EM poleca (#1): James Burke “Osiem stopni wtajemniczenia, czyli jak zmienialiśmy świat”

Myślą przewodnią książki Burke’a jest dość oczywista konstatacja, że w historii cywilizacji są momenty przełomowe, zmieniające powszechne widzenie świata. I niekoniecznie twórcami tych przełomów są pojedynczy ludzie nauki. Oczywiście, niektóre z nich kojarzone są z konkretnymi nazwiskami, jak druk z Gutenbergiem czy heliocentryczne widzenie świata z Kopernikiem, ale pamiętajmy, że ich dzieła były zwieńczeniem ówczesnego stanu nauki. Ich nazwiska są symbolami i jak nie Einstein to Zweistein wymyśliłby teorię względności. Może tylko nazywałaby się trochę inaczej. “Dojrzewanie” zbiorowości do konkretnych odkryć i wynalazków jest motywem przewodnim wielu książek Bourke’a, który cywilizację traktuje jak inteligencję zbiorową, a proces dochodzenia do nich jak sieć powiązań, a nie pojedynczą, łatwą do przerwania nitkę.

Burke naliczył osiem przełomów cywilizacyjnych. Opisał je w ośmiu rozdziałach:

1. ABAKUS I ARABSKIE KSIĘGI czyli o tym, co wiedzieli starożytni
2. TRZECI WYMIAR czyli o ‘czarnej śmierci’,  magii liczb i malarzach, którzy odkryli perspektywę
3. DRUKARSKIE PRASY czyli o maszynach do porządkowania myśli
4. STRZAŁ ARMATNI I OBROTY CIAŁ NIEBIESKICH czyli o nowej fizyce i astronomii
5. KREDYT, PATENT I WYDAJNOŚĆ PRACY czyli o tym, jak Anglicy wymyślili kapitalizm
6. SKALPEL, BANDAŻ I NARKOZA czyli o tym, jak lekarze przestali zabijać
7. SZYMPANS ADAM czyli o poszukiwaniu prawdziwych przodków
8. MAGNES I ELEKTRONY czyli o postępie bez końca

“Widzenie świata” jest tu słowem-kluczem. Postęp naukowy przekłada się na postęp cywilizacyjny, oczywiście z pewnym opóźnieniem. Jest to zrozumiałe, musi być jakaś stała czasowa, aby pokonać opór materii (świadomości). Przed Pasteurem “widzenie świata” głosiło, że przyczyną chorób są unoszące się w powietrzu miazmaty. Przed Darwinem powszechnym przekonaniem było, wszelkie stworzenia (duże i małe) zostały stworzone w pojedynczym boskim akcie. Darwin rozciągnął akt stworzenia na eony, zmienił optykę. Ponieważ Darwin zakwestionował podstawowe aksjomaty religii chrześcijańskiej, jego teoria do dziś jest nieuznawana m.in. przez 40% Amerykanów. O Einsteinie nie muszę się rozpisywać, wiadomo. 

Nauka zmienia kulturę. Jak bardzo jest to mocne stwierdzenie? Warto przytoczyć Burke’a:

Gdy zmienia się ludzka wiedza, zmieniają się również znaczenia przypisywane rzeczom. Zanim w XIX wieku odkryto bakterie i zanim powstała współczesna technika medyczna, lekarz uznawany był za sługę – tak jak dekorator wnętrz lub fryzjer. Od kiedy zbadano naturę chorób i znaleziono metody panowania nad nimi, lekarze zdobyli władzę, jaką w przeszłości dysponowali kapłani i szamani, co z kolei doprowadziło do zmiany sposobu, w jaki społeczeństwo oceniało zachowania jednostek.  

Nie zawsze nauka jest pionierem, a doświadczenia mają odkrycia naukowe tylko potwierdzić (albo nie). Zdarza się, że odkrycia nienaukowe zmuszają naukę do wzmożonego wysiłku, aby “dogonić” to co oczy widziały, a rozum nie potrafi wytłumaczyć. Tak było z Wielkimi Odkryciami Geograficznymi, szczególnie odkryciem Krzysztofa Kolumba. Zaniepokojenie, wręcz panika, zmusiły naukę do pilnego udowodnienia, że to ona jest awangardą postępu. Jaki pisze Burke “… zrodziło potrzebę opracowania takiego systemu wiedzy, jaki okazałby się bardziej godny zaufania. Bezpośrednim skutkiem tego było dzieło Bacona i Kartezjusza, redukcjonizm i metodyczne wątpienie oraz powstanie sfery działalności, którą dziś nazywamy nauką.” Właśnie wtedy powstała nauka znana obecnie, zasady, które rządzą nią do dziś. 

Książka Jamesa Burke’a “Osiem stopni wtajemniczenia, czyli jak zmienialiśmy świat” jest szczególnie godna polecenia. Polecam też wcześniejszą książkę tego samego autora “Skojarzenia”, gdzie, stosując podobne podejście analityczne Burke śledzi historię wynalazków jako nieuniknione konsekwencje poprzednich.

Smród nie z tej ziemi. Odcinek 1: Tioaceton

Ze względu na swoje właściwości do pobudzania zmysłów (np. smaku, zapachu) związki chemiczne można uszeregować i stworzyć ranking tych, które najintensywniej pobudzają odpowiednie receptory. W przypadku odorantów (substancji pobudzających zmysł węchu) o najbardziej intensywnym i nieprzyjemnym zapachu sprawa jest bardziej skomplikowana i nie ma jednoznacznych wskazań, który ze związków chemicznych jest najbardziej śmierdzący. I dodam tylko, że mówimy o poziomie fetoru o kilka poziomów wyższym, niż te najbardziej nośne medialnie, jak: szwedzki przysmak Surströmming (sfermentowany śledź), południowo-azjatycki owoc Durian, czy  islandzki specjał Hákarl (sfermentowane mięso rekina).

Dlatego też różne źródła podają czasami wymiennie różne związki jako te najbardziej cuchnące, ale przeważnie czołówka to te same cząsteczki, tylko inaczej przetasowane. Jednym z nich jest tioaceton, uważany przez wielu naukowców jako źródło najgorszego zapachu, jaki można sobie wyobrazić i właśnie o tioacetonie będzie pierwszy odcinek cyklu o wyjątkowo śmierdzących cząsteczkach.

Struktura

Tioaceton (nazwa IUPAC: propan-2-tion) to związek należący do grupy tioketonów, czyli ketonów, które zamiast tlenu (w grupie karbonylowej >C=O) posiadają atom siarki, tworząc grupę tiokarbonylową >C=S. Jego organicznym odpowiednikiem zawierającym tlen, jest aceton – popularny rozpuszczalnik, składnik np. zmywacza do paznokci.

Struktura tioacetonu i acetonu (materiały autora)

Obecność atomu siarki związana jest z ostrymi i cuchnącymi zapachami związków siarkoorganicznych. Przykładem są np. tiole (starsza nazwa merkaptany) występujące w niektórych warzywach jak cebula, szparagi, czy w wydzielinie skunksa.

Właściwości

Tioaceton to lotna, pomarańczowa lub brązowa ciecz o niezwykle silnej i ostrej woni. Zapach opisywany jest jako kombinacja czosnku, zgniłej kapusty i spalonej gumy. Jego obecność w powietrzu w nawet w niewielkim stężeniu powoduje ból głowy,  nudności, wymioty, a nawet utratę przytomności. W przypadku zanieczyszczonej tioacetonem odzieży (nawet kilka kropel), nie ma możliwości jej wyczyszczenia/wyprania, a w przypadku kontaktu z ludzką skórą, zapach może utrzymywać się do kilku miesięcy.  Jeśli chodzi o stabilność, to warto zaznaczyć, ze  tioaceton może być wyizolowany tylko w niskiej temperaturze i powyżej -20 °C polimeryzuje do trimeru – tritioacetonu, który posiada również ostry zapach, chociaż nie tak mocny jak tioaceton.

Struktura tritioacetonu (materiały autora)

Co ciekawe sam tioaceton nie jest toksyczny, ani nie ma właściwości wybuchowych. Jego zapach jest jednak wystarczająco groźny, żeby klasyfikować go do grupy chemikaliów niebezpiecznych i zachować szczególne środki ostrożności przy jakichkolwiek pracach z nim.

Kto go odkrył i po co?

W 1889 r. w niemieckim Freiburgu, dwóch chemików: Eugen Baumann i Emil Fromm prowadziło badania nad polimerami i w trakcie optymalizacji procesu otrzymywania tritioacetonu (wspomnianego powyżej), przypadkowo wyizolowali związek o zapachu trudnym do zniesienia (był to właśnie tioaceton). Tak opisują to w swojej pracy [2]:

„Kiedy świeżo otrzymany produkt reakcji: acetonu, stężonego kwasu solnego i siarkowodoru został poddany destylacji z parą wodną, wydzielający się ostry zapach rozprzestrzenił się szybko na odległość 0.74 km, do odległych części miasta. Mieszkańcy ulic przyległych do laboratorium, zaczęli alarmować że fetor spowodował u niektórych mdłości i omdlenia”

Kolejne próby prac laboratoryjnych z użyciem próżni zredukowały nieco powstający fetor, ale i tak na skutek protestów mieszkańców Freiburga i pozwów, które wysyłali do ratusza, Baumann i Fromm zmuszeni byli przerwać badania nad procesem. Bauman nie zniechęcił się niepowodzeniem i swoja uwagę skierował na syntezę amidów, a stosowana na szeroką skalę w chemii organicznej reakcja Schottena-Baumana, to jeden z jego naukowych sukcesów.

Eugen Baumann (Źródło: Wikipedia /PL/)

W annałach XIX-wiecznej nauki można jeszcze odnaleźć historie prac Juliusa Lewkowitscha nad tioacetonem. Ten wybitny brytyjski chemik (autorytet w przemyśle tłuszczów i olejów) próbował wykorzystać „śmierdzącą” właściwość tego związku i prowadził prace nad wykorzystaniem go jako dodatku do gazu wodnego (syntezowego), aby wykrywać nieszczelności w instalacjach. Okazało się, że tioaceton jest…za dobry. Nawet niewielka jego ilość rozcieńczona znacznie powietrzem powodowała, że zapach był nie do zniesienia. Lewkowitsch również przerwał prace badawcze i zalecał użycie jako nawaniacza znacznie mniej nieprzyjemnej zapachowo akroleiny [3].    

Dalsze prace

Pomimo że właściwości redukujące tioacetonu były zachęcające do użycia go w różnych reakcjach w syntezie chemicznej, przez długi czas nikt nie prowadził badań nad tioacetonem, czemu trudno się zresztą dziwić. Dopiero w latach 60-tych XX w. pojawił się ponownie w literaturze naukowej, kiedy w ośrodku badawczym Esso Research Centre w UK, prowadzono prace nad tioketonami, jako potencjalnymi źródłami nowych polimerów. Dwóch naukowców (V.Burnop i K.Latham) tak opisywało prace z tioacetonem [4]:

„W trakcje prowadzenia eksperymentu napotkaliśmy problemy z wydzielającym się zapachem, który przerósł nasze najśmielsze oczekiwania. W trakcie prowadzenia prac, z jednej z butelek z pozostałością reagentów wyskoczył korek i pomimo szybkiego zamknięcia naczynia, straszny fetor rozszedł się błyskawicznie powodując wymioty i omdlenia u kolegów pracujących w innych budynkach 200 yardów dalej. Dwóch chemików, którzy badali depolimeryzacje niewielkich ilości tritioacetonu, spotkało się (z powodu zapachu) z wrogim nastawieniem innych pracowników, a kelnerka w kantynie pracowniczej publicznie ich upokorzyła, pryskając ich dezodorantem”.

Jak pracować z tioacetonem?

Czy da się w ogóle pracować ze związkiem chemicznym, który ma zapach z piekła rodem? Okazuje się, ze zachowując pewne środki ostrożności, można. Jakie? Oto wytyczne [4]:

„Agresywny zapach wydzielający podczas rozkładu tritioacetonu jest ograniczony lub wyeliminowany poprzez prace w komorze rękawicowej (glovebox), uszczelnionej zasadowym nadmanganianem, a pary tioacetonu mogą być wyeliminowane oparami brunatnego dwutlenku azotu. Wszystkie pozostałości poreakcyjne powinny być poddane termicznej utylizacji w palenisku.”

Komora rękawicowa/glovebox (Źródło: Wikipedia /ENG/)

Trzeba przyznać, ze wymagane środki ostrożności są (na szczęście) dość zniechęcające i raczej ciężko będzie o chętnych do pracy z tioacetonem.

Słowo końcowe

Myślę, ze ten krótki opis jednego z najbardziej śmierdzących związków chemicznych, zainteresował Was czytelnicy na tyle, że będziecie czekać z ciekawością na kolejny odcinek, w którym przedstawię Wam kolejnego fascynującego „śmierdziela”.

Stay tuned…


Bibliografia wykorzystana w tekscie:

[1]. https://www.technology.org/how-and-why/thioacetone-worst-smelling-substance-on-earth/

[2]. E. Baumann and E. Fromm, “Ueber Thioderivate der Ketone,” Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 22 (1889): 2592 – 2599

[3]. Water gas is a combination of carbon monoxide and hydrogen used in gasification. Julius Lewkowitsch, “Odorising Water-Gas,” Chemical News and Journal of Industrial Science 61, no. 1589 (1890): 219

[4]. Chemistry and Industry, 1967, p. 1430

Młodzieńcze lektury: dinozaury i spółka

Ojciec założyciel naszego bloga, Mirosław Dworniczak, opowiadał tu niedawno o lekturach, które w latach szkolnych ukształtowały jego widzenie świata i zainteresowania naukowe. Tak się składa, że wiele z nich wpłynęło również na mnie, bo także zafascynowała mnie nauka: chemia, fizyka, astronomia, matematyka – i podobnie jak Mirosław wychowałem się na Lemie w nie mniejszym stopniu niż na braciach Grimm czy Andersenie. Ale kto śledzi moje wpisy, ten nie mógł nie zauważyć w nich także fascynacji biologią i ewolucją. Nie jest to hobby bez związku z moim zawodem językoznawcy, bo język to najważniejszy składnik ewolucji kulturowej naszego gatunku, a zdolność do jego używania to produkt ewolucji biologicznej. Jednak ewolucja zainteresowała mnie o wiele wcześniej niż językoznawstwo. A było to tak:

Pałkarze i uczeni

Rok 1968 obfitował w dramatyczne wydarzenia polityczne, które dość dobrze pamiętam, choć nie wszystko z nich rozumiałem, jako że w marcu owego roku byłem dopiero w II klasie szkoły podstawowej. Ale obok polityki życie toczyło się także innymi torami. W latach 1963–1971 odbyła się seria polsko-mongolskich ekspedycji paleontologicznych na pustynię Gobi. Przywieziono z nich ogromny materiał, z którego największym zainteresowaniem opinii publicznej cieszyły się skamieniałości dinozaurów z okresu kredowego. Jednym z głównych uczestników wypraw była profesor Zofia Kielan-Jaworowska (1925–2015), kierująca Zakładem Paleozoologii PAN, wielka dama nauki – nie tylko polskiej, ale i światowej. Była ona inicjatorką urządzenia w wynajętych pomieszczeniach Pałacu Kultury wystawy „Dinozaury z Pustyni Gobi”, popularyzującej wyniki przeprowadzonych badań.

Wystawa miała zostać otwarta wiosną 1968 r., ale właśnie wtedy milicja pałowała demonstrujących studentów. Profesor Kielan-Jaworowska – osoba o silnym charakterze, fascynującej biografii i pięknej, wręcz bohaterskiej karcie okupacyjnej – wypowiedziała się publicznie w ich obronie, a partia natychmiast zażądała od PAN jej głowy. Po kilku miesiącach sporów i negocjacji ukarano ją „zwróceniem ostrej uwagi”, ale pozostawiono na stanowisku. Dlatego na przełomie czerwca i lipca mogło nastąpić otwarcie wystawy. Przyciągnęła tłumy zwiedzających, wśród których byli moi rodzice i ja. Szkielety i rekonstrukcje dinozaurów, których nazwy łacińskie od razu wryły mi się w pamięć, zrobiły na mnie kolosalne wrażenie, a broszura z wystawy (zawierająca między innymi zarys systematyki i szkicowe drzewo rodowe dinozaurów) stała się na jakiś czas moją ulubioną lekturą. Szybko jednak sięgnąłem po popularnonaukowe publikacje prof. Kielan-Jaworowskiej: Czterysta milionów lat historii kręgowców (Wiedza Powszechna, 1965), Polowanie na dinozaury (Wydawnictwo Geologiczne, 1968) i Przygody w skamieniałym świecie (Nasza Księgarnia, 1973). Ich okładki widnieją na ryc. 1.

Ryc. 1.

O ile dwie ostatnie pozycje były lekkostrawne nawet dla kompletnie niezorientowanego laika, to pierwsza stanowiła pewne wyzwanie dla czytelnika z podstawówki. Wprowadziła mnie jednak w zagadnienia paleontologii i biologii ewolucyjnej; potem mogłem już bez trudu sięgać po lektury jeszcze bardziej zaawansowane. Zaraziłem się także od prof. Kielan-Jaworowskiej fascynacją nie tylko mezozoicznymi olbrzymami, ale tym, co ewoluowało w ich cieniu, a zwłaszcza pierwotnymi ssakami. Zresztą ogólnie uważam, że ewolucja grup niepozornych i mało „charyzmatycznych” (z punktu widzenia niespecjalistów) bywa szczególnie ciekawa.

Czeska sztuka paleo

W latach sześćdziesiątych ukazały się także w wersji polskiej pięknie wydane, kolorowe albumy czeskiego duetu: Josefa Augusty (1903–1968) i Zdeňka Buriana (1905–1981). Pierwszy był paleontologiem i popularyzatorem nauki, a drugi malarzem i ilustratorem o specjalności, którą dziś określilibyśmy mianem paleoartysty. Albumy zawierały całostronicowe rekonstrukcje – sceny z życia dawnych zwierząt i roślin – połączone z fachowym opisem autorstwa Augusty. Artysta naturalnie kierował się fachowymi wskazówkami paleontologa. Moje ulubione albumy to Zwierzęta minionych epok i Człowiek kopalny, wydane przez Państwowe Zakłady Wydawnictw Szkolnych w 1966 r.

Ryc. 2.

Zdeněk Burian był znakomitym artystą i jego ilustracje rozpalały wyobraźnię. Nauka jednak idzie naprzód i wspaniałe czeskie albumy mają dziś znaczenie czysto historyczne. Iguanodon przywodzący na myśl Godzillę z japońskich filmów albo Brachiosaurus człapiący po dnie głębokiego jeziora i skubiący rośliny podwodne (patrz ryc. 2 po lewej) niewiele mają wspólnego z dzisiejszą wizją dinozaurów jako zwierząt ruchliwych, szybko biegających, często upierzonych i co najmniej częściowo stałocieplnych. Sugerowany przez Augustę i Buriana tryb życia, choć przedstawiony sugestywnie, nie jest w ogóle możliwy: z klatką piersiową i płucami zanurzonymi wiele metrów pod wodą dinozaur nie byłby w stanie oddychać. Nie można jednak mieć pretensji do autorów, że nie znali z wyprzedzeniem efektów dinozaurowej rewolucji, która rozkręciła się na dobre dopiero w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych XX w. To samo dotyczy wiedzy o kopalnych przodkach i kuzynach człowieka. Neandertalczyk prezentowany przez Buriana, przygarbiony i włochaty, z cokolwiek szympansim profilem twarzy (ryc. 2 po prawej), zupełnie nie pasuje do  dzisiejszego obrazu Homo neanderthalensis jako gatunku siostrzanego wobec H. sapiens, a nie „ogniwa przejściowego” ewolucji.

Wiedza się przedawnia, ale i odmładza

Gdyby ktoś dziś chciał napisać książkę o ewolucji kręgowców, musiałby przede wszystkim nadać jej inny tytuł  (np. 500+ milionów lat historii kręgowców), bo zapis kopalny kręgowców cofnął się do wczesnego kambru, a zapewne wyodrębniły się one spośród innych zwierząt już w ediakarze. Oczywiście także przebieg ich ewolucji musiałby dziś wyglądać w szczegółach inaczej niż w książce Zofii Kielan-Jaworowskiej. Widząc, jak szybko starzeją się moje ulubione lektury, nauczyłem się, że za rozwojem nauki trzeba nadążać całe życie i że nigdy nie mówi ona „ostatniego słowa” o świecie. Na tym zresztą polega jej siła: każdą teorię można poprawić, uzupełnić, albo wyrzucić do kosza i zaproponować lepszą. Gdybym się urodził o pokolenie później, zapewne zrobiłby na mnie wrażenie Park Jurajski Spielberga, a dokształcałbym się z książek Richarda Dawkinsa. Ale i tak musiałbym nadążać w miarę swoich możliwości za postępem wiedzy.

Pamiętam dobrze niektóre szczególnie zagadkowe znaleziska polsko-mongolskie z pustyni Gobi, na przykład parę gigantycznych (240 cm długości) szponiastych kończyn przednich. Odkryła je Zofia Kielan-Jaworowska, a opisała inna wielka paleontolożka polska, Halszka Osmólska, wraz z Ewą Roniewicz. Dinozaura, który był ich właścicielem, nazwano Deinocheirus mirificus. Kończyny zachowały się wraz z obręczą barkową i fragmentami kręgów i żeber, reszta szkieletu uległa jednak erozji. Odlewy „strasznych łap” (tyle mniej więcej oznacza nazwa rodzajowa) są ozdobą wielu muzeów historii naturalnej rozrzuconych po świecie (jest to notabene instytucja, której Polska się na razie nie dorobiła, co powinno być uważane za hańbę narodową).

Przez kolejne cztery dziesięciolecia można było tylko spekulować, jak wyglądał cały Deinocheirus. Dopiero w XXI w. zaczęto odkrywać części szkieletów dwóch kolejnych okazów, a także odzyskiwać z prywatnych kolekcji fragmenty wywiezione z Mongolii przez nielegalnie operujących „złodziei kości”.  Umożliwiło to kompletną rekonstrukcję szkieletu D. mirificus. Był to, jak się okazało, olbrzymi ornitomimozaur – największy znany przedstawiciel grupy nazywanej nieformalnie „dinozaurami strusiopodobnymi”. Jego metrowej długości czaszka była bezzębna i wyposażona w dziób podobny do kaczego. Pionowe wyrostki kręgów tworzyły na jego grzbiecie rodzaj żagla lub garbu. Zrośnięte kręgi na końcu ogona sugerują, że kończył się on wachlarzem z piór. Deinocheirus był prawdopodobnie wszystkożerny; na pewno nie był superdrapieżnikiem, a potężne szpony służyły raczej do wykopywania z ziemi roślin niż do polowania. Mierzył do 12 m długości i 3–4 m wysokości. W sumie wyglądał dziwniej, niż ktokolwiek mógłby był przypuszczać w latach sześćdziesiątych.

Ludzie, którzy dokonywali pionierskich odkryć w czasach, gdy chodziłem do szkoły podstawowej, byli współautorami przełomowych osiągnięć kolejnych dekad. Zofia Kielan-Jaworowska przyczyniła się ogromnie do rozwoju badań nad skomplikowaną, trwającą ponad sto milionów lat ewolucją ssaków mezozoicznych i nad ich taksonomią. Partnerem polskich paleontologów podczas ekspedycji w latach 1963–1965 był ich znakomity mongolski kolega (wciąż żyjący) Rinczen Barsbold, późno doceniony na Zachodzie, bo większość jego wczesnych publikacji ukazywała się po rosyjsku i z trudem wchodziła w światowy obieg wiedzy. Ten sam Barsbold był współautorem publikacji w Nature (2014), w której rozwiązano zagadkę deinocheira.