Fizica viitorului

Citiţi un introducerea acestei cărţi.


O zi de viaţă din anul 2100
1 ianuarie 2100, 6:15 a.m.

După o noapte de petrecere de Revelion, dormi dus.

Brusc, ţi se aprinde ecranul mural. Pe el apare un chip prietenos, familiar. Este Molly, programul pe care l-ai cumpărat recent. Molly îţi spune veselă:
- John, trezeşte-te. Este nevoie de tine la birou. Personal. Este ceva important.
- Stai puţin, Molly! Cred că glumeşti, mormăi tu. Este ziua de după Revelion şi sunt mahmur. Şi, până la urmă, ce-ar putea să fie atât de important?

Te târăşti încet din pat şi te duci fără chef spre baie. În timp ce te speli pe faţă, sute de senzori ADN şi proteine din oglindă, toaletă şi chiuvetă intră silenţioase în funcţiune, analizând moleculele pe care le emiţi prin respiraţie şi fluidele corporale, căutând cel mai mic indiciu al unei boli la nivel molecular.

Ieşind din baie îţi înfăşori nişte fire în jurul capului, care îţi permit să-ţi controlezi telepatic locuinţa: creşti mental temperatura apartamentului, dai drumul unei muzici relaxante, îi spui bucătarului robotizat din bucătărie să-ţi pregătească micul dejun şi să facă o cafea şi comanzi maşina magnetică să iasă din garaj şi să fie gata să te preia. Când intri în bucătărie, vezi braţele mecanice ale bucătarului robotizat pregătindu-ţi ouăle exact cum le doreşti.

Pe urmă îţi pui lentilele de contact şi te conectezi la internet. Clipind, vezi internetul strălucind pe retină. În timp ce-ţi bei cafeaua fierbinte, începi să treci în revistă titlurile care se succed pe lentilele de contact.

Avanpostul de pe Marte solicită mai multe provizii. Pe Marte se apropie cu repeziciune iarna. Ca să încheie următorul stadiu al colonizării, coloniştii au nevoie de mai multe resurse de pe Pământ pentru a face faţă vremii glaciare. Planul este să înceapă prima fază a teraformării lui Marte prin creşterea temperaturii la suprafaţa planetei.

Primele nave interstelare sunt gata pentru lansare. Milioane de nano-boţi, fiecare de dimensiunile unei gămălii de ac, vor fi lansaţi de la baza de pe Lună, se vor roti în jurul lui Jupiter folosindu-i câmpul magnetic şi se vor îndrepta apoi către cea mai apropiată stea. Însă poate să dureze ani de zile până când câţiva dintre aceşti nano-boţi îşi vor atinge destinaţia dintr-un alt sistem solar.

Încă un animal dispărut va fi adus la grădina zoologică locală. De această dată este vorba despre un tigru cu colţi-sabie, obţinut din ADN-ul găsit congelat în tundră. Datorită încălzirii pământului au fost recuperate ADN-urile mai multor animale dispărute, care au fost apoi clonate pentru a umple grădinile zoologice din toate colţurile lumii.

Liftul spaţial, după ani de zile în care a transportat mărfuri în spaţiu, permite acum transportul unui număr limitat de turişti în spaţiul cosmic. Costul călătoriei s-a redus drastic pe parcursul ultimilor ani, de aproximativ 50 de ori faţă de momentul lansării.

Cele mai vechi centrale pe fuziune împlinesc deja 50 de ani. Începe să se apropie timpul pentru ca unele dintre ele să fie scoase din funcţiune şi să se construiască altele noi.

Oamenii de ştiinţă monitorizează cu atenţie un nou virus letal apărut brusc din regiunile amazoniene. Pentru moment se pare că este limitat într-o regiune restrânsă, însă nu există un tratament cunoscut. Echipe de cercetători secvenţiază intens genele acestui virus pentru a afla care sunt punctele sale slabe şi cum pot acţiona împotriva lui.

Deodată un subiect îţi atrage atenţia:

O scurgere importantă a fost constatată în digurile care înconjoară Manhattanul. Dacă digurile nu sunt reparate, întregul oraş ar putea ajunge sub ape, asemenea multor altor oraşe în trecut.

"Aha", îţi spui. "De-aia m-au sunat de la birou."

Renunţi la micul dejun, te îmbraci şi dispari pe uşă. Maşina, care a ieşit singură din garaj, te aşteaptă afară. Îi dai telepatic comandă să te ducă la birou cât mai rapid posibil. Maşina magnetică accesează instantaneu internetul, GPS-ul şi miliardele de cipuri ascunse în şosele care monitorizează permanent traficul.

Maşina ta demarează silenţios, plutind pe o pernă magnetică generată de pavajul supraconductor. Pe parbrizul maşinii apare brusc chipul lui Molly.
- John, ultimul mesaj de la birou te anunţă să te alături tuturor celorlalţi în sala de conferinţe. Ai şi un mesaj video de la sora ta.

Cum maşina se conduce singură, ai timp să scanezi mesajul video lăsat de sora ta. Pe ceas îţi apare imaginea ei şi îţi spune:
- John, nu uita că în acest weekend este petrecerea pentru aniversarea lui Kevin, care împlineşte şase ani. I-ai promis că-i cumperi cel mai nou model de câine robot. Şi, apropo, te întâlneşti cu cineva? Am jucat bridge pe internet şi am cunoscut pe cineva care s-ar putea să-ţi placă.

"Aha", îţi spui.

Îţi place să călătoreşti cu maşina ta magnetică. Nu există nicio ridicătură sau groapă de care să-ţi faci griji, pentru că pluteşte deasupra şoselei. Şi cel mai bine e că rareori ai nevoie să-i faci plinul, deoarece aproape că nu există frecare. (Este greu de crezut, îţi spui, că a existat o criză a energiei la începutul secolului. Dai din cap, realizând că partea cea mai mare din această energie era consumată pentru anihilarea frecării.)

Îţi aminteşti când s-a deschis autostrada supraconductoare. Presa se plângea că epoca familiară a electricităţii se apropia de sfârşit, făcând loc noii epoci a magnetismului. Practic nu-i duci dorul, câtuşi de puţin, epocii electricităţii. Privind afară, văzând maşinile lucioase, camioanele şi trenurile care trec pe lângă tine prin aer, îţi dai seama că magnetismul este modul de locomoţie cel mai bun, aducând în acelaşi timp şi economie de bani.

Maşina ta magnetică trece acum pe lângă groapa de gunoi a oraşului. Vezi că partea cea mai mare din gunoi este reprezentată de computere şi componente de roboţi. Cipurile fiind aproape gratis, chiar mai ieftine decât apa, vechiturile se adună grămezi în gropile de gunoi din întreaga lume. Se discută despre folosirea cipurilor pentru umplerea denivelărilor de teren.

Cele trei etape ale medicinei

Lanza este purtat de valul mareic al descoperirilor ce a fost creat prin descătuşarea cunoştintelor ascunse în ADN-ul nostru. Din perspectiva istorică, medicina a parcurs cel puţin trei etape majore. În prima, care a durat câteva zeci de mii de ani, medicina a fost dominată de superstiţii, vrăjitorie şi zvonuri. Cum majoritatea bebeluşilor mureau la naştere, speranţa medie de viaţă se situa undeva între 18 şi 20 de ani. În această perioadă au fost descoperite unele plante medicinale şi substanţe chimice utile, cum ar fi aspirina, dar, în cea mai mare parte, nu exista nicio metodă sistematică de găsire a unor noi terapii. Din nefericire, orice remedii care aveau cu adevărat efect erau păstrate ca nişte secrete bine păzite. "Doctorii" îşi obţineau veniturile făcându-le pe plac pacienţilor înstăriţi şi aveau tot interesul să-şi păstreze secrete poţiunile şi incantaţiile.

Unul dintre fondatorii Clinicii Mayo a ţinut în această perioadă un jurnal personal unde a descris vizitele la pacienţi. El a scris, cu sinceritate, în respectivul jurnal, că în geanta lui de medic existau doar două ingrediente active: un ferăstrău şi morfină. Cu ferăstrăul tăia membrele bolnave, iar cu morfina amorţea durerile provocate de amputare. Cele două aveau efect de fiecare dată. În rest, în geanta lui neagră mai erau doar poţiuni de bâlci şi falsuri, se lamenta el cu tristeţe.

A doua etapă a medicinei a început în secolul al XIX-lea, odată cu apariţia teoriei microbiene şi a sporirii măsurilor de igienă. În acest secol, speranţa medie de viaţă a crescut în SUA la 49 de ani. Când zeci de mii de soldaţi mureau pe câmpurile de luptă din Europa, în timpul Primului Război Mondial, a apărut o nevoie urgentă de doctori care să desfăşoare experimente reale, cu rezultate reproductibile, care au fost apoi publicate în jurnalele medicale. Monarhii Europei, îngroziţi de faptul că oamenii lor cei mai bravi erau măcelăriţi, cereau rezultate adevărate, şi nu hocus-pocus. Doctorii, în loc să încerce să le facă pe plac clienţilor bogaţi, luptau acum pentru legitimitate şi faimă publicându-şi articolele în jurnale supuse analizei critice a colegilor de breaslă. Aceasta a pregătit terenul pentru progresele în domeniul antibioticelor şi al vaccinurilor, care au crescut speranţa de viaţă spre 70 de ani şi chiar mai mult.

A treia etapă a medicinei este medicina moleculară. Sub ochii noştri are loc fuziunea dintre fizică şi medicină, prin care medicina este redusă la atomi, molecule şi gene. Această transformare istorică a început în al cincilea deceniu al secolului XX, când fizicianul austriac Erwin Schrödinger, unul dintre fondatorii teoriei cuantice, a scris o carte influentă intitulată Ce este viaţa? El respingea ideea că ar exista un spirit misterios sau o forţă vitală care ar anima obiectele însufleţite. În schimb a emis ipoteza că întreaga viaţă s-ar baza pe un cod de un anumit tip şi că acesta era codificat într-o moleculă. Descoperind această moleculă, şi-a continuat el raţionamentul, am putea afla secretul vieţii. Inspirat de cartea lui Schrödinger, fizicianul Francis Crick, în colaborare cu geneticianul James Watson, a demonstrat că legendara moleculă era ADN-ul. În 1953, izbutind una dintre cele mai importante descoperiri ale tuturor timpurilor, Watson şi Crick au descifrat structura dublu-elicoidală a moleculei de ADN. Desfăşurat, un singur şir de ADN are o lungime de circa un metru şi 80 de centimetri. Şirul conţine o succesiune de trei miliarde de acizi nucleici, denumiţi A, T, C, G (adenina, timina, citozina şi guanina), care poartă codul. Prin citirea secvenţei exacte a acestor acizi nucleici plasaţi de-a lungul moleculei de ADN se poate citi cartea vieţii.

Progresele rapide din genetica moleculară au dus în cele din urmă la crearea Proiectului Genomului Uman, o adevărată piatră de hotar în istoria medicinei. Program de mare amploare, având drept scop determinarea secvenţei tuturor genelor din corpul uman, a costat circa trei miliarde de dolari şi a implicat munca în colaborare a sute de oameni de ştiinţa din lumea întreagă. Când a fost definitivat, în anul 2003, a vestit începutul unei noi ere în ştiinţa. Cândva, fiecare persoană va putea să primească pe un CD-ROM propriul genom personalizat, care va lista toate cele aproximativ 25.000 de gene din corpul nostru. Va fi propriul nostru "manual al proprietarului".

Laureatul Premiului Nobel David Baltimore a sintetizat această situaţie spunând: "Biologia este astăzi o ştiinţă a informaţiei".

Medicina genomică

Această remarcabilă explozie care are loc în medicină este stârnită, parţial, de teoria cuantică şi de revoluţia din domeniul computerelor. Teoria cuantică ne-a pus la dispoziţie modele uluitor de detaliate cu privire la modul în care atomii sunt aranjaţi în fiecare proteină şi moleculă de ADN. Atom cu atom, ştim cum să construim moleculele vieţii pornind de la zero. Iar determinarea secvenţei (secvenţierea) genelor - pe vremuri un proces îndelungat, lent şi costisitor - a devenit, acum, datorită roboţilor, integral automatizată. Iniţial costa câteva milioane de dolari să determini secvenţa tuturor genelor dintr-un singur corp uman. Era atât de scump şi consuma atât de mult timp, încât doar câţiva oameni (inclusiv savanţii care au pus la punct tehnologia) şi-au putut determina genomurile. Dar în decurs de câţiva ani această tehnologie exotică ar putea să devină disponibilă pentru oricine.

(Îmi amintesc perfect o luare de cuvânt la o conferinţă care s-a desfăşurat la Frankfurt, prin anul 2000, având ca subiect viitorul medicinei. Am prezis atunci că, până în anul 2020, genomul personal va deveni o posibilitate reală şi că fiecare om va avea un CD sau un cip cu descrierea propriilor gene. Dar un participant şi-a exprimat indignarea, ridicându-se şi afirmând că acest vis este imposibil. Numărul genelor este pur şi simplu prea mare şi ar costa prea mult să le poţi oferi genomuri personale cetăţenilor obişnuiţi. Proiectul Genomului Uman a costat trei miliarde de dolari. Costul secvenţierii genelor unei singure persoane ar fi imposibil să scadă atât de mult. Discutând chestiunea cu el, ulterior, a devenit treptat limpede care era de fapt problema. Omul gândea liniar. Dar Legea lui Moore determina o scădere accelerată a costurilor, făcând posibilă determinarea secvenţei de ADN cu ajutorul roboţilor, al computerelor şi al maşinilor automate. El nu reuşea să înţeleagă impactul profund al Legii lui Moore asupra biologiei. Privind retrospectiv la acel incident, îmi dau seama acum că, dacă s-a strecurat vreo eroare în acea predicţie, a fost vorba despre supraestimarea timpului necesar pentru ca genomica la nivel personal să devină accesibilă.)

Un inginer de la Stanford, Stephen R. Quake, a pus la punct ultimele îmbunătăţiri în ceea ce priveşte determinarea secvenţei genetice. El a redus costurile la 50.000 de dolari şi prevede că, în următorii ani, preţul să scadă considerabil, până la circa o mie de dolari. Oamenii de ştiinţă au speculat de mult că, atunci când preţul va scădea la 1.000 de dolari, operaţia ar putea să capete un caracter de masă, în aşa fel încât o mare parte a speciei umane să beneficieze de pe urma acestei tehnologii. În câteva decenii, preţul secvenţierii tuturor genelor ar putea să scadă la mai puţin de 100 de dolari, cam cât costă acum un test de sânge standard.

(Cheia pentru această ultimă descoperire a fost adoptarea unei scurtături. Quake compara ADN-ul unei persoane cu secvenţele ADN care au fost deja determinate pentru alţii. El divizează genomul uman în unităţi de ADN conţinând 32 de biţi de informaţie. Apoi foloseşte un program de computer care compară aceste fragmente de 32 de biţi cu genomurile complete ale altor oameni. Dat fiind că oricare doi oameni au ADN-urile aproape identice, diferenţele medii nedepăşind 0,1%, înseamnă că un computer poate găsi rapid potrivirile între aceste fragmente de 32 de biţi.)

Quake a devenit astfel a opta persoană din lume care şi-a determinat complet genomul. El a avut şi un interes personal în acest proiect, ştiindu-se că şi-a scanat genomul personal cu scopul de a găsi dovezi ale unei boli cardiace. Din păcate, genomul i-a indicat că a moştenit o versiune de genă asociată cu bolile de inimă. "Trebuie să stai bine cu nervii atunci când îţi cercetezi propriul genom", s-a plâns el.

Cunosc acel sentiment sinistru. Mi-am făcut o scanare parţială a genomului şi l-am copiat pe un CD-ROM pentru emisiunea pe care o prezentam la BBC-TV/Discovery. Un doctor mi-a extras sânge din braţ şi l-a trimis spre analiză la un laborator de la Universitatea Vanderbilt. După două săptămâni am primit un CD-ROM pe care erau listate câteva mii dintre genele mele. Pe când ţineam acel disc în mâini, am avut o senzaţie bizară ştiind că acolo se găseau planurile parţiale ale corpului meu. În principiu, un astfel de disc poate fi folosit pentru crearea unei copii acceptabile a oricărui corp omenesc.

Dar în acelaşi timp mi-a trezit curiozitatea, fiindcă pe acel CD-ROM se găseau şi secretele corpului meu. Puteam, de pildă, să văd dacă aveam o anumită genă care mi-ar creşte riscurile legate de boala Alzheimer. Eram îngrijorat pentru că mama mea murise de Alzheimer. (Din fericire, nu am acea genă.)

De asemenea, patru dintre genele mele se potriveau cu genomurile a mii de oameni de pe tot globul care îşi analizaseră şi ei genele. Poziţiile geografice ale persoanelor care au avut o potrivire perfectă cu cele patru gene ale mele au fost apoi plasate pe o hartă a Pământului. Analizând punctele de pe hartă, am putut să observ un lung şir de puncte, cu originea în apropiere de Tibet, care se prelungeau apoi pe teritoriul Chinei, ajungând în Japonia. A fost uluitor să constat că traiectoria acelor puncte se potrivea cu modelele de migraţie ale strămoşilor mamei mele, mergând înapoi pe durata câtorva mii de ani. Strămoşii mei nu au lăsat nicio dovadă scrisă a migraţiei lor din vechime, dar harta grăitoare a călătoriilor lor era gravată în sângele şi în ADN-ul meu. (Poţi să-ţi determini şi elementele ereditare paternale. Genele mitocondriale sunt transmise nemodificate de la mamă la fiică, în vreme ce cromozomul Y este transmis de la tată la fiu. Astfel, analizând aceste gene, se pot determina liniile ereditare ale mamei şi ale tatălui.)

Îmi imaginez că, în viitorul apropiat, mulţi oameni vor avea acelaşi sentiment straniu pe care l-am avut şi eu, când vor ţine în mâini planurile propriilor lor corpuri şi vor putea să-şi citească secretele intime, printre care şi bolile periculoase care sălăşluiesc în genom, precum şi migraţiile din vechime ale strămoşilor lor.

Dar, pentru oamenii de ştiinţă, aceasta deschide o ramură cu totul nouă a ştiinţei, numită bioinformatică, sau utilizarea computerelor pentru scanarea şi analizarea rapidă a genomurilor pentru mii de organisme. De exemplu, introducând în computer genomurile câtorva sute de persoane care suferă de o anumită boală, s-ar putea determina cu precizie localizarea ADN-ului deteriorat. De fapt, unele dintre cele mai puternice computere din lume sunt implicate în cercetări de bioinformatică, analizând milioane de gene aflate în plante şi animale, pentru a se descoperi anumite gene esenţiale.

Aceste realizări ar putea chiar să revoluţioneze seriale de televiziune poliţiste precum CSI. Dispunând de fragmente minuscule de ADN (găsite în foliculii de păr, salivă sau pete de sânge), s-ar putea determina nu doar culoarea părului, a ochilor, etnia, înălţimea şi istoricul medical ale respectivei persoane, dar probabil chiar şi înfăţişarea. Astăzi artiştii care lucrează pentru poliţie pot modela o sculptură aproximativă a feţei victimei folosind numai craniul. În viitor computerul ar putea fi capabil să reconstituie trăsăturile faciale ale persoanei pornind doar de la câteva fire de mătreaţă sau urme de sânge.