Nie zna życia, kto podczas szkolnych lekcji chemii nie bawił się papierkiem lakmusowym i samodzielnie przygotowywanymi wskaźnikami kwasowości substancji. Zaskakiwał magiczny moment zmiany barwy, w zależności od tego, czy badało się czystą wodę, czy sok z cytryny. O wiele trudniej do głowy wchodziło wyjaśnienie, w jaki sposób kwasowość jest mierzona przy użyciu parametru pH. Pojawia się on nawet w telewizyjnych reklamach gumy do żucia, by udowodnić, że producent z naukową troską dba o zęby konsumentów. Co kryje się za tymi dwiema tajemniczymi literkami?
Okazuje się, że nawet naukowcy, którzy na co dzień posługują się pH w swych laboratoriach, choć doskonale znają definicję, rzadko zdają sobie sprawę z jej pełnych konsekwencji. Tak przynajmniej twierdzi prof. Wojciech Bal z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie, który właśnie ze współpracownikami opublikował w czasopiśmie naukowym „PLoS One” artykuł pod tajemniczym tytułem „The Final Frontier of pH and the Undiscovered Country Beyond” (Granice pH i ukryta za nimi nieopisana kraina).
Prof. Bal zajmuje się chemią bionieorganiczną, w szczególności oddziaływaniami między jonami metali i cząsteczkami o znaczeniu biologicznym. W 2009 r. otrzymał z Fundacji Nauki Polskiej grant w wysokości blisko 3 mln zł na rozbudowę zespołu badawczego. Sądząc po publikacjach naukowych, a także patencie na metodę oczyszczania białek, uzyskanym w Europejskim Urzędzie Patentowym, zespół dobrze wykorzystuje zdobyte pieniądze.
– Kilka lat temu zaintrygowało nas pytanie, czy stosowane przez nas metody opisu procesów biochemicznych odpowiadają rzeczywistości. Czy np. powszechnie używana miara pH ma sens w przypadku struktur subkomórkowych, takich jak jądro komórkowe lub mitochondria – tłumaczy prof. Bal. Rzecz w tym, że struktury te są bardzo małe, a więc i występujące w nich objętości płynów także są niewielkie. Tymczasem chemicy do opisu reakcji i zjawisk chemicznych używają m.in. pojęć równowagi; pH na przykład określa, ile w roztworze wodnym znajduje się jonów wodorowych (kationów H+) w stosunku do jonów hydroksylowych (anionów OH–), od tej proporcji zależy właśnie kwasowość (gdy więcej jest H+) lub zasadowość roztworu (gdy więcej jest OH–).
Tyle tylko, że ta miara ma sens w odniesieniu do objętości, z jakimi naukowcy mają do czynienia w laboratorium – jeśli zastosować ją do mitochondriów, okaże się, że przy pH, jakie podają biochemicy, wypełniający je płyn będzie zawierał najwyżej kilka wolnych jonów wodorowych. To zbyt mało, by napędzać wewnątrzkomórkową chemiczną maszynerię. – Gdy zejdziemy do bardzo małych rozmiarów, występujących wewnątrz komórek lub w połączeniach synaptycznych w mózgu, materia pokazuje swoją ziarnistość i pojęcia wywodzące się z badań procesów zachodzących w większych objętościach tracą sens – dodaje prof. Bal.
Czy to znaczy, że należy do kosza wyrzucić podręczniki biochemii i zakwestionować sens Nagród Nobla, np. za badania nad mitochondriami? – Opublikowany przez nas artykuł ma charakter teoretyczny, wykazaliśmy na podstawie obliczeń, opierając się na dostępnych biochemikom danych, że coś nie gra. Teraz czas na badania eksperymentalne, które wyjaśnią, skąd się biorą jony wodorowe, choć nie sposób się ich doliczyć na podstawie obowiązującej dotąd teorii – tłumaczy prof. Bal.
Czy zapowiada się sensacja?
Polski uczony wiele sobie po tych badaniach obiecuje – jego zespół zajmuje się oddziaływaniami między jonami metali a biocząsteczkami. Wiadomo na przykład, że kluczowym czynnikiem odpowiedzialnym za rozwój choroby Alzheimera jest gromadzenie się w szczelinach synaptycznych w mózgu tzw. peptydu Aβ. Wpływ na ten proces mają jony miedzi – to jeden z metali, jakim zajmują się naukowcy z zespołu prof. Bala. Po dostrzeżeniu, że jednak w chemii rozmiar, a dokładniej objętość, ma znaczenie, zyskali nowy impuls badawczy. Liczą, że nowe modele matematyczne, uwzględniające specyfikę małych objętości, umożliwią lepszą interpretację danych z doświadczeń i otworzą nowe perspektywy badawcze.
Prof. Wojciech Bal i Ewa Kurowska, współautorka artykułu, nie kryją w czasie rozmowy ekscytacji – są przekonani, że natrafili na istotny trop o dużym znaczeniu dla nauki. Zdają sobie jednak doskonale sprawę, że nauka nie kieruje się logiką, jaka obowiązuje w głodnych newsów mediach masowych. Owszem, czasami na czołówki gazet trafiają elektryzujące doniesienia. Wystarczy wspomnieć wakacyjną informację o potwierdzeniu istnienia bozonu Higgsa. Częściej jednak komunikaty zapowiadające kolejną naukową rewolucję po czasie idą w zapomnienie, bo ich znaczenie nie zyskało potwierdzenia w dalszych badaniach.
Nierzadko też naukowcy, w pogoni za popularnością, pieniędzmi sponsorów lub motywowani politycznie, łamią reguły naukowej gry i ogłaszają wyniki badań, zanim przemielą je młyny naukowej krytyki. Tak stało się w przypadku niedawnej publikacji o szkodliwości modyfikowanej genetycznie kukurydzy, sygnowanej przez francuskiego biologa prof. Gillesa-Erica Seraliniego, zdeklarowanego przeciwnika GMO. Przedstawił prasie główne tezy artykułu, zanim jeszcze można było zapoznać się z jego pełną treścią. Analiza oryginalnej publikacji ujawniła jej słabości, a najważniejsze argumenty okazały się mocno wątpliwe.
Artykuł o granicach stosowalności pH dojrzewał ponad dwa lata. – Dopiero ósma wersja doczekała się publikacji – przyznaje prof. Bal. – Zależało nam na druku w czasopiśmie czytanym przez biochemików. Niestety, redakcje, do których się zwracaliśmy, nie chciały skierować manuskryptu do recenzji, uznając, że proponujemy im temat dobry dla chemików. Dlatego w końcu zdecydowaliśmy się na „PLoS One”.
Kiedy publikacja jest poważna?
Public Library of Science („PLoS”) to seria czasopism naukowych, symbolizujących wielką rewolucję w naukowej komunikacji. Z naukowego punktu widzenia znaczenie mają tylko doniesienia, które przechodzą proces krytycznej recenzji ze strony innych naukowców, tzw. peer review, i są ogłaszane w uznanych czasopismach lub podczas naukowych konferencji. Wszystkie inne wypowiedzi, nawet jeśli sygnowane są profesorskimi tytułami, mają status publicystyki. Warto o tym pamiętać, gdy w telewizji na temat globalnego ocieplenia wypowiada się profesor ekonomii, a o bezpieczeństwie elektrowni atomowych – profesor medycyny.
Standardy procesu naukowego kształtowały się przez wiele dekad i pełnego wyrazu nabrały w XX w., prowadząc do powstania lukratywnego, globalnego biznesu wydawnictw naukowych. Gdy pojawił się Internet, wielu uczonych zaczęło pytać, czy wydawcy ciągnący ogromne zyski za pośrednictwo w wymianie informacji naukowej są jeszcze potrzebni? W odpowiedzi narodziła się idea Open Access – wolnego dostępu do wiedzy, a wraz z nim internetowe czasopisma naukowe. Projekt Public Library of Science to sztandarowe przedsięwzięcie w ramach ruchu Open Access, zainicjowane w 2001 r. przez biochemika Patricka O. Browna ze Stanford University i Michaela Eisena z University of California w Berkeley. Dziś pod szyldem „PLoS” wychodzi siedem czasopism.
Czytelnik zyskuje, bo artykuły publikowane w „PLoS” (i w innych wydawnictwach Open Access) może czytać za darmo. Naukowcy najczęściej muszą za publikację zapłacić (podobnie zresztą jak w wielu wydawnictwach komercyjnych). W przypadku jednak takich tytułów jak „PLoS One” zyskują bardziej otwartą procedurę redakcyjną – redakcja kieruje do recenzji wszystkie nadesłane manuskrypty. W tym też trybie publikacji doczekał się artykuł prof. Bala o pH.
Udana, czyli uznana przez recenzentów, publikacja nie gwarantuje wszakże dobrej recepcji ze strony środowiska naukowego. Może po prostu zostać niezauważona w morzu innych artykułów. Nadmiar tekstów naukowych w dobie Internetu jest równie dotkliwy jak rozbuchana oferta muzyczna w legalnych i nielegalnych serwisach z plikami mp3. Dlatego muzycy, jeśli chcą zaistnieć i jeszcze trochę zarobić, nie mogą liczyć na wpływy z sieci i muszą występować na koncertach. Uczeni zaś, jeśli chcą zwiększyć szansę na zaistnienie swoich rewolucyjnych idei i odkryć, muszą je przedstawiać na konferencjach. – Zobaczymy w listopadzie, kiedy będę miał wykład na azjatyckiej konferencji chemii bionieorganicznej w Hongkongu – informuje prof. Bal w odpowiedzi na pytanie, jakiej spodziewa się reakcji na swoje odkrycie.
Co dalej z pH?
Dlaczego jednak wcześniej nie dostrzeżono problemów, których odkrycie wymagało jedynie kartki i ołówka? – Nie tylko my zwracaliśmy uwagę, że wraz ze zmianą skali badanych struktur coś może nie grać. Inni jednak nie zatrzymywali się, tylko robili dalej swoją robotę – tłumaczy prof. Bal. Ten brak ciekawości można tłumaczyć na wiele sposobów. Po pierwsze, specjalizacją współczesnej nauki. Chemicy, którzy wymyślili miarę pH ponad 100 lat temu, pracują w swych laboratoriach w innej skali niż biochemicy badający żywe komórki. Biochemicy z kolei używają miary pH jako narzędzia, nie zastanawiając się specjalnie nad jego rzeczywistym sensem.
Z kolei system nauki kierowany zasadą publish or perish (publikuj albo zgiń) oraz pogonią za grantami nie zachęca do krytycznej autorefleksji, czyli ponownej analizy wcześniejszych prac, by w świetle nowej wiedzy sprawdzić, czy zastosowana metoda badawcza i pojęcia pasowały do badanej rzeczywistości. Trudno na takie retrospektywne badania zdobyć granty, więc się ich nie podejmuje.
W końcu nie można też wykluczyć, że przełomowe, zdaniem jego autorów, odkrycie nie ma aż takiego znaczenia. Historia nauki zna też przypadki ważnych rozstrzygnięć opartych na fałszywych przesłankach. Wiele XIX-wiecznych prac z termodynamiki, czyli nauki o cieple, z przełomową teorią Sadiego Carnota powstało w przekonaniu, że nośnikiem ciepła jest flogiston. Mimo że flogiston nie istnieje, teoria silnika cieplnego Carnota nie straciła ważności.
Nie wiadomo, jak się zakończy historia zapoczątkowana publikacją o pH w „PLoS One”. Pokazuje ona jednak doskonale, jak złożonym przedsięwzięciem jest współczesna nauka. Ma proste zadanie – wyjaśniać rzeczywistość. Jego realizacja zależy jednak nie tylko od poprawności stosowanych metod badawczych i geniuszu uczonych, lecz również od systemu finansowania badań, ogłaszania wyników i wymiany informacji czy w końcu podziałów na specjalizacje. Złośliwi mówią, że dziś Kopernik nie miałby szans.