Page 18FCEBD2B-4FEB-41E0-A69A-B0D02E5410AERectangle 52 Przejdź do treści

Szanowni Państwo!

Wiele osób spośród naszych Czytelników i Czytelniczek wybiera tradycyjną drukowaną wersję kwartalnika, ale są także tacy, którzy coraz częściej korzystają z nośników elektronicznych. Dlatego wprowadzamy cyfrową wersję „Przekroju”. Zapraszamy do wykupienia prenumeraty, w której ramach proponujemy nieograniczony dostęp do aktualnych i archiwalnych wydań kwartalnika.

Ci z Państwa, którzy nie zdecydują się na prenumeratę, będą mieli do dyspozycji bezpłatnie 3 „Przekrojowe” teksty oraz wszystkie rysunki Marka Raczkowskiego, krzyżówki, recenzje, ilustracje i archiwalne numery z lat 1945–2000. Zapraszamy do lektury!

wykup prenumeratę cyfrową
Przekrój
O tym, że wszystko płonie, łącznie z Wami, Drodzy Czytelnicy, przekonuje
2019-06-17 10:00:00

Ogień, który tworzy

Ogień, który tworzy

Najlepiej wyraził to brytyjski komik Eddie Izzard. „Śiwa był bogiem stworzenia i zniszczenia. To bardzo wygodne. Buch! Patrzcie, co stworzyłem. Podoba wam się? Nie. OK, zniszczę. Jeżeli jesteś tylko bogiem stworzenia, to masz problem. Buch! Patrzcie, co stworzyłem. Podoba wam się? Nie? Dobra, wrzucę to do garażu”.

Czyta się 11 minut

Tradycyjna ikonografia przedstawia Śiwę-niszczyciela jako bliskiego kuzyna Agni, boga ognia „z płową brodą, ostrymi szczękami i palącymi zębami”, którego pożywieniem jest drewno, a sztandarem dym. Jego aspekt twórczy wyrażał się z kolei w tańcu – najpełniejszym obrazem stworzenia-zniszczenia w świecie hinduizmu jest więc Śiwa tańczący w płomieniach. Ogień, który tworzy.

Każda komórka naszego ciała to taki właśnie mikro-Śiwa.

Metabolizm to przecież nic innego jak tylko nieustanny cykl niszczenia i tworzenia. Organizm człowieka, ale też dowolnej cudzożywnej bakterii, którą można hodować na posłodzonym talerzyku laboratoryjnym, opiera swoje funkcjonowanie na jednym fundamentalnym równaniu. Cząsteczka glukozy i 6 cząsteczek O2 dają 6 cząsteczek CO2, 6 cząsteczek H2O i energię. Choć rzeczywiste reakcje chemiczne będące realizacją tego procesu bywają okrutnie skomplikowane, jego zasadnicza logika wyraża się w tym uproszczonym równaniu. A wiecie, jak się nazywa ten proces? Spalanie.

Zamów prenumeratę cyfrową

Z ostatniej chwili!

U nas masz trzy bezpłatne artykuły do przeczytania w tym miesiącu. To pierwszy z nich. Może jednak już teraz warto zastanowić się nad naszą niedrogą prenumeratą cyfrową, by mieć pewność, że żaden limit Cię nie zaskoczy?

ilustracja: Bohdan Butenko
ilustracja: Bohdan Butenko

Termin „spalanie” dla chemika oznacza każdy proces uwalniania energii pod wpływem utleniania, zwłaszcza gdy towarzyszy mu wydzielanie ciepła i światła. Świecenie ciała ludzkiego jest znacznie mniej spektakularne od zapałczanego – dokonuje się w podczerwieni, a nie w zakresie widzialnym – ale zasada jest ta sama. Gdybyśmy przyjrzeli się w skali atomowej temu, co dzieje się w miejscu spalania jakiegoś paliwa – czy będzie nim celuloza w zapałce, czy glukoza w komórce ludzkiej – ujrzelibyśmy po prostu, jak cząsteczki tlenu „porywają” kolejne atomy węgla z danego związku organicznego. Każdej takiej reakcji towarzyszyłoby lekkie szarpnięcie, co w odpowiednio dużej skali oznacza po prostu ciepło.

Trzydzieści sześć i sześć

O ciele ludzkim można więc myśleć jako o biegającym na dwóch nóżkach kominku, w którym dostarczone otworem gębowym paliwo jest stopniowo, w ściśle kontrolowanym tempie spalane, pod nadzorem zlokalizowanego w podwzgórzu móz­gu termostatu. Średnich rozmiarów człowiek, nie podejmując wysiłku, spala w ciągu godziny mniej więcej 50 kcal, co oznacza, że należy mu dostarczyć codziennie paliwa o wartości energetycznej około 1200 kcal tylko po to, by zachować status quo. Gdyby realizować mało zdrową, ale biochemicznie bardzo elegancką dietę cukrową, dzienną dawkę kaloryczną można by dostarczyć poprzez 194 tys. kryształków zwykłego cukru spożywczego (sacharozy) dziennie. To nieco ponad dwa kryształki na sekundę, zupełnie dosłownie ewaporowane – bo zamieniane na opuszczające stale nasz organizm dwutlenek węgla i parę wodną – tylko po to, aby podtrzymać nas w istnieniu. Każda dodatkowa czynność, od podłubania w nosie po namalowanie obrazu olejnego, to kolejne spalone kryształki. Jeżeli chcecie zrozumieć metabolizm, wyobraźcie sobie po prostu te rozwiewające się w powietrzu kryształki cukru, dwa na sekundę.

Aby żyć, nasz organizm musi stale niszczyć nie tylko małe kawałeczki otaczającego go świata, lecz także siebie samego. Każdego dnia miliardy komórek ciała ludzkiego zostają strawione i rozpuszczone w płynach ustrojowych w procesie zwanym zaprogramowaną śmiercią komórkową. Termin techniczny to apoptoza, od greckiego słowa apoptosis oznaczającego opadanie (np. liści). Umierają w ten sposób komórki skóry, mózgu, wątroby, jelit czy płuc. Z jednej strony zapewnia to stałą wymianę komórek i utrzymuje tkanki w świeżości, z drugiej – w trakcie rozwoju płodowego apoptoza pełni czasem szlachetniejszą funkcję rzeźbiarza naszej anatomii. Słynnym przykładem są „paletki” dłoniowe, tworzące się u embrionu ludzkiego w okolicach 33. dnia ciąży, w których dopiero później wykształcają się zawiązki kości palców, a następnie komórki znajdujące się pomiędzy palcami umierają. W 54. dniu ciąży palce powinny być już oddzielone, jeśli jednak któraś uparta grupa komórek postanowi nie popełnić honorowego samobójstwa, dziecko urodzi się ze zrośniętymi palcami.

W dorosłym organizmie powinna występować ścisła równowaga między podziałami komórkowymi – kiedy to z jednej komórki robią się dwie – a apoptozą – kiedy to z jednej komórki robi się zero komórek (innych możliwości na zmianę „bilansu życia” nie ma; sytuacja, gdy z zera komórek zrobiła się jedna komórka, zaszła tylko raz w historii życia na Ziemi). Przewaga śmierci komórkowej nad podziałami komórkowymi leży choćby u podstaw choroby Parkinsona, a nowotwór to przecież nic innego jak struktura zbudowana z przesadnie namnożonych komórek.

Ostatni przykład. Znacie powiedzenie: No pain, no gain? Zwykle tłumaczy się je jako: „Bez pracy nie ma kołaczy” lub, dosłownie, „Nie ma bólu, nie ma zysku”. Nawet jednak ta druga wersja nie dociera do sedna sprawy. Frazę tę spopularyzowała – a niektórzy twierdzą, że wręcz ukuła – Jane Fonda, powtarzająca ją jak mantrę w trakcie swojego filmu z ćwiczeniami fitness, wydanego w 1982 r. jako Jane Fonda’s ­Workout­ ­(jest to kaseta VHS o największej liczbie sprzedanych egzemplarzy w całej historii tego medium). Słowo gain oznacza tu przyrost masy mięś­niowej i w tym sensie jest ono do dziś stosowane w środowisku kulturystycznym. Słowo pain oznacza zaś, cóż, ból mięśnia towarzyszący naprawdę porządnemu treningowi. Drugim powiedzonkiem Fondy było: Feel the burn! („Poczuj, jak pali!”). Otóż to. Aby powstało grubsze włókienko mięśniowe, stare, cieńsze, trzeba po prostu naderwać.

Twórczy chaos

Jest w fizyce piękna nauka, która pozwala na wyrażenie tych intuicji w sposób jednocześnie ilościowy oraz – co już rzadsze – intuicyjnie zrozumiały. Mowa o termodynamice.

Pierwotnie termodynamika służyła do opisu przemian energii w maszynach parowych, jednak z każdą następną dekadą okazywało się, że za jej pomocą można opisywać kolejne zjawiska przyrodnicze. Dziś jest już jedną z fundamentalnych nadnauk, której macki sięgają każdej absolutnie dziedziny wiedzy o świecie – od chemii i biologii aż po nauki o Ziemi i kosmosie. Kluczowym faktem o świecie, w którym ogniskuje się wiele zasadniczych zagadnień termodynamiki, jest ten, że w każdym rzeczywistym procesie fizycznym część energii zostaje wytracona, najczęściej w postaci ciepła. W pewnym uproszczeniu: nie ma czegoś takiego jak nienagrzewający się silnik.

Inżynierowie zmagający się z tą prawdą walczą głównie o sprawność swoich „silników” (które nie muszą być silnikami w ścisłym tego słowa znaczeniu). Każde tarcie i nagrzewanie, ścieranie się i zużywanie, każde kołatanie, stukanie i syczenie to empiryczne skutki rozpraszania się energii. Występujące w filmach science fiction bezszelestne drzwi przesuwne i cicho mruczące napędy statków kosmicznych stanowią demonstrację zaawansowania technologicznego nie mniej przekonującą niż maszyna do teleportacji. Trudno nam wręcz wyobrazić sobie, że wkraczamy na statek skonstruowany przez superinteligentną cywilizację pozaziemską, a po drodze do gabinetu prezydenta Galaktyki mijamy pomieszczenia techniczne, z których dobiega nas ten charakterystyczny klekot starego diesla.

W połowie XX w. wyszło jednak na jaw, że rozpraszanie energii – czyli, mówiąc technicznie, dyssypacja – ma też swój aspekt twórczy. Wiele najpiękniejszych form porządku we wszechświecie powstaje w tzw. układach dyssypatywnych, w których „ulewająca się” z pewnego procesu energia zostaje „wlana” w struktury przestrzenne.

Kanonicznym przykładem tego zjawiska jest turbulencja. Wyobraźmy sobie, że patrzymy z góry na strumień opływający średniej wielkości głazik. Jeśli woda płynie w leniwym, żółwim tempie, kamień jest łagodnie opływany z obu stron, a rozdzielone strumienie spokojnie łączą się tuż za nim bez żadnych dodatkowych fenomenów. Gdy jednak wstrzykniemy w układ nieco więcej energii (kinetycznej) i woda przyśpieszy, tuż za głazikiem zaczną powstawać wiry, czasem w dość złożonej i całkiem estetycznej konfiguracji. Przykładowo: w pewnym, bardzo wąskim przedziale prędkości będą to tzw. wiry von Karmana, oddzielające się naprzemiennie, raz z jednej, raz z drugiej strony, o przeciwnej skrętności (raz „cyklon”, a raz „antycyklon”). W notatkach Leonarda da Vinci można znaleźć piękne szkice tych wirów. Jeśli jednak woda jeszcze bardziej przyśpieszy, strumień zacznie się pienić i rozpryskiwać na kamieniu i powstanie jedna wielka kipiel bez żadnych złożonych form uporządkowania.

Historia ta pięknie ilustruje kluczową zasadę, że jeśli polujemy na interesujące, złożone zjawiska, to przepływ energii nie może być ani za mały, ani za duży. Gdy przez układ przetacza się jej zbyt mało, panuje stagnacja. Gdy za dużo – pojawia się całkowita przypadkowość, szum. Gdzieś pomiędzy tymi nudnymi skrajnościami leży wąski przedział, określany czasem jako „ostrze chao­su” (edge of chaos), w którym rzeczy stają się ciekawe. Drugą klasyczną wizualizację tego fenomenu każdy z nas może odtworzyć w zaciszu swojego domu, choćby w tej chwili. Wystarczy do tego cieknący kran.

ilustracja: Bohdan Butenko
ilustracja: Bohdan Butenko

Stagnację doskonałą będzie reprezentował kran wstępnie zakręcony, którego dźwiękiem jest, no cóż, cisza. Jaki jest zaś dźwięk, gdy maksymalnie odkręcimy kurki? To prawie doskonały szum. Pomiędzy tymi dwiema nieinteresującymi skrajnościami kryje się fascynujący obszar twórczego chaosu. Zacznijmy od delikatnego odkręcenia kranu – tak, aby woda powoli, regularnie kapała. Pac… pac… pac… Powolutku zwiększajmy przepływ, aż zrobi się z tego „pac pac pac pac”. Teraz potrzebujemy ręki kasiarza. W bardzo wąskim przedziale między szybkimi pacnięciami a momentem, w którym kolejne krople łączą się ze sobą, tworząc strumyczek, czai się reżim chaotyczny. Dwa pacnięcia. Krótka przerwa. Trzy pacnięcia. Dwa pacnięcia. Przerwa. Pacnięcie. Pac pac… pac… pac pac pac… pac pac… pac pac… pac… pac pac pac… i tak dalej, w nieskończoność, z sek­wencją, której nie przewidzą najpotężniejsze superkomputery świata, ale która nie jest w zwykłym tego słowa znaczeniu losowa.

Uwierzcie lub nie, lecz eksperyment z cieknącym kranem (dripping faucet experiment) jest tematem setek artykułów, pisanych głównie przez matematyków specjalizujących się w teorii chaosu, i z każdym rokiem w sekwencji pacających kropelek odnajduje się kolejne formy porządku. (Doświadczenie to do świata nauki wprowadził ekscentryczny biochemik Otto Eberhard Rössler, jeden z intelektualnych ojców teorii chaosu, który zasłynął w czerwcu 2008 r. pozwem sądowym przeciwko zarządowi Wielkiego Zderzacza Hadronów za rzekome sprowadzenie na Ziemian groźby kataklizmu za sprawą mikroczarnych dziur powstających w zderzaczu).

Niech się pali!

Trudno o lepszą demonstrację twórczej mocy zniszczenia – a przy okazji zasady złotego środka – niż naturalne pożary lasów i ekosystemów trawiastych. W chwili pisania tego artykułu serwis Global Forest Watch podaje, że na świecie hula równo 10 077 pożarów, w większości pochodzenia naturalnego. Ogień, gdy już stłumimy wrodzony lęk przed jego morderczą siłą, okazuje się pełnić szereg ważnych funkcji ekologicznych. Autorzy przeglądowego artykułu Fire in the Earth System, który ukazał się w 2009 r. w „Science”, przekonują, że biosfera naszej planety byłaby wręcz stracona, gdyby jakimś sposobem ugasić w zarodku wszystkie wybuchające na niej pożary. Ogień reguluje poziom tlenu i dwutlenku węgla w atmosferze, stanowi jedno z ogniw globalnego cyklu fosforu, jest czynnikiem regulującym zasięgi lasów i obszarów trawiastych, a dla wielu roślin bywa wręcz konieczny do rozmnażania się.

Sosna wydmowa, przykładowo, jest ewolucyjnie przystosowana do pożarów, a jej szyszki otwierają się pod wpływem wysokiej temperatury, gdy ogień stopi zalepiające je warstwy żywicy. Po pożarze lasu kiełkuje szybko, dominując nad innymi roś­linami. Przypuszcza się wręcz, że jej szczególnie cienka kora stanowi przystosowanie mające zwiększyć prawdopodobieństwo, że drzewo zapali się, przewróci i zasili pożar. Analogiczną funkcję pełnią zapewne łatwopalne olejki eukaliptusa, przyśpieszające rozprzestrzenianie się pożarów w australijskim buszu. Również w Australii występuje byb­lis, którego nasionka „budzą się” ze stanu uśpienia pod wpływem dymu.

Krótko mówiąc, matka natura ma pożary „wpisane w budżet”. W 2006 r. został opublikowany raport, w którym przeanalizowano przyczyny wzrostu liczby szczególnie intensywnych pożarów w zachodniej części Stanów Zjednoczonych. Jedną z głównych hipotez jest… lęk człowieka przed pożarem. Okazuje się, że bardzo skutecznym, a na pewno najtańszym sposobem zarządzania ryzykiem pożaru jest po prostu pozwolenie, aby dopalił się on naturalnie. Wróćmy do cytowanej wyżej liczby: dziś na świecie płonie 10 tys. pożarów. W ciągu roku liczba ta oscyluje w przedziale 5–40 tys. Zdecydowana większość tych pożarów nie zagraża bezpośrednio ludziom, tymczasem ich pracowite gaszenie, często z narażeniem życia, oznacza, że w środowisku pozostaje stale rosnący stos materiałów łatwopalnych. Dopiero ich późniejsze spalenie – które w skali dziesiątków lat jest nie do uniknięcia – może przynieść prawdziwą katastrofę.

Drugą skrajnością jest oczywiście inicjowanie przez ludzi pożarów – z głupoty i nieostrożności, złośliwości czy z mylnego przekonania, że „wiemy lepiej”. Wygląda na to, że chyba jednak nie wiemy lepiej. Pożary, jak szacują naukowcy, wybuchają regularnie na naszej planecie od przynajmniej 400 mln lat, czyli od kiedy pojawiły się na lądzie rośliny gromadzące wystarczającą ilość biomasy, aby podtrzymać ogień. Dopiero od paru tysięcy lat ludzie starają się kontrolować ten proces, kierując się przy tym tyleż strachem, co zwodzącą nas czasem na manowce intuicją.

Nasza niechęć wobec pożaru wynika oczywiście z lęku o życie, ale też ze względów czysto estetycznych. Spalona ziemia i zwęglone resztki drzew są dla nas nieprzyjemnym widokiem, któremu chcielibyśmy zapobiec, podczas gdy z czysto biologicznego punktu widzenia jest to po prostu zdrowa, niepowodująca żadnych długotrwałych negatywnych skutków konsekwencja jednego z naturalnych zjawisk przyrodniczych. Przecież już kilka lat później – co w skali czasu ewolucji biosfery stanowi mgnienie oka – w tym samym miejscu znów będzie las.

W cytowanym wyżej raporcie autorzy nawołują do „zaprzyjaźnienia się z pożarem”, kusząc zdjęciem dorodnej sowy jarzębatej (Surnia ulula) pozującej na nadpalonym pniaku, pośrodku młodych roślinek wystrzelających ze spopielonej ziemi. Podpis pod zdjęciem informuje, że gatunek ten występuje szczególnie obficie w lasach odradzających się po pożarze, a w lesie ocalonym przed ogniem sowy jarzębatej się raczej nie uświadczy. Wpatrujący się w nas z kart raportu ptak nie przypomina w niczym triumfalnie tańczącego w płomieniach Śiwy. Jego spokojne żółto-czarne oczy wydają się mówić: „Człowieku, nie panikuj. To po prostu pożar”.

 

Data publikacji:

Łukasz Lamża

Filozof przyrody. Popularyzuje naukę, zwłaszcza w „Tygodniku Powszechnym”. Zna się szczególnie na astrofizyce i kosmologii, ale na szczęście czasem schodzi na ziemię.

okładka
Dowiedz się więcej

Prenumerata
Każdy numer ciekawszy od poprzedniego

Zamów już teraz!

okładka
Dowiedz się więcej

Prenumerata
Każdy numer ciekawszy od poprzedniego

Zamów już teraz!