą największą grupą pacjentów poddawanych operacjom – wyjaśnia niemiecki anestezjolog dr André Gottschalk. Dlatego
lepsze poznanie mechanizmów działania znieczulenia może ocalić zdrowie i życie wielu z nas.
8. FIZYKA – Zamarzanie ciepłej wody
Getty Images
Erasto Mpemba z Tanzanii miał 13 lat, gdy w latach 60. XX wieku zaobserwował coś dziwnego: mieszanina, z której miały powstać lody, zamarzała szybciej, jeśli przed włożeniem do zamrażarki była gorąca, a nie zimna. Zaintrygowany zapytał nauczyciela o to zjawisko. I choć podobne spostrzeżenia pojawiały się już w starożytności, to młody badacz dostąpił rzadkiego zaszczytu – zjawisko na jego cześć nazwano efektem Mpemby.
Pojawiło się wiele hipotez wyjaśniających dziwne zachowanie zamarzającej wody. Uczeni sądzili, że gorąca ciecz krąży w naczyniu w taki sposób, że zostaje równomierniej schłodzona; podejrzewali, że rolę odgrywa proces parowania i zamarzania jej powierzchni; odwoływali się do skomplikowanej natury tzw. wiązań wodorowych, powstających między cząsteczkami H2O. W 2012 r. Królewskie Towarzystwo Chemiczne z Wielkiej Brytanii ogłosiło konkurs na rozwiązanie zagadki, na który nadesłano ponad 22 tys. zgłoszeń. Jury, w którym zasiadał sam Erasto Mpemba, uznało, że zwycięzcą jest chorwacki chemik Nikola Bregović stawiający na wspomniane wcześniej krążenie cieczy. Jednak spekulacje trwają do dziś i wciąż pojawiają się nowe prace naukowe poświęcone efektowi Mpemby.
9. FIZJOLOGIA – Odruch ziewania
Getty Images
Kojarzy nam się z nudą i sennością, ale to tylko złudzenie. Ziewają także sportowcy przed udziałem w zawodach i dzieci w łonie matki. W świecie zwierząt ziewanie bywa związane z agresją, ale ma też wymiar towarzyski, ponieważ – tak jak zresztą u ludzi – bywa zaraźliwe. Skąd wziął się więc ten odruch? Początkowo uczeni sądzili, że szerokie otwieranie ust podczas ziewania ma na celu dostarczenie większej porcji tlenu do płuc lub wtłoczenie większej ilości krwi do mózgu. Badania szybko jednak wykazały, że do tego nie dochodzi. Osoby niedotlenione mogą czuć się zmęczone
lub senne, ale wcale nie ziewają częściej.
Pojawiła się więc hipoteza, że ziewnięcie pojawia się wtedy, gdy przygotowujemy się do zmiany aktywności: przechodzimy ze stanu gotowości w stan relaksu lub odwrotnie. Co ciekawe, ziewanie ma też wyraźny kontekst społeczny. Mężczyźni ziewają częściej niż kobiety, a osoby empatyczne – częściej niż te, które nie umieją wczuć się w czyjąś sytuację. Jaki stąd wniosek? Kathrin Passig i Aleks Scholz, autorzy książki „Leksykon niewiedzy”, ujęli to w ten sposób: „Ziewanie wygląda na broń wszechstronną, wymyśloną przez ewolucję, by do naszego już i tak przedziwnego istnienia dodać jeszcze jeden osobliwy składnik”.
10. MEDYCYNA – Śmierć kliniczna
Getty Images
W czasopiśmie „British Journal of Psychiatry” ukazał się niegdyś przegląd wizji życia wiecznego, których doświadczyły osoby wywodzące się z różnych kultur znajdujące się na skraju śmierci. Ten stan związany z ustaniem dopływu krwi do mózgu zwany jest śmiercią kliniczną lub near-death experience (NDE). Północnoamerykańscy Indianie mówili o wężach, mokasynach, łukach i strzałach. Chrześcijanie widzieli Jezusa, mieszkańcy Indii zaś Jamę (hinduskiego boga śmierci).
Czy naprawdę osoby doświadczające NDE przenoszą się do innej rzeczywistości? Zwolennicy istnienia „życia po życiu” argumentują tak: w stanie śmierci klinicznej mózg nie działa, nie może więc w nim zachodzić myślenie, tworzenie wspomnień itd. Tymczasem pacjenci twierdzą, że podczas NDE myśleli jaśniej niż kiedykolwiek, widzieli swoje życie, spotykali zmarłych krewnych.
– Nie ma czegoś takiego jak śmierć kliniczna. Mózg pozbawiony dopływu krwi nie umiera od razu, a na dodatek działa na tyle długo, by mogły zajść w nim procesy prowadzące do NDE – zaprzecza temu twierdzeniu prof. Kevin Nelson, neurolog z Uniwersytetu Kentucky w Lexington.
– Utrata przytomności następuje w ciągu kilkunastu sekund od odcięcia dopływu krwi do mózgu. Niektóre części mózgu są bardziej odporne na niedotlenienie i wyłączają się później niż te związane ze świadomością – dodaje prof. Nelson. Jednym z takich obszarów jest pień mózgu, zawierający m.in. neurony, dzięki którym przechodzimy w fazę snu zwaną REM. Zdaniem prof. Nelsona większość doznań podczas NDE bierze się właśnie z aktywowania tego modułu. Człowiek znajduje się wówczas w stanie między snem a jawą – jest świadomy, a zarazem nie może się poruszyć; zapamiętuje wyraźnie rzeczy, które są tylko sennymi halucynacjami; czuje, że opuszcza swe ciało.
Takie wytłumaczenie nie trafia jednak do osób przekonanych, że obok nas istnieje inny mistyczny wymiar. Tym bardziej że trafiają się wciąż przypadki, które trudno wyjaśnić. Pewien 57-latek z Southampton przeżył zatrzymanie krążenia na sali operacyjnej. Mimo to zapamiętał szczegóły dotyczące co najmniej trzech minut pracy zespołu ratującego jego życie. W jaki sposób? Do dziś nie wiadomo.