Badania zmierzające do rozwiązania zagadki życia są po prostu fascynujące, 
a ich horyzont wydaje się niezmierzony.

Rozmowa z prof. dr. hab. Józefem Kaźmierczakiem
z Instytutu Paleobiologii im. Romana Kozłowskiego PAN

Pośród laureatów konkursu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej „Subsydia dla uczonych” jest Pan przedstawicielem dziedziny, zdawałoby się, dość odległej od centralnej problematyki współczesnej biologii.
– Byłem nawet zdziwiony propozycją zgłoszenia się. Namówili mnie moi młodsi koledzy, których pracę będę mógł wesprzeć otrzymawszy subsydium, co mnie bardzo cieszy. Z wykształcenia jestem geologiem, a całe życie naukowe poświęciłem szeroko rozumianej paleontologii. Pole, na którym pracuję jest bardzo rozległe. Od ładnych kilku lat staram się wypromować w Polsce młodą dyscyplinę – biogeologię (jeden z zakładów mojego instytutu ma ją już w nazwie, czemu się przysłużyłem). Przypomnę, że na początku mijającego stulecia rodziła się, poprzez kontakty chemii z biologią biochemia, w latach 60. biofizyka, a niedawno kontakty biologii z naukami o Ziemi zrodziły biogeologię, która jest jeszcze w powijakach, a zajmuje się związkami żywych organizmów z martwą materią naszej planety, tj. biosferą, ale także atmosferą i hydrosferą – w czasie oraz przestrzeni.

– Pole ogromne, a i czas niewyobrażalnie długi, bo to badanie wszechświata.
– O tak. W ostatnich latach, na gruncie biogeologii – jeszcze nie rozwiniętej – powstała astrobiologia. Jeden, dosłownie, kamyczek z Marsa, z niewyraźnymi śladami sugerującymi, że to być może pozostałość form żywych, wywołał eksplozję tego, co się tliło od wczesnych lat 60., kiedy otwarła się zupełnie nowa karta w naukach o Ziemi i w naukach o życiu.

– Co jest zapisane na tej karcie?
– Przełomowe daty w rozwoju ziemskiego życia. Przede wszystkim data graniczna, przypadająca mniej więcej 540-565 mln lat temu, poza którą, cofając się przez 3 mld lat, nie znajdowano, aż do lat 60. XX wieku, prawie żadnych śladów życia. Wiadomo było, że Ziemia istniała, wiadomo było, jakie panowały na niej warunki, a życie stanowiło dręczącą tajemnicę. I oto zaczęto znajdować skamieniałości mikroorganizmów. Nastąpiła erupcja paleobiologii prekambru – tajemniczy czas poprzedzał okres kambryjski, z którego znamy szereg form życia, również wielokomórkowych. Prekambryjskie mikroorganizmy trzeba jakoś powiązać z historią Ziemi, na której już istniały ocean, atmosfera, zalążki kontynentów, a więc warunki takie, jak w kambrze, natomiast życie bardzo długo nie rozwijało się ponad poziom mikrobialny. Główne pytanie brzmi: Dlaczego akurat po 3 mld lat zastoju pojawiły się, niemal eksplozywnie, wszystkie podstawowe grupy organizmów? Jest to bardzo dramatyczne pytanie.

– Od tego momentu, jak rozumiem, w rozwoju życia nie ma większych luk, a toczy się ono wedle poznanej przez uczonych logiki?
– Tak jest. Pojawienie się rozmaitych organizmów – owadów, gadów, płazów, ssaków – to są „wariacje na temat”. Dziwimy się np. ogromnym dinozaurom, których dzisiaj nie ma, zdumiewamy się różnorodnością organizmów, ale wszystkie one – genetyka molekularna to potwierdza – urzeczywistniają podstawowy wspólny plan rozwoju, za którego początek trzeba uznać ów skok, owo przejście od życia jednokomórkowego do makroskopowego. Dostrzeżenie tego skoku wywołało szybki rozwój biogeologii.

– Gdzie?
– Zaczęło się od kilku małych konferencji w Stanach Zjednoczonych po pierwszych odkryciach mikroorganizmów prekambryjskich. Spotykali się ludzie związani z początkującymi wówczas programami kosmicznymi, a zapraszali geologów, biologów, fizyków, astrofizyków, chemików, kosmologów – najwybitniejszych w tamtym czasie, ponieważ doszli do przekonania, że żadna z nauk sama nie odpowie na pytanie o początki życia na Ziemi. Za ojca biogeologii uważa się Prestona. Stworzono roboczy model wczesnej Ziemi, żeby badać okoliczności towarzyszące powstaniu życia i zahamowaniu potem, na długi czas, jego rozwoju. Pamiętam, jak z czerwonymi uszami – byłem studentem albo świeżym magistrem – czytałem publikacje na ten temat. Przez cały wiek XIX i sporą część XX trwało opisywanie skamieniałości – opisano ich miliony. Teraz mamy pytanie zarazem o początki życia i o to, co działo się wówczas z naszą planetą. A do tego planetę widzimy na tle Układu Słonecznego, w kontekście kosmicznym.

– Czy już wtedy myślał Pan o uprawianiu biogeologii?
– Myślałem, czytając te publikacje, ale nie sądzę, żeby mi się tak szybko udało, gdybym nie wyjechał na stypendium Humboldta do Niemiec. Spotkałem tam Egona Degensa, który przez wiele lat pracował w dwóch znakomitych ośrodkach amerykańskich, gdzie uzyskał profesurę. On pokazał mi, że w biogeologii jest mnóstwo fascynujących zagadek, nad których rozwiązaniem warto się trudzić. Chcąc w ogóle przybliżyć się do zagadki głównej, tego wielkiego skoku w ewolucji życia, trzeba najpierw dowiedzieć się, w jakim środowisku wczesne, mikrobialne życie zaistniało. Jaka była woda oceaniczna 3 mld lat temu? Czy ówczesna atmosfera miała tyle samo tlenu, azotu, co dzisiaj? Są to pytania dotyczące nie tylko Ziemi, a szukanie odpowiedzi dało możliwość zaproponowania pewnych programów kosmicznych, skonstruowania lądowników, sond itd.

– Historia życia jest, jak Pan powiedział, częścią historii planety. Kto więcej o niej wie, jeśli tak wolno zapytać, biologia czy nauki o Ziemi?
– W jej poznawaniu mają udział także chemia i fizyka. Myślę, że to jest tak: astronomia i astrofizyka dostarczają podstawowych informacji o powstaniu materii i proponują model czy modele wszechświata. Potem wkracza geofizyka, która mówi nam, w jaki sposób ukształtowała się litosfera, jak w ogóle zbudowana jest Ziemia. Mamy też fizykę oceanu, fizykę atmosfery. Dopiero na tę bazę można „nałożyć” wiedzę o żywej otoczce, o biosferze.

– Rozumiem, że proces poznania postępuje zgodnie z logiką ewolucji?
– Tak, ale od momentu, kiedy pojawiło się życie, zdumiewa nas coś rzeczywiście cudownego: oto cieniuteńka warstewka wody utrzymuje się na powierzchni planety, której wnętrze jest bardzo gorące. Trwa to już prawie 4,5 mld lat, a życie podtrzymywane przez tę wodę istnieje 3,5 mld lat, a może dłużej, i tak wspaniale, od pewnego momentu, się rozwija. Istnieje nieprzerwanie i jest oparte na jednym kodzie genetycznym zapisanym w DNA – wspólnym dla najmniejszej bakterii i dla człowieka.

– Czy ten kod może się okazać bardziej uniwersalny, tj. nie tylko ziemski?
– Doniesienie z sierpnia 1996 r. – kiedy uczeni z NASA ogłosili wyniki badań meteorytu marsjańskiego, wskazujące na możliwość istnienia poza Ziemią życia opartego prawdopodobnie na tym samym kodzie genetycznym – pozwala na odpowiedź pozytywną. W meteorycie marsjańskim znaleziono ślady związków organicznych, jakie znamy ze skamieniałości ziemskich. Wrócę tu do owego tajemniczego okresu prekambru, gdyż zdarzenie z 1996 r. zmieniło całkiem nasze widzenie tego okresu. Pokazało analogię między warunkami, jakie zapewne panowały na Marsie, kiedy powstały utrwalone w meteorycie formy życia, a warunkami istniejącymi na Ziemi w prekambrze. Mars w dalszej swej historii utracił hydrosferę i życie dalej się nie rozwinęło, a na Ziemi było inaczej. Stwierdzenie tej analogii spowodowało ogromne przyspieszenie prac związanych z programem poszukiwania życia poza Ziemią, którym steruje NASA przy wsparciu rządu amerykańskiego, a zapraszani są doń specjaliści z całego świata.

– FNP włączyła się do tego programu przyznając Panu subsydium, potwierdzając swą wrażliwość na to, co istotne w nauce. Wrócę jeszcze do relacji biologii i geologii, pytając, która z tych dziedzin więcej zyskuje we wzajemnych kontaktach?
– A ja znów odpowiem, że trudno to zmierzyć. Może więcej zagadek kryje się w najdawniejszej historii życia, ale kto wie, czy ich rozwiązywanie nie odsłoni jakichś nieznanych kart z dziejów formowania się planety. Mój temat to rola mikroorganizmów w ewolucji biosfery i procesie litogenezy, czyli powstawania skał.

– Jakimi narzędziami trzeba to badać?
– Bardzo wyrafinowanymi metodami z różnych dziedzin: biologii, biochemii, geochemii, fizyki, chemii...

– Jak zdołał Pan zgromadzić tak różnorodny ich zestaw?
– Potrafię, naturalnie, posługiwać się tylko niektórymi z tych licznych narzędzi, a nauczyłem się współpracując z geochemikami, głównie niemieckimi. Wspomniany już Egon Degens zaprosił mnie kiedyś do udziału w ekspedycji mającej na celu próbę rekonstrukcji podstawowych parametrów chemicznych wczesnego oceanu Ziemi, w którym, jak mówiłem, wszystko, co żywe, ma początek. Prof. Degens (przedwcześnie zmarły) jest autorem oryginalnego modelu ewolucji protooceanu i trzeba było model zweryfikować empirycznie.

– Gdzie można to robić dzisiaj?
– W jeziorach wulkanicznych, tzw. kraterowych. Dużo ich jest w Indonezji i tam właśnie byłem z ekspedycją. Później badaliśmy także wspaniałe tureckie jezioro Wan, a dwa lata temu jeziora na jednej z wysp archipelagu Tonga w Polinezji. Woda opadowa napełniająca kratery reaguje bezpośrednio ze stosunkowo świeżym, wedle miar geologii, materiałem wulkanicznym, bardzo podobnym do tego, jaki pokrywał Ziemię, kiedy pojawiła się na niej pierwsza woda pochodząca albo z kosmosu, albo z parowania płaszcza Ziemi, czyli gorącej wierzchniej warstwy. W jeziorach sprawdzaliśmy opracowany przez Degensa model takich reakcji i okazało się, że roztwór wody oraz wulkanicznych glinokrzemianów sprzyja życiu pojedynczych komórek, natomiast powstawaniu bardziej złożonych układów komórkowych nie sprzyja. Znaleźliśmy więc trop wiodący do wyjaśnienia zagadki „zastoju” życia w okresie prekambru.

– Powiedział Pan o wielkiej mnogości narzędzi potrzebnych do prowadzenia badań w biogeologii. Czy na tak szerokim polu poszukiwań, na pograniczu tak wielu dyscyplin, możliwe są w ogóle badania indywidualne?
– Indywidualnie można badać jakiś „kawałek” czy „kawałeczek” tego pola. Trzeba koniecznie mieć kontakty interdyscyplinarne i to nie tylko korespondencyjne czy poprzez lekturę prac naukowych. Trzeba koniecznie wyjść poza wąską specjalizację. Bardzo przy tym ważna jest równowaga – na poziomie całych dziedzin, które spotykają się ze sobą. W rozwoju biogeologii, o której rozmawiamy, niezbędna jest dokumentacja, owo opisywanie tysięcy skamieniałości, które jednak byłoby jałowym trudem, gdybyśmy się nie kusili o syntezę i nie próbowali odpowiedzieć na generalne pytanie. Wiele zależy od predyspozycji człowieka i od okoliczności, w jakich startuje. Po studiach trafiamy do jakiegoś mistrza, który proponuje czy sugeruje temat i to czasami przesądza o całej dalszej drodze.

– Jakich Pan miał pierwszych mistrzów?
– Miałem to szczęście, że moi mistrzowie – prof. Roman Kozłowski, wielka postać paleontologii, i prof. Zofia Kielan-Jaworowska, kierująca instytutem, kiedy ja tam przyszedłem – okazywali zrozumienie dla moich interdyscyplinarnych zainteresowań, choć niekoniecznie je podzielali. Rok po magisterium brałem udział w wyprawie na pustynię Gobi i po jej zakończeniu pani profesor zaproponowała mi opracowanie szkieletu największego dinozaura, co było wyróżnieniem. Pamiętam oburzenie i chyba przykrość, z jakimi przyjęła moją zdecydowaną odmowę, ale później nasza współpraca układała się bardzo dobrze.

– Czy może Pan wskazać źródła swoich zainteresowań, które, jak rozumiem, nie miały w Polsce tradycji?
– Studiowałem geologię, gdzie sporo miejsca zajmowała geologia dynamiczna i już pod koniec studiów byłem wprowadzony w zagadnienia rozwoju Ziemi, w których badanie skamieniałości odgrywa ważną rolę. Przyszedłszy do Instytutu Paleobiologii PAN szukałem jakiegoś wspólnego obszaru wiedzy o Ziemi i życiu. Znalazłem, dzięki postawie moich mistrzów i dzięki wczesnym kontaktom zagranicznym. Każdemu, kto rozpoczyna pracę naukową, chciałbym przypomnieć, że przyrodoznawstwo nie może być „nauką polską”. W Polsce się je uprawia, ale odnosi do tego, co robią najlepsi w tej dziedzinie w różnych miejscach na świecie.

– Na koniec zapytam o plany i o przeznaczenie subsydium.
– Subsydium daje, jak powiadam, „wspaniały trzyletni luz” mnie i moim młodym, zapalonym współpracownikom, z których dwoje będę mógł wesprzeć finansowo, żeby się całkowicie poświęcili badaniom. Chcę też podkreślić, że uważam subsydium za bardzo cenne wyróżnienie, coś innego niż rutynowe granty, jakie otrzymuję. Dano mi pieniądze z dużą dozą zaufania, bez specjalnych warunków, nie oczekując szczegółowego rozliczenia. Sprawą honorową staje się w tej sytuacji zużytkowanie owych pieniędzy jak najlepiej.

– Jakie projekty badawcze są na pierwszym planie?
– Pierwszy to moje „trzy grosze” w sprawie śladów życia znalezionych w meteorycie marsjańskim. Mamy materiały pochodzące z jeziora Wan, które zechcemy bardzo precyzyjnie porównać z owymi śladami, licząc, że to przyniesie ciekawe wyniki. Drugi projekt to, najogólniej mówiąc, imitowanie w laboratorium warunków, jakie istniały na bardzo wczesnej Ziemi z użyciem pewnych mat bakteryjnych wytwarzających osady bardzo podobne do znanych jako najstarsze. Są to badania czasochłonne, kosztowne. Projekt realizują głównie Duńczycy i Niemcy. Dzięki subsydium będę mógł przystąpić doń nie tylko z głową, ale zrobić pewne rzeczy nie wyciągając ręki po pieniądze. Muszę tu zresztą powiedzieć, że w moim instytucie, a także w sąsiadującym z nami Instytucie Nauk Geologicznych PAN mamy wreszcie wyposażenie na europejskim poziomie, co pozwala być partnerem zachodnich kolegów.

– Czy uważa Pan, że wszystkie te badania przyniosą odpowiedź na pytanie, skąd wzięło się życie?
– Uczeni mają taką nadzieję, inaczej nie wysilaliby się. Najogólniej mówiąc, mamy obecnie dwie hipotezy. Jedna powiada, że życie powstało na Ziemi niejako samorzutnie, kiedy pojawiła się woda. Genetycy, pracujący nad stworzeniem życia w probówce, starają się ją potwierdzić. Druga zakłada, że życie pochodzi z kosmosu, że gdzieś we wszechświecie istnieje „centrum” form protożycia, które, wysyłane stamtąd, rozwijają się w zależności od warunków, jakie napotykają. Ja sam nie opowiadam się za żadną z tych hipotez ani też żadnej nie odrzucam. Badania zmierzające do rozwiązania zagadki życia są po prostu fascynujące, a ich horyzont wydaje się niezmierzony.

Rozmawiała 
Magdalena Bajer

Uwagi.