Wyobramy sobie przez chwil, e jestemy w Grecji, na pocztku IV wieku przed narodzeniem Chrystusa. W Atenach, w Akademii trwaj dyskusje nad wysunitym w Abderze przez Demokryta postulatem niecigoci materii.
Opar on w postulat na prostej obserwacji, e np. listewk da si podzieli noem na dwie krtsze, te te na krtsze i tak dalej, ale tylko do pewnej granicy. W kocowym etapie kawaeczki listewki s tak mae, e ju nie daj si podzieli. Std w znamienity filozof wysnu wniosek, i materia, oglnie rzecz biorc, zbudowana jest z niepodzielnych caostek o minimalnym (ale realnym) wymiarze, nazwanych przez niego atomami (niepodzielnymi). Atomy rnych obiektw nie s identyczne, std swoisto obiektw, z ktrych kady zbudowany jest ze swoistych atomw.
Mylicielom Akademii wizja ta wydaje si zbyt prymitywna. Wyraa to Platon w dialogu Timaeus, uznajc oczywicie, e materia jest zbudowana z caostek i na nie jest podzielna, ale te caostki maj charakter idealny. Nie s bowiem ciaami staymi, lecz figurami geometrycznymi. Idealn najprostsz figur geometryczn jest trjkt, czyli paszczyzna ograniczona najmniejsz liczb linii prostych. To trjkty s maksymalnym uproszczeniem, najprostszym elementem budulcowym, podstawow cegiek, z ktrej buduje si Kosmos. Z trjktw mona oczywicie budowa paszczyzny, ale i bryy. To trjkty s nieredukowalnymi elementami cian bry wielocianw.
Z trjktw rwnobocznych zoy mona trzy bryy idealne -tetraedr (4 ciany), oktaedr (8 cian), ikosaedr (20 cian). Bryy te, wedug Platona, odpowiadaj trzem elementom (ogie, powietrze, woda). Czwarty element - ziemi, reprezentuje szecian, ktrego kada ciana da si podzieli na dwa trjkty, jest wic te zbudowany z trjktw. Istnieje wreszcie pita brya foremna - dodekahedron, zbudowana z 12 picioktw regularnych, ktr Platon uzna za zespolenie caoci, bry czc wszystkie elementy. Te wielociany to tzw. zbir bry platoskich, bdcy wyczerpujcym zestawem wielocianw foremnych. Platon okreli ten zbir szukajc rozwiza minimalizujcych, majcych opisa budow materii w drodze idealizacji geometrycznej. Uzna, e caa rzeczywisto jest zorganizowana jako odbicie owych podstawowych figur geometrycznych (trjktw i wielocianw foremnych), czyli form najdoskonalszych, zarwno z punktu widzenia estetyki, jak i wzajemnych zwizkw.
) |
| Dwudziestocian (ikosaedr) |
Bryy platoskie na swoje odkrycie w otaczajcym nas wiecie biologicznym czekay dwadziecia cztery wieki. Problem w podjty zosta przez Watsona i Cricka, analizujcych budow wirusw. Daj si one w zasadzie podzieli na dwa typy: paeczkowate i kuliste. Wstpne rozwaania przyszych noblistw oparte byy na bardzo prostym spostrzeeniu. Ot, wiedzieli oni o dwu rzeczach. Po pierwsze, e masa wirusowego kwasu nukleinowego jest mniejsza (ok. 10 razy) od masy caej czstki wirusowej (wirionu), a po drugie, e, zgodnie z proponowanymi przez nich reguami kodowania, o wstawieniu tylko jednego aminokwasu w acuch biaka okrywajcego w wirionie w kwas decyduj a trzy zasady azotowe. Oznacza to, rednio biorc, e 1 g biaka musiaby by kodowany przez 10 g wirusowego kwasu nukleinowego. A tymczasem proporcje midzy biakiem a kwasem nukleinowym w wirusie s odwrotne - na 1 g kwasu nukleinowego przypada 10 g biaka. Z pomoc w rozwizaniu tego paradoksu przyszy im dane Schramma, ktry w 1940 roku w Niemczech wykaza, e paszcz wirusowy zbudowany jest z wielu tosamych podjednostek. czc to razem, Watson i Crick sformuowali tzw. zasad ekonomii wykorzystania informacji genetycznej.
Zgodnie z ni, do kodowania takiej podjednostki wykorzystywany jest wzgldnie krtki odcinek wirusowego kwasu nukleinowego, ale wykorzystywany jest wielokrotnie. Ta sama krtka pojedyncza „matryca” kwasu nukleinowego „odbija” wiele tosamych podjednostek. Sam paszcz winien by wic zbudowany z wielu tosamych powtarzalnych cegieek, czyli elementw o tosamym ksztacie. Z takich „ciegieek” atwo zbudowa twory helikalne, odpowiadajce paszczom wirusw paeczkowatych. Trudniej byo sobie wyobrazi, jak ze zbioru tosamych elementw zbudowa twory wygldajce w mikroskopie elektronowym na zblione do kuli. Na szczcie, rozwizanie tego problemu poda ju Platon mwic, jak z tosamych elementw (trjktw rwnobocznych) zbudowa bryy izometryczne. Tote, postpujc za owym rozwizaniem platoskim, Watson i Crick stwierdzili, e budowa owych pozornie kulistych wirusw musi odpowiada jednej z platoskich bry foremnych.
) |
| Dwunastocian (dodekaedr) |
Problem ten zacz rozwizywa eksperymentalnie Klug (Nagroda Nobla w 1982). Wykrystalizowa oczyszczony wirus kulisty i stwierdzi, e analiza rentgenograficzna takich krysztaw wskazuje, i wiriony (czyli pojedyncze czstki wirusowe) maj symetri ikosaedraln. Ale stan tu przed trudnym zadaniem. Ikosaedr posiada bowiem 20 cian, mona wic na nim rozmieci w pozycjach rwnocennych tylko 20 elementw, czyli w tym przypadku - podjednostek paszcza. A tymczasem paszcz analizowanych przez niego wirusw zbudowany by ze stu kilkudziesiciu podjednostek (obliczenia, ktrymi wwczas rozporzdza, sugeroway, e liczba ta oscylowaa okoo wartoci 160). Rozwizanie tego paradoksu nadeszo z niespodziewanej strony.
Wizjonierski polimatematyk i konstruktor Buckminister Fuller dowiedzia si, e Klug donis o moliwoci istnienia byy platoskiej - ikosaedru w strukturach biologicznych. Nadesa mu swoj ksik o budowie tzw. kopu geodezyjnych, opartych na symetrii ikosaedralnej, ale z zastosowaniem tak zwanej zasady quasiekwiwalencji, pozwalajcej na zbudowanie kopuy posiadajcej ow symetri, ale zoonej z wikszej liczby ni 20 elementw paskich. W przypadku kopuy oznaczao to, e trjkty, z ktrych j budowano, nie byy w peni identyczne. Klug przesa t ksik swojemu wsppracownikowi Casparowi, ten j przeczyta od deski do deski i zrozumia o co chodzi.
Rozwizania fullerowskie Caspar i Klug zinterpretowali jako wskazanie, i stabilny paszcz wirusowy moe by zbudowany z wicej ni 20 podjednostek, pod warunkiem, i nie bd one musiay wystpowa w pozycjach dokadnie rwnowanych. Zasadniczo w swoich oddziaywaniach podjednostki takie d do utworzenia z ssiednimi moliwie najwikszej liczby pocze, a caa struktura dy do minimalizacji wolnej energii ukadu.
Brya odpowiadajca takim zaoeniom bdzie miaa symetri ikosaedru, na jej 12 naroach pojawi si winny pentamery podjednostek, a na cianach - heksamery. Oczywicie, sytuacja przestrzenna podjednostek w pentamerze i heksamerze jest nieco inna, ale niezbyt odmienna, czyli quasiekwiwalentna. Zgodnie z tak regu, brya akomoduje 180 tosamych podjednostek. To znalazo potwierdzenie eksperymentalne, za pomoc zaawansowanej mikroskopii elektronowej na kadej z 20 cian „kulistego” wirusa uwidoczniono heksameryczne zgrupowania podjednostek, a na 12 stokowatych wierzchokach - zgrupowania pentameryczne.
Ikosaedr jest wic najprostszym „pojemnikiem” biologicznym. Wkrtce rozwinito ow kwesti „pojemnika”, wykazujc, e w przypadku innych wikszych wirusw ich paszcz odpowiada bryle powstaej z rozcicia na p ikosaedru i wstawienia midzy dwie rozsunite kopuy ciany z rulonu inkrustowanego podjednostkami, rozmieszczonymi rwnomiernie, zgodnie z symetri siatki szeciokrotnej. Taki pojemnik jest wic dalszym rozwiniciem bryy platoskiej. Caspar i Klug zaproponowali nawet, e wysze struktury „pojemnikw” biologicznych (np. komrki) budowane s zgodnie z tak zasad, a tylko ze wzgldu na wielk liczb elementw nie udaje si w nich ujawni owej podstawowej symetrii.
Jaki obraz wyania si z tego opisu zwizku myli Platona z rzeczywistoci stwierdzon w eksperymencie biologicznym? Myl, e jest on dobrym przykadem ilustrujcym to, o czym w Logice odkrycia naukowego (PWN 1977) mwi Popper: Fakt, i na moje propozycje wpyw maj sdy wartociujce, nie oznacza, bym popenia bd, o ktry oskaram pozytywistw - prb umiercenia metafizyki poprzez obrzucenie jej wyzwiskami. Nie posuwam si nawet do stwierdzenia, e metafizyka jest bez wartoci dla nauk empirycznych. Nie mona bowiem zaprzeczy, e prcz idei metafizycznych, utrudniajcych postp nauki, byy te inne, jak atomizm spekulatywny - ktre postpowi sprzyjay. Patrzc na t spraw z punktu widzenia psychologii, skaniam si do pogldu, i odkrycie naukowe nie jest moliwe bez wiary w idee typu czysto spekulatywnego, niekiedy cakiem mgliste, wiara taka jest najzupeniej naukowo nieusankcjonowana i w tej mierze jest „metafizyczna” (tum. Urszula Niklas).
Bowiem w naukach dowiadczalnych wakie rzeczy dziej si w rzeczywistoci wtedy, gdy eksperyment jest prb odpowiedzi nie na szczeg literaturowy, a na wielkie pytania, rodzce si z refleksji opartej na myleniu, czy, jak kto woli, na filozofii.
Prof. dr hab. Wodzimierz Zagrski, biochemik, jest dyrektorem Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN.